Как работает ночное зрение

НОЧНО́ГО ВИ́ДЕНИЯ ПРИБО́РЫ, слу­жат для об­на­ру­же­ния и на­блю­де­ния объ­ек­тов в ус­ло­ви­ях низ­кой ос­ве­щён­но­сти или в тем­но­те по их соб­ст­вен­но­му или от­ра­жён­но­му от них те­п­ло­во­му (ин­фра­крас­но­му) из­лу­че­нию; дей­ст­вие ос­но­ва­но на пре­об­ра­зо­ва­нии изо­бра­же­ния объ­ек­та в ИК-лу­чах в ви­ди­мое изо­бра­же­ние. Ос­но­ву совр.

Н. в. п. со­став­ля­ет фо­то­элек­трон­ный при­бор , вы­пол­няю­щий, как пра­ви­ло, функ­ции при­ём­ни­ка ИК-из­лу­че­ния, уси­ли­те­ля и уст­рой­ст­ва ви­зуа­ли­за­ции изо­бра­же­ния. Из­лу­че­ние от ис­точ­ни­ка (све­тя­щее­ся ноч­ное не­бо, звёз­ды, лу­на и т. п.), от­ра­жа­ясь от объ­ек­та, по­па­да­ет в объ­ек­тив Н. в. п., об­ра­зуя не ви­ди­мый гла­зом «порт­рет» объ­ек­та, ко­то­рый пре­об­ра­зу­ет­ся в при­ём­ни­ке в ви­ди­мое изо­бра­же­ние.

Раз­ли­ча­ют Н. в. п. пас­сив­ные (ра­бо­та­ют при ес­теств. ноч­ной ос­ве­щён­но­сти) и ак­тив­ные (ра­бо­та­ют с под­свет­кой, обыч­но в ближ­нем ИК-диа­па­зо­не). Наи­боль­шее рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ли Н. в. п., вы­пол­нен­ные на ос­но­ве элек­трон­но-оп­ти­че­ско­го пре­об­ра­зо­ва­те­ля или его твер­до­тель­но­го ана­ло­га – фо­то­чув­ст­вит. ин­те­граль­ной схе­мы на при­бо­рах с за­ря­до­вой свя­зью (т. н. ПЗС-мат­ри­цы). Кон­ст­рук­тив­но Н. в. п. оформ­ля­ют­ся в ви­де мо­но­кля, би­нок­ля, при­це­ла к разл. ви­дам ору­жия, оч­ков, а так­же фо­то- и ви­део­ка­ме­ры, спо­соб­ных фик­си­ро­вать по­лу­чен­ное изо­бра­же­ние; пи­та­ние осу­ще­ст­в­ля­ет­ся от ак­ку­му­ля­то­ров. Все Н. в. п. име­ют уда­ро­проч­ный гер­ме­тич­ный кор­пус, пре­до­хра­няю­щий при­бор от по­па­да­ния пы­ли и вла­ги. Н. в. п. при­ме­ня­ют­ся в осн. в во­ен. и раз­ве­ды­ва­тель­ной ап­па­ра­ту­ре, а так­же во вре­мя охо­ты, спа­са­тель­ных опе­ра­ций, спе­лео­ло­гич. ис­сле­до­ва­ний, ноч­ной фо­то- и ви­део­съём­ки, во­ж­де­ния су­дов и ав­то­мо­би­лей в ус­ло­ви­ях пло­хой ви­ди­мо­сти и т. п. См. так­же Теп­ло­ви­де­ние .

Как работает ночное видение? — Научпок

Источник: bigenc.ru

Ночное видение: нарушения зрения в темноте

Природа дала человеку не только способность четко видеть днем и хорошо различать цвета. Человеческий глаз приспособлен и к сумеречному зрению. Это хорошо знают любители ночной охоты, опытные туристы, военные, сотрудники спецслужб. Существуют специальные приемы, позволяющие улучшить зрение в темноте даже без приборов ночного видения.

Однако при некоторых глазных болезнях в темноте не видно ничего. Особенности ночного зрения и их аномалии рассмотрит MedAboutMe.

Заболевания глаз, которые незаметно «убивают» зрение. Как их обнаружить и «обезвредить» вовремя

Как с помощью современных медицинских технологий удается своевременно обнаружить заболевания глаз, которые незаметно «убивают» зрение.

Галилео | Прибор ночного видения [Night vision device]

Строение сетчатки

Сетчатка состоит из десяти слоев клеток. Почти в самом наружном из них расположены особые клетки, способные воспринимать цвет и свет. Это фоторецепторы: колбочки и палочки. Они отличаются строением и функциями.

Первые отвечают за зрение при дневном освещении и восприятие цветов. Большинство колбочек расположено в центральной части глазного дна. А место наилучшего видения — центральная ямка сетчатки — состоит только из них. Когда требуется рассмотреть все детали, человек помещает предмет прямо перед глазом. При этом мозг получает четкое цветное изображение, сформированное в центральной ямке сетчатки.

Палочки отвечают за зрение в темноте и хорошо воспринимают движение. Эти фоторецепторы сгруппированы на периферии глазного дна. Палочки расположены менее плотно, чем колбочки. Это ведет к меньшей разрешающей способности сетчатки в темноте, а, значит, и к более низкому зрению.

Палочки могут формировать только черно-белое изображение, зато они имеют высокую фоточувствительность. Эти клетки почти в 100 раз чувствительнее к свету, чем колбочки.

Особые клетки сетчатки

«В ходе эволюции сетчатка многих живых существ достигла предела чувствительности. Она чувствует ничтожно малое количество света — один фотон. И это очень важно в темное время суток, когда освещенность измеряется лишь несколькими фотонами», — рассказывает доцент нейробиологии и медицинской инженерии Грег Филд из университета Дюка, расположенного в США.

Эта же группа исследователей обнаружила интересные особенности клеток, расположенных в самом внутреннем слое сетчатки. Некоторые из них воспринимают перемещение в определенном направлении. Так, есть клетки, отвечающие за улавливание движения, направленного вниз, вправо и так далее.

В темноте клетки, реагирующие на движение вверх, меняют свое «поведение». Они активируются при движении в любом направлении. Точная причина этого явления пока неизвестна. Грег Филд предполагает, что это особенно нужно тем животным, которые могут стать жертвами хищников. Постоянная активность таких нейронов позволяет вовремя уловить его прыжок в темноте.

У человека таких клеток немного, всего около 4%, а вот у грызунов их доля достигает 20-30%.

Механизм восприятия света

Попадая внутрь глаза, световой поток фокусируется роговицей и хрусталиком в одну точку на сетчатке. Затем свет проходит через все ее слои и лишь в наружной части встречается с фоторецепторами.

Основной процесс восприятия света происходит в наружном сегменте палочек и колбочек. Он представляет собой стопку дисков. Каждый диск состоит из зрительного пигмента, окруженного мембраной. В палочках это родопсин, а в колбочках— йодопсин. Родопсин состоит из ретиналя (особая форма витамина А) и белка опсина.

Зрительный пигмент — особое вещество, способное изменять свою структуру при попадании света. Это запускает ряд химических превращений и ведет к формированию электрического потенциала. Этот импульс и передается по зрительному нерву в мозг. Тут изображение формируется и распознается.

При резкой смене уровня освещенности глаз не сразу приспосабливается к новым условиям. Процесс приспособления к яркому свету называется световой адаптацией, а к низкому освещению — темновой адаптацией. Существуют специальные приборы для регистрации световой чувствительности в ходе темновой адаптации. Они называются адаптометрами.

К свету глаз адаптируется быстро, это занимает 1-3 минуты. А вот темновая адаптация продолжается несколько часов. Поэтому для хорошего зрения в темное время суток следует выждать не менее часа. При этом надо избегать любого яркого света, включая карманный фонарик. Это позволит глазу максимально адаптироваться к низкому освещению.

Можно ли убить взглядом?

Интересно, что глаз может не только воспринимать информацию, но и воздействовать на окружающий мир. Так, в 2003 году канадский охотник оказался один на один с голодным медведем гризли. Ружье было недоступно, зверь был совсем рядом. От отчаянья охотник, по его словам, стал пристально смотреть ему в глаза. Медведь, вопреки обыкновению, взгляда не отвел.

Никто не знает, сколько длилась эта сцена, однако в итоге хищник упал замертво. После рассказа охотника зверя нашли и произвели вскрытие. Оказалось, он умер от кровоизлияния в мозг.

Эта история, конечно, не является рекомендацией сверлить взглядом голодных медведей, да и темных мест в ней хватает. Но вполне возможно, что глаза человека действительно таят в себе еще немало секретов.

Причины снижения темновой адаптации

Жалобы на низкое зрение в темноте могут быть вызваны несколькими причинами.

• Аномалии рефракции.

Зрение большинства людей не идеально. Особенно часто встречается небольшая близорукость, реже астигматизм. И некоторые люди даже не догадываются об этом. При слабом освещении зрачок расширяется, в глаз попадает гораздо больше косых лучей. Имеющиеся аномалии рефракции мешают им сфокусироваться на сетчатке, изображение получается нечетким.

Человек жалуется на низкое зрение в темноте.

Это явление можно сравнить с эффектом дырчатых очков. Их отверстия уже, чем зрачок при дневном освещении. Это дает более высокую остроту зрения в очках. Поэтому же с узким зрачком днем видно лучше, чем с широким зрачком ночью.

• Глазные болезни.

Существует только одно офтальмологическое заболевание, которое длительное время проявляется только этим признаком. Это пигментная дистрофия сетчатки, она же — пигментный ретинит.

Плохое ночное зрение может сопровождать и другие заболевания. Например, воспаление зрительного нерва, его атрофия, воспаление сетчатки с прилежащей частью сосудистой оболочки, внутриглазное инородное тело. Но в этом случае обязательно будут и другие признаки, указывающие на проблему. Например, низкое зрение днем, слабое различение цветов, вялотекущее воспаление глаза.

• Недостаток витамина А в питании.

Из него строится важнейшая часть зрительного пигмента родопсина. Поэтому его недостаточное поступление с пищей приводит к нарушению ночного зрения. О гиповитаминозе А также говорят шелушение кожи, сухость и ломкость волос, поперечная исчерченность ногтей, частые конъюнктивиты или стоматиты.

Пигментный ретинит

Причина заболевания точно не известна. Однако большинство исследователей связывают ее с мутациями в генах, кодирующих родопсин. Заболевание передается по наследству.

Суть болезни состоит в гибели фоторецепторов. Обычно сначала страдают палочки, но есть варианты смешанной палочко-колбочковой дистрофии. Как правило, процесс начинается с периферии глазного дна. С палочками и колбочками тесно контактирует самый наружный слой сетчатки — пигментный эпителий. Он отвечает за восстановление фоторецепторов после поглощения света и фотоизоляцию их друг от друга.

Структура пигментного эпителия также изменяется. Отдельные клетки перемещаются во внутренние слои сетчатки. Это очень затрудняет работу оставшихся фоторецепторов.

Заболевание проявляет себя довольно рано. Примерно в 95% случаев оно диагностируется до 30 лет. Первым признаком является снижение зрения в темноте. Многие больные не переносят и яркий свет. Затем появляются дефекты поля зрения.

Типичен дефект в виде широкого кольца, которое оставляет свободным только центр и крайнюю периферию поля зрения.

Сужение поля зрения резко ухудшает ориентацию в пространстве. Но острота зрения долго остается высокой. Заболевание постепенно прогрессирует, исходом является полная слепота.

Современные методы лечения болезни

Эффективных способов борьбы с заболеванием не существует. Активно разрабатываются методы генной терапии. Суть ее состоит во введении в полость глаза модифицированных вирусов. Они несут в себе «правильные» гены клеток-фоторецепторов. Вирусы встраиваются в геном палочек. Это восстанавливает их нормальную работу.

Впервые такая процедура была выполнена в Америке в марте 2018 года. Первым пациентом стал тринадцатилетний мальчик по имени Jack Hogan.

Однако генная терапия пока проходит клинические испытания и еще не вошла в клиническую практику. Кроме того, изучается применение стволовых клеток и больших доз витамина А.

В США в 2011 году для лечения больных пигментным ретинитом был разработан специальный протез сетчатки Argus. Он устанавливается на глазном дне хирургическим путем. Метод применяется только на поздних стадиях заболевания.

Конечно, устройство не дает полноценного зрения. Однако все пациенты с протезами отмечали улучшение распознавания объектов и восприятия движущихся предметов. В настоящее время Argus устанавливают в клиниках Германии, Великобритании, Франции и Италии.

Таким образом, зрение в темное время суток может быть снижено по очень разным причинам. Можно начать с похода в ближайшую оптику для выявления аномалий рефракции. Если их коррекция не дает результата, то следует пройти тщательное обследование у грамотного офтальмолога.

Читайте далее

Заболевания глаз, которые незаметно «убивают» зрение. Как их обнаружить и «обезвредить» вовремя

Как с помощью современных медицинских технологий удается своевременно обнаружить заболевания глаз, которые незаметно «убивают» зрение.

Источник: medaboutme.ru

Как работает ночное зрение

Скотопическая система сетчатки ( ночное зрение ). Фотопическая система сетчатки ( дневное зрение ). Колбочки и палочки сетчатки. Родопсин.

Фоторецепторный слой сетчатки человека образован примерно 130 миллионами клеток, из которых около семи миллионов являются колбочками, основная масса которых сосредоточена в области центральной ямки, а все остальные фоторецепторы представлены палочками. У обеих разновидностей фоторецепторов существуют три функциональные области: 1) наружный, или внешний, сегмент, ориентированный в направлении эпителиального пигментного слоя и содержащий зрительный пигмент; 2) внутренний сегмент, в котором расположено клеточное ядро и происходят биохимические процессы, связанные с жизнедеятельностью клетки; 3) синаптические окончания, предназначенные для передачи информации от фоторецепторов к биполярным клеткам с помощью медиатора глутамата.

Зрительный пигмент палочек родопсин состоит из двух компонентов: это молекула ретиналя, образующаяся из витамина А и способная поглощать свет, а также крупная белковая молекула опсина, не поглощающая свет. Молекула опсина представляет собой извитую цепь из 348 аминокислот, которая семь раз проходит через мембрану зрительного диска, образованного из клеточной мембраны фоторецептора.

В наружном сегменте фоторецептора имеется большое количество таких дисков, расположенных подобно стопке поставленных друг на друга монет. Ретиналь существует в темноте как 11-цис-ретиналь, такая форма изомера идеально соответствует упорядоченному расположению аминокислот в опсине. Энергия поглощенных фотонов превращает ретиналь в 11-транс-изомер, что приводит к конформационным изменениям молекулы опсина и превращению родопсина в нестабильный метародопсин, который сразу же распадается на ретиналь и опсин. Таким образом, действие света уменьшает концентрацию родопсина в фоторецепторе, что приводит к изменениям активности вторичных посредников и величины мембранного потенциала фоторецептора. В темноте происходит ферментативный ресинтез расщепленного родопсина, для которого используется витамин А, поступающий в организм человека с пищей.

Рис. 17.7. Спектры поглощения четырех разновидностей фоторецепторов. Зрительный пигмент палочек родопсин (Р) имеет максимум поглощения световых волн длиною 496 нм, но способен также к поглощению коротких и длинных волн светового диапазона.

Зрительный пигмент колбочек, чувствительных к синему цвету (С), имеет максимум поглощения 419 нм и не поглощает длинные волны оптического диапазона. Пигмент колбочек, чувствительных к зеленому цвету (3), имеет максимум поглощения при 531 нм, а пигмент чувствительных к красному цвету колбочек (К) максимально поглощает волны длиной 596 нм.

Зрительные пигменты колбочек подобны родопсину палочек и состоят из светопоглощающей молекулы ретиналя и опсина, который отличается составом аминокислот от белковой части родопсина. Кроме того, колбочки содержат меньшее, чем палочки, количество зрительного пигмента, и для их возбуждения требуется энергия нескольких сотен фотонов. Поэтому колбочки активируются лишь при дневном или достаточно ярком искусственном освещении, они образуют фотопическую систему, или систему дневного зрения.

В сетчатке человека существуют три типа колбочек, различающихся между собой по составу аминокислот в опсине зрительного пигмента. Различия в белковой части молекулы определяют особенности взаимодействия каждой из трех форм опсина с ретиналем и специфическую чувствительность к световым волнам разной длины (рис. 17.7).

Колбочки одного из трех типов максимально поглощают короткие световые волны с длиной 419 нм, что необходимо для восприятия синего цвета. Другой тип зрительного пигмента наиболее чувствителен к волнам средней длины и имеет максимум поглощения при 531 нм, он служит для восприятия зеленого цвета. Третий тип зрительного пигмента максимально поглощает длинные волны с максимумом при 559 нм, что позволяет воспринимать красный цвет. Наличие трех типов колбочек обеспечивает человеку восприятие всей цветовой палитры, в которой существует свыше семи миллионов цветовых градаций, тогда как скотопическая система палочек позволяет различать лишь около пятисот черно-белых градаций.

Источник: meduniver.com

Можно ли прокачать ночное зрение: что говорит наука

Некоторые животные отлично видят в темноте: для них ночь — активное время суток, когда они выходят на охоту. А может ли человек прокачать ночное зрение, чтобы видеть в темноте, как кот или сова? Об этом наша новая статья.

Как работает ночное зрение

На способность видеть влияют палочки и колбочки, которые находятся в сетчатке глаза. Колбочки расположены в центральной части сетчатки — благодаря им мы различаем цвета в дневное время суток. По периферии расположены светочувствительные рецепторы — палочки. Именно они позволяют видеть в темноте. У человека соотношение этих рецепторов следующее: 18 палочек на 1 колбочку.

Палочки и колбочки в сетчатке

С наступлением темноты колбочки прекращают свою активность, а палочки начинают работу. Они выделяют пигмент родопсин, благодаря которому глаз адаптируется к темноте и различает предметы. Когда становится светло, родопсин распадается, и способность видеть в темноте исчезает.

Синтез родопсина происходит с участием витамина А. Выработка пигмента начинается спустя 5–7 минут нахождения в темноте — столько времени нужно, чтобы глаза адаптировались и начали различать предметы. Через 1 час ночное зрение достигает максимума.

К нарушению синтеза родопсина и снижению ночного зрения, приводят:

• патология сетчатки, когда разрушаются палочки — ретиниты;
• нарушение соотношения палочек и колбочек;
• недостаток родопсина при дефиците витамина А, который поступает в организм с пищей (авитаминоз) — болезнь называется «куриная слепота»;
• врожденный недостаток родопсина;
• другие офтальмологические болезни и обменные нарушения: миопия, ретинопатии, отслойка сетчатки, сахарный диабет в декомпенсированной форме.

Люди видят в темноте хуже, чем животные

Отличные зрительные способности в ночное время у животных обусловлены наличием у них тапетума — это слой сосудистой оболочки, который есть у кошек, сов, насекомых и рыб. Он отвечает за идеальное ночное зрение.

Когда свет попадает в глаза животного с развитым ночным зрением, он проходит через сетчатку, но только его небольшая часть доходит до палочек. Оставшуюся часть световых лучей тапетум отражает. Из-за этого свет повторно проходит через сетчатку, в конечном итоге доходя до рецепторов. Общее количество света, которое достигает палочек, при наличии тапетума многократно увеличивается.

Именно из-за эффекта отражения у животных глаза «светятся» в темноте, если на них попадает луч фонаря или фары машин.

Нонг Юсуи — единственный человек, в сетчатке которого обнаружен тапетум. Мальчик живет в Китае, у него с рождения была светло-голубая радужка глаз, что нехарактерно для представителей его расы. Врачи обследовали ребенка и предположили, что в его сетчатке было то самое вещество — тапетум.

Нонг Юсуи читает в темноте, да и вообще предпочитает находиться в полутьме, а не при ярком свете. Его глаза ночью светятся, как у кошки. Врачи предполагают, что эта особенность развилась у мальчика вследствие мутации и утверждают, что она никак не вредит его здоровью.

У других людей тапетума нет, поэтому добиться идеального ночного зрения невозможно. Зато идеального дневного — вполне.

Сертификат на бесплатную диагностику зрения и первую пару контактных линз
Узнайте, как получить первую бесплатную пару линз Bausch+Lomb
1. Заполните регистрационную форму
2. Выберите удобный для вас салон оптики
3. Получите ваш сертификат на e-mail

4. Распечатайте или покажите с мобильного телефона
Отправьте заявку на бесплатную пару линз

Как улучшить ночное зрение

В интернете описано много способов для улучшения ночного зрения. Некоторые из них действительно могут сработать, но только на короткий срок. Очки с красными стеклами Такие очки блокируют дневной свет и искусственный свет от ламп, а пропускают только красный цвет. Красный цвет активизирует палочки. Палочки претерпевают темновую адаптацию и начинают выделять родопсин.

Если надеть очки за час до выхода в темноту, то глаза успеют накопить этот пигмент и будут видеть немного лучше. Витамин А Витамин А способствует выработке родопсина — пигмента, который отвечает за ночное зрение. Предполагается, что прием витамина улучшает ночное зрение. На деле этот способ эффективен только тогда, когда причиной плохого зрения является авитаминоз.

При близорукости или врожденной «куриной слепоте» метод не поможет. Улучшение кровотока головного мозга Этого можно добиться с помощью ритмичных движений: запрокидывания головы назад, глубоких вдoхов и выдoxов пo 10 paз в минуту или жевания. Считается, что эти действия сокращают период привыкания к темноте, например, когда человек ночью из дома выходит на улицу.

Метод может сработать кратковременно и только в моменте. Улучшить ночное время в целом он не поможет. В следующий раз когда человек выйдет из светлого помещения на улицу, или войдет в темную комнату, ему еще раз придется проделать те же действия. Черника Чернику рекомендуют тем, кто страдает нарушениями зрения.

За счет содержания антоцианозидов она теоретически может улучшить способность видеть в темноте. Но нет достоверных исследований, которые бы доказали этот эффект.
Расфокусированный взгляд Если в темноте смотреть не на нужный вам предмет, а немного в сторону, свет будет попадать в периферические отделы сетчатки — именно там расположена большая часть палочек. Этот способ тоже поможет немного лучше видеть в темноте.

Что улучшает ночное зрение на длительный срок

Если причиной нарушения ночного зрения стала патология сетчатки и других отделов глаза или общие соматические заболевания, то после лечения способность видеть в темноте восстановится. Например, после нормализации внутриглазного давления или снижения глюкозы в крови при сахарном диабете. При лечении необходимо строго следовать рекомендациям врачей.

Лечение болезней глаз — единственный по-настоящему эффективный способ улучшения ночного зрения. Но оно поможет только тем, кому терапия действительно нужна. Нельзя принимать лекарства, лишь чтобы улучшить ночное зрение, это неэффективно и опасно. Если вы плохо видите, запишитесь на проверку зрения и получите первую пару линз бесплатно по нашему сертификату.

Источник: ultralinzi.ru

Электронное ночное зрение: как видеть в темноте

Когда закрыли дверь и выключили лампы, стало весело и немного жутко. В глухой подвал не проникал ни один луч света. «Вы просто включите, там справа, и смотрите». Мы прильнули к объективам: в полной темноте было прекрасно видно, как наш провожатый тоже смотрит в монокуляр, а далеко у противоположной стенки сидят и стоят другие люди, замершие в темноте. Так, наверное, чувствовал себя Хищник, прилетевший поохотиться и наблюдавший за беззащитными землянами, оставаясь для них невидимым — и почти неуязвимым.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

«Главный принцип прибора ночного видения — это усиление и преобразование невидимого излучения в видимое глазом изображение. Если мы зайдем в действительно темный подвал, где нет совсем никаких источников света, мы не увидим ничего. Но если там найдется хотя бы немного отраженных фотонов, мы этот сигнал поймаем и усилим», — объясняет наш гид Сергей Кесаев, директор новосибирской компании «Катод». Одной из немногих в мире, умеющих делать приборы, видящие в самой беспросветной тьме.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Ночное зрение

В сетчатке наших глаз имеется примерно по 125 млн светочувствительных клеток. Они улавливают фотоны, энергия которых лежит в определенных пределах, и длина волны составляет от 380 до 770 нм, от красного до фиолетового. Глаза многих животных способны регистрировать фотоны соседних диапазонов; пчелы различают ультрафиолетовое, а змеи — инфракрасное излучение.

Киношный Хищник тоже видел в ИК-диапазоне: судя по фильму, инопланетный охотник мог пользоваться тепловизором, работающим на длинах волн от 8 до 15 мкм. Но такое «хищное» зрение не синоним ночного. Даже днем теплое тело человека будет прекрасно различимо в тепловизор на фоне холодных стен. Но сам фон, температура которого примерно однородна, предстанет неразборчивой серой массой.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

По счастью, с настоящей беспросветной темнотой мы практически не сталкиваемся. Отблеск фар из окна, мерцание звезд или хотя бы отcветы ночных облаков — адаптируясь к низкому освещению, наши глаза умеют различать даже единичные фотоны. Эта способность действительно впечатляет: если в стандартном офисе освещенность составляет 300−500 лк, то нижний рабочий предел зрения лежит примерно в области 0,1 лк. Приблизительно такую освещенность дает половина Луны, позволяя невооруженным глазом распознать фигуру человека на открытой местности с расстояния до 200−300 м. Жаль, что, когда фотонов по-настоящему мало, этого не хватает: стоит облакам затянуть ночное небо, как мы становимся почти слепы. Но немного света остается даже в самом сердце тьмы — надо лишь научиться его улавливать и усиливать.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Самые чувствительные этапы сборки ЭОП на «Катоде» производятся на уникальной автоматизированной линии, внутри которой поддерживается сверхвысокий вакуум.

Поколение 0

Усиления практически нет Первую концепцию электронно-оптического преобразователя (ЭОП) предложили в 1928 году Холст, Де Бур и их коллеги по компании Philips. Конструкция, вошедшая в историю под названием стакана Холста, действительно похожа на два вложенных друг в друга стакана, между которыми создан вакуум. На дно внешнего нанесен серебряно-кислородно-цезиевый фотокатод, который под действием падающего ИК-излучения выбрасывает электроны. На дно внутреннего стакана наносится слой люминофора. Между ними создается разность потенциалов в несколько киловольт, и электроны, вылетающие из фотокатода, ускоряются и бомбардируют экран, заставляя его люминесцировать.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Простая идея оказалась непростой в исполнении; только в 1934 году стакан Холста заработал, и человек впервые обрел способность видеть в темноте. Уже через несколько лет компания EMI наладила производство таких приборов для нужд британской армии, работы над собственными аналогами начались в Германии и США. В Советском Союзе ими занимались «вакуумщики» Всесоюзного электротехнического института Петр Тимофеев и Вячеслав Архангельский, а также будущие академики Сергей Вавилов и Александр Лебедев из ленинградского Государственного оптического института. В 1939 году командованию Красной армии были продемонстрированы первые прототипы приборов ночного видения (ПНВ).

В сердце прибора ночного видения — электронно-оптический преобразователь
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Ко времени Второй мировой стакан Холста заметно усовершенствовался, и между «донышками» появились фокусирующие электроды, которые повышали резкость изображения. Все это особенно пригодилось вермахту в последние годы войны, когда союзники завоевали полное превосходство в воздухе, практически парализовав дневное движение немецких войск и вынудив танковые колонны пробираться на позиции по ночам. Однако такие ЭОП могли лишь нащупать свет в темноте, но не усилить его. Чтобы что-нибудь различить, им требовалась помощь осветительных авиабомб или мощных инфракрасных прожекторов — тяжелых, прожорливых и демаскирующих. Это лишало ПНВ главной фишки, возможности скрытного действия, поэтому за исключением нескольких удачных применений — в частности, немецкими войсками в боях у озера Балатон или американцами на Окинаве — массового распространения они еще не получили.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Поколения 1 и 1+

Усиление: 100−1000 раз. Рабочая освещенность: 0,01 лк (четверть лунного диска) После войны ЭОП быстро совершенствовались. Низкочувствительные фотокатоды на основе Ag-O-Cs (S-1), предложенные еще в 1929 году, сменили более эффективные мультищелочные (S-20). Вместо плоского стекла на «донышке» вакуумной трубки стали размещать волоконно-оптическую шайбу.

Вогнутая с одной стороны, она уменьшала искажения и повышала разрешающую способность по краям картинки. Добавление разгонной камеры позволило ускорять электроны перед попаданием на экран и добиться более высокого усиления.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Успешно удалось реализовать и задумку, которую апробировали еще в вермахте, — соединить несколько ЭОП в один каскад, один за другим. На тончайшую слюдяную пленку с одной стороны наносили фотокатод, а с другой — экран, так что изображение прямо и почти без потерь переносилось между ними. Трехкаскадные ЭОП поколения 1+ давали уже приличное усиление и достаточно четкую картинку. Американские военные применяли такие ПНВ во время Вьетнамской войны, их производство в СССР было налажено на новосибирском заводе «Экран». Разработкой новых поколений занялись инженеры и ученые открывшегося при заводе опытно-конструкторского бюро.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Поколения 2 и 2+

Усиление: 25 000−50 000 раз. Рабочая освещенность: 0,001 лк (звездное небо) ЭОП первого поколения были тяжелы и громоздки, да и усиление давали ограниченное. Лишь в 1970-х американские разработчики нашли способ поднять его в сотни раз, используя микроканальную пластину из свинцово-силикатного стекла, «продырявленного» матрицей из миллионов каналов диаметром в несколько микрон. Расположенная между фотокатодом и экраном, она способна «выдать» сотни и даже тысячи электронов на каждый, попавший на вход пластины, резко повышая чувствительность прибора. «Каналы расположены под небольшим углом к оси прибора, так что разогнанный электрон, влетев внутрь, почти сразу врезается в стенку и выбивает из нее несколько новых, — объясняет Сергей Кесаев. — Электрическое поле увлекает их дальше — и эти электроны в свою очередь выбивают следующие. После многократного умножения вместо одной частицы мы получаем на выходе «облако» из сотен, тысяч электронов».

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Микроканальная пластина — мощный усилитель потока электронов

Впоследствии микроканальную пластину расположили прямо за фотокатодом, так что электроны преодолевали всего пару сотен микрометров, практически не расфокусируясь, и сразу влетали в ее каналы, а из них попадали прямо на экран. Это позволило отказаться от фокусирующих систем и на порядок уменьшить габариты ЭОП.

На основе ЭОП поколения 2+ и были созданы компактные, высокоэффективные и удобные ПНВ, которые популярны до сих пор. Применяя более совершенные компоненты мультищелочного фотокатода, французская компания Photonis производит ЭОП этого поколения, которые успешно конкурируют с более современными и дорогими вариантами. Еще в 1990-е собственная технология производства ЭОП поколения 2+ была разработана и в новосибирском ОКБ, которое в те годы выделилось в самостоятельное предприятие. Конструкторское бюро превратилось в научно-производственную компанию «Катод» и начало собственное серийное производство.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Поколения 3 и 3+

Усиление: 45 000−100 000 раз. Рабочая освещенность: 0,0001 лк (звездное небо в облаках) О следующем поколении заговорили в 1982 году, когда были представлены ЭОП с принципиально новым полупроводниковым фотокатодом на основе арсенида галлия (GaAs). «Чувствительность у них сразу была в два-три раза выше, чем у мультищелочных», — добавляет Сергей Кесаев. Вдобавок такие фотокатоды обладают повышенной чувствительностью в ИК-волнах вплоть до 930 нм, а пришедший следом за ними арсенид галлия-индия (InGaAs) расширил спектральный диапазон до 1100 нм. Главной бедой таких материалов оказалась их быстрая деградация, так что первые образцы могли проработать не больше сотни часов.

ЭОП поколения 3 относятся к ключевым военным технологиям, их распространение контролируется и в США, и в России — единственных странах, способных производить такие приборы.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Дело в том, что при работе ЭОП электрическое поле ускоряет электроны с фотокатода по направлению к микроканальной пластине, а вот положительно заряженные ионы устремляются в обратном направлении, на фотокатод. Они бомбардируют активирующее покрытие фотокатода, быстро разрушая его. «Для защиты была разработана сложнейшая технология, — объясняет Сергей Кесаев. — На входную поверхность микроканальной пластины буквально натягивают сверхтонкую ионно-барьерную пленку толщиной 3−5 нм — всего несколько атомных слоев оксида алюминия. Электроны сквозь нее проходят относительно свободно, а вот более крупные положительные ионы задерживаются, как сетью».

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Такие технологии доступны лишь считаным компаниям в мире — американским Exelis и L-3, российским «Геофизике-НВ» и АО «Катод». А в марте 2016 года новосибирское предприятие открыло новый цех со сверхчистыми помещениями, где могут производиться приборы поколения 3+, у которых толщина ионно-барьерной пленки снижена до 2−3 нм, так что она задерживает еще меньше электронов, повышая чувствительность ЭОП.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Будущие поколения

«Фотокатод из арсенида галлия дает примерно троекратное повышение чувствительности. Однако ионно-барьерная пленка задерживает 20−30% вылетающих из него электронов, что заметно снижает один из основных параметров ЭОП — отношение сигнал/шум, — продолжает Сергей Кесаев. — Поэтому не раз предпринимались попытки окончательно избавиться от нее, создав «беспленочные» ЭОП.

Современный уровень развития науки и техники, связанный с применением более совершенных материалов и технологий, с автоматизацией производства, позволяет решить данную задачу, так что мы уже недалеки от этого шага». Впрочем, каким будет следующее поколение ЭОП, пока точно не ясно. Разные специалисты — и маркетологи, продвигающие ПНВ на рынке — по-разному смотрят на этот вопрос.

Некоторые относят к поколению 4 тонкопленочные или вовсе беспленочные инструменты, другие говорят, что даже это достижение будет лишь развитием поколения 3 и не приведет к существенному изменению конструкции. Третьи называют «полноценным» поколением 4 ЭОП, соединенные с цифровыми ПЗС- или КМОП-матрицами. Впрочем, такие уже производятся на заводе «Катод».

Источник: www.techinsider.ru