Історія приладів нічного бачення
Протягом усієї історії свого розвитку люди прагнули досконалості. Не маючи крил ми збудували крилаті машини, і стали літати як птахи. Люди винайшли акваланг і навчились плавати і занурюватися у безодні океану, як риби. Одвічною мрією людей залишалася можливість бачити в темряві, як кішка.
Але здійснення цієї мрії стало одним із найважчих завдань, оскільки зажадало серйозної наукової підготовки та значної техніко-економічної бази. Передумовою створення приладів нічного бачення стало відкриття в 19 столітті інфрачервоного (теплового) випромінювання. Однак, пристрій, здатний "бачити" предмети не в оптичному (видимому), а в інфрачервоному (тепловому) діапазоні спектра було створено лише у 1934 році.
Цей момент прийнято вважати початком епохи нічного бачення. Розвиток приладів нічного бачення можна розбити на ряд етапів, з якими пов'язана поява певних поколінь. Кожне наступне покоління відрізнялося від попереднього більшою дальністю бачення, кращою якістю зображення, зниженням маси та габаритів, збільшенням часу роботи, підвищенням стійкості до впливу світлових перешкод та цілою низкою інших переваг.
Головною ознакою, за якою розрізняються покоління приладів нічного бачення (ПНБ), є їхній основний елемент – електронно-оптичний перетворювач (ЕОП), призначений для перетворення невидимого оком інфрачервоного зображення на видиме та посилення його за яскравістю.
0 покоління “Стакан Холста”
Перший працездатний електронно-оптичний перетворювач (ЕОП) був розроблений Холстом зі співавторами у дослідному центрі фірми Philips (Нідерланди) у 1934 році. Він залишився відомий як “Стакан Холста”. Його схема, що ілюструє принцип дії зображена на рис. 1

Стакан Холста
Цей ЕОП являв собою дві вкладені одна в одну склянки, на плоске дно яких і наносилися фотокатод і люмінофор. Додана до них високовольтна напруга створювала електростатичне поле, що забезпечує пряме перенесення електронного зображення з фотокатода на екран з люмінофором.
У якості фоточутливого шару у “Стакані Холста” використовувався срібно-киснево-цезієвий фотокатод (або S-1), що мав досить низьку чутливість, хоча і працездатний в діапазоні до 1,1 мкм. До того ж, цей фотокатод мав високий рівень шумів, для усунення яких вимагалося охолодження до мінус 40 оС.
Ці недоліки дозволяли використовувати ЕОП тільки в активному режимі, тобто з підсвічуванням зображення інфрачервоним (ІЧ) прожектором.

1942
Поява перших ЕОП в умовах передвоєнної обстановки викликала значний інтерес. "Стакан Полотна" був доопрацьований до рівня серійного виробництва фірмою EMI (Англія), і з 1942 по 1945 їх було випущено кілька тисяч штук (рис.2).

Biltwandler
Через недоліки перших ЕОП прилади нічного бачення (ПНО) відрізнялися великою масою та габаритами, а також невисокою якістю зображення.
Проте на основі перших ЕОП було створено велику кількість приладів нічного бачення: нічних прицілів, нічних біноклів, систем нічного водіння автотранспорту. Напередодні Другої світової війни у Німеччині з'явилися нічні приціли (більдвандлер) (рис.3), які давали можливість стріляти по меті вночі з відривом 50-70 м.

Biltwandler viewing machine
Дуже успішно Німеччина застосовувала ПНОБ для забезпечення дій своїх танків та бойових машин. В результаті Радянська армія зазнала серйозних втрат у боях у районі угорського озера Балатон. Щоб зрівняти шанси і позбавити противника переваги, що виникла, радянське командування змушене було підсвітити зенітними прожекторами поле бою при форсуванні річки Одер. Саме бажання «засвітити» нічні приціли супротивника, а не горезвісна «психічна» атака була справжньою причиною застосування зенітних прожекторів у нічному танковому бою.

S-20
Подальший розвиток приладів нічного бачення призвів до відкриття "мультіщелочного фотокатода" (S-20), що складається з арсенідів натрію і калію, активованих цезієм. Такий фотокатод вже 40 років є основою більшості ЕОП практично всіх типів.
.png)
I покоління
Дані ЕОП мають скляну вакуумну колбу з чутливістю фотокатода 120-250 мкА/лм. Посилення становить 120—1000, роздільна здатність 25—35 штрих/мм. Відмінна особливість даного типу ЕОП полягає у тому, що чітке зображення спостерігається тільки в центрі, зі спотворенням та меншою роздільною здатністю по краях.
Крім цього, якщо в поле зору потрапляють яскраві джерела світла, наприклад, ліхтарі, вікна будинків, що світяться, тощо, відбувається засвітка всього зображення, що заважає спостереженню. Через низьке посилення однокаскадні прилади I покоління дуже критичні до світлосили оптики та параметрів ЕОП. За наявності ¼ місяця на небі ці прилади ще абияк працюють. При нижчій освітленості необхідне додаткове інфрачервоне (ІЧ) підсвічування.
Для збільшення коєфіцієнта посилення ЕОП іноді послідовно стикують два, три або більше виробів, конструктивно збираючи їх в один корпус (рис.4).
Коефіцієнт посилення світла трикаскадного ЕОП становить 20 000-50 000. Однак при стикуванні сильно ростуть спотворення, і падає роздільна здатність по краях поля зображення. Прилади, побудовані на основі багатокаскадних ЕОП, виходять дуже громіздкими та важкими, тому останнім часом їх практично витіснили малогабаритні прилади I+ та II-го покоління, що мають кращі характеристики та близьку вартість.
Прилади, створені на основі однокаскадного ЕОП першого покоління, ще можна зустріти в магазинах за ціною $300-400.

I+ покоління
Розвиток волоконної оптики США 60-ті роки дозволив вдосконалити ЕОП I-го покоління. У цих приладах на вході (іноді на виході) замість плоского скла стали встановлювати волоконно-оптичну пластину (ВОП), внутрішня сторона якої мала форму сфери. ВОП є безліч мікроскопічних скляних світловодів, здатних передавати зображення з великою чіткістю.
Цей винахід дозволив збільшити роздільну здатність по краях поля зору та зменшити дисторсію (спотворення форми), а також захистило зображення від засвіток бічними точковими джерелами світла, що дозволило працювати цим приладам у міських умовах.
Під час виготовлення цих ЕОП використовувався чутливий фотокатод S-25. Коефіцієнт посилення яскравості у таких ЕОП становить 1000, а роздільна здатність у центрі не гірша за 45 штрих./мм.
Прилади покоління I+ відрізняються від приладів першого покоління більшою чіткістю картинки і більшою дальністю дії в пасивному та активному режимі і працюють при рівнях освітленості, що відповідають 1/4 місяця на небі.
Прилади, створені на основі ЕОП покоління I+, продаються за цінами $600-800.

II покоління
У 70-ті роки на основі технології волоконної оптики, виробниками США було розроблено вторинно-емісійний підсилювач у вигляді мікроканальної пластини (МКП). МКП є тонкою пластинкою з похилими мікроканалами, число яких більше 1млн, а діаметр 10-12 мкм.
Обидві поверхні МКП поліруються і металізуються, між ними прикладається напруга кілька сотень вольт.
Принцип дії МКП зображено на рис. 5. Електрон, вибитий з катода ЕОП, розганяється в розгінній камері, потім потрапляє в канал МКП і ударяючись об її похилий стінку, вибиває вторинні електрони. У прикладеному електричному полі цей процес багаторазово повторюється, дозволяючи отримати коефіцієнт посилення у десятки тисяч разів.
Через наявність розгінної камери, ЕОП II покоління має великий коефіцієнт посилення яскравості, але при цьому і більшу довжину. Характеристики: посилення світла 25 000-50 000, мінімальна чутливість фотокатода 240 мкА/лм, роздільна здатність в центрі поля 32-38 штр/мм. Ресурс 1000-3000 годин.
Прилади, створені на основі ЕОП покоління I+, продаються за цінами $1000-1500.

II+ покоління
Відмінною особливістю цих приладів від приладів ІІ-го покоління є відсутність розгінної камери.
Тому електрон, вибитий з катода ЕОП, потрапляє безпосередньо на МКП, а потім на люмінофорний екран. Через відсутність розгінної камери, ЕОП покоління II+ має менший коефіцієнт посилення яскравості, ніж ЕОП покоління II. Але він має підвищену більш ніж у 2 рази чутливість фотокатода і високу чутливість в інфрачервоному діапазоні.
Крім того, відсутність розгінної камери дозволяє отримати більш чітку картинку. В результаті, прилади покоління II+ працюють на відкритій місцевості краще, ніж прилади II покоління.
Через відсутність розгінної камери, ЕОП покоління II+ називається планарним (плоским).
Прилади покоління II+ мають автоматичне регулювання яскравості, захист від засвічення точковими джерелами світла та гарну якість зображення по всьому полю екрана.
Коефіцієнт посилення яскравості у таких ЕОП до 35000, але чутливість фотокатода досягає величини 600 мкА/лм і зміщена у велику ІЧ-область, роздільну здатність 40-45 штр/мм. Ресурс 2000-5000 годин.Ці прилади відносяться до класу професійної техніки і в даний час знаходяться на озброєнні армій більшості західних країн, тому що працюють при дуже низьких рівнях освітленості, що відповідають зоряному небу та зоряному хмарі.
Прилади, створені на основі ЕОП покоління II+, продаються за цінами $2200-5000.

III покоління
На виставці озброєнь у 1982 році був представлений ЕОП, що принципово відрізняється від своїх попередників високоефективним напівпровідниковим фотокатодом на основі арсеніду галію, з ще більшим зміщенням піку чутливості до інфрачервоної області.
За сукупністю параметрів новий ЕОП на основі AsGa фотокатода був віднесений до наступного, III-го покоління. Проте виробництво виявилося досить складним і складалося із понад 400 технологічних операцій.
Через швидке окислення поверхні фотокатода на повітрі, збірка проводилася за допомогою маніпуляторів, у вакуумі, близько 10-10 - 10-11 мм рт. ст.
Все це визначило надзвичайно високу вартість цих перетворювачів.
Сьогодні ЕОП III-го покоління випускають лише три виробника у світі - один російський і два американські - фірми ITT і LITTON. Чутливість ЕОП III-го покоління російського виробництва становить 1200 мкА/лм, при дуже слабкій роздільній здатності - 45 штр/мм, американські ЕОП III-го покоління мають чутливість до 2700 мкА/лм, здатність до 75 штр/мм і ресурс до 1 000 годин, що у 3 разу вище, ніж в російських ЕОП.
Висока чутливість ЕОП III покоління дозволяє приладам на їх основі бачити при освітленості 5х10-4 лк, що відповідає зоряному небу в хмарах. ЕОП ІІІ-го покоління є ключовою військовою технологією. Їх застосування створює армії та авіації величезну перевагу над потенційним противником у бойових діях у нічний час.
Поширення такої високотехнологічної продукції контролюється всіма без винятку державами, які шляхом пономірного обліку ЕОП, що перешкоджають попаданню подібних виробів у цивільний обіг. Тому, якщо якась вітчизняна чи іноземна фірма, хай навіть за дуже великі гроші, пропонує звичайному покупцеві придбати нічний приціл, або окуляри, оснащені ЕОП ІІІ покоління і не вимагає при цьому надати сертифікат кінцевого користувача (обов'язковий за такої процедури), то покупцю варто всерйоз замислитися над тим, ЕОП якого покоління насправді буде встановлений у такий виріб, і за що він заплатить свої гроші.
Необхідно також враховувати, що прилади на основі ЕОП III покоління бояться засвітки бічними джерелами світла, оскільки не мають у своїй конструкції волоконно-оптичної пластини (ВОП). У зв'язку з цим, не рекомендується купувати прилади ІІІ-го покоління, якщо угіддя, де відбувається полювання, межують навіть з далекою автомобільною трасою, або на горизонті є вогні дачного селища або міста.
Вартість приладів на основі ЕОП ІІІ-го покоління складає від $5000-10000.

SUPER II+ і SUPER II++ (по іноземній классифікациії Super Gen II+)
У зв'язку з високою вартістю ЕОП III-го покоління, порівнянною з ціною вітчизняного легкового автомобіля, було прийнято рішення розробити ЕОП, повністю аналогічний конструкції ЕОП III-го покоління, (включаючи оптичні та електричні параметри), але з добре освоєним і дешевшим мультилужним фотокатодом.
Розробка ЕОП нового покоління проводилася з урахуванням технологічних досягнень, що застосовувалися при виробництві ЕОП всіх поколінь, у результаті було створено мультилужний фотокатод надмініатюрної конструкції з особливо високою чутливістю в інфрачервоній галузі (S-25R). На базі таких фотокатодів було випущено ЕОП поколінь SUPER II+ та SUPER II++.
Створений мультилужний фотокатод виявився більш стійким з'єднанням у порівнянні з AsGa фотокатодами ІІІ-го покоління і практично не деградував під дією позитивних іонів, що виникають у каналах мікроканальної пластини (МКП) та бомбардують фотокатод.
Це дозволило відмовитися від нанесення на вхід МКП захисної іонно-бар'єрної плівки, що застосовується в ЕОП ІІІ покоління.
В результаті, ефективність роботи ЕОП підвищилася на 30-50%, а значення фактора шуму було знижено до 1,5, тоді як для ЕОП ІІІ покоління ця величина становить 3,0-3,5. Інтегральна чутливість підвищилася до 500-650 мкА/лм (у стандартних ЕОП поколінь II та II+ це значення не перевищує 280-350 мкА/лм). Крім того, в конструкції були застосовані мікроканальні пластини з великою кількістю каналів, що підвищило роздільну здатність ЕОП покоління SUPER II+ до 50-55 штр/мм, а ЕОП покоління SUPER II++ до 60-75 штр/мм, при частотно-контрастній характеристиці, не поступається ЕОП III-го покоління.
Найбільшого успіху в розробці ЕОП покоління SUPER II досягла компанія DEP-photonis (Голландія). Тому деякі досить відомі, але не дуже порядні виробники ПНО (особливо російські) запросто обманюють своїх покупців, видаючи ЕОП покоління SUPER II ++, вироблені цією компанією, за ЕОП III покоління.
Слід зазначити, що компанія DEP ніколи не виробляла та не виробляє ЕОП третього покоління. Такі назви як SuperGen, XD-4, XR-5, насправді є торговими марками модифікацій ЕОП покоління SUPER II++. Ці ЕОПи відрізняються низькими шумами, високою роздільною здатністю - до 75 штр/мм (XR-5) і високою чутливістю фотокатода - до 600-700 мкА/Лм, що наближає їх до ЕОП 3-го покоління.
Вищезгадане зростання параметрів забезпечило приладам з ЕОП покоління SUPER II++ практично ті ж дальності дії, що і з ЕОП III покоління (Таблиця 1). Таким чином, ЕОП нового покоління SUPER II++ з "тимчасово замінює" перетворився на самостійну і більш дешеву альтернативу ЕОП III покоління.
Сьогодні виробники ЕОП III-го покоління визнають, що немає принципових відмінностей у ефективності між ПНО з ЕОП поколінь Super II++ і III.
Незважаючи на досить визначні параметри, прилади, створені на основі ЕОП покоління SUPER II++, продаються за цінами, всього на 10-15% вище, ніж прилади покоління II+.тю в вв ыф ыф
ьь
