Взгляд во тьме: как устроены приборы ночного видения — Naked Science
Партнерский материал

Взгляд во тьме: как устроены приборы ночного видения

Прибор ночного видения — вещь, необходимая всем любителям ночной охоты. Даже при очень слабом освещении он позволяет выследить добычу. Но очень многие из тех, кто пользуется ПНВ, не имеют понятия о том, как он работает. В этой статье мы подробно расскажем об устройствах, которые позволяют видеть в ночной тьме.
Рассказываем обо всем подробно / The Gun Zone

Первые и громоздкие

Приборы ночного видения — детище военных времен. Первые подобные устройства появились как раз в годы Второй мировой. Они были громоздкими, не слишком «дальнобойными» (обеспечивали видимость не более чем на 200 метров) и обеспечивали передвижение танковых колонн в ночное время. В 1944 году немецкие инженеры разработали первый прообраз такого ПНВ для снайперов, каким мы привыкли его видеть. Однако при относительно небольшой дальности — около 100 метров — прибор вместе со всем дополнительным снаряжением и батареями весил почти 35 килограмм!

Работа этих приборов основывалась на принципе «стакана Холста» — изобретения датчанина Жиля Холста, создавшего устройство из двух вложенных друг в друга стаканов, донья которых покрыты фото­катодом и люминофором. На фотокатод попадает слабое инфракрасного излучение и инициирует высвобождение электронов. Эти электроды попадают на люминофор, который начинает светиться в видимом диапазоне.


Схема стакана Холста / © Oyla

Такая схема была довольно простой, но обладала множеством недостатков. Главные из них — низкое качество изображения на выходе и высокий уровень шумов фотокатода, из-за которого его нужно было охлаждать примерно до −40 °C. К тому же «стаканы Холста» были чрезмерно чувствительны к вспышкам яркого освещения и легко выводились из строя при помощи прожекторов.

Развитие идеи

В 1960 — 1970 годы на смену ПНВ первого поколения пришли приборы с электростатической фокусировкой при помощи специальных линз. Хотя такая система тоже оказалась в конечном итоге «тупиковым решением», но давала гораздо лучшее разрешение на выходе и не так сильно демаскировала солдат за счет отказа от вспомогательной внешней ИК-подсветки. ПНВ с электростатическими линзами довольно успешно использовались американскими войсками во время Вьетнамской войны.

Американский пехотинец с прибором ночного видения во время войны во Вьетнаме / © HistoryNet

Настоящим прорывом в этой области стало изобретение микроканальных пластинок, или же МКП. Их название говорит само за себя: это очень узкие стеклянные пластины с огромным множеством каналов диаметром около 10 мкм; сами стенки этих каналов покрыты йодидом меди или йодидом цезия.

Эти самые каналы играют роль усилителя сигналов: электрон, влетающий внутрь, выбивает один или несколько вторичных электронов, а те, в свою очередь, тоже выбивают частицы из стенок. Таким образом, на люминофорный слой попадает целая лавина электронов, благодаря которой и формируется изображение.

Схема умножения электронов в МКП / © Д.Ильин

Использование микроканальной технологии позволило добиться невероятных по тем временам результатов: получить приборы с коэффициентом усиления порядка 20000 и вместе с тем компактные настолько, чтобы об их наличии на своем оружии можно было вспоминать лишь тогда, когда прицеливаешься. Именно технология МКП открыла приборам ночного видения путь в «гражданскую сферу»: их начали использовать кинооператоры, спасатели и охранные службы.

Но описанный выше принцип — далеко не вершина развития приборов ночного видения. Стоит упомянуть еще как минимум одну инновацию, позволившую значительно улучшить чувствительность этих устройств: арсенид-галлиевые фотокатоды. Их применение дает возможность различать объекты при освещенности порядка 10 микролюкс — то есть прибор работает даже в безлунную глубокую ночь при достаточно плотной облачности.

ПНВ по-простому

После такого экскурса в историю ПНВ можно подробнее рассказать о том, как все же устроены такие приборы. В их основе лежит устройство, воспринимающее излучение в невидимой части спектра (например, ультрафиолетовое или инфракрасное) и превращающее его в видимое; также возможен вариант, когда улавливается очень слабое видимое излучение и усиливается до той степени, в которой человеческий глаз готов его воспринять. Эта часть прибора ночного видения называется электронно-оптическим преобразователем.

Современные ПНВ позволяют видеть объекты даже при очень низкой освещенности / © Military Arms

Излучение от объекта, за которым можно наблюдать через прибор ночного видения, первым делом попадает на объектив и с его помощью проецируется на фотокатод. Это приводит к тому, что на поверхности фотокатода стартует эмиссия электронов. Интенсивность этого процесса на отдельных участках фотокатода зависит от яркости спроецированного изображения объекта.

Частицы, выброшенные с поверхности фотокатода, попадают в усилитель. В современных приборах эту роль, как мы уже писали выше, выполняет МКП — микроканальная пластина. В ее каналах количество электронов, летящих к люминофору, увеличивается в сотни тысяч раз. Затем эти частицы попадают на люминофорный экран, где и формируют изображение.

Схема достаточно простая. Однако у пытливого читателя тут же возникнет вопрос: а как будет работать ПНВ в условиях столь низкой освещенности, что прибор не сможет уловить излучение и преобразовать его в различимое изображение объекта? Для таких случаев многие приборы ночного видения снабжаются специальной инфракрасной подсветкой. Она как раз и дает необходимое излучение, которое помогает увидеть обстановку в полной темноте.

Инфракрасная подсветка помогает рассмотреть объекты даже при минимальной освещенности / ©Oyla

Атрибут ночной охоты

Сегодня прибор ночного видения — вовсе не секретное устройство, а вещь почти что обыденная. Вовсе не обязательно быть военным, чтобы подержать ПНВ в руках и поработать с ним. Впрочем, если вы увлекаетесь охотой, то должны об этом знать.

Две основные разновидности современных приборов ночного видения — монокулярные и бинокулярные: последние иногда называют просто биноклями. Как понятно из названия, различаются они количеством окуляров в приборе. Какой лучше выбрать — зависит от ваших целей и опыта. Монокуляры значительно легче, дешевле и компактнее, но при помощи бинокулярного ПНВ легче определить расстояние до объекта, да и дальность наблюдения у него заметно выше.

Бинокулярный прибор ночного видения / © Pulsar

Выбор брендов ПНВ на рынке огромен, в названиях легко запутаться. Но есть марки, продукция которых уже давно считается эталоном качества среди аналогов. К таким, например, относятся приборы ночного видения Pulsar-NV производства Yukon Advanced Optics Worldwid. Чтобы вы понимали масштабы бренда, приведем всего лишь один факт: в определенные годы 21-го века каждый второй из проданных в мире гражданских приборов ночного видения был произведен именно на предприятиях этой компании.

Параметров, по которым можно выбрать себе ПНВ, великое множество, и описывать их все мы здесь не будем. Охота — занятие, требующее заметной выдержки и терпения, ровно как и подбор аксессуаров для нее. Но мы надеемся, что после этой статьи вы, по крайней мере, поймете, как же работает «волшебное ночное око».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сегодня, 12:18
4 минуты
Денис Гордеев

Временные промежутки между посещениями дантиста могут составлять от трех месяцев до двух лет, в зависимости от индивидуальных факторов.

Сегодня, 09:29
4 минуты
Сергей Васильев

Новое исследование продемонстрировало, что различия в составе микрофлоры у страдающих аутизмом нарушает ее способность нейтрализовать токсины и может вести к массовому повреждению митохондрий.

10 часов назад
8 минут
Василий Парфенов

Пусть романтика мирного атома с середины 1960-х поутихла, к идее использования ядерных реакторов в «гражданских» целях все равно возвращаются регулярно. Новый ядерный ракетный двигатель (ЯРД) позволит доставить человека на Марс гораздо быстрее, чем это возможно сейчас.

Сегодня, 12:18
4 минуты
Денис Гордеев

Временные промежутки между посещениями дантиста могут составлять от трех месяцев до двух лет, в зависимости от индивидуальных факторов.

20 октября
4 минуты
Сергей Васильев

Глубоко в носоглотке ученые обнаружили новую — четвертую — пару крупных слюнных желез, о существовании которой ранее никто не подозревал.

Сегодня, 09:29
4 минуты
Сергей Васильев

Новое исследование продемонстрировало, что различия в составе микрофлоры у страдающих аутизмом нарушает ее способность нейтрализовать токсины и может вести к массовому повреждению митохондрий.

28 сентября
29 минут
Александр Березин

Сентябрь 2020 года принес в Закавказье войну — столкновение Азербайджана и Нагорного Карабаха получило большой размах, общее число жертв, судя по всему, уже перевалило за сотню, а Ереван и Баку объявили мобилизацию (в Азербайджане — частичную). Объективного смысла в войне для самих участников нет. Баку не победит, но и Армения от конфликта ничего не выиграет. Пользу конфликт, однако, объективно принесет Турции, а также тем, кто поставляет в Азербайджан оружие. Возникает вопрос: почему война оказалась возможна, несмотря на дружественную позицию России к Армении, и зачем на нее пошли в Баку? И есть ли у Еревана разумный выход из назревающей бойни?

20 октября
4 минуты
Сергей Васильев

Глубоко в носоглотке ученые обнаружили новую — четвертую — пару крупных слюнных желез, о существовании которой ранее никто не подозревал.

16 октября
6 минут
Денис Гордеев

Люди со второй и четвертой группами крови с большей вероятностью переболеют Covid-19 в тяжелой форме.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: