Тред №63337

[quote]Так что такое тепловизор?
Именно... А также, чем он отличается от результата "простого вставления ЭОПа в соотвествующую оптическую систему" (о котором Вы пишете), и почему в течении некоторго времени в СССР был принят несколько другой подход к бортовой ИК-технике, нежели в странах НАТО? Пробуем разобраться, но сначала немного истории плюс краткий ликбез...

Итак, ЭОПы бывают разные, видимые и ближне-инфракрасные...

Впервые идея подобных устройств была воплощена "в металл" (а точнее - в стекло и серебро с цезием) в конце 1933 года, в Эйндховене (Голландия) (публикация - G. Holst, J. H. de Воeг, Μ. С. Τеvеsа. С. F. Veeneraans, Physica, 1934, Vol.1, p. 297) в лабораториях фирмы "Филипс", группой под руководством Джиллиаса Хольста (Gilles Holst, the Physics Laboratory's research director и ученик Каммерлинг-Оннеса к тому же... ) и Альберта Бауэрса (Albert Bouwers, the X-ray department's group leader) и результат этого воплощения под названием "стаканчик Хольста" занял в истории ЭОПостроения примерно то же место, что аппараты Лилиенталя в авиации (то бишь, девайс получился в принципе рабочий, но в связи с наличием туевой хучи недостатков использовать его в реальной жизни было себе дороже). Таким образом ЭОП минус первого поколения - это оксидный серебряно-цезиевый фотокатод с чувствительностью в единицы ма/Лм и пиком оной в районе 800 нм (спектральная характеристика S-1, точка отсчёта и эталон для всех последующих поколений фотокатодов), соответственно, с усилением по световому потоку не более 20-25, чёткостью в единицы линий на миллиметр и без каких-л. систем фокусировки электронного пучка. Ясно, что работать такой девайс может либо с подсветкой как минимум от полной луны, либо в активном режиме (с подсветкой ИК-прожектором), а при прямой засветке фотокатода мало-мальски мощным источником света - тут же умирает, причём необратимо. Последним фактом, кстати, достаточно лихо воспользовалось советское командование при операции по форсированию Одера...
Как известно, к 1942 году аглицкая фирма EMI (та самая, которая впоследствии смастрякала первый в мире рентгеновский томограф) таки довела сей девайс до минимально пригодного к серийному производству состояния, а, соответственно, немцы у них к весне 43-го по3.14здили всю необходимую документацию и начали в комплекте с ИК-прожекторами активно развешивать сие добро на всю попадавшуюся под руку бронетехнику. К началу 44-го этот процесс начал давать вполне зримые результаты, причём настолько зримые, что к лету 44-го советское командование специально озаботилось добычей образцов бронетехники с такими приспособами (что и было исполнено в количестве во время Ясско-Кишиневской операции). Ну а когда образцы были добыты и оттестированы - метод противодействия им оказался прост и элегантен: во время Одерской операции непосредственно перед ночным наступлением тот участок фронта, который наши собирались громить, банально "просвечивался" зенитными прожекторами, после чего наши танкисты отстреливали "ослепших" немцев как в тире (впрочем, "эффект неожиданности" сработал ровно один раз, и застраховавшись от такой напасти комплектом диафрагм, надеваемых на объектив ПНВ, в Балатонской операции немцы за счёт наличия ПНВ ухитрились в ночных боях нанести нашим войскам ущерб явно выше расчётного (что им, ессно, не помогло, "но всё же, всё же, всё же...")).

Впрочем, то, что "стаканчик Хольста" - не рабочий прибор, а, как сегодня модно говорить, "демонстратор технологий" - стало ясно ещё в момент предъявления оного широкой научной опчественности. Тут же нарисовались два вопроса: чисто технический - подобрать более-менее пристойный материал фотокатода, и вопрос фокусировки электронного пучка, исторгаемого фотокатодом. Этим активно занялись всяческие телевизионщики (Гринберг, а потом и Арцимович - "у нас", Зворыкин - в Штатах и фон Арденне - в Германии). Магнитную фокусировку отвергли сразу (даже если абстрагироваться от энергопотребления фокусирующей катушки, то прибор, который нужно подстраивать в зависимости от того, ориентирован он по линии "север-юг" или "восток-запад" практическую ценность имеет IMHO нулевую ), а с электростатикой протрахались примерно десять лет, сначала соорудив трёх- а потом - и двухэлектродную систему, обеспечивающую не только фокусировку, но и оборот изображения (что оказалось весьма ко двору, ибо упростило окулярную часть пассивной оптики). Заодно разобрались и с фотокатодами, "сварив" из арсенидов калия с натрием, активированных цезием нечто настолько удачное, что его можно было не трогать следующие лет сорок. И нарекли это "нечто" "мультищелочным фотокатодом", а характеристику передачи его, имеющую максимум в синей части видимого спектра - "S-20". "И стал свет" (ц)... Таким образом классический ЭОП нулевого поколения - это мультищелочной фотокатод, электростатическая фокусировка, чувствительность фотокатода 120-250 ма/Лм, общее усиление по потоку 120-900 и ориентировочно 30 лин/мм в центре поля (впрочем, быстро падающее до единички по краям оного).
Первыми такой девайс довели до ума амы, нарекли "снайперскопом" и достаточно удачно использовали при высадке на Окинаву. У нас это добро появилось, увы, сразу же после войны, наречено было "ЭОП В-8" ("восьмёрка", рабочее напряжение - 20 киловольт при ничтожном токе, усиление на красной границе видимого спектра - 120 раз) и массовым потоком пошло в первую очередь погранцам (в виде биноклей), а во вторую - всем остальным, кто в этом нуждался. Для военных целей производить его прекратили где-то в середине 70-х, но ещё лет двадцать спустя им активно торговали в "гражданской" рознице (например, в начале 90-х в магазине "Зенит" на Сокольниках монокуляры с этим девайсом по розничной цене в $50 (вместе с футляром, запасной батарейкой и красЯво написанной инструкцией) я видел лично ).

У "нулёвок" (ЭОП нулевого поколения) было две основные беды: во первых блюминг (образование "слепых" ореолов вокруг мощных источников света), и во вторых - кастратофическое падение резкости к краю поля, объясняющееся тем, что для нормальной электростатической фокусировки поверхности экрана и фотокатода желательно иметь сферическими, а из оптических соображений - плоскими (напомним, это примерно 60-е годы, и асферическая оптика - это не норма жизни, а хитрый изъ@б "больших" астрономов, которым не лень её шлифовать ручками и контролировать кацтво при помощи ножа Фуко... ). Второй недостаток "доставал" наиболее сильно, поэтому изводить начали именно его. Буржуи (Philips и RSA с ITT) пошли по пути замены входного (и иногда выходного) окон трубы на волоконно-оптические пластины, что давало возможность не только получить более-менее пристойное разрешение по всему полю, но и (теоретически) стыковать несколько камер (каскадов усиления) последовательно, тем самым увеличивая усиление. Результатом явился ITT-шный VaroNoctron II, который не только обеспечивал усиление по потоку до 50 тыс, но и мог быть использован как прицел к снайперке (причём работать он вполне мог при свете звёзд, т.е. в ясную погоду ИК прожектор ему уже не требовался). У нас же этим вопросом занялась группа под руководством М.М. Бутслова (посчитавшего, что хитрым образом покарёжить фокусирующие электроды - гемор несколько меньший, чем сооружать эту самую световодную шайбу), достаточно быстро выдавшая "на-гора" многокаскадный преобразователь У-72, обеспечивавший свои 25 линий по полю и усиление до 107 (десяти миллионов) раз. Фотокатод в первом поколении ЭОП не трогали (остался тот же мультищелочной S-20), и единственным их преимуществом является равномерное разрешение по полю зрения (а, соответственно, единственным геморроем многокаскадных - немеряная длина, например, У-72 - это елда с длиной хорошо за полметра. Впрочем, это вполне искупалось их сумасшедшим усилением и существенно меньшим блюмингом, за счёт волоконной пластины и/или грамотной конструкции фокусирующей системы).

Дабы окончательно побороть блюминг, были внесены некоторые изменения в структуру фотокатода (так называемая "антиблюминговая сетка" - проводящий подслой соответствующей формы), которые помимо основной цели привнесли ещё ряд "вкусностей": во первых, резко снизили темновой шум фотокатода, и во вторых - позволили добиться равномерного по полю разрешения в районе 45 лин/мм. Одновременно повысилась чувствительность фотокатода (минимум 300 ма/Лм) и усиление каскада (минимум 1000 (одна тысяча) крат). "И увидели инженеры, что это хорошо, и нарекли сие творение "ЭОП I+ поколения" (в штатах - Super I), и была ночь как день" (почти (ц)... ). То бишь, в результате даже однокаскадный девайс 1+ поколения вполне комфортно чувствовал себя при подсветке от луны в первой (последней) четверти (при стоимости суЮщественно меньшей, чем "чистая" единичка в многокаскадном исполнении). Ясно дело, что этим весьма заинтересовались сначала вояки, а потом и охотники (ибо соотношение "цена-качество" оказалось вполне приемлемым для "гражданской" розницы), и практически все охотничьи активные ночные прицелы сегодня именно по этой технологии и выполнены.

Но технология на месте не стояла (ибо на дворе были уже не 60-е, а начало 70-х), и неугомонные штатники обнаружили, что если спечь аналог волоконно-оптической пластины из двухслойных волокон, а потом аккуратно вытравить их сердцевину, то получается так называемая микроканальная пластина ("вторично-эмиссионный микроканальный усилитель", ежели полным чином титуловать ), которая, будучи вставлен в камеру ЭОПа позволяет резко поднять его усиление при сохранении пристойных размеров. Заодно слегка поправили характеристику мультищелочного фотокатода (подняли чувствительность в красной части спектра) и поименовали спектральную характеристику оного "S-25". Результат - второе поколение ЭОП (впрочем, в чистом виде "прОбывшее недолго" ). "Наши" достаточно быстро эту технологию повторили (в Лыткарино не только лантановое стекло для ИК объективов варить умеют ), и даже попытались усовершенствовать: вместо того, чтобы спекать МКП (эту самую микроканальную пластину то бишь) из миллионов отдельных световодов (да ещё и двуслойных) попробовали сначала "прошить" заготовку на любом более-менее мощном промышленном ускорителе, к примеру, ионами неона, а потом - протравить. Вышло несколько хуже (за счёт нерегулярности), но на порядки дешевле. "На ходу" в данный момент - обе технологии.

Далее, практически сразу же, как только начали всерьёз играться со вторым поколением, обнаружилось, что разгонную камеру (ту часть ЭОПа, где вылетевшие с фотокатода электроны разгоняются под чутким руководством фокусирующих электродов) можно без особых проблем удалить, за счёт чего ЭОП становится шире чем длинее и приобретает эдакий таблеткообразный вид (что существенно облегчает его монтаж во всяческие очки). Ессно этим воспользовались (попутно поправив спектральную характеристику фотокатода до так называемой S-25+ (в амовской нотации - S-25R)... Кстати, это - момент весьма знаковый: впервые в практике ЭОПостроения чувствительность фотокатода в "красном" конце видимого спектра превысила таковую в "синем", а нижняя граница чувствительности по крайней мере теоретически переползла за 1.06 мкм, что дало возможность наблюдать в такой девайс луч инфракрасного лазера (например на основе иттрий-алюминиевого граната, который во всём мире для лазерных дальномеров используется. Правда ЭОПы II+ на этой длине волны имеют такую чувствительность, что этим лазером надо прям в морду с 50 метров светить, так что насчёт "теоретически" писано не для красного словца... )). Блюминг у такой системы был ничтожен, плюс от сверхмощных засветок она "отдав концы, не умирала насовсем" (то бишь, приходила в норму через единицы-десятки секунд даже после фотовспышки в упор), рабочие освещённости были в районе ЕНО ("естественная ночная освещённость", т.е. звёзды при ясном небе (Луна - уже не нужна), или в цифрах - 5*10-3 люкс), средняя наработка на отказ - 3 тыс часов, себестоимость производства - в районе 400-500 долл. И нарекли сей девайс "ЭОП поколения II+" (амы, соответственно - Super II+), и наступила ВПКшным конструкторам полная лафа... Результатом этой лафы было то, что практически одновременно появились как бинокуляры (AN/PVS-5В от амовской фирмы Litton), так и псевдобинокуляры (штатный НАТОвский AN/PVS-7, и "наш ответ Чемберлену" 1ПН74, практически идентичный оному по характеристикам (чуть выше устойчивость к ослеплению, но на сотню грамм тяжелее)).

Но пока добрые дяди из ВПК плодили свои многочисленные очки и прицелы, наука на месте не стояла, и после ...дцати лет траха с полупроводниками структуры A(III)B(V) их наконец-то научились "пылить" на диэлектрические подложки (что с кремнием научились делать ещё в конце 60-х-начале 70-х - так называемая технология КНС - "кремний на сапфире", по которой делались критичные к утечкам и радиационно-стойкие микросхемы (например, микропроцессорный комплект Б1825, память к нему Б1620 и АЦП серии 1523 - основная элементная база нашей космической электроники, начиная где-то с начала 80-х). Ессно у господ ЭОПостроителей тут же возникло желание сбацать фотокатод, например, из арсенида галлия. Но как оказалось, одного желания мало, поскольку арсенид галлия под воздействием даже среднего ИК с удовольствием рождал должное количество электронов, но ... испускать их в вакуум категорцки отказывался. Для того, чтобы разобраться отчего он так себя ведёт, пришлось соорудить целую теорию (Вильямс и Сойман, теория отрицательного электронного сродства), а Шер и ван Лаар (всё из тех же филипсовских лабораторий) соорудили на её основе соответствующий техпроцесс. Процесс сей оказался на удивление монструозен, ибо арсенид галлия даже в среде инертного газа буквально за секунды "ловил" на поверхность те следы кислорода, которые в нём неизбежно пристутствовали и... с таким трудом напылённую пластину можно было использовать разве что "фтопку" Отсюда возникла необходимость все без мелочи пять сотен операций сборки проводить в условиях сверхвысокого вакуума ("геттерного" , т.е. больше 10-11 мм рт.ст., т.е. даже после диффузионника (который, кстати. легко обеспечивает работу, скажем, электронных микроскопов) надо было "добрать" ещё порядка три-четыре), ессно при помощи манипуляторов (кстати, отдельная технологическая задача: в сверхвысоком вакууме они склонны "завариваться" при минмальных нагрузках и активно "пачкать" его парами всех своих составляющих... ). В общем, самой фирме "Филипс" развернуть полноценную технологическую линию так и не удалось, и делать ЭОПы третьего поколения на настоящий момент умеют ровно в четырёх местах: в Штатах - фирмы "ITT" и "Litton", а у нас - НПО "Катод" в Новосибе и НПО "Геофизика-НВ" ("в девичестве" - соответствующая лаборатория НИИЭПа) в Москве. Себестоимость такого ЭОПа даже в голодные последефолтные времена согнать ниже $1500 не удавалось, но характеристики его того стоили: чувствительность фотокатода - до двух ампер на люмен (2000 ма/Лм), усиление по потоку - минимум 30 тыс, рабочая освещённость - "пасмурный звёздный свет" (то бишь, луны - нет, а облака - есть), или в цифрах - 5*10-4 лк. Деградирует он примерно вшестеро медленнее, чем II+ (среднее время наработки на отказ - в районе 15-20 тыс часов), но сильно более чувствителен к боковым засветкам (отсутствует волоконно-оптическая пластина на входе). Энергопотребление такого девайса ничтожно (20 ма*3 вольта, все высоковольтные цепи находятся внутри баллона, включая преобразователь, их питающий), размеры тоже сильно меньше, чем у II+. "У нас" на основе этого добра выпускаются вертолётные очки ночного видения "ОНВ-1" и модификация 1ПН74, именуемая 1ПН74М. Ну ещё один мелкий плюс: и Litton'овский и новосибирский варианты этого добра имеют спектральную характеристику, сильно сдвинутую в ИК область, и работу лазерного дальномера в них можно заметить не "теоретически" (в смысле в морду с полусотни метров), а вполне практически, т.е. реально видно пятно отражённого от цели ИК-излучения. Впрочем, даже ценой тех немалых выдрючеств, которые позволили видеть ИК-излучение 1060 мкм от вышеупомянутых дальномеров, согнать нижнюю границу ниже 1200 мкм не удалось.

Ну, вот, собственно "и всё об этом человеке", как говоривала Шехерезада, ибо ЭОПы четвёртого (и последующих) поколений - на самом деле системы гибридные: оптический предусилитель II+ или III поколения плюс светочувствительная матричка и всяческое CARTIE (причём это не творчество известной ювелирной фирмы, а всего-навсего Computer-Aided Real-Time Image Enhancement, то бишь компьютерное улучшение изображения в реальном времени) после оной...