Поколения приборов ночного видения. Все от А до Я

(ЭОП), вакуумный фотоэлектронный прибор для преобразования невидимого глазом изображения объекта (в ИК, УФ и рентг. лучах) в видимое либо для усиления яркости видимого изображения. В основе действия ЭОП лежит преобразование оптич. или рентг. изображения в электронное с помощью фотокатода, а затем электронного изображения в световое (видимое), получаемое на катодолюминесцентном экране (см. КАТОДОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ , ЛЮМИНОФОРЫ).

В ЭОП (рис.) изображение объекта А проецируется с помощью объектива О на фотокатод Ф (при использовании рентг. лучей теневое изображение объекта проецируется на фотокатод непосредственно). Излучение от объекта вызывает фотоэлектронную эмиссию с поверхности фотокатода, причём величина эмиссии с разл. участков последнего изменяется в соответствии с распределением яркости спроецированного на него изображения. Фотоэлектроны ускоряются электрич. полем на участке между фотокатодом и экраном, фокусируются электронной линзой (ФЭ - фокусирующий электрод) и бомбардируют экран Э., вызывая его люминесценцию. Интенсивность свечения отдельных точек экрана зависит от плотности потока фотоэлектронов, вследствие чего на экране возникает видимое изображение объекта. Различают ЭОП одно- и многокамерные (каскадные); последние представляют собой последоват. соединение двух или более однокамерных ЭОП.

Наиб. распространение получили ЭОП с электростатич. фокусировкой, у к-рых изображение переносится неоднородным осесимметричным электростатич. полем - полем электронной линзы. В этих ЭОП поле иммерсионной (катодной) линзы формируется между фотокатодом и анодом, выполняемым обычно в виде усечённого конуса, обращённого меньшим основанием к катоду; потенциал анода равен потенциалу экрана, расположенного непосредственно за анодом. Линза собирает электроны, испускаемые каждой точкой фотокатода, в узкие пучки, к-рые на экране создают светящееся изображение, геометрически подобное изображению, проецируемому на . ЭОП с фокусирующими системами создают достаточно хорошие изображения с разрешением в неск. десятков линий/мм. Линза переносит изображение с уменьшением в неск. раз, что увеличивает яркость свечения экрана в >=10 раз; наличие анодного электрода с небольшим отверстием со стороны катода заметно уменьшает оптич. обратную связь, экранируя катод от засвечивания излучением экрана.

Разрешающая способность ЭОП с электростатич. фокусировкой и плоскими катодом и экраном ограничивается аберрациями электронных линз: двумя геометрическими - астигматизмом и искривлением поверхности изображения- и хроматической, вызываемой разбросом скоростей и углов вылета электронов, испускаемых фотокатодом. Уменьшение аберраций диафрагмированием в ЭОП принципиально невозможно, т. к. перенос изображения осуществляется широким электронным пучком, выходящим со всей поверхности катода и воспринимаемым всей поверхностью экрана. Аберрации наиб. заметно снижают предел разрешения на периферийной части экрана, по мере удаления от оси разрешение уменьшается в 10-15 раз. При использовании широких пучков проявляется также дисторсия.

Качество изображения улучшилось в ЭОП с фотокатодом и экраном вогнутой формы. Такие ЭОП с искривлёнными поверхностями объекта (катода) и изображения (экрана) позволили получать при h Ф (35)·10 2 предел разрешения до 40-50 пар линий/мм в центре и до 15-20 пар линий/мм у края экрана. Недостатком таких ЭОП являлось неудобство, связанное с необходимостью проецировать изображение на выпуклый фотокатод и рассматривать его на выпуклом экране.

Дальнейшее повышение h Ф было достигнуто совмещением двух преобразователей в одной вакуумной оболочке. В этих приборах между входным фотокатодом и выходным экраном устанавливается прозрачная перегородка, на одной стороне к-рой (со стороны входного фотокатода) создаётся люминесцентный экран, а на другой (со стороны выходного экрана) - фотокатод, освещаемый через прозрачную перегородку светом, излучаемым внутр. экраном. Такие ЭОП имели h Ф ~10 4 , предел разрешения до 50 пар линий/мм в центре и до 10-15 пар линий/мм у краёв экрана. Эти ЭОП не нашли широкого распространения из-за технол. трудностей, связанных с необходимостью получения в одном вакуумном объёме двух достаточно эффективных фотокатодов и двух люминесцентных экранов.

ЭОП значительно усовершенствовались с использованием плоско-вогнутых стекловолоконных пластин. Проецируемое на плоскую сторону входной волоконно-оптич. пластины (ВОП) изображение (рис. 2) без искажений переходит на её вогнутую сторону, на к-рой сформирован фотокатод. Электронной линзой изображение переносится на экран, созданный на вогнутой стороне выходной ВОП, а изображение наблюдается на её плоской стороне. Вогнутая форма катода и экрана позволяет перенести изображение с мин. искажениями. Однокамерные ЭОП с ВОП на входе и выходе наз. модульными ЭОП (модули) и широко используются в приборах ночного видения. Возможно создание двух- и трёхмодульных ЭОП, в к-рых плоская сторона выходной ВОП первого модуля оптическим контактом соединяется с входной ВОП второго модуля. Двухмодульные ЭОП обеспечивают усиление яркости до (4 -6)·10 3 кд/м 2 ·лк при разрешении в центре экрана до 50 пар линий/мм и до 25-30 пар линий/мм у краёв экрана. При таких усилениях возможна регистрация вылета из фотокатода отд. электронов, поэтому дальнейшее усиление яркости нецелесообразно, т. к. не расширяет объёма преобразуемой информации.

Рис. 2. Схема ЭОП с электростатической фокусировкой: 1-входная волоконно-оптическая пластина (ВОП); 2- фотокатод; 3 - выходная ВОП; 4-экран; 5 - .

Наряду с усовершенствованием ЭОП с электростатич. фокусировкой совершенствовались плоские приборы. Особенно высокие параметры получены у плоских ЭОП (рис. 3), в к-рых перенос изображения с катода на экран осуществляется канальным вторичным электронным умножителем - микроканальной пластиной (МКП). Микроканальные пластины, изготавливаемые из стекла с высоким коэф. вторичной эмиссии, усиливают проходящий сквозь каналы электронный поток в ~10 3 раз. За счёт усиления в МКП общий коэф. преобразования ЭОП достигает (20-25)·10 3 при разрешении до 40 пар линий/мм.

Рис. 3. Схема ЭОП с микроканальной пластиной: 1 - фотокатод; 2 - экран; 3 - микроканальная пластина.

ЭОП с магн. фокусировкой не получили широкого распространения из-за громоздкости и большого веса магн. фокусирующих систем.

Рентг. ЭОП (РЭОП) существенно отличаются от оптических. В них происходит трёхкратное преобразование изображения: оптич. изображение, получаемое на первичном люминесцентном экране за счёт рентг. лучей, прошедших сквозь исследуемый объект, возбуждает фотоэлектронную эмиссию фотокатода; электронное изображение электрич. полем переносится на выходной люминесцентный экран, возбуждая его свечение. Первичный люминесцентный экран формируется на тонкой прозрачной плёнке, на обратной стороне к-рой создаётся фотокатод, что обеспечивает перенос изображения с первичного экрана на фотокатод с мин. искажениями. Электронное изображение с фотокатода переносится на экран с десятикратным уменьшением. Общее усиление в РЭОП достигает неск. тысяч кд/м 2. лк.

В нек-рых типах ЭОП изображение регистрируется матрицей из электроночувствит. элементов (в количестве 10- 100), используемой вместо люминесцентного экрана.

ЭОП применяются в ИК-технике, спектроскопии, медицине, ядерной физике, телевидении, для преобразования УЗ-изображения в видимое (см. Визуализация звуковых полей).

Лит.: Козелкин В. В., Усольцев И. Ф., Основы инфракрасной техники, 3 изд., M., 1985; Зайдель И. H., Курен-ков Г. И., Электронно-оптические , M., 1970.

А. А. Жигарев.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

. - (ЭОП) фотоэлектронный вакуумный прибор, предназначенный для преобразования невидимого излучения (инфракрасного, ультрафиолетового, рентгеновского) в видимое и одновременно усиливающий его яркость. Простейший ЭОП состоит (см. .) из стеклянного… … Большая политехническая энциклопедия

Вакуумный фотоэлектронный прибор для преобразования невидимого глазом изображения объекта (в инфракрасных, ультрафиолетовых или рентгеновских лучах) в видимое изображение либо для усиления яркости видимого изображения. Электронно оптический… … Энциклопедия техники

- (ЭОП), вакуумный фотоэлектронный прибор для преобразования невидимого глазом изображения объекта (в ИК, УФ или рентгеновских лучах) в видимое либо для усиления яркости видимого изображения. В ЭОП оптическое или рентгеновское изображение… … Энциклопедический словарь

электронно-оптический преобразователь - elektroninis optinis keitiklis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. electron optical converter; electrooptical transducer vok. elektronenoptischer Wandler, m rus. электронно оптический преобразователь, m pranc. convertisseur… … Automatikos terminų žodynas

электронно-оптический преобразователь - elektroninis optinis keitiklis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electron optical converter vok. elektronenoptischer Wandler, m rus. электронно оптический преобразователь, m pranc. convertisseur électronique optique, m; transformateur… … Fizikos terminų žodynas

- (ЭОП) вакуумный фотоэлектронный прибор, предназнач. для преобразования невидимого глазом изображения (в ИК, УФ или рентгеновских лучах) в видимое либо служащий для усиления яркости видимого изображения. Простейший ЭОП состоит из полупрозрачного… … Большой энциклопедический политехнический словарь

- (ЭОП) прибор, основанный на фотоэлектрическом эффекте, предназначенный для преобразования невидимого глазом изображения в видимое или для усиления видимого изображения; в медицине применяется при исследованиях в инфракрасном или ультрафиолетовом… … Большой медицинский словарь

На протяжении всей истории своего развития, человек стремился стать совершеннее. Не имея крыльев, он построил крылатые машины, и стал летать как птица. Он изобрел акваланг и научился плавать и погружаться в пучины океана, как рыба. Извечной мечтой человека оставалось видеть в темноте, как кошка.

Но осуществление этой мечты стало одной из наиболее трудных задач, так как потребовало серьезной научной подготовки и значительной технико-экономической базы. Предпосылкой для создания приборов ночного видения стало открытие в 19 веке инфракрасного (теплового) излучения. Однако, устройство, способное "видеть" предметы не в оптическом (видимом), а в инфракрасном (тепловом) диапазоне спектра было создано лишь в 1934 г.

Этот момент принято считать началом эры ночного видения. Развитие приборов ночного видения можно разбить на ряд этапов, с которыми связано появление их определенных поколений. Каждое последующее поколение отличалось от предыдущего большей дальностью видения, лучшим качеством изображения, снижением массы и габаритов, увеличением времени работы, повышением стойкости к воздействию световых помех и целым рядом других преимуществ.

Главным признаком, по которому различаются поколения приборов ночного видения (ПНВ), является их основной элемент – электронно-оптический преобразователь (ЭОП), предназначенный для преобразования невидимого глазом инфракрасного изображения в видимое и усиления его по яркости.

0 поколение “Стакан Холста”

Первый работоспособный электронно-оптический преобразователь (ЭОП) был разработан Холстом с соавторами в исследовательском центре фирмы “Филипс” (Голландия) в 1934 году. Он остался известен как “стакан Холста”. Его схема, иллюстрирующая принцип действия, приведена на рис. 1.

Рис. 1. Принцип действия “стакана Холста”

Этот ЭОП представлял собой два вложенных друг в друга стакана, на плоское дно которых и наносились фотокатод и люминофор. Приложенное к ним высоковольтное напряжение, создавало электростатическое поле, обеспечивающее прямой перенос электронного изображения с фотокатода на экран с люминофором.

В качестве фоточувствительного слоя в “стакане Холста” использовался серебряно-кислородно-цезиевый фотокатод (или S-1), имевший довольно низкую чувствительность, хотя и работоспособный в диапазоне до 1,1 мкм. К тому же, этот фотокатод обладал высоким уровнем шумов, для устранения которых требовалось охлаждение до минус 40 оС.

Эти недостатки позволяли использовать ЭОП только в активном режиме, то есть с подсветкой наблюдаемого изображения инфракрасным (ИК) прожектором.

Появление первых ЭОП в условиях предвоенной обстановки вызвало значительный интерес. “Стакан Холста” был доработан до уровня серийного производства фирмой EMI (Англия), и с 1942 по 1945 год их было выпущено несколько тысяч штук. (рис.2).

Рис. 2. Первые серийные образцы “стакана Холста”.

Из-за недостатков первых ЭОП приборы ночного видения (ПНВ) отличались большой массой и габаритами, а также невысоким качеством изображения.

Тем не менее, на основе первых ЭОП было создано большое число приборов ночного видения: ночных прицелов, ночных биноклей, систем ночного вождения автотранспорта. В канун второй мировой войны в Германии появились ночные прицелы (бильдвандлер) (рис.3), которые давали возможность вести стрельбу по цели ночью на расстоянии 50-70 м.

Рис. 3 Немецкий электронно-оптический прицел (бильдвандлер), (1942 г.).

Весьма успешно Германия применяла ПНВ для обеспечения действий своих танков и боевых машин. В результате Советская армия понесла серьезные потери в боях в районе венгерского озера Балатон. Чтобы уравнять шансы и лишить противника возникшего преимущества, советское командование вынуждено было подсветить зенитными прожекторами поле боя при форсировании реки Одер.

Именно желание «засветить» ночные прицелы противника, а не пресловутая «психическая» атака была истинной причиной применения зенитных прожекторов в ночном танковом бою.

Последующее развитие приборов ночного видения привело к открытию “мультищелочного фотокатода” (S-20), состоящего из арсенидов натрия и калия, активированных цезием. Такой фотокатод уже 40 лет служит основой большинства ЭОП практически всех типов.

Сегодня ЭОП нулевого поколения сняты с производства во всем мире и заменены более эффективными, но и более дорогими преобразователями последующих поколений. Только в России и некоторых странах СНГ еще можно купить ПНВ 0-го поколения. Их стоимость обычно составляет $100-200. Слабые характеристики позволяют рассматривать такие приборы только как сувениры или игрушки. Тем не менее, они нашли свою нишу на рынке, определив нижний ценовой диапазон ПНВ.

I поколение

Данные ЭОП имеют стеклянную вакуумную колбу с чувствительностью фотокатода 120-250 мкА/лм. Усиление света у них составляет 120-1000, разрешение в центре 25-35 штрих/мм.

Отличительная особенность данного типа ЭОП состоит в том, что четкое изображение наблюдается только в центре, с искажением и меньшим разрешением по краям. Кроме этого, если в поле зрения попадают яркие источники света, например, фонари, светящиеся окна домов и т.п., происходит засветка всего изображения, что мешает наблюдению.

Из-за низкого усиления однокаскадные приборы I-го поколения очень критичны к светосиле оптики и параметрам ЭОП. При наличии? луны на небе, эти приборы еще кое-как работают. При более низкой освещенности необходима дополнительная инфракрасная (ИК) подсветка. Для увеличения коэффициента усиления ЭОП иногда последовательно стыкуют два, три или более изделий, собирая конструктивно их в один корпус (рис.4).

Рис. 4. Конструкция трехкаскадного ЭОП с электростатической фокусировкой электронов.

Коэффициент усиления света трехкаскадного ЭОП составляет 20 000-50 000. Однако при стыковке сильно растут искажения, и падает разрешение по краям поля изображения. Приборы, построенные на основе многокаскадных ЭОП, получаются очень громоздкими и тяжелыми, поэтому в последнее время их практически вытеснили малогабаритные приборы I + и II-го поколения, имеющие лучшие характеристики и близкую стоимость. Приборы, созданные на основе однокаскадного ЭОП I-го поколения, еще можно встретить в магазинах по цене $ 300-400.

I+ поколение

Развитие волоконной оптики в США в 60-е годы позволило усовершенствовать ЭОП I-го поколения. В этих приборах на входе (иногда на выходе) вместо плоского стекла стали устанавливать волоконно-оптическую пластину (ВОП), внутренняя сторона которой имела форму сферы. ВОП представляет собой множество микроскопических стеклянных световодов, способных передавать изображение с большой четкостью.

Это изобретение позволило увеличить разрешение по краям поля зрения и уменьшить дисторсию (искажение формы), а также защитило изображение от засветок боковыми точечными источниками света, что позволило работать этим приборам в городских условиях. При изготовлении этих ЭОП стал использоваться чувствительный фотокатод S-25.

Коэффициент усиления яркости у таких ЭОП составляет 1000, а разрешение в центре не хуже 45 штрих./мм. Приборы поколения I +, отличаются от приборов первого поколения большей четкостью картинки, и большей дальностью действия в пассивном и активном режиме и работают при уровнях освещенности, соответствующих 1/4 луны на небе. Приборы, созданные на основе ЭОП поколения I +, продаются по ценам $ 600-800.

II поколение

В 70-е годы на основе технологии волоконной оптики, фирмами США был разработан вторично-эмиссионный усилитель в виде микроканальной пластины (МКП). МКП представляет собой тонкую пластинку с наклонными микроканалами, число которых более 1млн, а диаметр 10-12 мкм. Обе поверхности МКП полируются и металлизируются, между ними прикладывается напряжение в несколько сотен вольт.

Принцип действия МКП изображен на рис. 5. Электрон, выбитый с катода ЭОП, разгоняется в разгонной камере, затем попадает в канал МКП и ударяясь о ее наклонную стенку, выбивает вторичные электроны. В приложенном электрическом поле этот процесс многократно повторяется, позволяя получить коэффициент усиления в десятки тысяч раз.

Рис. 5. Принцип действия вторично-эмиссионного усилителя в виде микроканальной пластины.

Из-за наличия разгонной камеры, ЭОП II-го поколения имеет большой коэффициент усиления яркости, но при этом и большую длину.

Характеристики: усиление света 25 000-50 000, минимальная чувствительность фотокатода 240 мкА/лм, разрешение в центре поля 32-38 штр/мм. Ресурс 1000-3000 часов. Приборы, созданные на основе ЭОП поколения I +, продаются по ценам $ 1000-1500.

II+ поколение

Отличительной особенностью этих приборов, от приборов II-го поколения, является отсутствие разгонной камеры. Поэтому электрон, выбитый с катода ЭОП, попадает непосредственно на МКП, а затем на люминофорный экран.

Из-за отсутствия разгонной камеры, ЭОП поколения II + имеет меньший коэффициент усиления яркости, чем ЭОП поколения II. Но он обладает повышенной более чем в 2 раза чувствительностью фотокатода и высокой чувствительностью в инфракрасном диапазоне. Кроме того, отсутствие разгонной камеры, позволяет получить более четкую картинку. В результате, приборы поколения II +, работают на открытой местности лучше, чем приборы II поколения.

Из-за отсутствия разгонной камеры, ЭОП поколения II+ называется планарным (плоским). Приборы поколения II + имеют автоматическую регулировку яркости, защиту от засветок точечными источниками света и хорошее качество изображения по всему полю экрана. Коэффициент усиления яркости у таких ЭОП до 35000, но чувствительность фотокатода достигает величины 600 мкА/лм и смещена в большую ИК-область, разрешение 40-45 штр/мм. Ресурс 2000-5000 часов.

Эти приборы относятся к классу профессиональной техники и в настоящее время находятся на вооружении армий большинства западных стран, так как работают при очень низких уровнях освещенности, соответствующих звездному небу и звездному небу в легких облаках. Приборы, созданные на основе ЭОП поколения II +, продаются по ценам $ 2200-5000.

III поколение

На выставке вооружений в 1982 году был представлен ЭОП, принципиально отличающийся от своих предшественников высокоэффективным полупроводниковым фотокатодом на основе арсенида галлия, с ещё большим смещением пика чувствительности в инфракрасную область. По совокупности параметров, новый ЭОП на основе AsGa фотокатода был отнесен к следующему, III-му поколению.

Однако производство оказалось достаточно сложным и состояло из более 400 технологических операций. Из-за быстрого окисления поверхности фотокатода на воздухе, сборка проводилась с помощью манипуляторов, в вакууме, порядка 10-10 – 10-11 мм рт. ст. Все это определило чрезвычайно высокую стоимость этих преобразователей.

Сегодня ЭОП III-го поколения выпускают всего три производителя в мире - один российский и два американских - фирмы ITT и LITTON. Чувствительность ЭОП III-го поколения российского производства составляет 1200 мкА/лм, при весьма слабой разрешающей способности - 45 штр/мм, американские ЭОП III-го поколения имеют чувствительность до 2700 мкА/лм, разрешающую способность до 75 штр/мм и ресурс до 15 000 часов, что в 3 раза выше, чем у российских ЭОП.

Высокая чувствительность ЭОП III-го поколения позволяет приборам на их основе видеть при освещенности 5х10-4 лк, что соответствует звездному небу в облаках.

ЭОП III-го поколения является ключевой военной технологией. Их применение создает армии и авиации огромное преимущество над потенциальным противником в боевых действиях в ночное время.

Распространение такой высокотехнологичной продукции контролируется всеми без исключения государствами, которые путем пономерного учета выпускаемых ЭОП, препятствуют попаданию подобных изделий в гражданский оборот.

Поэтому, если какая-либо отечественная или иностранная фирма, пусть даже за очень большие деньги, предлагает обыкновенному покупателю приобрести ночной прицел, или очки, оснащенные ЭОП III-го поколения и не требует при этом предоставить сертификат конечного пользователя (обязательный при такой процедуре), то покупателю стоит всерьез задуматься над тем, ЭОП какого поколения на самом деле будет установлен в такое изделие, и за что он заплатит свои деньги.

Необходимо также учитывать, что приборы на основе ЭОП III-го поколения боятся засветки боковыми источниками света, так как не имеют в своей конструкции волоконно-оптической пластины (ВОП). В связи с этим, не рекомендуется приобретать приборы III-го поколения, если угодья, где происходит охота, граничат пусть даже с далекой автомобильной трассой, либо на горизонте есть огни дачного поселка или города.

Стоимость приборов на основе ЭОП III-го поколения составляет от $ 5000-10000.

поколение SUPER II+ и SUPER II++ (по западной классификации Super Gen II+)

В связи с высокой стоимостью ЭОП III-го поколения, сравнимой с ценой отечественного легкового автомобиля, было принято решение разработать ЭОП, полностью аналогичный конструкции ЭОП III-го поколения, (включая оптические и электрические параметры), но с хорошо освоенным и более дешевым мультищелочным фотокатодом.

Разработка ЭОП нового поколения проводилась с учетом технологических достижений, применявшихся при производстве ЭОП всех поколений, в результате чего был создан мультищелочной фотокатод сверхминиатюрной конструкции с особо высокой чувствительностью в инфракрасной области (S-25R). На базе таких фотокатодов были выпущены ЭОП поколений SUPER II+ и SUPER II++.

Созданный мультищелочной фотокатод оказался более стойким соединением по сравнению с AsGa фотокатодами III-го поколения и практически не деградировал под действием положительных ионов, возникающих в каналах микроканальной пластины (МКП) и бомбардирующих фотокатод. Это позволило отказаться от нанесения на вход МКП защитной ионно-барьерной пленки, применяемой в ЭОП III-го поколения.

В результате, эффективность работы ЭОП повысилась на 30-50 %, а значение фактора шума было снижено до 1,5, в то время как для ЭОП III-го поколения эта величина составляет 3,0-3,5.

Интегральная чувствительность повысилась до 500-650 мкА/лм (в стандартных ЭОП поколений II и II+ это значение не превышает 280-350 мкА/лм).

Кроме того, в конструкции были применены микроканальные пластины с большим количеством каналов, что повысило разрешающую способность ЭОП поколения SUPER II+ до 50-55 штр/мм, а ЭОП поколения SUPER II++ до 60-75 штр/мм, при частотно- контрастной характеристике, не уступающей ЭОП III-го поколения.

Наибольшего успеха в разработке ЭОП поколения SUPER II++ достигла компания DEP-photonis (Голландия). Поэтому некоторые достаточно известные, но не очень порядочные производители ПНВ (особенно российские) запросто обманывают своих покупателей, выдавая ЭОПы поколения SUPER II++, производимые этой компанией, за ЭОПы III-го поколения.

Следует отметить, что компания DEP никогда не производила и не производит ЭОП третьего поколения. Такие названия, как SuperGen, XD-4, XR-5, на самом деле являются торговыми марками модификаций ЭОП поколения SUPER II++. Эти ЭОПы отличаются низкими шумами, высокой разрешающей способностью – до 75 штр/мм (XR-5) и высокой чувствительностью фотокатода – до 600-700 мкА/Лм, что приближает их к ЭОП 3-го поколения.

Вышеуказанный рост параметров обеспечил приборам с ЭОП поколения SUPER II++ практически те же дальности действия, что и с ЭОП III-го поколения (Таблица 1). Таким образом, ЭОП новейшего поколения SUPER II++ из "временно замещающего" превратился в самостоятельную и более дешевую альтернативу ЭОП III-го поколения.

Сегодня производители ЭОП III-го поколения признают, что не существует принципиальных различий в эффективности между ПНВ с ЭОП поколений Super II++ и III.

Несмотря на довольно выдающиеся параметры, приборы, созданные на основе ЭОП поколения SUPER II++, продаются по ценам, всего на 10-15% выше, чем приборы поколения II+

Приборы ночного видения с ЭОП, вы можете увидеть в разделах: , и .

ЭОП

электрооптические параметры

техн., физ.

Источник: http://chem.kstu.ru/jchem&cs/russian/n4/appl4/yal2000/0sdms60/0sdms60.htm

ЭОП

эндоскопическое оперативное пособие

ЭОП

электронно-оптический планшет

техн., физ.

эффективная отражающая поверхность

связь

Словари: Словарь сокращений и аббревиатур армии и спецслужб. Сост. А. А. Щелоков. - М.: ООО «Издательство АСТ», ЗАО «Издательский дом Гелеос», 2003. - 318 с., С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. - С.-Пб.: Политехника, 1997. - 527 с.

в теории радиолокации

ЭОП

эндогенные опиаты

ЭОП

электронный оптический прибор

техн., физ.

ЭОП

электронно-оптический приёмник

техн., физ.

Словарь: С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. - С.-Пб.: Политехника, 1997. - 527 с.

ЭОП

электронно-оптический преобразователь

техн., физ.

Словари: Словарь сокращений и аббревиатур армии и спецслужб. Сост. А. А. Щелоков. - М.: ООО «Издательство АСТ», ЗАО «Издательский дом Гелеос», 2003. - 318 с., С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. - С.-Пб.: Политехника, 1997. - 527 с.

ЭОП

электронно-оптический прожектор

техн., физ.

Источник: http://www.mini-soft.ru/bemt/3usct_.php

Словарь сокращений и аббревиатур . Академик . 2015 .

Смотреть что такое "ЭОП" в других словарях:

ЭОП - ЭОП: ЭОП электронно оптический преобразователь. ЭОП эффективная отражающая поверхность. … Википедия

ЭОП - см. Электронно оптический преобразователь. * * * ЭОП ЭОП, см. Электронно оптический преобразователь (см. ЭЛЕКТРОННО ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ) … Энциклопедический словарь

ЭОП Большой Энциклопедический словарь

эоп - сущ., кол во синонимов: 1 преобразователь (39) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

ЭОП - см. Электронно оптический преобразователь … Большой медицинский словарь

ЭОП - см. Электронно оптический преобразователь … Медицинская энциклопедия

ЭОП - см. Электронно оптический преобразователь … Естествознание. Энциклопедический словарь

ЭОП - электронно оптический планшет электронно оптический преобразователь электронно оптический приёмник эффективная отражающая поверхность … Словарь сокращений русского языка

ЭОП с микроканальной пластиной - ЭОП с МКП Ндп. микроканальный ЭОП ЭОП с микроканальным усилением Электронно оптический преобразователь, в котором повышение коэффициента яркости осуществляется при помощи микроканальной пластины. [ГОСТ 19803 86] Недопустимые, нерекомендуемые… …

ЭОП с регулируемым увеличением изображения - Ндп. ЭОП с переменным увеличением Электронно оптический преобразователь, в котором предусмотрена возможность изменения масштаба изображения на выходе путем изменения электронно оптического увеличения. [ГОСТ 19803 86] Недопустимые, нерекомендуемые … Справочник технического переводчика

Электровакуумные или полупроводниковые приборы, принцип работы которых основан на фотоэффекте, называют фотоэлектронными.

Основной параметр фотоэлемента - его чувствительность, выражаемая отношением силы фототока к соответствующему световому потоку. Эта величина в вакуумных фотоэлементах достигает значения порядка 100 мкА/лм.

Схема ФЭУ приведена на рис. 1. Падающие на фотокатод К фотоны эмиттируют электроны, которые фокусируются на первом электроде (диноде) Э 1 . В результате вторичной электронной эмиссии с этого динода вылетает больше электронов, чем падает на него, т. е. происходит как бы умножение электронов. Умножаясь на следующих динодах, электроны в итоге образуют усиленный в сотни тысяч раз ток по сравнению с первичным фототоком.

Рис. 1.

ФЭУ применяют главным образом для измерения малых лучистых потоков, в частности ими регистрируют сверхслабую биолюминесценцию, что важно при некоторых биофизических исследованиях.

Рис. 2.

На внешнем фотоэффекте основана работа электронно-оптического преобразователя (ЭОП), предназначенного для преобразования изображения из одной области спектра в другую, а также для усиления яркости изображений. Схема простейшего ЭОП приведена на рис. 2. Световое изображение объекта 1, проецированное на полупрозрачный фотокатод К, преобразуется в электронное изображение 2. Ускоренные и сфокусированные электрическим полем электродов Э электроны попадают на люминесцентный экран Е. Здесь электронное изображение благодаря катодолюминесценции вновь преобразуется в световое 3.

В медицине ЭОП применяют для усиления яркости рентгеновского изображения, это позволяет значительно уменьшить дозу облучения человека.

Если сигнал с ЭОП подать в виде развертки на телевизионную систему, то на экране телевизора можно получить «тепловое» изображение предметов. Части тела, имеющие разные температуры, различаются на экране либо цветом при цветном изображении, либо светом, если изображение черно-белое. Такая техническая система, называемая тепловизором, используется в термографии.

Фотоколори́метр

Оптический прибор для измерения концентрации веществ в растворах. Действие колориметра основано на свойстве окрашенных растворов поглощать проходящий через них свет тем сильнее, чем выше в них концентрация окрашивающего вещества. В отличие от спектрофотометра, измерения ведутся в луче не монохроматического, а полихроматического узко спектрального света, формируемого светофильтром.Применение различных светофильтров с узкими спектральными диапазонами пропускаемого света позволяет определять по отдельности концентрации разных компонентов одного и того же раствора.

Колориметры разделяются на визуальные и объективные (фотоэлектрические) - фотоколориметры. В визуальных колориметрах свет, проходящий через измеряемый раствор, освещает одну часть поля зрения, в то время как на другую часть падает свет, прошедший через раствор того же вещества, концентрация которого известна. Изменяя толщину l слоя одного из сравниваемых растворов или интенсивность I светового потока, наблюдатель добивается, чтобы цветовые тона двух частей поля зрения были неотличимы на глаз, после чего по известным соотношениям между l, I и с может быть определена концентрация исследуемого раствора.

Фотоэлектрические колориметры (фотоколориметры) обеспечивают большую точность измерений, чем визуальные; в качестве приёмников излучения в них используются фотоэлементы (селеновые и вакуумные), фотоэлектронные умножители, фоторезисторы (фотосопротивления) и фотодиоды. Сила фототока приемников определяется интенсивностью падающего на них света и, следовательно, степенью его поглощения в растворе (тем большей, чем выше концентрация). Измерения с помощью колориметра отличаются простотой и быстротой проведения. Точность их во многих случаях не уступает точности других, более сложных методов химического анализа. Нижние границы определяемых концентраций в зависимости от метода составляют от 10 −3 до 10 −8 моль/л.

Отдельную группу оптико-электронных систем визуализации инфракрасных изо­бражений составляют приборы ночного видения (ПНВ), в которых в качестве приемни­ка и преобразователя оптического сигнала ближнего ИК-диапазона в видимое изобра­жение используется электронно-оптический преобразователь (ЭОП) - электровакуум­ный прибор, предназначенный для преобразования спектрального состава излучения и (или) усиления яркости изображения. Физические принципы и механизм работы ЭОП неоднократно рассматривались в литературе .

На рис. 8.1 представлена функциональная схема ИКС с ЭОП так называемого нуле­вого поколения, где 1 - объектив, строящий инфракрасное изображение пространства объектов на фотокатоде 2, нанесенном на внутреннюю поверхность ваку у миро ванной стеклянной колбы 3; 4 - система формирования электронного изображения (фокуси­рующая и ускоряющая система); 5 - люминесцентный экран; 6 - окуляр; 7 - глаз или какое-либо устройство для регистрации видимого изображения (телевизионная камера, ПЗС-матрица, фотопленка и т. п.).

Конструкция блока питания ЭОП обычно состоит из двух частей: низковольтного источника («внешнего») и преобразователя низкого напряжения в высокое, необходи­мое для создания большой разности по­тенциалов (до десятков киловольт) между анодом и фотокатодом, а также между электродами фокусирующей и ускоряю­щей системы и фотокатодом («внутрен­ний» источник питания). Потребляемый при этом ток очень мал.

Многие параметры ЭОП и ПНВ опре­деляются через параметры основных узлов

ЭОП: фотокатода, фокусирующей и отклоняющей систем, экрана-анода. На рис. 8.2 приведены спектральные характеристики наиболее употребляемых в ЭОП фотокато­дов. Важными параметрами и характеристиками фотокатодов также являются: инте­гральная и спектральная чувствительности, которые часто в литературе и каталогах приводятся по отношению к световому потоку, (например, в мимроамперах на люмен), и потому для ИК-диапазона спектра они должны быть пересчитаны по известным ме­тодикам (см., например, ) к потоку излучения (например, в мкА/Вт); плотность темпового тока при рабочей темпера­туре фотокатода-, линейность харак­теристики фотокатода (энергетиче­ской); пороговая чувствительность или облученность фотокатода; размер (ра­бочий диаметр) фотокатода и др.

К числу важнейших параметров лю - минесцирующих экранов-анодов совре­менных ЭОП относятся: спектральная характеристика излучения экрана (см., например, рис. 8.3); интегральная яр­кость свечения экрана (максимальная, минимальная, в режиме автоматической регулировки яркости экрана); светоот­дача, т. е. отношение энергии, излучаемой единицей площади экрана, к мощности облу­чающих ее электронов; разрешающая способность или пространственно-частотная характеристика; размер экрана; инерционность или время послесвечения люминофо­ра-, яркость темпового фона, т. е. яркость экрана в отсутствие облучения фотокатода, но при наличии номинального рабочего питающего ЭОП напряжения (напряжения ме­жду экраном-анодом и фотокатодом).

По времени послесвечения экраны иногда делят условно на пять групп: 1) с очень ко­ротким послесвечением (10-5 с), 2) с коротким (10~5... 10~2 с), 3) со средним послесвече­нием (10~2... 10“1 с), 4) с длительным (0,1... 16 с), 5) с очень длительным (более 16 с).

Для визуального наблюдения обычно выбирают люминофоры на базе легирован­ных медью и серебром соединений ZnS и гпБе, гп8 и С(18, создающие желто - зеленое свечение.

Большинство перечисленных параметров и характеристик используется для описа­ния ЭОП в целом или для определения важнейших специфических параметров и харак­теристик ПНВ. К их числу обычно относят:

Коэффициент преобразования потока излучения (т|) - отношение светового пото­ка, излучаемого экраном, к потоку излучения, пришедшему на фотокатод;

Коэффициент яркости ЭОП (гц) - отношение энергетической яркости экрана, оцененной конкретным приемником при заданных условиях облученности фотокатода, к энергетической яркости идеальной диффузно отражающей пластины, оцененной тем же приемником при тех же условиях облучения;

Яркость темнового фона ЭОП - яркость свечения экрана ЭОП при отсутствии об­лучения фотокатода;

Размеры рабочих полей (поверхностей) фотокатода и экрана ЭОП,

Электронно-оптическое увеличение ЭОП (Гэ), равное отношению размера изобра­жения объекта на экране ЭОП к размеру соответствующего ему изображения на фото­катоде;

Динамический диапазон облученности, в котором работает ОЭП;

Увод, поворот и эксцентриситет изображения, характеризующие несовпадение систем координат изображений на фотокатоде и экране ОЭП;

-

Разрешающая способность (предел раз­решения) ЭОП и ПНВ в целом или простран­ственно-частотные характеристики ЭОП и ПНВ;

Напряжение питания и потребляемый ток ЭОП;

Габаритные размеры и масса; -минимальное время наработки;

Тип контактов и ряд других параметров и характеристик конструкции ЭОП и ПНВ.

Преобразователи нулевого поколения ин­верторного типа, т. е. с оборачиванием изо­бражения (в США их также называют ЭОП первого поколения - GEN1), имеют плоские входные и выходные окна вакуумированного корпуса Их коэффициенты преобразования достигают 1000. Основным недостатком этих

ЭОП является неравномерное разрешение по полю изображений, заметно снижающее­ся от центра к краям. Фотокатод сферической формы и объективы, кривизна изображе­ния которых совпадает с кривизной фотокатода, чрезмерно усложняют оптическую систему и поэтому редко используются на практике.

Для улучшения равномерности разрешающей способности более приемлемо разме­щение на входе и (или) на выходе ЭОП волоконно-оптических элементов (ВОЭ) - плосковогнутых волоконно-оптических пластин. Такие приборы называют ЭОП перво­го поколения (в США - ОЕМ1+). Однако при этом ЭОП становится заметно дороже, так как 30% его стоимости и более приходится на ВОЭ. Кроме того, применение ВОЭ ве­дет к дополнительным оптическим потерям. Поэтому для улучшения качества изобра­жения в ЭОП инверторного типа с плоскими фотокатодами предлагается ряд решений , из которых наиболее известна магнитная система фокусировки - весьма гро­моздкая и требующая сравнительно мощных источников питания.

Другим решением проблемы является установка мелкоструктурной сетки в отвер­стии диафрагмы, размещаемой перед анодом ЭОП. Такая система фокусировки позво­ляет уменьшить длину ЭОП при неизменном диаметре фотокатода и улучшить качест­во изображения по полю. Примером эффективности этого конструктивного решения явилась разработка малогабаритного ЭОП О-Бирег с рабочим диаметром фотокатода 14 мм при общем диаметре ЭОП 30 мм и длине 24 мм . Разрешение ЭОП в центре поля составило 40...45, а на диаметре 12 мм - 15...20 линий на миллиметр. Чувстви­тельность фотокатода с фильтром К-17 >160 мкА/лм, коэффициент усиления яркости > 500, яркость темнового фона < 2-10-3 кд/м2.

Для увеличения коэффициента преобразования ЭОП составляют из нескольких кас­кадов (модулей). В качестве примера на рис. 8.4 показано устройство трехкаскадного ЭОП первого поколения. Входное ИК- изображение строится объективом на передней поверхности ВОЭ - 1 и переда­ется на фотокатод 2 первого каскада I.

Электронно-оптическая система 3 ускоря­ет и фокусирует испускаемые за счет фо­тоэмиссии электроны на люминесцентном экране 4. Полученное таким образом в каскаде I изображение передается через однотипные каскады II и III с большим усилением по яркости на выходной экран 5 (экран каскада III) и выходной ВОЭ оптические ускоряющие системы и экраны-аноды, увеличиваются от каскада к каскаду, достигая нескольких десятков киловольт.

Для изменения масштаба изображения в ЭОП могут использоваться ВОЭ с кониче­скими волокнами, позволяющими изменять соотношение между диаметрами фотокато­да и экрана-анода.

В ЭОП следующего, второго, поколения для увеличения коэффи­циентов преобразования и яркости применяется микроканальный уси­литель вторичной эмиссии - микро- канальная пластина (МКП), пока­занная на рис. 8.5,а. Диаметры ка­налов современных МКП Лк со­ставляют 5...6 мкм при периодах размещения отдельных элементов 1)И 6,5...7,5 мкм. Поскольку исполь­зование МКП исключает дисторсию изображения, что очень важно, раз­решение современных ЭОП с МПК достигает 64 лин/мм и более.

Нужно отметить, что возникно­вение «обратного» потока положи­тельных ионов, бомбардирующих фотокатод (рис. 8.5,6), существенно укорачивает срок службы ЭОП. Для ослабления этого потока использу­ются ионно-барьерные пленки, пре­пятствующие приходу ионов на фо­токатод. Однако такие пленки од­новременно ослабляют и поток эмитгируемых фотокатодом элек­тронов, что существенно уменьшает коэффициенты преобразования и яркости ЭОП.

Чтобы эмиттируемые электроны не пролетали сквозь капилляры МКП без соударения со стенками, на которые нанесен фотоэмиссион - ный слой, оптические оси капилля­

Ров располагают под некоторым углом а относительно нормали к торцевой поверхно­сти МКП (рис. 8.5,в).

Коэффициент усиления, характеризующий МКП, зависит от диаметра капилляров £)к и угла а, а также от отношения длины (толщины) МКП £мкп к ее диаметру £)мкп. При уве­личении отношения ^мкп/Лмкп приходится несколько увеличивать питающее МКП напря­жение, однако это окупается значительным ростом коэффициента усиления (табл. 8.1).

Структура ЭОП с МКП показана на рис. 8.6. Расстояния между фотокатодом и МКП и между МКП и экраном должны выбираться как можно меньшими, так как это увели-

Чивает разрешающую способность ЭОП. Благодаря применению МКП удалось сущест­венно уменьшить продольные размеры ЭОП и использовать их в нашлемных ПНВ, оч­ках и биноклях ночного видения (см. гл. 14).

Поскольку при большой облученности фотокатоды ЭОП могут разрушаться, мно­гие ПНВ с ЭОП оснащаются системой автоматической регулировки яркости (АРЯ) и системой защиты от ярких источников облучения. Система АРЯ управляет напряже­нием, питающим МКП, а система защиты от ярких источников, использующая регу­лируемые диафрагмы и заслонки (обтюраторы), может даже отключать источник пи­тания ЭОП.

Преобразователи второго поколения выполнялись и выполняются, в основном, в виде однокамерных устройств с ВОЭ на входном окне и с ВОЭ в качестве выход­ного окна, с МКП, а также со вторичным (высоковольтным) источником питания, конструктивно объединенным с вакууми - рованной колбой ЭОП.

В ЭОП второго поколения (ЭОП II или GEN II) используются мультшцелоч - ные фотокатоды, чувствительные в ближнем ИК-диапазоне (С25 и C25R), по­зволяющие обнаруживать лазерное излу­чение (лазерную подсветку) на длине волны X = 1,06 мкм.

В качестве примера в табл. 8.2 приве­дены параметры некоторых МКП для ЭОП II, предназначенных как для преоб­разования изображений, так и для обна­ружения подсветки ПНВ противником.

Разработка новых фотокатодов, в частности на базе GaAs, квантовая эффективность которых достигает 30%, позволила создать ЭОП без электростатической фокусирую­щей системы, т. е. работающие по схеме прямого переноса фотоэлектронов и усиления в МКП (ЭОП П+ и третьего поколений). Для инвертирования изображения на выходе таких ЭОП применяют специальные волоконно-оптические оборачивающие элементы

- «твистеры». В таких бипланарных конструкциях (ЭОП III или GEN III) (рис. 8.7), ис­пользуют плоскопараллельный волоконно-оптический элемент ВОЭ 1, плосковогнутый волоконно-оптический элемент ВОЭ 2, а также плоскопараллельный оборачивающий изображение ВОЭ 3 и микроканапьную пластину МКП.

Технология изготовления ЭОП III, в частности, обеспечивающая строгую парал­лельность фотокатода, торцев МКП и экрана-анода, а также ультравысокий вакуум при сборке этих пребразователей (до 1(Г10 Topp), весьма сложна. Поэтому преобразователи третьего поколения в несколько раз дороже ЭОП II, однако срок службы их гораздо

Дальность действия ряда ПНВ с ЭОП III, работающих в условиях облученности звездным небом, за­тянутым облаками, возросла более чем в два раза по сравнению с ПНВ на базе ЭОП П .

Совершенствование конструк­ций ЭОП позволило заметно уве­личить их интегральную чувстви - Рис. 8.7. Схемы ЭОП бипланарных конструкций тельность (до 1800...2500 мкА/лм

Для ЭОП III), отношение сигнал-шум (до 20 крат) и разрешение (до 60 и более пар линий на 1 мм).

За рубежом основными поставщиками ЭОП II и III являются американские фирмы «ITT Night Vision» и «Litton Electrooptical Systems Division». Параметры ряда отечест­венных ЭОП второго и третьего поколений приведены в табл. 8.3.

Преобразователи бипланарной конструкции, работающие по схеме прямого перено­са с микроканальным беспленочным усилителем и имеющие встроенный источник пи­тания, функционирующий в режиме стробирования, принято называть ЭОП четвертого поколения (ЭОП IV, GEN IV). Такие ЭОП имеют разрешающую способность не менее 64 пар линий на 1 мм и интегральную чувствительность не менее 2500 мкА/лм.

Перед разработчиками ЭОП стоит важная задача - достичь длинноволновой границы спектральной чувст­вительности фотокатода порядка 1,8 мкм, поскольку это позволит обнаруживать лазерную подсветку на длинах волн 1,06 и 1,54 мкм, создавать активно­импульсные ПНВ, например дальномеры-локаторы и целеук^затели.

В последние годы появились сведения о разработках фотокатодов из GaAs, легированного In, у которых длинноволновая граница чувствительности достигает

1.6.. . 1,7 мкм . Это позволяет ПНВ работать при бо­лее высокой естественной ночной облученности, кото­рая в диапазоне 1,4... 1,8 мкм в безлунную ночь на два порядка выше, чем в диапазоне 0,4...0,9 мкм. Кроме того, при переходе к диапазону

1.4.. . 1,8 мкм уменьшается влияние атмосферного рассеяния (см. гл. 3), а контрасты многих объектов на естественных фонах выше и более стабильны, чем в диапазоне 0,4...0,9 мкм, где работает большинство современных ЭОП.

Разработки в области создания сверхтонких пленок из GaAs и других материалов позволяют по-новому оценить перспективность ЭОП с работающими на прострел эмиттерами, использование которых наиболее оптимально при их толщинах 1.. .3 мкм и диаметрах 8... 10 мм. В таком ЭОП (рис. 8.8), созданном в ОАО «НИИ электронных приборов», устраняется ослабление потока оборачивающим ВОЭ и существенно уменьшаются шумы при усилении электронного потока. Разрешение определяется раз­мерами и шагом ячеек анодной сетки и может достигать 60...70 штр./мм. Поскольку в ЭОП отсутствует МКП, то вполне достижимы уровни чувствительности 2500 мкА/лм и выше при большой долговечности .

Интересны сообщения о разработках новых ЭОП - пироэлектрического (или пиро - эмиссионного) типа . На рис. 8.9 показано устройство одного из важнейших эле­ментов таких ЭОП - тонкопленочной пироэлектрической мишени, представляющей со­бой управляемую матрицу на базе органического пироэлектрика. Здесь 1 - тонкий про­водящий электрод, 2 - пленка пироэлектрика, 3 - фотоэмиссионная проводящая сетка, 4 - кольцевой электрод. Мишень имеет на порядок более высокую виброустойчивость,

Параметры отечественных ЭОП

Чем мишени из кристаллических пироэлектриков на триглицинсульфате, и работает в большом диапазоне температур (-60...+50°С).

Преобразователь работает следующим образом (рис. 8.10). Объектив 1 через вход­ное окно 2 строит изображение пространства объектов на передней поверхности пиро­электрической мишени 3, задняя поверхность которой с нанесенной на нее фотоэмис - сионной сеткой равномерно облучается осветителем 4. За счет пироэлектрического эф­фекта различно нагретые изображением участки мишени приобретают различный по­ложительный заряд. Прикладывая отрицательное импульсное напряжение к тонкому

Проводящему электроду на входе мишени, можно снизить потенциал поля перед фото - эмиссионной сеткой, т. е. создать некоторое отрицательное смещение на сетке - фотокатоде, а также полностью подавить фотоэмиссию в начале каждого цикла работы мишени, т. е. «обнулять» потенциал на поверхности мишени, как того требует физиче­ский механизм работы пироэлектрика, реагирующего на изменение температуры его поверхности. Распределение положительных зарядов в пироэлектрической мишени по­вторяет распределение яркости в изображении, построенном объективом, а распреде­ление количества электронов, эмиттируемых фотокатодом с разных его участков, соот­
ветствует этому распределению. С помощью элек­тростатической ускоряющей 5 и магнитной фокуси­рующей 6 систем электронное изображение строит­ся на люминесцентном экране 7, а с помощью ВОЭ

8 изображение оборачивается и рассматривается на­блюдателем (окуляр на рис. 8.10 не показан).

Для уменьшения фона из-за фотоэмиссии, проис­ходящей во время отсутствия импульса напряжения, подаваемого на входной электрод мишени, необхо­димо или увеличивать время цикла «опроса» мише­ни, или отключать осветитель 4. Изменение времени цикла «опроса» должно соответствовать времени, не­обходимому для восстановления поверхностного по­тенциала пироэлектрика до первоначального уровня. Снизить уровень шумов можно, выбрав оптимальные амплитуды, форму и длительность импульсов напряжения, а так­же управляя работой осветителя.

Начиная с 70-х годов, ЦНИИ «Электрон» (С.-Петербург), Институт высоких энергий (Протвино), а также некоторые зарубежные фирмы («RCA», «Pixel Vision Inc.», «Hama­matsu», «Phetek Ltd.») успешно разрабатывают конструкции гибридно-модульных пре­образователей (ГМП). В таких устройствах модуль ЭОП с МКП преобразует инфра­красное изображение в видимое, которое с помощью проекционного объектива или во­локонно-оптического элемента, состыкованного с экраном-анодом, подается на ПЗС или МПИ.

Модульная конструкция таких систем позволяет заменять дефектные ЭОП или ПЗС. К их достоинствам также относятся возможности изменять масштаб изображения в достаточно больших пределах (до 10 крат и более) и проецировать на ПЗС-матрицу с помощью переключающихся или дихроичных зеркал изображение не только ИК-, но и дневного канала оптической системы. Такие ГМП могут работать при низких уровнях освещенности (до 10“5 лк), а их динамический диапазон в непрерывном режиме работы

Достигает 105. Поскольку ЭОП на входе ГМП ограничивает динами­ческий диапазон сигналов сверху, увеличение этого диапазона (до 10й) возможно только при им­пульсном режиме (режиме строби - рования).

Если размер ПЗС-матрицы меньше размера экрана ЭОП, то при использовании ГМП уменьша­ется масштаб изображения, что снижает разрешающую способ­ность системы, но улучшает каче­
ство изображения за счет уменьшения шумов экрана. Одним из недостатков таких ГМП является увеличение продольных размеров системы.

В ЦНИИ «Электрон» для стыковки с различными ЭОП разработаны охлаждаемые до -30...-35°С ПЗС-матрицы формата 768x580 пикселов с размерами 27x27 мкм и входным окном в виде ВОЭ с разрешением 50 штр./мм и коэффициентом передачи контраста 0,75. Масса модуля - 1320 г, габаритные размеры -072x23мм.

Более просты конструкции систем, в ЭОП которых встроены МПИ, заменяющие со­бой экран-анод, т. е. здесь поток усиленных и сфокусированных электронов бомбарди­рует непосредственно чувствительный слой МПИ со стороны утонченной подложки. В таких конструкциях меньше потери мощности сигнала, больше отношение сигнал-шум и динамический диапазон принимаемых сигналов, меньше габариты и масса.

Нужно отметить, что несмотря на высокую чувствительность разрешающая способ­ность и ФПМ систем с ГМП хуже, чем у обычных телевизионных, поскольку в оптиче­ский тракт вводятся дополнительные элементы, прежде всего ЭОП, ухудшающие по­мехоустойчивость системы к внешним световым помехам и удорожающие ее. Как со­общается в , срок службы таких устройств на базе бомбардируемых электронами кремниевых ПЗС при освещенностях порядка 10~2 лк составляет несколько тысяч ча­сов. Поскольку для получения одной электронно-дырочной пары в кремнии необходи­ма энергия в 3,6 эВ, коэффициент электронного усиления в таких устройствах опреде­ляется как

Где е - заряд электрона; Va - ускоряющее напряжение; V„ - пороговое напряжение, не­обходимое для начала процесса электронной бомбардировки.

В ЦНИИ «Электрон» были созданы система USD-16 и ее модификации на базе ЭОП I «Шар 2» и ПЗС-матрицы формата 532x290 с разрешающей способностью 390 телеви­зионных линий при освещенности от 10“2 до 10“3 лк , а в НИИОФИ и НИИЭПР - аналогичные ГМП на базе ЭОП ПМ-031 и «Ясень», имеющих диаметр фотокатода 40 мм и ПЗС-матрицы формата 1024x1024.

Фирма «Hamamatsu» (Япония) разработала модели ГМП №7220-61 и 7640-61, с GaAs-фотокатодом, чувствительным в диапазоне спектра 0,37...0,92 мкм. В первой мо­дели размер фотокатода составляет 12,2x12,2 мм, число пикселов - 512x512, электрон­но-оптическое усиление - 1300 при питающем ЭОП напряжении 8 кВ. Во второй моде­ли размер фотокатода составляет 9,2x6,8 формат - 512x512, усиление - 700 при напря­жении 6 кВ.

Основными трудностями, с которыми приходится сталкиваться разработчикам по­добных систем, являются: сохранение работоспособности МПИ и схем считывания при электронной бомбардировке, когда может возникнуть рентгеновское излучение; состы­ковка материалов МПИ с материалами, используемыми для создания вакуумных камер; сохранение МПИ и ПЗС в процессе изготовления конструкции, когда температура тех­нологического процесса, продолжающегося несколько часов, достигает 350°С.

Хотя большинство известных подобных устройств предназначено для работы в ви­димой области спектра, создание новых фотокатодов с достаточно большой чувстви­тельностью в ИК-диапазоне позволяет надеяться на успешное использование принципа сопряжения ЭОП и усилителей яркости изображения с МПИ в разнообразных ИКС «смотрящего» типа.

Еще одним перспективным направлением развития ЭОП является создание цветных преобразователей и усилителей яркости изображений. Как известно, цвет играет важ­нейшую роль в восприятии окружающей среды, и от его присутствия в построенном изображении во многом зависит информационная емкость последнего. (Некоторые особенности зрительного аппарата человека, в том числе и восприятия цвета, будут описаны в гл. 11.)

Системы с образованием цветных изображений смешением трех (а в отдельных слу­чаях и двух) монохроматических или близких к ним потоков могут использовать про­странственное смешение либо одновременное, либо поочередное во времени. Для обра­зования видимых цветных изображений наиболее распространенными являются крас­ная (R), зеленая (G) и синяя (В) составляющие с длинами волн 700; 546,1 и 435,8 нм со­ответственно.

Принцип действия цветного ЭОП прямого переноса с пространственным смешени­ем монохроматических составляющих поясняет рис. 8.11. Входной ВОЭ 2, располо­женный в корпусе ЭОП 1, состоит из тонких оптических волокон, которые являются одновременно световодами и оптическими фильтрами (2r, 2g и 2в на рисунке). Эти фильтры сгруппированы в RGB-триады, равномерно распределенные по сечению ВОЭ.

Фотокатод 4, нанесенный на внутреннюю поверхность ВОЭ, имеет достаточно равно­мерную чувствительность во всей области пропускания монохроматических потоков R, G и В. Внутри корпуса 1 устанавливается МКП 5, капилляры которой имеют тот же диаметр, что и волокна ВОЭ 2. Каждое отверстие канала МКП является проекцией со­ответствующего волокна ВОЭ 2 на поверхность МКП. На входную и выходную сторо­ны МКП наносятся токопроводящие пленки. Выходное окно 3 преобразователя состоит из экранного стекла 6, полупрозрачной токопроводящей пленки 7 и большого числа зе­рен люминофора красного (3r), зеленого (3G) и синего (Зв) свечения, которые также сгруппированы в RGB-триады и равномерно распределены по поверхности экрана. Структура и расположение этих триад сопряжены через МКП с учетом наклона ее ка­налов со структурой триад на поверхности ВОЭ 2. На электроды ЭОП подаются посто­янные напряжения, примерные значения которых указаны на рис. 8.11.

Вследствие малости расстояния между фотокатодом и МКП (порядка 0,1 мм) элек­троны не рассеиваются и отклоняются, а ускоряются под действием электрического поля (-180 В; земля) и практически без потерь попадают в расположенные напротив фильтров входные отверстия каналов МКП.

Описанная схема преобразователя может быть модифицирована, например, путем выполнения входного ВОЭ в виде волоконной планшайбы, на поверхность которой на­носятся RGB-фильтры из полиамидных смол. На входе и выходе ЭОП могут быть ус­тановлены идентичные ВОЭ, а фотокатод и люминофор экрана имеют достаточно рав­номерные спектральные характеристики во всем рабочем диапазоне спектра.

Еще одна схема получения цветного изображения с одновременным смешением монохроматических составляющих представлена на рис. 8.12. Устройство содержит

Объектив 1, окуляр 3, цветоделительный блок 4, состоящий из двух зеркал 6, 7 с дих- роическим покрытием и зеркала 8 с нейтральным отражающим покрытием, блок 2 из трех каналов, каждый из которых содержит соответственно ЭОПь ЭОП2 и ЭОП3 с различными люминофорами (например, ЭОП, имеет люминофор со свечением в об­ласти Я, ЭОП2 - в области в и ЭОПз - в области В) и выходной блок совмещения изображений 5, состоящий из двух зеркал 9, 10 с полупрозрачным отражающим по­крытием, и зеркала 11.

Каждый из каналов блока 2 является усилителем яркости изображения заданного спектрального диапазона. В результате аддитивного смешения изображений красного, синего и зеленого цветов, реализуемого с помощью выходного блока 5, наблюдатель через окуляр 3 воспринимает цветное изображение объекта.

Вместо ЭОП с цветными люминофорами в каждом из каналов могут быть использо­ваны ЭОП с люминофорами белого свечения, но тогда за экранами ЭОП должны раз­мещаться фильтры К, О, В соответственно по одному в каждом канале.

Если для образования цветного изображения смешивать не три, а два монохромати­ческих излучения, то можно создать цветной ПНВ, работающий по схеме, представ­ленной на рис. 8.13, где 1 и 2 - фильтры, каждый из которых пропускает одно из сме­шиваемых излучений, 3 - объективы левого и правого каналов, 4 - ОЭП 1К (с красным люминофором), 5 - ЭОП 2с (с зеленым люминофором), 6 - призменный блок, 7 - оку­ляры для правого и левого глаза наблюдателя.

В результате попадания различных световых потоков в левый и правый глаза по та­кой схеме на уровне психофизического восприятия формируется цветное (квазицвет- ное) изображение.

Цветной ПНВ, построенный по принципу последовательного во времени смешения монохроматических составляющих (цветов) (рис. 8.14), содержит объектив 1, ЭОП 2, окуляр 3 и модулятор в виде двух дисков с оптическими фильтрами, один из которых (4) размещен перед фотокадотом ЭОП, а второй (5) - за его экраном. Диски 4 и 5 жест­ко укреплены на оси 6 двигателя 7 и содержат секторы с фильтрами Я, в, В, причем

Фильтры одного цвета на обоих дисках 4 и 5 расположены соосно, т. е. один за другим вдоль оптической оси. Экран ЭОП покрыт люминофором белого свечения. В диске 4, расположенном перед фотокатодом ЭОП 2, устанавливаются фильтры с максимумами коэффициента пропускания в коротко-, средне - и длинноволновой областях спектра выбранного диапазона.

Благодаря высокой скорости вращения дисков 4 и 5 (не менее 3000 об/мин) и инерци­онности зрительного аппарата человека происходит аддитивное смешение последова­тельно воспроизводимых монохроматических составляющих (цветов). В результате изображение объекта, сформированное на экране ЭОП 2, воспринимается через окуляр

3 в цвете.

Достоинствами такого устройства являются простота реализации и отсутствие про­блем, связанных с совмещением отдельных монохроматических (например, Я, в, В) изображений.