eng
Содержание
Введение 5
Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ) 7
1.1.
Принцип действия приборов ночного видения (ПНВ) 7
1.2.
Принцип действия низкоуровневых телевизионных систем (НТВС) 16
1.3.
Принцип действия АИ ПНВ и АИ НТВС 20
1.4.
Принцип действия тепловизионных приборов (ТВП) 27
1.5.
Принцип действия многоканальных ПВИ (МПВИ) 36
Глава 2. Элементы приборов ночного видения 40
2.1.
Объективы 40
2.1.1.
Основные параметры и характеристики 40
2.1.2.
Гидрообъективы 43
2.1.3.
Линзовые объективы 44
2.1.4.
Зеркально-линзовые объективы 46
2.1.5.
Объективы с переменным фокусным расстоянием 61
2.1.6.
Объективы для осветителей и целеуказателей 71
2.2.
Фильтры 87
2.2.1.
Фильтры для ПНВ 87
2.2.2.
Фильтры для пилотажных ОНВ 102
2.2.3.
Фильтры для авиационных обзорно-прицельных систем 110
2.2.4.
Фильтры для АИ ПНВ и АИ ТВС 120
2.3.
Электронно-оптические преобразователи (ЭОП) 123
2.3.1.
Основные параметры ЭОП 123
2.3.2.
ЭОП общего назначения 124
2.3.3.
Импульсные и высокоскоростные ЭОП 178
2.3.4.
ЭОП с ультрафиолетовым фотокатодом 208
2.3.5.
ЭОП с цветным изображением 218
2.3.6.
ТПИ 219
2.4.
Окулярные системы 227
2.4.1.
Основные параметры окулярных систем 227
2.4.2.
Окуляры для монокулярных ПНВ 229
2.4.3.
Голографические окулярные системы 271
2.5.
Принадлежности ПНВ и модульный принцип их построения 290
Глава 3. Элементы телевизионных систем (ТВС) 323
3.1.
Основные параметры ТВ-систем 323
3.2.
Объективы для ТВС 358
3.2.1.
ТВ-объективы стандартные 358
4
Содержание
3.2.2.
Объективы для SWIR ТВ-камер 384
3.2.3.
УФ-объективы 390
3.3.
ТВ-камеры 399
3.3.1.
Классификация ТВ-камер 399
3.3.2.
ТВ-камеры нулевого поколения 401
3.3.3.
ТВ-камеры общего назначения 424
3.3.4.
Высокочувствительные ТВС 456
3.3.5.
УФ ТВ-камеры 492
3.3.6.
SWIR ТВС для области спектра 0,8‒1,7 мкм 516
3.3.7.
ИК ТВ-трубки для работы в области спектра 0,4‒2,2 мкм 545
3.3.8.
ТВ-камеры для квадрокоптеров 550
3.3.9.
Высокоскоростные ТВ-камеры 558
3.4.
Принадлежности для ТВС 574
3.4.1.
Принадлежности общего назначения 574
3.4.2.
Стабилизаторы для ТВ-камер 631
Глава 4. Осветители и целеуказатели для ПНВ и ТВС 656
4.1.
Светодиодные излучатели для ПНВ 656
4.2.
Лазерные полупроводниковые излучатели для ПНВ 663
4.3.
Светодиодные излучатели для ТВС 675
4.4.
Лазерные полупроводниковые излучатели для целеуказателей
и дальномеров 688
4.5.
Полупроводниковые излучатели для перспективных
целеуказателей лазерных, лазерных дальномеров и приборов
ночного видения 706
4.6.
Применение полупроводниковых излучателей в универсальных
прицельных комплексах 720
4.7.
Осветители с поляризацией излучения 727
4.8.
УФ-осветители 729
4.9.
Осветители для специальной техники 735
4.10.
Лазерные осветители для АИ ПНВ 761
4.11.
ИК-светодиодные осветители для систем видеонаблюдения 787
4.12.
Светодиодные излучатели для профессиональных фонарей 803
4.13.
Светодиодные прожекторы и фонари для подводного освещения 816
4.14.
Полупроводниковые излучатели для приборов подводного видения 830
4.15.
Тактические светодиодные фонари 853
Введение:
В настоящее время в современной технике широкое распространение получили
оптико-электронные приборы визуализации изображения (ПВИ). Они исполь-
зуются в системах охраны и досмотра, при проведении спасательных работ, для
обеспечения пожарной и радиационной безопасности, в криминалистике, при
проведении работ по добыче полезных ископаемых, в медицине, в строитель-
стве, транспорте, в производственных технологических процессах, в метроло-
гии, для мониторинга и др.
К ПВИ относятся пассивно-активные и активно-импульсные приборы ноч-
ного видения (ПНВ), телевизионные системы (ТВС), тепловизионные приборы
(ТВП) и многоканальные ПВИ (МПВИ).
В работах [1–3] подробно изложены идеология построения и принцип дей-
ствия этих ПВИ, описаны их технические параметры и характеристики, пока-
заны их современные и перспективные возможности, рассмотрены методы их
испытаний в лабораторных и в натурных условиях.
Однако для того, чтобы со знанием дела разрабатывать, производить и экс-
плуатировать ПВИ, необходимо хорошо знать их современную и перспектив-
ную элементную базу.
В связи с этим в настоящей работе рассмотрены основные элементы ПВИ:
• для ПНВ — объективы, фильтры, электронно-оптические преобразова-
тели (ЭОП), осветители и целеуказатели, принадлежности;
• для АИ ПНВ — импульсные ЭОП, импульсные лазерные осветители;
• для ТВС — объективы, фильтры, ТВ-камеры, ТВ-мониторы,
принадлежности;
• осветители и целеуказатели для ПНВ, ТВС, АИ ПНВ;
• для ТВП — ИК-объективы, фильтры, сканирующие системы, фотопри-
емные устройства, мультиплексоры, системы охлаждения и стабилиза-
ции температуры;
• для МПВИ — двух- и многоканальные объективы, двух- и многоканаль-
ные фотоприемные устройства.
Для всех типов ПВИ рассмотрены их источники первичного питания.
Авторы данной книги многие годы своей инженерной и научно-техниче-
ской деятельности посвятили вопросам разработки, исследования и развития
ПВИ для различных областей их применения, а также проблемам создания оп-
тимальной основной элементной базы для всех типов ПВИ.
Данная книга является учебным пособием для студентов вузов.
Кроме того, авторы считают, что настоящая книга окажется полезной для
аспирантов, научных и инженерно-технических работников, специализирую-
6 Введение
щихся в области разработки, производства и применения ПВИ и их основной
элементной базы в различных отраслях науки и техники.
Авторы с признательностью примут замечания и предложения по улучше-
нию содержания и формы изложенного в данной книге материала для новой
встречи с читателями.
Литература
1. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. — М.: Новости,
2009. — 840 с.
2. Волков В. Г., Гиндин П. Д. Техническое зрение. Инновации. — М.: Техно-
сфера, 2014. — 840 с.
3. Волков В. Г., Гиндин П. Д. Достижения в технике видения. — М.: Техносфе-
ра, 2019, в двух книгах: книга 1, 580 с, книга 2, 436 с.
ÃËÀÂÀ 1
ÎÁÙÈÅ ÑÂÅÄÅÍÈß
Î ÏÐÈÁÎÐÀÕ ÂÈÇÓÀËÈÇÀÖÈÈ
ÈÇÎÁÐÀÆÅÍÈß (ÏÂÈ)
1.1. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ ïðèáîðîâ íî÷íîãî âèäåíèÿ (ÏÍÂ)
Проблема обеспечения видения при низких уровнях освещенности (сумерки,
ночь) и в полной темноте всегда оставалась актуальной как для военной, так и для
гражданской техники. Однако решение этой проблемы стало одной из наиболее
трудных задач, так как потребовало серьезной научной подготовки и создания
значительной технико-экономической базы. Предпосылкой для создания при-
боров ночного видения (ПНВ) стало открытие в начале XIX века инфракрасного
(ИК) излучения. Однако устройство, способное «видеть» предметы не в оптиче-
ском (видимом), а в ИК-диапазоне спектра, было создано лишь в 1934 г. Этот мо-
мент принято считать началом эры ночного видения [1.1.1, 1.1.2].
Развитие ПНВ можно разбить на ряд этапов, с которыми связано появление
их определенных поколений. Каждое последующее поколение отличалось от пре-
дыдущего большей дальностью видения, лучшим качеством изображения, сни-
жением массы и габаритов, увеличением времени работы, повышением стойко-
сти к воздействию световых помех и целым рядом других преимуществ. Главным
признаком, по которому различаются поколения ПНВ, является их основной
элемент — электронно-оптический преобразователь (ЭОП), предназначенный
для преобразования невидимого глазом ИК-изображения в видимое и усиления
его по яркости. Поколения ЭОП и соответствующие им поколения ПНВ таковы:
0, 1, 1+, 2, 2+, 2++, 3, 3+, 4, 5 [1.1.1, 1.1.2].
Принцип действия ПНВ основан на преобразовании инфракрасного (ИК)
излучения в видимое и на усилении низких уровней яркости, создаваемых на на-
блюдаемом объекте свечением ночного неба, звезд и луны в видимой и ближней
ИК-области спектра. Принцип действия ПНВ поясняется на рис. 1.1.1 [1.1.1, 1.1.2].
Объектив 1 (рис. 1.1.1) создает перевернутое изображение объекта на по-
лупрозрачном фотокатоде ЭОП 2. Перед фотокатодом 4 ЭОП 2 может быть
установлен красный фильтр 3, который служит для повышения контраста
в изображении объекта. Световой поток, попадая на фотокатод 4, возбуждает
фотоэлектроны. Распределение их плотности соответствует распределению
освещенности на фотокатоде. Фотоэлектроны такого «электронного изображе-
ния» ускоряются электрическим полем, формируемым с помощью электронной
оптики 5 ЭОП. Ускорение электронов происходит за счет энергии высоковольт-
8 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
ного источника питания (ВИП) 6,
который подает на экран 7 ЭОП вы-
соковольтное напряжение. Ускорен-
ные фотоэлектроны фокус
В настоящее время в современной технике широкое распространение получили
оптико-электронные приборы визуализации изображения (ПВИ). Они исполь-
зуются в системах охраны и досмотра, при проведении спасательных работ, для
обеспечения пожарной и радиационной безопасности, в криминалистике, при
проведении работ по добыче полезных ископаемых, в медицине, в строитель-
стве, транспорте, в производственных технологических процессах, в метроло-
гии, для мониторинга и др.
К ПВИ относятся пассивно-активные и активно-импульсные приборы ноч-
ного видения (ПНВ), телевизионные системы (ТВС), тепловизионные приборы
(ТВП) и многоканальные ПВИ (МПВИ).
В работах [1–3] подробно изложены идеология построения и принцип дей-
ствия этих ПВИ, описаны их технические параметры и характеристики, пока-
заны их современные и перспективные возможности, рассмотрены методы их
испытаний в лабораторных и в натурных условиях.
Однако для того, чтобы со знанием дела разрабатывать, производить и экс-
плуатировать ПВИ, необходимо хорошо знать их современную и перспектив-
ную элементную базу.
В связи с этим в настоящей работе рассмотрены основные элементы ПВИ:
• для ПНВ — объективы, фильтры, электронно-оптические преобразова-
тели (ЭОП), осветители и целеуказатели, принадлежности;
• для АИ ПНВ — импульсные ЭОП, импульсные лазерные осветители;
• для ТВС — объективы, фильтры, ТВ-камеры, ТВ-мониторы,
принадлежности;
• осветители и целеуказатели для ПНВ, ТВС, АИ ПНВ;
• для ТВП — ИК-объективы, фильтры, сканирующие системы, фотопри-
емные устройства, мультиплексоры, системы охлаждения и стабилиза-
ции температуры;
• для МПВИ — двух- и многоканальные объективы, двух- и многоканаль-
ные фотоприемные устройства.
Для всех типов ПВИ рассмотрены их источники первичного питания.
Авторы данной книги многие годы своей инженерной и научно-техниче-
ской деятельности посвятили вопросам разработки, исследования и развития
ПВИ для различных областей их применения, а также проблемам создания оп-
тимальной основной элементной базы для всех типов ПВИ.
Данная книга является учебным пособием для студентов вузов.
Кроме того, авторы считают, что настоящая книга окажется полезной для
аспирантов, научных и инженерно-технических работников, специализирую-
6 Введение
щихся в области разработки, производства и применения ПВИ и их основной
элементной базы в различных отраслях науки и техники.
Авторы с признательностью примут замечания и предложения по улучше-
нию содержания и формы изложенного в данной книге материала для новой
встречи с читателями.
Литература
1. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. — М.: Новости,
2009. — 840 с.
2. Волков В. Г., Гиндин П. Д. Техническое зрение. Инновации. — М.: Техно-
сфера, 2014. — 840 с.
3. Волков В. Г., Гиндин П. Д. Достижения в технике видения. — М.: Техносфе-
ра, 2019, в двух книгах: книга 1, 580 с, книга 2, 436 с.
ÃËÀÂÀ 1
ÎÁÙÈÅ ÑÂÅÄÅÍÈß
Î ÏÐÈÁÎÐÀÕ ÂÈÇÓÀËÈÇÀÖÈÈ
ÈÇÎÁÐÀÆÅÍÈß (ÏÂÈ)
1.1. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ ïðèáîðîâ íî÷íîãî âèäåíèÿ (ÏÍÂ)
Проблема обеспечения видения при низких уровнях освещенности (сумерки,
ночь) и в полной темноте всегда оставалась актуальной как для военной, так и для
гражданской техники. Однако решение этой проблемы стало одной из наиболее
трудных задач, так как потребовало серьезной научной подготовки и создания
значительной технико-экономической базы. Предпосылкой для создания при-
боров ночного видения (ПНВ) стало открытие в начале XIX века инфракрасного
(ИК) излучения. Однако устройство, способное «видеть» предметы не в оптиче-
ском (видимом), а в ИК-диапазоне спектра, было создано лишь в 1934 г. Этот мо-
мент принято считать началом эры ночного видения [1.1.1, 1.1.2].
Развитие ПНВ можно разбить на ряд этапов, с которыми связано появление
их определенных поколений. Каждое последующее поколение отличалось от пре-
дыдущего большей дальностью видения, лучшим качеством изображения, сни-
жением массы и габаритов, увеличением времени работы, повышением стойко-
сти к воздействию световых помех и целым рядом других преимуществ. Главным
признаком, по которому различаются поколения ПНВ, является их основной
элемент — электронно-оптический преобразователь (ЭОП), предназначенный
для преобразования невидимого глазом ИК-изображения в видимое и усиления
его по яркости. Поколения ЭОП и соответствующие им поколения ПНВ таковы:
0, 1, 1+, 2, 2+, 2++, 3, 3+, 4, 5 [1.1.1, 1.1.2].
Принцип действия ПНВ основан на преобразовании инфракрасного (ИК)
излучения в видимое и на усилении низких уровней яркости, создаваемых на на-
блюдаемом объекте свечением ночного неба, звезд и луны в видимой и ближней
ИК-области спектра. Принцип действия ПНВ поясняется на рис. 1.1.1 [1.1.1, 1.1.2].
Объектив 1 (рис. 1.1.1) создает перевернутое изображение объекта на по-
лупрозрачном фотокатоде ЭОП 2. Перед фотокатодом 4 ЭОП 2 может быть
установлен красный фильтр 3, который служит для повышения контраста
в изображении объекта. Световой поток, попадая на фотокатод 4, возбуждает
фотоэлектроны. Распределение их плотности соответствует распределению
освещенности на фотокатоде. Фотоэлектроны такого «электронного изображе-
ния» ускоряются электрическим полем, формируемым с помощью электронной
оптики 5 ЭОП. Ускорение электронов происходит за счет энергии высоковольт-
8 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
ного источника питания (ВИП) 6,
который подает на экран 7 ЭОП вы-
соковольтное напряжение. Ускорен-
ные фотоэлектроны фокус