Теоретические основы построения приборов ночного видения 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Теоретические основы построения приборов ночного видения



Принцип действия классического ПНВ основан на пре­образовании ИК-излучения, создаваемого на наблюдаемом объекте свечением ночного неба, звездами и луной, в ви­димый свет.

Функциональная блок-схема оптического тракта совре­менного ПНВ представлена на рис. 6.:

 

1. Объект наблюдения.

2. Корпус ПНВ.

3. Объектив.

4. Электронно-опти­ческий преобразова­тель.

5. Окуляр.

6. Элементы питания.

7. ИК-подсветка (прожектор).

 

Рис. 6. Функциональная блок-схема оптического тракта современного ПНВ

 

- Пучок параллельных ИК-лучей от прожектора(7) освеща­ет объект(1).

- Изображение наблюдаемого объекта через объектив (3) про­ецируется в перевернутом виде на входное стекло элект­ронно-оптического преобразователя (ЭОП) (4), представляющего со­бой «высоковакуумную лампу» с двумя плоскими торца­ми, входным и выходным окнами соответственно. - На внут­ренней стороне входного окна нанесен тонкий полупроз­рачный слой светочувствительного материала (фотокатод), испускающий электроны при поглощении квантов света. – На внутренней стороне входного окна находится слой лю­минофор - материала, излучающего свет при попадании на него электрона (экран), Перенос электронов, эмитиро­ванных фотокатодом, обеспечивается электростатическим полем, для чего к фотокатоду и экрану приложено напря­жение в несколько кВ.

- Под воздействием светового излучения на фотокатоде возникает эмиссия электронов, число которых в каждой точке фотокатода пропорционально облученности. Проис­ходит первичное преобразование световой энергии в элек­трическую.

- Ускоряющим электрическим полем электроны разгоня­ются и приобретают энергию, достаточную для возникно­вения свечения материала, из которого изготовлен экран. - В момент выхода из фотокатода электроны направлены равномерно во все стороны, но электронно-оптическая фокусирующая система, предусмотренная в ЭОП, стягива­ет их в узкий пучок и формирует на люминесцентном эк­ране изображение фотокатода. Таким образом, В плоскости экрана проис­ходит преобразование электрической энергии в оптичес­кую при помощи люминесцирующего вещества, которое светится видимым светом. - С экрана изображение с помо­щью лупы воспринимается глазом человека или фотопри­емным устройством.

В современных конструкциях ЭОП для усиления изоб­ражения используется вторично-эмиссионный усилитель или микроканальная пластина (МКП), устанавливаемая между фотокатодом и экраном. МКП позволяет получить усиление в десятки тысяч раз,, а в некоторых ЭОП специального назначения — до 107 раз, что достаточно для ре­гистрации единичных фотонов.

Входное и выходное окна ЭОП выполняются на плоском стекле или на волоконно-оптической пластине (ВОП). Для оборота изображения на 180° в качестве выходной ВОП используется волоконно-оптический оборачивающий элемент (ВОЭ), он же твистер. В более сложных конструкциях для оборота изображения используется бинокулярный окуляр или дополнительный линзовый оборачивающий элемент.

Несмотря на простоту конструкции и минимальное ко­личество узлов, к каждому элементу ПНВ предъявляются довольно высокие и часто противоречивые требования. Очевидно, наиболее сложным и ответственным узлом ПНВ, определяющим как его предельные параметры, так и цену, является ЭОП. Историю рождения и совершенствования этого узла следует считать показательной для технокра­тической эпохи.

Электронно-оптические преобразователи

ЭОП представляет собой электровакуумную колбу, внутри которой размещены фотокатод, люминесцентный экран, фокусирующая и ускоряющая электронно-оптические сис­темы. Характеристики и параметры ЭОП зависят от ис­пользуемых в ЭОП фотокатода и люминесцирующего ве­щества.

Достоинства использования ЭОП в приборах ночного видения:

— позволяют видеть в полной темноте и при малых яркостях объектов;

— удается применять объективы, апертура которых зна­чительно больше апертуры (зрачка) адаптированно­го к темноте глаза человека, без снижения углового поля зрения;

— материалы фотокатодов обладают более высокой кван­товой эффективностью (0,20) для белого света, чем квантовая эффективность глаза человека (0,05);

— свет на выходе ЭОП имеет достаточную интенсив­ность для того, чтобы можно было использовать высокую разрешающую способность, свойственную глазу, адаптированному к дневному свету;

— позволяют исследовать быстропротекающие про­цессы.

2. Фотокатоды ЭОП

Фотокатод наносится на прозрачную стеклянную под­ложку. В качестве фотокатодов применяются тонкие по­лупрозрачные слои полупроводников сложной структуры с малым квантовым выходом. Свойства и возможности фотокатодов принято оценивать с помощью ряда параметров и характеристик, из которых основными являются: - спектральная и интегральная чувствительности, - кванто­вый выход, - частотная и световая характеристики. Основные требования к фотокатодам ЭОП:

— поглощение света должно быть максимальным, что­бы достичь высокого квантового выхода, поэтому ме­таллы с высоким коэффициентом отражения в каче­стве фотокатодов не применяются;

— работа выхода фотоэлектронной эмиссии должна быть минимальной для того, чтобы продлить спектраль­ную чувствительность в длинноволновую область спектра; —термоэлектронная работа выхода должна быть мак­симальна, чтобы влияние шумов на качество изображения было незначительным, так как этот шум и шум автоэлектронной эмиссии ухудшает пороговую чувствительность аппаратуры и уменьшает контраст изображения.

3. Экраны ЭОП

Для преобразования энергии электронов в световую энер­гию служат люминесцирующие экраны. Электронный луч, попадая на такой экран, отдает целиком или частично свою энергию зернам люминофора, которые возбуждают­ся. Такой вид люминесценции называется катодолюминесценцией. Люминесценция, независимо от способа воз­буждения, делится на флюоресценцию и фосфоресценцию:

- Флюоресценция исчезает немедленно после снятия возбуж­дения, - в то время как фосфоресценция продолжает суще­ствовать и после прекращения возбуждения.

Различают тонкоструктурные порошковые катодолюминесцирующие экраны, а также бесструктурные экраны, состоящие из однородного люминесцирующего слоя, на­пример, сублимат-экраны, монокристаллы (вольфрамит кальция), катодолюминесцирующие стекла. Порошковые экраны получают осаждением жидкого люминофора на стек­лянную подложку. Сам люминофор состоит из основного материала, флюса, активатора и отравителя.

Основной материал, имеющий неизменную структуру кристалла, обычно бесцветен и является полупроводни­ком с электронной структурой. В качестве основного ма­териала эффективны сульфиды и селениды цинка, кадмия, кальция, стронция. В качестве флюса используют соли натрия, калия, лития. Они нужны только для кристалли­зации, после чего их большая часть удаляется. Активато­рами являются такие металлы, как мель, серебро, цинк, марганец, хром. Они позволяют управлять спектральной характеристикой экрана. Отравители, наоборот, ухудша­ют оптические свойства люминофора, однако позволяют управлять длительность послесвечения.

Приборы ночного видения делятся на две группы: при­боры активного действия и приборы пассивного действия.

В приборах активного действия для получения изобра­жения используется искусственная подсветка объектов све­том ИК-прожектора,

Дальность действия пассивной аппаратуры зависит от величины естественной ночной освещенности, прозрачно­сти атмосферы, контраста объекта я фона и при благопри­ятных условиях составляет 800 м,(в пассивных приборах искусственной подсветки нет?)

Для достижения оптимальных условий наблюдения в ночных приборах предусматривается автоматическая ста­билизация яркости свечения экрана при вариациях ноч­ной освещенности. Стабилизация обеспечивается электрон­ной схемой управления, предусмотренной в ПН

Для повышения помехоустойчивости ночных приборов иногда прибегают к подсветке объектов в режиме стробирования.

(пропускание отраженного светового импульса от прожектора и освещаемого им объекта лишь на короткое время), что предотвращает попадание в ПНВ(ЭОП), рассеянного излучения частиц пыли и аэрозолей воздуха. Для этого в ПНВ используется затвор, кот открывается на короткое время, чтобы пропустить отраженный свет. импульс от объекта и не пропускать рассеянное излучение от воздуха

Б лагодаря этому устраняется влияние обратного рассеянного излучения аэрозолями и частицами пыли, находящимися в атмосфере. Сущность метода поясняется рис. 7.

 

 

Рассеивающая среда среда



Объект

Затвор ЭОП

 


Рис. 7. Принципиальная схема действия ПНВ со стробированием света прожектора

 

Пояснение стробирования:

- Объект освещается короткими световыми вспышками лазера, длительность которых меньше времени распрост­ранения световой волны до объекта и обратно. ЭОП в ноч­ном приборе оборудован быстродействующим электронным затвором. Затвор открывается только в тот момент време­ни, когда отраженный короткий световой импульс (строб) подойдет к ЭОП. В это время наблюдатель видит изобра­жение объекта и часть пространства в соответствии со све­товым стробом (импульсом). Глубина просматриваемого пространства зависит от времени открытого состояния зат­вора и длительности светового импульса. Так при дли­тельности импульса 1 икс. глубина освещаемого простран­ства достигает 150 м. В столь малом воздушном слое эф­фект рассеяния незначителен. Так как прибор закрыт в течение всего времени прохождения световой волны до объекта и обратно, то в него не поступает свет, отраженный атмосферой. Задавая различное время задержки вклю­чения затвора ЭОП после посылки светового строба, удается последовательно прозондировать все пространство в пределах дальности действия ПНВ (около 1200 м). Прин­ципиально этим же приемом удается оценить дальность до объекта.

Увеличение наблюдательных ночных приборов обычно не превосходит 8, поля зрения у них достигают 15°. Пита­ние к ним подается от аккумуляторов или бортовой сети. Дальность действия активных ночных приборов в зависи­мости от мощности прожектора находится в пределах 0,3— 1,5 км. Огни сигнальных ламп, разогретые авиационные двигатели видны на дистанциях 8-10 км.

 



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-07; просмотров: 461; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 44.221.83.121 (0.014 с.)