Электронное ночное зрение: как видеть в темноте
Усилители света: как электронно-оптические преобразователи позволяют видеть в кромешной 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.
«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.
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.
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.
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.