Прибор ночного видения - Night-vision device

ВМС США летчик использует пару Нашлемной AN / AVS-6 видение. Влияние на естественное ночное зрение глаза очевидно
Стандартный оптический прицел дополнен прибором ночного видения спереди на M110 . Обратите внимание, что в дополнение к усилителю изображения NVD собирает гораздо больше света благодаря своей гораздо большей апертуре.
1PN51-2 ночного видения визир с разметкой для оценки дальности

Устройство ночного видения ( NVD ), также известное как ночное оптическое устройство / устройство наблюдения ( NOD ) и очки ночного видения ( NVG ), представляет собой оптоэлектронное устройство, которое позволяет создавать изображения при уровнях освещенности, приближающихся к полной темноте. Изображение может быть преобразовано в видимый свет как в видимом, так и в ближнем инфракрасном диапазоне , тогда как по соглашению обнаружение теплового инфракрасного излучения обозначается как тепловое изображение . Получаемое изображение, как правило, является монохромным зеленым, поскольку считалось, что это самый простой цвет для просмотра в течение длительного времени в темноте. ПНВ чаще всего используются военными и правоохранительными органами, но доступны и для гражданских пользователей. Этот термин обычно относится к целому устройству, включая трубку усилителя изображения , защитный и, как правило, водостойкий корпус и некоторый тип системы крепления. Многие ПНВ включают в себя протекторную защитную линзу или оптические компоненты, такие как телескопические линзы или зеркала . ПНВ может иметь ИК- осветитель, что делает его активным, а не пассивным прибором ночного видения. Их часто используют вместе с инфракрасными лазерными прицелами, которые направляют на цель луч, видимый только через ПНВ.

Приборы ночного видения были впервые применены во время Второй мировой войны и получили широкое распространение во время войны во Вьетнаме . С момента своего появления технология претерпела значительные изменения, что привело к появлению нескольких «поколений» оборудования ночного видения с повышением производительности и снижением цен. Следовательно, они доступны для широкого спектра применений, например, для стрелков, водителей и авиаторов.

История

Производители США через правительство США ввели ретроспективную классификацию ПНВ на «поколения». В рамках этой периодизации период до окончания Второй мировой войны иногда описывался как Поколение 0 .

В 1929 году венгерский физик Кальман Тиханьи изобрел в Великобритании чувствительную к инфракрасному излучению электронную телекамеру для противовоздушной обороны .

Приборы ночного видения были введены в немецкую армию еще в 1939 году и использовались во время Второй мировой войны . AEG начала разработку первых устройств в 1935 году. В середине 1943 года немецкая армия начала первые испытания инфракрасных приборов ночного видения ( нем . Nachtjäger ) и телескопических дальномеров, установленных на танках Panther . На танках Panther были сконструированы и использовались две разные схемы. Sperber FG 1250 («Воробей-ястреб») с дальностью полета до 600 м имел 30-сантиметровый инфракрасный прожектор и преобразователь изображения, которым управлял командир танка.

Опытный советский прибор под названием ПАУ-2 прошел полевые испытания в 1942 году.

С конца 1944 года по март 1945 года немецкие военные провели успешные испытания комплектов FG 1250, установленных на Panther Ausf. Танки G (и другие варианты). Перед окончанием Второй мировой войны в 1945 году примерно 50 (или 63) «Пантер» были оснащены FG 1250 и участвовали в боях как на Восточном, так и на Западном фронтах . Человек-портативная система «Vampir» для пехоты был использован с StG 44 штурмовых винтовок.

Параллельное развитие систем ночного видения происходило в США. Инфракрасные приборы ночного прицела M1 и M3, также известные как «снайперский прицел» или «подзорный прицел», использовались в армии США в ограниченном объеме во время Второй мировой войны и в войне в Корее для помощи снайперам . Это были активные устройства, использующие большой источник инфракрасного света для освещения целей. В их лампах усилителей изображения использовались анод и фотокатод S-1 , сделанные в основном из серебра , цезия и кислорода , а для достижения усиления использовалась электростатическая инверсия с ускорением электронов.

Примеры

  • ПАУ-2
  • Очки автоцистерны ПНВ-57А
  • SU49 / PAS 5
  • Снайперский прицел Т-120, 1-я модель (Вторая мировая война)
  • Снайперский прицел M2, 2-я модель (Вторая мировая война)
  • Снайперский прицел M3, 4-я модель (Корейская война)
  • AN / PAS-4 (начало войны во Вьетнаме)

После Второй мировой войны Владимир Зворыкин разработал первый практический коммерческий прибор ночного видения в Radio Corporation of America , предназначенный для гражданского использования. Идея Зворыкина возникла из бывшей ракеты с радиоуправлением. В то время инфракрасный свет обычно назывался черным светом , позже этот термин был ограничен ультрафиолетом . Изобретение Зворыкина не имело успеха из-за размеров и стоимости.

Соединенные Штаты

Поколение 1

M16A1 винтовки оснащен Starlight рамки AN / PVS-2

Пассивные устройства первого поколения, разработанные в 1960-х годах, представленные во время войны во Вьетнаме и запатентованные армией США , были адаптацией более ранней активной технологии GEN 0 и полагались на окружающий свет вместо использования дополнительного источника инфракрасного света. Используя фотокатод S-20 , их усилители изображения давали усиление света около 1000, но они были довольно громоздкими и требовали лунного света для правильного функционирования. Примеры:

  • Прицел AN / PVS-1 Starlight
  • Прицел AN / PVS-2 Starlight
  • Метаскоп PAS 6 Varo

Поколение 2 (GEN II)

Разрез AN / PVS-5 со складками, показывающий компоненты прибора ночного видения. Это устройство было изготовлено во 2-м поколении (от 5А до 5С) и 3-м поколении (5D).

Устройства второго поколения, разработанные в 1970-х годах, с улучшенной трубкой усилителя изображения, использующей микроканальную пластину (MCP) с фотокатодом S-25 , что дает гораздо более яркое изображение, особенно по краям линзы. Это привело к увеличению освещенности в условиях низкой внешней освещенности, например, в безлунные ночи. Усиление света было вокруг20 000 . Также были улучшены разрешение и надежность изображения .

Примеры:

Более поздние достижения в технологии GEN II принесли тактические характеристики устройств GEN II + (оснащенных улучшенной оптикой, лампами SUPERGEN, улучшенным разрешением и лучшим соотношением сигнал / шум ) в ряд устройств GEN III, что затрудняет сравнение.

Поколение 3 (GEN III)

Ранняя версия защитных очков AN / PVS-7.

Системы ночного видения третьего поколения, разработанные в конце 1980-х годов, сохранили MCP поколения II, но использовали фотокатод, сделанный из арсенида галлия , что еще больше улучшило разрешение изображения. Кроме того, MCP покрыт ионно-барьерной пленкой для увеличения срока службы трубки. Однако ионный барьер вызывает прохождение меньшего количества электронов, уменьшая улучшение, ожидаемое от фотокатода из арсенида галлия. Из-за ионного барьера эффект «ореола» вокруг ярких пятен или источников света также больше. Усиление света также улучшено примерно до30 000 -50 000 . Потребляемая мощность выше, чем у ламп GEN II.

Примеры:

Поколение 3+ (GEN III OMNI IV – VII)

«Схема усилителя изображения».
Устройства поколения II, III и IV используют микроканальную пластину для амплификации. Фотоны от тускло освещенного источника попадают в линзу объектива (слева) и попадают на фотокатод (серая пластина). Фотокатод (с отрицательным смещением) высвобождает электроны, которые ускоряются к пластине микроканала с более высоким напряжением (красная). Каждый электрон вызывает высвобождение множества электронов из микроканальной пластины. Электроны притягиваются к люминофорному экрану с более высоким напряжением (зеленый). Электроны, попадающие на люминофорный экран, заставляют люминофор производить фотоны света, видимые через линзы окуляра.

Управление ночного видения и электронных датчиков армии США (NVESD) является частью руководящего органа, определяющего названия поколений технологий ночного видения. NVESD изначально была Лабораторией ночного видения армии США (NVL), которая работала в исследовательских лабораториях армии США . Хотя недавнее повышение производительности, связанное с компонентами GEN-III OMNI-VI / VII, впечатляет, по состоянию на 2021 год армия США еще не разрешила использование названия GEN-IV для этих компонентов.

Устройства GEN-III OMNI-V – VII, разработанные в 2000-х годах, могут отличаться от стандартного поколения 3 одним или обоими важными способами:

  1. Автоматическая стробируемая система питания регулирует напряжение фотокатода, позволяя NVD мгновенно адаптироваться к изменяющимся условиям освещения.
  2. Удаленный или сильно истонченный ионный барьер уменьшает количество электронов, которые обычно отклоняются стандартным MCP GEN III, что приводит к меньшему шуму изображения и способности работать со световой чувствительностью всего 700 при 2850 K по сравнению с работой с светочувствительность не менее 1800 для усилителей изображения GEN III. Недостатком тонкого или удаленного ионного барьера является общее уменьшение срока службы трубки по сравнению с теоретическим.20 000  ч Среднее время до отказа (MTTF) для типа Gen III, кMTTF 15 000  ч для типа GEN IV. Однако это в значительной степени сводится на нет небольшим количеством усилителей изображения, которые достигают15 000  ч эксплуатации до замены.

В то время как потребительский рынок классифицирует этот тип системы как поколение 4 , вооруженные силы Соединенных Штатов описывают эти системы как трубки с автоматическим закрытием 3-го поколения (GEN-III OMNI-VII). Более того, поскольку теперь к любому предыдущему поколению устройств ночного видения можно добавить источники питания с автостробированием, возможность автоматического переключения не классифицирует эти устройства автоматически как GEN-III OMNI-VII. Любые постноминалы, появляющиеся после типа поколения (например, Gen II +, Gen III +), не изменяют тип поколения устройства, а вместо этого указывают на улучшение (я) по сравнению с требованиями исходной спецификации.

Примеры:

  • АН / ПВС-22
  • НВС-22
  • Бинокулярный прибор ночного видения (БНВД) (AN / PVS-15, AN / PVS-21, AN / PVS-23, AN / PVS-31, AN / PVS-31A)
  • Очки ночного видения наземные панорамные (ГПНВГ-18)

Автоматическое стробирование

Функция ATG была разработана для улучшения функции защиты яркого источника (BSP), чтобы она работала быстрее и всегда сохраняла лучшее разрешение и контраст. Он особенно подходит для очков ночного видения авиаторов, для работы в городских условиях или для специальных операций. ATG - это уникальная особенность, которая работает постоянно, электронным образом сокращая «рабочий цикл» напряжения фотокатода за счет очень быстрого включения и выключения напряжения. Это поддерживает оптимальную производительность трубки I², постоянно выявляя критически важные детали, предохраняя трубку I² от дополнительных повреждений и защищая пользователя от временной слепоты.

Преимущества ATG можно легко увидеть не только при переходах день – ночь – день, но и в условиях динамического освещения, когда быстро переходят от слабого освещения к высокому (см. Выше лк ), например, внезапное освещение темной комнаты. Типичное преимущество ПТУР лучше всего проявляется при использовании оружейного прицела, который во время стрельбы испытывает вспышку пламени (см. Рисунки ниже, где показаны снимки, сделанные в зоне падения сброшенной бомбы). ATG уменьшит временную слепоту, которую может вызвать стандартная трубка BSP, позволяя персоналу постоянно «смотреть на цель».

ATG обеспечивает дополнительную безопасность пилотов при полетах на малых высотах, особенно при взлетах и ​​посадках. Пилоты, работающие с очками ночного видения, постоянно подвергаются воздействию динамических условий освещения, когда искусственные источники света, например, из городов, мешают их навигации, создавая большие ореолы, которые закрывают их поле зрения.

Показатель заслуг

В конце 1990-х годов инновации в технологии фотокатодов значительно повысили отношение сигнал / шум, и недавно разработанные лампы начали превосходить по своим характеристикам лампы третьего поколения.

К 2001 году федеральное правительство США пришло к выводу, что «поколение» лампы не является определяющим фактором ее глобальных характеристик, что сделало термин «генерация» неуместным для определения характеристик лампы с усилителем изображения, и поэтому исключило термин как основы экспортных правил.

Хотя технология усиления изображения, используемая разными производителями, различается с тактической точки зрения, система ночного видения - это оптическое устройство, которое позволяет видеть в условиях низкой освещенности. Само правительство США признало тот факт, что сама технология не имеет большого значения, если оператор может ясно видеть ночью. Следовательно, США основывают экспортные правила не на поколениях, а на расчетном факторе, называемом добротностью (FOM). Документ Университета национальной обороны «Силы реагирования НАТО» (автор - Джеффри П. Биалос, исполнительный директор Программы трансатлантической безопасности и промышленности Университета Джонса Хопкинса, и Стюарт Л. Кёль, научный сотрудник Центра трансатлантических отношений. того же университета) кратко описывает метод расчета FOM и его значение для экспорта.

… Начиная с 2001 года в США была внедрена новая система показателей качества (FOM) для определения выпуска технологий ночного видения. FOM - это абстрактная мера характеристик трубки изображения, полученная из числа пар линий на миллиметр, умноженного на отношение сигнал / шум трубки.

Трубы американского производства с FOM более 1400 не подлежат экспорту за пределы США; однако Управление безопасности оборонных технологий (DTSA) может отказаться от этой политики в каждом конкретном случае.

Прочие технологии

Летчик из США тестирует панорамные очки ночного видения в марте 2006 года.

Военно- воздушные силы США экспериментировали с панорамными очками ночного видения (PNVG), которые удваивают поле зрения пользователя примерно до 95 ° за счет использования четырех 16-миллиметровых усилителей изображения, а не двух более стандартных 18-миллиметровых тубусов. Они используются с A-10 Thunderbolt II , MC-130 Combat Talon и AC-130U Spooky экипажем, а позже превратились в наземные панорамные очки ночного видения (GPNVG-18), которые также популярны в спецназе.

AN / PSQ-20 , производство ITT (также известный как Enhanced ночного видения Goggle, ENVG), стремится объединить тепловидение с усилением изображения, как это делает Northrop Grumman плавленого Multispectral оружие Sight.

На потребительский рынок выводится новая технология. Впервые показан на выставке SHOT Show 2012 в Лас-Вегасе, штат Невада, компанией Armasight. Эта технология, получившая название Ceramic Optical Optical Ruggedized Engine (CORE), позволяет производить лампы первого поколения с более высокими характеристиками. Основное отличие пробирок CORE от стандартных пробирок Gen 1 заключается в использовании керамической пластины вместо стеклянной. Эта пластина изготовлена ​​из специально разработанных керамических и металлических сплавов. Улучшено краевое искажение, увеличена фото чувствительность, а разрешение может достигать 60  лин / мм. CORE по-прежнему считается Gen 1, поскольку в нем не используется микроканальная пластина.

Ученые из Мичиганского университета разработали контактную линзу, которая может действовать как прибор ночного видения. Линза имеет тонкую полосу графена между слоями стекла, которая реагирует на фотоны, делая темные изображения ярче. Текущие прототипы поглощают только 2,3% света, поэтому процент поглощения света должен увеличиться, прежде чем объектив станет жизнеспособным. Технология графена может быть расширена и для других целей, например для лобовых стекол автомобилей, для улучшения езды в ночное время. Соединенные штаты. Армия заинтересована в технологии, которая потенциально может заменить очки ночного видения.

Управление датчиков и электронных устройств (SEDD) Исследовательской лаборатории армии США разработало технологию квантово-размерного инфракрасного детектора (QWID). Эпитаксиальные слои этой технологии , которые приводят к образованию диодов, составляют систему арсенида галлия или алюминия-галлия (GaAs или AlGaAs). Он особенно чувствителен к инфракрасным волнам средней и большой длины. Гофрированный QWIP (CQWIP) расширяет возможности обнаружения за счет использования резонансной сверхструктуры для ориентации большей части электрического поля параллельно, чтобы оно могло поглощаться. Хотя требуется криогенное охлаждение от 77 К до 85 К, технология QWID рассматривается для постоянного наблюдения из-за ее заявленной низкой стоимости и однородности материалов.

Материалы из соединений II – VI , такие как HgCdTe, используются для высокопроизводительных инфракрасных светочувствительных камер. В 2017 году в армии США Research Labs в сотрудничестве с Stony Brook University разработал альтернативу в рамках III-V семейства соединений . InAsSb, соединение III – V, обычно коммерчески используется для оптоэлектроники в таких устройствах, как DVD и сотовые телефоны. Низкая стоимость и более крупные полупроводники часто приводят к уменьшению межатомного расстояния, что приводит к дефектам несоответствия размеров. Чтобы противодействовать этой возможности при реализации InAsSb, ученые добавили градиентный слой с увеличенным межатомным расстоянием и промежуточный слой подложки GaAs для улавливания любых потенциальных дефектов. Эта технология была разработана для ведения боевых действий в ночное время.

Бинокли с улучшенными очками ночного видения (ENVG-B), производимые L3Harris Technologies , обеспечивают улучшенные возможности наблюдения в любых погодных условиях в дополнение к более высокому разрешению, поскольку трубки с белым люминофором обеспечивают лучший контраст по сравнению с традиционным зеленым люминофором. единицы.

Советский Союз и Россия

Активный прицел ночного видения НСП-2 на АКМ Л
НСПУ (1ПН34) 3,5 × ночного видения на АКС-74У
Прицел ночного видения 1ПН93-2 на РПГ-7Д3

Советский Союз , а после 1991 года Россия Федерация , разработала целый ряд приборов ночного видения. Модели, используемые после 1960 года в Российской / Советской Армии, имеют обозначение 1PNxx (русский язык: 1ПН xx), где 1PN - индекс приборов ночного видения GRAU . PN означает pritsel Nochnoy (русский язык : прицел ночного ), что означает «ночное зрение», а хй номер модель. В разных моделях, представленных примерно в одно и то же время, используются одинаковые батареи и механизм для установки на оружие. В моделях с несколькими видами оружия есть сменные шкалы возвышения, по одной шкале для баллистической дуги каждого поддерживаемого оружия. Поддерживаемое оружие включает семейство АК , снайперские винтовки , ручные пулеметы и ручные гранатометы .

  • Ночной рефракторный прицел 1ПН34 для ряда стрелкового оружия и гранатометов, см. Фото.
  • Бинокль ночного наблюдения на основе рефрактора 1ПН50.
  • Ночной прицел на основе отражателя 1ПН51 для стрелкового оружия и гранатометов.
  • Ночной прицел на основе отражателя 1ПН51-2 для РПГ-29 .
  • Ночной рефракторный прицел 1ПН58 для ряда стрелкового оружия и гранатометов.
  • Ночной прицел на основе отражателя 1ПН93-2 для РПГ-7 Д3, см. Фото.
  • 1ПН110, более поздний ночной прицел для РПГ-29.
  • 1ПН113, ночной прицел, аналогичный 1ПН110, для снайперской винтовки СВ-98 .

Русская армия также заразилась развитие и выставила серию так называемые контр-снайпер ночных прицелов  [ RU ] ( русский : Антиснайпер , латинизируютсяАнтиснайпер ). Контрснайперский ночной прицел - это активная система, использующая лазерные импульсы от лазерного диода для обнаружения отражений от фокальных элементов оптических систем противника и оценки их дальности. Производитель утверждает, что эта система не имеет аналогов:

  • Контрснайперский ночной прицел 1ПН106 для снайперской винтовки СВД и ее варианта СВДС.
  • Контрснайперский ночной прицел 1ПН119 для ручных пулеметов ПКМН и Печенег .
  • Контрснайперский ночной прицел 1ПН120 для снайперской винтовки СВДК .
  • Контрснайперский ночной прицел 1ПН121 для крупнокалиберной снайперской винтовки АСВК .
  • Контрснайперский ночной прицел 1ПН123 для снайперской винтовки СВ-98.

Законность

  • Бельгия : законодательство об огнестрельном оружии запрещает любые приборы ночного видения, если они могут быть установлены на огнестрельном оружии; даже если они не установлены, они считаются незаконными.
  • Чехия : не регулируется. Ранее доступен только для охоты.
  • Германия : закон запрещает такие устройства, если они предназначены для установки на огнестрельное оружие.
  • Исландия : использование приборов ночного видения на охоте запрещено, при этом нет ограничений по самим приборам.
  • Индия : гражданские лица имеют прицелы ночного видения и торгуют ими незаконно. Для владения требуется разрешение министерства внутренних дел Союза.
  • Нидерланды : владение приборами ночного видения не регулируется и не запрещено использовать их на огнестрельном оружии. Использование приборов ночного видения для ночной охоты (установленное оружие) разрешается только при наличии специального разрешения в определенных районах ( Велюве ) для охоты на кабана.
  • Новая Зеландия : службы спасательных вертолетов используют несколько комплектов очков ночного видения 3-го поколения, импортированных из США, и страна обязана ограничить доступ к оборудованию для соблюдения строгих правил в отношении их экспорта. Нет никаких запретов на владение или использование оборудования ночного видения для съемки некоренных диких животных, таких как кролики, зайцы, олени, свиньи, тар , серна , козы, валлаби и т. Д.
  • США : в сводке государственных правил охоты за 2010–2011 гг. По использованию оборудования ночного видения на охоте перечислено 13 штатов, в которых это оборудование запрещено, 17 штатов с различными ограничениями (например, только для определенных видов, не связанных с охотой, и / или в определенный диапазон дат) и 20 штатов без ограничений. В нем не были кратко изложены правила для тепловизионного оборудования.
    • Калифорния : является правонарушением владение устройством, «разработанным или приспособленным для использования на огнестрельном оружии, которое с помощью проецируемого источника инфракрасного света и электронного телескопа позволяет оператору визуально определять и определять местонахождение объектов во время ночь". В основном это касается областей применения, использующих технологию Gen0, но не последующих поколений. В 1995 году была предпринята попытка еще больше расширить ограничения, чтобы запретить устройства ночного видения, которые не имели источника света, но это не стало законом.
    • Миннесота , по состоянию на 2014 год: «Человек не может иметь оборудования ночного видения или тепловизора во время захвата диких животных или имея при себе [незагруженное и заряженное оружие], которое можно использовать для захвата диких животных». Есть исключение для использования в правоохранительных органах и в военных целях. Запрет на ночное видение был введен в действие в 2007 году, а запрет на тепловидение был добавлен в 2014 году. В 2016 году в законодательный орган Миннесоты были внесены два законопроекта, предлагающих разрешить оборудование ночного видения и тепловизионное оборудование для, соответственно, 1) " хищник »или 2) охота на« незащищенное дикое животное ».

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки

Патенты США