Електронно-оптичний перетворювач (ЕОП) – серце будь-якого приладу нічного бачення (ПНВ). Саме завдяки ЕОП ультратьмяне зображення перетворюється на яскраве, видиме оком, дозволяючи вести спостереження та прицілювання в умовах майже повної темряви.
У цій статті ми розглянемо базові фізичні принципи роботи ЕОП, будову та ключові вузли типового підсилювача яскравості зображення, а також проведемо поглиблений технічний аналіз поколінь Gen 2 і Gen 3. Особливу увагу приділимо порівнянню характеристик цих поколінь, наведенню таблиць із ключовими показниками (роздільна здатність, чутливість, ресурс, живлення тощо) та з’ясуванню, чому сучасні Gen 2+ від Photonis не поступаються китайським Gen 3 – на основі фактів, тестів і думок фахівців.
Також наведемо приклади практичного застосування нічного бачення у військових умовах, окреслимо переваги й недоліки різних поколінь та подамо глосарій найважливіших термінів.
Електронно-оптичний перетворювач (ЕОП) – серце будь-якого приладу нічного бачення (ПНВ). Саме завдяки ЕОП ультратьмяне зображення перетворюється на яскраве, видиме оком, дозволяючи вести спостереження та прицілювання в умовах майже повної темряви.
У цій статті ми розглянемо базові фізичні принципи роботи ЕОП, будову та ключові вузли типового підсилювача яскравості зображення, а також проведемо поглиблений технічний аналіз поколінь Gen 2 і Gen 3. Особливу увагу приділимо порівнянню характеристик цих поколінь, наведенню таблиць із ключовими показниками (роздільна здатність, чутливість, ресурс, живлення тощо) та з’ясуванню, чому сучасні Gen 2+ від Photonis не поступаються китайським Gen 3 – на основі фактів, тестів і думок фахівців.
Також наведемо приклади практичного застосування нічного бачення у військових умовах, окреслимо переваги й недоліки різних поколінь та подамо глосарій найважливіших термінів.
Базові принципи дії ЕОП
Прилад нічного бачення працює за принципом посилення наявного світла. У навколишньому середовищі майже завжди є хоча б слабкі джерела освітлення - зоряне світло, місячне сяйво, свічення атмосфери, інфрачервоне підсвічування тощо. ЕОП захоплює ці крихти світла і багаторазово підсилює їх.
Простіше кажучі, фотони слабкого світла, що надходять від об’єктів сцени, перетворюються на електрони, потім їхня кількість стрімко зростає всередині ЕОП, після чого ці електрони знову перетворюються на фотони видимого спектру, формуючи яскраве зображення на екрані. Завдяки цьому темна сцена постає перед оком спостерігача у підсиленому вигляді.
Щоб зрозуміти процес детальніше, розглянемо типову структуру сучасного ЕОП. Складових три основні:
- Фотокатод
- Мікроканальна пластина (MCP)
- Фосфорний екран
Через вхідне вікно підсилювача (зазвичай – оптичне скло, на яке нанесено шар фотокатода) в ЕОП заходять фотони зовнішнього слабкого світла. Фотокатод – тонкий шар світлочутливого матеріалу – поглинає ці фотони і внаслідок фотоелектричного ефекту випускає у вакуум трубки фотоелектрони (електрони, вибиті світлом). Усі сучасні ЕОП є високовакуумними приладами (~10^-9 торр) – без вакууму фотокатод швидко окислився б і втратив працездатність.
Після емісії з фотокатода електрони прискорюються електричним полем і спрямовуються до наступного ключового елементу – мікроканальної пластини (МКП). МКП – це ультратонкий диск зі скла, пронизаний мільйонами наддрібних каналів (діаметром близько 6–10 мкм). Внутрішні стінки каналів мають фотопровідне покриття і знаходяться під високою напругою. Коли первинний електрон від фотокатода влітає в один із каналів і вдаряється об його стінку, він вибиває кілька вторинних електронів. Ці нові електрони розганяються тим же електричним полем уздовж каналу і, вдаряючись об стінки далі, народжують ще більше електронів.
Кожен канал працює як своєрідний електронний множник надмалих розмірів. У результаті для кожного одного електрона з фотокатода на виході МКП може утворитися приблизно 1000 електронів. Саме так досягається колосальне підсилення сигналу: лавиноподібне множення електронів уздовж мікроканалів МКП.
З МКП щільний потік електронів далі прискорюється ще одним електричним полем до фінішного елементу – фосфорного екрану. Екран являє собою внутрішню поверхню вихідного вікна ЕОП, вкриту шаром люмінофору (зазвичай використовують зелений люмінофор P43 або білий P45). Коли прискорені електрони влучають у фосфорний шар, кожен електрон породжує знов фотони видимого світла – фактично спалахи крихітних «лампочок» люмінофора. Завдяки великій кількості електронів після МКП, ці спалахи зливаються в яскраве суцільне зображення. На кожен початковий фотон, що вибив один електрон, може припадати десятки тисяч фотонів на виході екрану – настільки сильним є загальний коефіцієнт підсилення ЕОП.
Отримане на екрані зображення спостерігач бачить через окуляр. Зазвичай екран виготовлено на волоконно-оптичній пластині, яка може інвертувати зображення (деякі електронні оптичні схеми перевертають його, і пластина коригує це). В сучасних монокулярах і прицілах екран часто напряму сполучено з окуляром. Зображення, як правило, монохромне (зелений відтінок традиційно обрано завдяки чутливості людського ока, хоча зараз з’являються й білі фосфори для кращого контрасту). Незважаючи на штучність такого зображення, воно геометрично відповідає реальній сцені – ЕОП передає дрібні деталі, рельєф і контури об’єктів, просто підсилюючи існуюче світло.
Базові принципи дії ЕОП
Прилад нічного бачення працює за принципом посилення наявного світла. У навколишньому середовищі майже завжди є хоча б слабкі джерела освітлення - зоряне світло, місячне сяйво, свічення атмосфери, інфрачервоне підсвічування тощо. ЕОП захоплює ці крихти світла і багаторазово підсилює їх.
Простіше кажучі, фотони слабкого світла, що надходять від об’єктів сцени, перетворюються на електрони, потім їхня кількість стрімко зростає всередині ЕОП, після чого ці електрони знову перетворюються на фотони видимого спектру, формуючи яскраве зображення на екрані. Завдяки цьому темна сцена постає перед оком спостерігача у підсиленому вигляді.
Щоб зрозуміти процес детальніше, розглянемо типову структуру сучасного ЕОП. Складових три основні:
- Фотокатод
- Мікроканальна пластина (MCP)
- Фосфорний екран
Через вхідне вікно підсилювача (зазвичай – оптичне скло, на яке нанесено шар фотокатода) в ЕОП заходять фотони зовнішнього слабкого світла. Фотокатод – тонкий шар світлочутливого матеріалу – поглинає ці фотони і внаслідок фотоелектричного ефекту випускає у вакуум трубки фотоелектрони (електрони, вибиті світлом). Усі сучасні ЕОП є високовакуумними приладами (~10^-9 торр) – без вакууму фотокатод швидко окислився б і втратив працездатність.
Після емісії з фотокатода електрони прискорюються електричним полем і спрямовуються до наступного ключового елементу – мікроканальної пластини (МКП). МКП – це ультратонкий диск зі скла, пронизаний мільйонами наддрібних каналів (діаметром близько 6–10 мкм). Внутрішні стінки каналів мають фотопровідне покриття і знаходяться під високою напругою. Коли первинний електрон від фотокатода влітає в один із каналів і вдаряється об його стінку, він вибиває кілька вторинних електронів. Ці нові електрони розганяються тим же електричним полем уздовж каналу і, вдаряючись об стінки далі, народжують ще більше електронів.
Кожен канал працює як своєрідний електронний множник надмалих розмірів. У результаті для кожного одного електрона з фотокатода на виході МКП може утворитися приблизно 1000 електронів. Саме так досягається колосальне підсилення сигналу: лавиноподібне множення електронів уздовж мікроканалів МКП.
З МКП щільний потік електронів далі прискорюється ще одним електричним полем до фінішного елементу – фосфорного екрану. Екран являє собою внутрішню поверхню вихідного вікна ЕОП, вкриту шаром люмінофору (зазвичай використовують зелений люмінофор P43 або білий P45). Коли прискорені електрони влучають у фосфорний шар, кожен електрон породжує знов фотони видимого світла – фактично спалахи крихітних «лампочок» люмінофора. Завдяки великій кількості електронів після МКП, ці спалахи зливаються в яскраве суцільне зображення. На кожен початковий фотон, що вибив один електрон, може припадати десятки тисяч фотонів на виході екрану – настільки сильним є загальний коефіцієнт підсилення ЕОП.
Отримане на екрані зображення спостерігач бачить через окуляр. Зазвичай екран виготовлено на волоконно-оптичній пластині, яка може інвертувати зображення (деякі електронні оптичні схеми перевертають його, і пластина коригує це). В сучасних монокулярах і прицілах екран часто напряму сполучено з окуляром. Зображення, як правило, монохромне (зелений відтінок традиційно обрано завдяки чутливості людського ока, хоча зараз з’являються й білі фосфори для кращого контрасту). Незважаючи на штучність такого зображення, воно геометрично відповідає реальній сцені – ЕОП передає дрібні деталі, рельєф і контури об’єктів, просто підсилюючи існуюче світло.
Конструкція та основні вузли підсилювача зображення
Схема будови типової електронно-оптичної трубки нічного бачення (Image Intensifier Tube). Світло від темної сцени (ліворуч) потрапляє на фотокатод, де відбувається перетворення фотонів на електрони (Photoelectric Conversion). Далі електрони прискорюються до мікроканальної пластини (MCP), що виступає електронним підсилювачем: усередині каналів слабкий електронний потік множиться в сотні разів.
На фосфорному екрані відбувається зворотне електро-оптичне перетворення – електрони дають спалахи фотонів. Через волоконно-оптичну пластину зображення передається до окуляра.
Вбудований високовольтний блок живлення забезпечує необхідні напруги для фотокатода, MCP та екрану.
Конструкція та основні вузли підсилювача зображення
Схема будови типової електронно-оптичної трубки нічного бачення (Image Intensifier Tube). Світло від темної сцени (ліворуч) потрапляє на фотокатод, де відбувається перетворення фотонів на електрони (Photoelectric Conversion). Далі електрони прискорюються до мікроканальної пластини (MCP), що виступає електронним підсилювачем: усередині каналів слабкий електронний потік множиться в сотні разів.
На фосфорному екрані відбувається зворотне електро-оптичне перетворення – електрони дають спалахи фотонів. Через волоконно-оптичну пластину зображення передається до окуляра.
Вбудований високовольтний блок живлення забезпечує необхідні напруги для фотокатода, MCP та екрану.
Еволюція поколінь ЕОП: від Gen 0 до Gen 3+
Як видно з наведеної схеми, 3-ступенева структура ЕОП залишається незмінною для більшості поколінь трубок нічного бачення з 1970-х років: фотокатод → МКП → екран (з блоком живлення для створення високої напруги). Проте матеріали фотокатода, конструктивні особливості МКП та інші технологічні нюанси відрізняють різні «покоління» нічних приладів.
При класифікації ПНБ прийнято говорити про Gen 1, Gen 2, Gen 3 тощо – історично ці терміни позначають етапи розвитку інфрачервоних приладів. Водночас сучасні дослідження доводять, що поняття «покоління» є умовним і не завжди гарантує перевагу: реальна якість залежить від конкретних характеристик трубки.
Нижче ми коротко розглянемо еволюцію технології, а після зосередимося на детальному порівнянні Gen 2 та Gen 3 як найпоширеніших сучасних рішень.
Gen 0 / Gen 1
Перші прилади нічного бачення (друга світова війна, 1940-ві роки) використовували активне ІЧ-підсвічування: інфрачервоний прожектор і примітивний ЕОП на основі фотокатода S-1 (срібло-цезій-кисень). Такі системи були громіздкими, вимагали потужного підсвітлювача і фактично працювали як «невидимий прожектор + камера».
Покоління 1 (1960-ті, В’єтнамська війна) зробило крок до пасивного нічного бачення: з’явилися так звані «starlight scopes» – прилади, що підсилювали слабке природне світло зірок і Місяця без активного прожектора. Gen 1 використовували фотокатоди S-20, а для досягнення достатнього підсилення без МКП застосовували каскад із кількох (зазвичай трьох) послідовних ЕОП-трубок.
- Сумарне підсилення світла: ~1000 разів.
- Недоліки: великі габарити, високе енергоспоживання, спотворення зображення по краях.
- Умови роботи: потрібне хоча б місячне світло.
Незважаючи на обмеження, Gen 1 заклали основу для справжнього прориву – появи покоління 2.
Gen 2
Наприкінці 1960-х було створено друге покоління підсилювачів з мікроканальною пластиною (МКП). Її введення радикально підвищило ефективність: один компактний Gen 2 підсилювач міг замінити цілий каскад Gen 1, забезпечуючи збільшення яскравості приблизно 20 000 разів.
Фотокатоди також удосконалили – застосували склад S-25 (мультиалкаліновий: суміш декількох лужних металів). МКП компенсувала слабкі сторони фотокатода Gen 2 та давала яскраве зображення навіть за зоряної ночі без місячного світла.
- Покращена різкість по всьому полю зору (мінімальні геометричні спотворення).
- Надійність та зручність в експлуатації.
- Компактність і менше енергоспоживання порівняно з Gen 1.
До кінця 1970-х з’явилися покращені версії: Gen 2+, SuperGen тощо – з вищим співвідношенням сигнал/шум, кращою оптикою та роздільною здатністю, що поступово наближалися до рівня Gen 3.
Еволюція поколінь ЕОП: від Gen 0 до Gen 3+
Як видно з наведеної схеми, 3-ступенева структура ЕОП залишається незмінною для більшості поколінь трубок нічного бачення з 1970-х років: фотокатод → МКП → екран (з блоком живлення для створення високої напруги). Проте матеріали фотокатода, конструктивні особливості МКП та інші технологічні нюанси відрізняють різні «покоління» нічних приладів.
При класифікації ПНБ прийнято говорити про Gen 1, Gen 2, Gen 3 тощо – історично ці терміни позначають етапи розвитку інфрачервоних приладів. Водночас сучасні дослідження доводять, що поняття «покоління» є умовним і не завжди гарантує перевагу: реальна якість залежить від конкретних характеристик трубки.
Нижче ми коротко розглянемо еволюцію технології, а після зосередимося на детальному порівнянні Gen 2 та Gen 3 як найпоширеніших сучасних рішень.
Gen 0 / Gen 1
Перші прилади нічного бачення (друга світова війна, 1940-ві роки) використовували активне ІЧ-підсвічування: інфрачервоний прожектор і примітивний ЕОП на основі фотокатода S-1 (срібло-цезій-кисень). Такі системи були громіздкими, вимагали потужного підсвітлювача і фактично працювали як «невидимий прожектор + камера».
Покоління 1 (1960-ті, В’єтнамська війна) зробило крок до пасивного нічного бачення: з’явилися так звані «starlight scopes» – прилади, що підсилювали слабке природне світло зірок і Місяця без активного прожектора. Gen 1 використовували фотокатоди S-20, а для досягнення достатнього підсилення без МКП застосовували каскад із кількох (зазвичай трьох) послідовних ЕОП-трубок.
- Сумарне підсилення світла: ~1000 разів.
- Недоліки: великі габарити, високе енергоспоживання, спотворення зображення по краях.
- Умови роботи: потрібне хоча б місячне світло.
Незважаючи на обмеження, Gen 1 заклали основу для справжнього прориву – появи покоління 2.
Gen 2
Наприкінці 1960-х було створено друге покоління підсилювачів з мікроканальною пластиною (МКП). Її введення радикально підвищило ефективність: один компактний Gen 2 підсилювач міг замінити цілий каскад Gen 1, забезпечуючи збільшення яскравості приблизно 20 000 разів.
Фотокатоди також удосконалили – застосували склад S-25 (мультиалкаліновий: суміш декількох лужних металів). МКП компенсувала слабкі сторони фотокатода Gen 2 та давала яскраве зображення навіть за зоряної ночі без місячного світла.
- Покращена різкість по всьому полю зору (мінімальні геометричні спотворення).
- Надійність та зручність в експлуатації.
- Компактність і менше енергоспоживання порівняно з Gen 1.
До кінця 1970-х з’явилися покращені версії: Gen 2+, SuperGen тощо – з вищим співвідношенням сигнал/шум, кращою оптикою та роздільною здатністю, що поступово наближалися до рівня Gen 3.
Gen 3
Третє покоління (впроваджене в США на початку 1980-х) успадкувало конструкцію з МКП, але принесло головну новацію: фотокатод з арсеніду галію (GaAs). Матеріал GaAs має від’ємну електронну спорідненість і надзвичайно ефективно випускає електрони під дією фотонів. Це дозволило Gen 3 значно підвищити чутливість саме в інфрачервоному діапазоні (~800–900 нм), де нічне небо випромінює найбільше слабкого світла.
В дуже темних умовах (глуха безмісячна ніч, густий ліс) Gen 3 завдяки новому фотокатоду спроможний давати більш яскраве і «чисте» зображення, ніж Gen 2. Однак впровадження GaAs мало і зворотній бік: такий фотокатод виявився чутливим до спотворення іонами. Під час роботи з МКП у вакуумі неминуче виникають позитивно заряджені залишкові іони, які бомбардують фотокатод і швидко його деградують – вже за ~100 годин чутливість неочищеного GaAs падає нижче рівня Gen 2.
Щоб захистити дорогий фотокатод Gen 3, між ним і МКП ввели дуже тонку іонно-бар’єрну плівку (звичайно з оксиду алюмінію). Плівка діє як щит, перехоплюючи іони, але водночас стає перепоною і для частини електронів: через неї на МКП потрапляє трохи менше електронів від фотокатода, ніж могло б без плівки. Таким чином, плівка зменшила теоретичний виграш від GaAs, а також додала побічні ефекти – зросли рівень шуму та “гало” навколо яскравих точок.
Попри це, сумарно Gen 3 випереджали Gen 2 за більшістю параметрів: світлочутливість, роздільна здатність, робочий ресурс тощо. Світіння люмінофора в Gen 3 посилилося до ~30 000–50 000 × у порівнянні з початковим зображенням.
У середині 1990-х у США спробували взагалі прибрати іонний бар’єр, створивши так звані Gen 4 (фактично – Gen 3 безплівкові). Плівку прибрали, ввели автогейтинг (систему миттєвого гасіння фотокатода при надяскравих спалахах) – і це дало фантастичні початкові показники. Але проблема деградації таких трубок залишилася: без бар’єру навіть покращене очищення МКП не врятувало від іонів, і термін служби безплівкових Gen 3 виявився недостатнім. Тому армія США офіційно скасувала термін «Gen 4» у 2002 році.
Натомість ввели поняття Gen 3+ або Gen 3 Thin-Film – модернізовані трубки із тоншою плівкою (10 ангстрем замість 30). Тонка плівка пропускає більше електронів, зберігаючи частковий захист фотокатода – компроміс, що дозволив поліпшити зображення без критичного скорочення ресурсу. Сьогодні Gen 3 у вигляді thin-film і оновлених версій (омні-VII, омні-VIII тощо) лишаються стандартом для армії США.
Європейський шлях (Gen 2+)
Поки в США розвивали Gen 3, в Європі (в першу чергу компанія Photonis) пішли альтернативним шляхом, доводячи до досконалості технологію Gen 2. Європейці принципово не відмовилися від мультиалкалінових фотокатодів, натомість удосконалили їхню структуру (з’явились наноструктуровані та дифракційні покриття) і МКП.
Головна перевага такого підходу – відсутність іонного бар’єру: фотокатоди Gen 2+ не утворюють негативних іонів, тому захисна плівка не потрібна. Це означає, що електрони вільно летять на МКП без втрат, отже зображення чіткіше, контрастніше (немає «туману» від плівки), менше спотворень і менший діаметр гало.
Недоліком історично була дещо нижча фоточутливість мультиалкалінового шару: він генерує менше електронів з кожного фотона порівняно з GaAs. Однак за останні десятиріччя Photonis настільки поліпшив чутливість, що різниця скоротилася. Ба більше, застосування спеціального дифракційного покриття на вхідному склі дозволило розширити спектральний діапазон Gen 2+ – сучасні трубки Photonis бачать світло від ~350 нм (УФ) до ≈1100 нм (ближній ІЧ).
Gen 3
Третє покоління (впроваджене в США на початку 1980-х) успадкувало конструкцію з МКП, але принесло головну новацію: фотокатод з арсеніду галію (GaAs). Матеріал GaAs має від’ємну електронну спорідненість і надзвичайно ефективно випускає електрони під дією фотонів. Це дозволило Gen 3 значно підвищити чутливість саме в інфрачервоному діапазоні (~800–900 нм), де нічне небо випромінює найбільше слабкого світла.
В дуже темних умовах (глуха безмісячна ніч, густий ліс) Gen 3 завдяки новому фотокатоду спроможний давати більш яскраве і «чисте» зображення, ніж Gen 2. Однак впровадження GaAs мало і зворотній бік: такий фотокатод виявився чутливим до спотворення іонами. Під час роботи з МКП у вакуумі неминуче виникають позитивно заряджені залишкові іони, які бомбардують фотокатод і швидко його деградують – вже за ~100 годин чутливість неочищеного GaAs падає нижче рівня Gen 2.
Щоб захистити дорогий фотокатод Gen 3, між ним і МКП ввели дуже тонку іонно-бар’єрну плівку (звичайно з оксиду алюмінію). Плівка діє як щит, перехоплюючи іони, але водночас стає перепоною і для частини електронів: через неї на МКП потрапляє трохи менше електронів від фотокатода, ніж могло б без плівки. Таким чином, плівка зменшила теоретичний виграш від GaAs, а також додала побічні ефекти – зросли рівень шуму та “гало” навколо яскравих точок.
Попри це, сумарно Gen 3 випереджали Gen 2 за більшістю параметрів: світлочутливість, роздільна здатність, робочий ресурс тощо. Світіння люмінофора в Gen 3 посилилося до ~30 000–50 000 × у порівнянні з початковим зображенням.
У середині 1990-х у США спробували взагалі прибрати іонний бар’єр, створивши так звані Gen 4 (фактично – Gen 3 безплівкові). Плівку прибрали, ввели автогейтинг (систему миттєвого гасіння фотокатода при надяскравих спалахах) – і це дало фантастичні початкові показники. Але проблема деградації таких трубок залишилася: без бар’єру навіть покращене очищення МКП не врятувало від іонів, і термін служби безплівкових Gen 3 виявився недостатнім. Тому армія США офіційно скасувала термін «Gen 4» у 2002 році.
Натомість ввели поняття Gen 3+ або Gen 3 Thin-Film – модернізовані трубки із тоншою плівкою (10 ангстрем замість 30). Тонка плівка пропускає більше електронів, зберігаючи частковий захист фотокатода – компроміс, що дозволив поліпшити зображення без критичного скорочення ресурсу. Сьогодні Gen 3 у вигляді thin-film і оновлених версій (омні-VII, омні-VIII тощо) лишаються стандартом для армії США.
Європейський шлях (Gen 2+)
Поки в США розвивали Gen 3, в Європі (в першу чергу компанія Photonis) пішли альтернативним шляхом, доводячи до досконалості технологію Gen 2. Європейці принципово не відмовилися від мультиалкалінових фотокатодів, натомість удосконалили їхню структуру (з’явились наноструктуровані та дифракційні покриття) і МКП.
Головна перевага такого підходу – відсутність іонного бар’єру: фотокатоди Gen 2+ не утворюють негативних іонів, тому захисна плівка не потрібна. Це означає, що електрони вільно летять на МКП без втрат, отже зображення чіткіше, контрастніше (немає «туману» від плівки), менше спотворень і менший діаметр гало.
Недоліком історично була дещо нижча фоточутливість мультиалкалінового шару: він генерує менше електронів з кожного фотона порівняно з GaAs. Однак за останні десятиріччя Photonis настільки поліпшив чутливість, що різниця скоротилася. Ба більше, застосування спеціального дифракційного покриття на вхідному склі дозволило розширити спектральний діапазон Gen 2+ – сучасні трубки Photonis бачать світло від ~350 нм (УФ) до ≈1100 нм (ближній ІЧ).
Стандарт Photonis 4G: новий рівень Gen 2+
У 2014 році Photonis ввів відкриту специфікацію 4G – фактично стандарт для преміальних Gen 2+ трубок нового покоління. Щоб називатися «4G», інтенсифікатор має відповідати чотирьом ключовим критеріям:
- Спектральна чутливість: від нижче 400 нм до понад 1000 нм (широкосмугове сприйняття від УФ до ближнього ІЧ).
- FOM ≥ 1800 (figure of merit, добуток роздільної здатності на SNR – про це згодом).
- Роздільна здатність: понад 57 ліній/мм при високому рівні освітлення.
- Гало ≤ 0,7 мм: мінімальний радіус засвітки навколо яскравих джерел.
Ці показники фактично вивели Gen 2+ на рівень кращих безплівкових Gen 3. Компанія Photonis демонструвала трубки з FOM до 2300+ (наприклад, серії Photonis 4G та Photonis ECHO).
Водночас довговічність європейських Gen 2+ теж суттєво зросла – ресурс перевищив 10 000 годин, що співмірно з американськими Gen 3.
Тож нині поділ на «покоління» багато в чому умовний: «поганий» Gen 3 може поступатися «хорошому» Gen 2+. Далі ми детально порівняємо Gen 2 та Gen 3 за ключовими параметрами.
Стандарт Photonis 4G: новий рівень Gen 2+
У 2014 році Photonis ввів відкриту специфікацію 4G – фактично стандарт для преміальних Gen 2+ трубок нового покоління. Щоб називатися «4G», інтенсифікатор має відповідати чотирьом ключовим критеріям:
- Спектральна чутливість: від нижче 400 нм до понад 1000 нм (широкосмугове сприйняття від УФ до ближнього ІЧ).
- FOM ≥ 1800 (figure of merit, добуток роздільної здатності на SNR – про це згодом).
- Роздільна здатність: понад 57 ліній/мм при високому рівні освітлення.
- Гало ≤ 0,7 мм: мінімальний радіус засвітки навколо яскравих джерел.
Ці показники фактично вивели Gen 2+ на рівень кращих безплівкових Gen 3. Компанія Photonis демонструвала трубки з FOM до 2300+ (наприклад, серії Photonis 4G та Photonis ECHO).
Водночас довговічність європейських Gen 2+ теж суттєво зросла – ресурс перевищив 10 000 годин, що співмірно з американськими Gen 3.
Тож нині поділ на «покоління» багато в чому умовний: «поганий» Gen 3 може поступатися «хорошому» Gen 2+. Далі ми детально порівняємо Gen 2 та Gen 3 за ключовими параметрами.
Характеристики та відмінності Gen 2 vs Gen 3
Світлочутливість фотокатода та спектральний діапазон
Матеріал фотокатода – головна різниця між поколіннями. У Gen 2/2+ застосовується мультиалкаліновий фотокатод (на основі суміші лужних металів, часто позначається як S-25 або новіші варіації). У Gen 3 – арсенід галію (GaAs) з шаром цезію.
Gen 3 (GaAs) має пікову чутливість у червоно-інфрачервоній області (~800–850 нм) і помітно перевищує Gen 2 за квантовим виходом на цих довжинах хвиль. Фотокатод GaAs може досягати фотоелектронного коефіцієнта ~1800 µА/лм (мікроампер на люмен) – тобто при освітленні 1 лм він генерує струм 1,8 мА. Для порівняння, у класичних Gen 2 на S-25 цей показник становив близько 300–600 µА/лм. Це означає, що Gen 3 виробляє більше електронів з того ж потоку світла, особливо в ІЧ-діапазоні.
На практиці це значить, що за дуже низької освітленості (зоряне небо без місяця, густий ліс) Gen 3 «бачить» світліше і з меншим шумом, ніж Gen 2.
Gen 2+ (мультиалкаліні), з іншого боку, забезпечують ширший спектральний діапазон. Типовий діапазон чутливості Gen 3: ~450–900 нм (майже не чутливі до УФ і далекого ІЧ). Сучасні Gen 2+ від Photonis охоплюють ~350–1080 нм. Вони «бачать» і у фіолетово-УФ області, і глибше в ІЧ (до 1064 нм, використовується в лазерних далекомірах).
Квантова ефективність Gen 2+ нижча на піку (в зеленій області ~500 нм вона становить ~10–12%, тоді як у GaAs на 800 нм – до 20–25%). Але завдяки дифракційним покриттям Photonis компенсував це розширенням діапазону: у середніх умовах (місячна ніч, міські локації) Gen 2+ дають результат не гірший за Gen 3, а подекуди й кращий.
Підсилення, яскравість зображення та «гало»
Коефіцієнт підсилення по яскравості (luminous gain) у сучасних трубок обох поколінь дуже високий – десятки тисяч. Gen 2 зазвичай дають підсилення близько 20 000×, Gen 3 – 30 000–50 000×. Це означає, що об’єкт, ледь помітний неозброєним оком, через ПНВ буде видно у десятки тисяч разів яскравіше.
Важливо розуміти, що надмірне підсилення не завжди корисне – якщо сцена освітлена достатньо, то надто яскравий екран засвічує око. Тому в обох поколіннях реалізовано механізми Automatic Brightness Control і автогейтингу.
Автогейтинг (auto-gating) – це високочастотне (тисячі разів на секунду) перемикання напруги на фотокатоді та МКП, яке динамічно зменшує вихідне підсилення при раптових спалахах світла (наприклад, коли в полі зору з’являється фара автомобіля або вибух). Обидва покоління можуть оснащуватися автогейтингом, але Photonis впровадив особливо швидкий автогейтинг у Gen 2+, який забезпечує чіткіше зображення в умовах змінного освітлення.
«Гало» – характерне явище для ЕОП: навколо яскравих точкових джерел (ліхтар, зірка, лазер) на зображенні видно розсіяне світле коло. Воно виникає від того, що інтенсивний потік електронів «засвічує» сусідні канали МКП та фосфор.
Розмір гало залежить від конструкції трубки: у Gen 3 з товстою плівкою гало найбільше (~1 мм на екрані). У сучасних Photonis 4G (філмлес) гало зменшено до ~0,7 мм. Менше гало означає, що яскраві вогні менше «засліплюють» картинку – легше розгледіти деталі поруч із джерелом світла.
На практиці це означає, що в міських умовах або при наявності деякого освітлення Gen 2+ дає контрастніше, менш «засвічене» зображення, ніж типова трубка Gen 3. Користувачі відзначають, що Photonis (Gen 2+) краще переносить світлові перешкоди – ліхтарі, неонові вивіски – зберігаючи читабельність темних зон. Водночас у повній темряві Gen 3 все ж покаже яскравішу картинку – тоді як Gen 2+ стає зернистим, працюючи на межі шумів.
Характеристики та відмінності Gen 2 vs Gen 3
Світлочутливість фотокатода та спектральний діапазон
Матеріал фотокатода – головна різниця між поколіннями. У Gen 2/2+ застосовується мультиалкаліновий фотокатод (на основі суміші лужних металів, часто позначається як S-25 або новіші варіації). У Gen 3 – арсенід галію (GaAs) з шаром цезію.
Gen 3 (GaAs) має пікову чутливість у червоно-інфрачервоній області (~800–850 нм) і помітно перевищує Gen 2 за квантовим виходом на цих довжинах хвиль. Фотокатод GaAs може досягати фотоелектронного коефіцієнта ~1800 µА/лм (мікроампер на люмен) – тобто при освітленні 1 лм він генерує струм 1,8 мА. Для порівняння, у класичних Gen 2 на S-25 цей показник становив близько 300–600 µА/лм. Це означає, що Gen 3 виробляє більше електронів з того ж потоку світла, особливо в ІЧ-діапазоні.
На практиці це значить, що за дуже низької освітленості (зоряне небо без місяця, густий ліс) Gen 3 «бачить» світліше і з меншим шумом, ніж Gen 2.
Gen 2+ (мультиалкаліні), з іншого боку, забезпечують ширший спектральний діапазон. Типовий діапазон чутливості Gen 3: ~450–900 нм (майже не чутливі до УФ і далекого ІЧ). Сучасні Gen 2+ від Photonis охоплюють ~350–1080 нм. Вони «бачать» і у фіолетово-УФ області, і глибше в ІЧ (до 1064 нм, використовується в лазерних далекомірах).
Квантова ефективність Gen 2+ нижча на піку (в зеленій області ~500 нм вона становить ~10–12%, тоді як у GaAs на 800 нм – до 20–25%). Але завдяки дифракційним покриттям Photonis компенсував це розширенням діапазону: у середніх умовах (місячна ніч, міські локації) Gen 2+ дають результат не гірший за Gen 3, а подекуди й кращий.
Підсилення, яскравість зображення та «гало»
Коефіцієнт підсилення по яскравості (luminous gain) у сучасних трубок обох поколінь дуже високий – десятки тисяч. Gen 2 зазвичай дають підсилення близько 20 000×, Gen 3 – 30 000–50 000×. Це означає, що об’єкт, ледь помітний неозброєним оком, через ПНВ буде видно у десятки тисяч разів яскравіше.
Важливо розуміти, що надмірне підсилення не завжди корисне – якщо сцена освітлена достатньо, то надто яскравий екран засвічує око. Тому в обох поколіннях реалізовано механізми Automatic Brightness Control і автогейтингу.
Автогейтинг (auto-gating) – це високочастотне (тисячі разів на секунду) перемикання напруги на фотокатоді та МКП, яке динамічно зменшує вихідне підсилення при раптових спалахах світла (наприклад, коли в полі зору з’являється фара автомобіля або вибух). Обидва покоління можуть оснащуватися автогейтингом, але Photonis впровадив особливо швидкий автогейтинг у Gen 2+, який забезпечує чіткіше зображення в умовах змінного освітлення.
«Гало» – характерне явище для ЕОП: навколо яскравих точкових джерел (ліхтар, зірка, лазер) на зображенні видно розсіяне світле коло. Воно виникає від того, що інтенсивний потік електронів «засвічує» сусідні канали МКП та фосфор.
Розмір гало залежить від конструкції трубки: у Gen 3 з товстою плівкою гало найбільше (~1 мм на екрані). У сучасних Photonis 4G (філмлес) гало зменшено до ~0,7 мм. Менше гало означає, що яскраві вогні менше «засліплюють» картинку – легше розгледіти деталі поруч із джерелом світла.
На практиці це означає, що в міських умовах або при наявності деякого освітлення Gen 2+ дає контрастніше, менш «засвічене» зображення, ніж типова трубка Gen 3. Користувачі відзначають, що Photonis (Gen 2+) краще переносить світлові перешкоди – ліхтарі, неонові вивіски – зберігаючи читабельність темних зон. Водночас у повній темряві Gen 3 все ж покаже яскравішу картинку – тоді як Gen 2+ стає зернистим, працюючи на межі шумів.
Роздільна здатність і якість зображення
Роздільна здатність ЕОП вимірюють у лініях на міліметр (lp/mm) – скільки пар ліній (чорна-біла) можна розрізнити на екрані, вкладаючись в 1 мм простору. Це визначається якістю фотокатода, точковим розширенням в оптиці та розміром каналів МКП. Історично Gen 1 мали ~30 lp/mm, Gen 2 підняли планку до ~45 lp/mm, Gen 3 першого покоління – ~55–64 lp/mm.
Сучасні найкращі трубки (і Gen 3, і Gen 2+) можуть досягати 72–81 lp/mm. Однак такі значення характерні для центру зображення та за оптимальних умов. Типово ж сучасний комерційний Gen 2+ має роздільну здатність ~50–55 lp/mm, Gen 3 – близько 64 lp/mm (при високій освітленості ~0,3 лк). За нижчих рівнів освітлення ефективна роздільна здатність зменшується через шум.
Простими словами, Gen 3 зазвичай дещо чіткіші за Gen 2 при розгляді дрібних деталей у ідеальних умовах. Але різниця несуттєва: якісний Gen 2+ може мати 57–64 lp/mm і не поступатися Gen 3. Більше того, при сторонніх засвітках Gen 3 через плівку іноді показують Fixed Pattern Noise (FPN) – ледь помітну «сітку» або «соти», тоді як у Photonis FPN майже відсутній. Це робить картинку Gen 2+ «чистішою» у таких умовах.
Сигнал/шум (SNR)
Цей параметр показує, наскільки зображення «чисте» при слабкому освітленні: відношення корисного сигналу до шуму. Вимірюється за стандартизованих умов (наприклад, освітленість 10^-3 лк на ціль). Вищий SNR – краще: дрібні об’єкти чіткіше відділяються від шумового фону.
Старі Gen 2 мали SNR ~12–18, Gen 3 перших поколінь – ~20–25. Сьогодні типові значення такі: Gen 2+ ~20–28, Gen 3 ~25–30. Найкращі трубки обох типів сягають SNR ~30–34. Тобто перекриття дуже велике. Наприклад, Gen 3 з SNR 22 може програвати Gen 2+ з SNR 28 – останній покаже навіть чистіше зображення.
Формат екрану
У військових ЕОП стандартний діаметр вхідного вікна становить 18 мм. Останнім часом Photonis випускає легші трубки 16 мм (маса <40 г проти ~80 г у 18 мм). Це дозволяє створювати компактніші прилади, хоч інколи з ледь меншим полем зору.
Спотворення зображення у сучасних ПНВ мінімальні – ще Gen 2 виправили проблему Gen 1 з розмитими краями. Волоконно-оптичний вихід за потреби інвертує картинку, тож зображення не перевернуте. Візуально різниця Gen 2 vs Gen 3 у деталізації невелика, якщо брати трубки одного класу.
Надійність, ресурс та стійкість до впливів
Колись Gen 2 дорікали меншим ресурсом у порівнянні з Gen 3. Перші GaAs-трубки (Gen 3) витримували ~10 000 годин, тоді як Gen 2 працювали лише 2 500–5 000 год. Сьогодні технології вирівнялись: сучасні Gen 2+ і Gen 3 мають ресурс 10 000+ годин (понад 5 років цілодобової роботи).
Це підтверджено тестами: наприклад, Fraunhofer Institute встановив, що SNR трубок Photonis 4G падає менш ніж на 5% за повний життєвий цикл – навіть перевершуючи вимоги MIL-SPEC США. Таким чином, обидва покоління служать довго і не «вигорають» у нормальних умовах.
Світлостійкість та захист
Gen 3 через особливості фотокатода дуже чутливі до засвітки лазерами та інтенсивним світлом. Без плівки GaAs-фотокатод вразливий до «вигоряння» плямами від лазерних променів. Плівкові Gen 3 більш захищені, але сильний лазер усе одно може залишити слід.
Фотокатоди Gen 2 (HyMa) хімічно стійкіші – цезій у них зв’язаний міцніше, тож випадкове попадання лазерного відблиску менш вірогідно зіпсує трубку. В обох поколіннях передбачено Bright-Source Protection (BSP) – схему, яка знижує напругу на фотокатоді при надсильному освітленні, захищаючи від пошкоджень.
Механічна витривалість
Photonis заявляє, що їхні Gen 2+ витримують ударні навантаження до 500 g, тоді як типові Gen 3 мають межу ~75 g. Це означає, що при стрільбі з потужної зброї або падінні приладу шанс «виживання» трубки Photonis значно вищий. Відсутність крихкої GaAs-підкладки зробила Gen 2+ міцнішими у фізичному плані.
Вага та енергоспоживання
Стандартна трубка важить ~80 г (18 мм). Загальна маса ПНВ більше залежить від корпусу та оптики. Енергоспоживання – сотні мВт. Gen 3 з автогейтингом можуть споживати трохи більше, але для користувача це різниця у хвилинах роботи батареї. Обидва покоління зазвичай живляться від однієї батареї AA 1,5 В (літієвої або лужної) з внутрішнім перетворювачем напруги.
Роздільна здатність і якість зображення
Роздільна здатність ЕОП вимірюють у лініях на міліметр (lp/mm) – скільки пар ліній (чорна-біла) можна розрізнити на екрані, вкладаючись в 1 мм простору. Це визначається якістю фотокатода, точковим розширенням в оптиці та розміром каналів МКП. Історично Gen 1 мали ~30 lp/mm, Gen 2 підняли планку до ~45 lp/mm, Gen 3 першого покоління – ~55–64 lp/mm.
Сучасні найкращі трубки (і Gen 3, і Gen 2+) можуть досягати 72–81 lp/mm. Однак такі значення характерні для центру зображення та за оптимальних умов. Типово ж сучасний комерційний Gen 2+ має роздільну здатність ~50–55 lp/mm, Gen 3 – близько 64 lp/mm (при високій освітленості ~0,3 лк). За нижчих рівнів освітлення ефективна роздільна здатність зменшується через шум.
Простими словами, Gen 3 зазвичай дещо чіткіші за Gen 2 при розгляді дрібних деталей у ідеальних умовах. Але різниця несуттєва: якісний Gen 2+ може мати 57–64 lp/mm і не поступатися Gen 3. Більше того, при сторонніх засвітках Gen 3 через плівку іноді показують Fixed Pattern Noise (FPN) – ледь помітну «сітку» або «соти», тоді як у Photonis FPN майже відсутній. Це робить картинку Gen 2+ «чистішою» у таких умовах.
Сигнал/шум (SNR)
Цей параметр показує, наскільки зображення «чисте» при слабкому освітленні: відношення корисного сигналу до шуму. Вимірюється за стандартизованих умов (наприклад, освітленість 10^-3 лк на ціль). Вищий SNR – краще: дрібні об’єкти чіткіше відділяються від шумового фону.
Старі Gen 2 мали SNR ~12–18, Gen 3 перших поколінь – ~20–25. Сьогодні типові значення такі: Gen 2+ ~20–28, Gen 3 ~25–30. Найкращі трубки обох типів сягають SNR ~30–34. Тобто перекриття дуже велике. Наприклад, Gen 3 з SNR 22 може програвати Gen 2+ з SNR 28 – останній покаже навіть чистіше зображення.
Формат екрану
У військових ЕОП стандартний діаметр вхідного вікна становить 18 мм. Останнім часом Photonis випускає легші трубки 16 мм (маса <40 г проти ~80 г у 18 мм). Це дозволяє створювати компактніші прилади, хоч інколи з ледь меншим полем зору.
Спотворення зображення у сучасних ПНВ мінімальні – ще Gen 2 виправили проблему Gen 1 з розмитими краями. Волоконно-оптичний вихід за потреби інвертує картинку, тож зображення не перевернуте. Візуально різниця Gen 2 vs Gen 3 у деталізації невелика, якщо брати трубки одного класу.
Надійність, ресурс та стійкість до впливів
Колись Gen 2 дорікали меншим ресурсом у порівнянні з Gen 3. Перші GaAs-трубки (Gen 3) витримували ~10 000 годин, тоді як Gen 2 працювали лише 2 500–5 000 год. Сьогодні технології вирівнялись: сучасні Gen 2+ і Gen 3 мають ресурс 10 000+ годин (понад 5 років цілодобової роботи).
Це підтверджено тестами: наприклад, Fraunhofer Institute встановив, що SNR трубок Photonis 4G падає менш ніж на 5% за повний життєвий цикл – навіть перевершуючи вимоги MIL-SPEC США. Таким чином, обидва покоління служать довго і не «вигорають» у нормальних умовах.
Світлостійкість та захист
Gen 3 через особливості фотокатода дуже чутливі до засвітки лазерами та інтенсивним світлом. Без плівки GaAs-фотокатод вразливий до «вигоряння» плямами від лазерних променів. Плівкові Gen 3 більш захищені, але сильний лазер усе одно може залишити слід.
Фотокатоди Gen 2 (HyMa) хімічно стійкіші – цезій у них зв’язаний міцніше, тож випадкове попадання лазерного відблиску менш вірогідно зіпсує трубку. В обох поколіннях передбачено Bright-Source Protection (BSP) – схему, яка знижує напругу на фотокатоді при надсильному освітленні, захищаючи від пошкоджень.
Механічна витривалість
Photonis заявляє, що їхні Gen 2+ витримують ударні навантаження до 500 g, тоді як типові Gen 3 мають межу ~75 g. Це означає, що при стрільбі з потужної зброї або падінні приладу шанс «виживання» трубки Photonis значно вищий. Відсутність крихкої GaAs-підкладки зробила Gen 2+ міцнішими у фізичному плані.
Вага та енергоспоживання
Стандартна трубка важить ~80 г (18 мм). Загальна маса ПНВ більше залежить від корпусу та оптики. Енергоспоживання – сотні мВт. Gen 3 з автогейтингом можуть споживати трохи більше, але для користувача це різниця у хвилинах роботи батареї. Обидва покоління зазвичай живляться від однієї батареї AA 1,5 В (літієвої або лужної) з внутрішнім перетворювачем напруги.
Наведемо узагальнену таблицю ключових характеристик поколінь:
| Параметр | Gen 2 / 2+ (мультиалкалін) | Gen 3 (GaAs) |
|---|---|---|
| Спектральний діапазон | ~350–900 нм (до 1080 нм у Photonis) | ~450–900 нм (чутливість спадає після ~950 нм) |
| Пікова чутливість фотокатода | 500–600 µA/лм (при 2856 K), максимум у видимому (500–600 нм) | ~1800 µA/лм (при 800 нм), максимум у ближньому ІЧ |
| Коеф. підсилення яскравості | ~20 000× (Gen 2); 25 000–30 000× (Gen 2+) | ~30 000–50 000× (стандартні Gen 3) |
| Роздільна здатність (lp/mm) | ≈45 (G2) до 55–64 (G2+ високої якості); макс. ~72 | ≈57 (ранні) до 64–72 (сучасні типові); макс. ~81 |
| Signal-to-Noise Ratio (SNR) | ~18–22 (G2); 20–28 (G2+); найкращі до 30 | ~20–25 (ранні); 25–30 (сучасні); найкращі до 34 |
| Figure of Merit (FOM) | ~1000–1300 (звич.); 1800+ у ECHO та 4G | ~1400–1800 (звич.); найкращі військ. >2000 (обмежені експортом) |
| Halo (ореол навколо джерел) | ~0,7 мм (Photonis filmless) | ~0,9–1,2 мм (typical thick film) |
| Автогейтинг | Є (сучасні моделі, дуже швидкий у Photonis) | Є (стандарт для Gen 3, швидкість залежить від моделі) |
| Стійкість до засвітки | Безплівкові: уразливі до тривалих засвіток, але менш чутливі до лазерів | Плівкові: краще проти іонів, але можуть вигоряти від лазера швидше |
| Шокова витривалість | Висока (до 500 g у Photonis) | Середня (до ~75 g стандартно) |
| Ресурс роботи | >10 000 год (сучасні Gen 2+) | >10 000 год (thin-film Gen 3) |
| Виробники | Photonis (Європа), рос. КАТОД, кит. NNVT тощо | L3Harris, Elbit (US); Harder, китайські виробники |
З таблиці видно, що межа між Gen 2+ і Gen 3 багато в чому умовна. Скажімо, роздільна здатність 60 lp/mm і SNR 25 може зустрічатися і там, і там. А от спектральна чутливість різниться (Gen 3 “заточені” під ІЧ, Gen 2+ бачать ширше). Також Gen 3 дають трішки більше підсилення і яскравість у найтемнішу ніч, зате Gen 2+ виграють у широті динаміки – краще переносять зміни освітлення, мають менший гало та міцніші до ударів.
Наведемо узагальнену таблицю ключових характеристик поколінь:
| Параметр | Gen 2 / 2+ (мультиалкалін) | Gen 3 (GaAs) |
|---|---|---|
| Спектральний діапазон | ~350–900 нм (до 1080 нм у Photonis) | ~450–900 нм (чутливість спадає після ~950 нм) |
| Пікова чутливість фотокатода | 500–600 µA/лм (при 2856 K), максимум у видимому (500–600 нм) | ~1800 µA/лм (при 800 нм), максимум у ближньому ІЧ |
| Коеф. підсилення яскравості | ~20 000× (Gen 2); 25 000–30 000× (Gen 2+) | ~30 000–50 000× (стандартні Gen 3) |
| Роздільна здатність (lp/mm) | ≈45 (G2) до 55–64 (G2+ високої якості); макс. ~72 | ≈57 (ранні) до 64–72 (сучасні типові); макс. ~81 |
| Signal-to-Noise Ratio (SNR) | ~18–22 (G2); 20–28 (G2+); найкращі до 30 | ~20–25 (ранні); 25–30 (сучасні); найкращі до 34 |
| Figure of Merit (FOM) | ~1000–1300 (звич.); 1800+ у ECHO та 4G | ~1400–1800 (звич.); найкращі військ. >2000 (обмежені експортом) |
| Halo (ореол навколо джерел) | ~0,7 мм (Photonis filmless) | ~0,9–1,2 мм (typical thick film) |
| Автогейтинг | Є (сучасні моделі, дуже швидкий у Photonis) | Є (стандарт для Gen 3, швидкість залежить від моделі) |
| Стійкість до засвітки | Безплівкові: уразливі до тривалих засвіток, але менш чутливі до лазерів | Плівкові: краще проти іонів, але можуть вигоряти від лазера швидше |
| Шокова витривалість | Висока (до 500 g у Photonis) | Середня (до ~75 g стандартно) |
| Ресурс роботи | >10 000 год (сучасні Gen 2+) | >10 000 год (thin-film Gen 3) |
| Виробники | Photonis (Європа), рос. КАТОД, кит. NNVT тощо | L3Harris, Elbit (US); Harder, китайські виробники |
З таблиці видно, що межа між Gen 2+ і Gen 3 багато в чому умовна. Скажімо, роздільна здатність 60 lp/mm і SNR 25 може зустрічатися і там, і там. А от спектральна чутливість різниться (Gen 3 “заточені” під ІЧ, Gen 2+ бачать ширше). Також Gen 3 дають трішки більше підсилення і яскравість у найтемнішу ніч, зате Gen 2+ виграють у широті динаміки – краще переносять зміни освітлення, мають менший гало та міцніші до ударів.
Порівняння Photonis Gen 2+ проти топової американської Gen 3
Нижче — два реальні тести одна сцена, різні умови: низьке освітлення та високе освітлення/мікс світла. Зверніть увагу: порівняння ведеться з найкращими зразками Gen 3 на момент зйомки (thin-/filmless клас), аби оцінка була максимально об’єктивною.
У підсумку: топова Gen 3 очікувано сильніша у повній темряві, але Photonis Gen 2+ виграє у міських або змішаних умовах освітлення: менше гало, чистіший контур і стабільніший автогейтинг поруч із джерелами світла.
Порівняння Photonis Gen 2+ проти топової американської Gen 3
Нижче — два реальні тести одна сцена, різні умови: низьке освітлення та високе освітлення/мікс світла. Зверніть увагу: порівняння ведеться з найкращими зразками Gen 3 на момент зйомки (thin-/filmless клас), аби оцінка була максимально об’єктивною.
У підсумку: топова Gen 3 очікувано сильніша у повній темряві, але Photonis Gen 2+ виграє у міських або змішаних умовах освітлення: менше гало, чистіший контур і стабільніший автогейтинг поруч із джерелами світла.
Photonis Gen 2+ проти китайських Gen 3: чи завжди «третє покоління» краще?
Розповсюджена думка: “Якщо це Gen 3 – значить найкраще, Gen 2 – гірше”. Але як ми вже з’ясували, все залежить від конкретної реалізації. Західні Gen 3 дійсно довго були неперевершеними у найтемніших умовах. Проте поява вдосконалених Gen 2+ від Photonis змінила ситуацію – в багатьох сценаріях вони не гірші, а подекуди й кращі за “трійку”. Особливо цікавий кейс – протистояння Photonis vs “Gen 3” китайського виробництва.
Останніми роками на ринку з’явилися недорогі китайські трубки Gen 3 (деякі під марками типу Harder або безіменні, часто позиціонуються як “Gen 3 з автогейтингом” для цивільного ринку). Вони приваблюють ціною, обіцяючи характеристики Gen 3. Проте незалежні тести показують суперечливі результати.
Так, канадська компанія Night Solutions провела порівняння: дослідили бюджетну китайську трубку, яку заявлено як Gen 3 (модель GIII 18 CW), та зіставили із Photonis ECHO (Gen 2+ від Photonis, білого фосфору) і ще з китайською Gen 2+ NNVT-5. Результат: китайський “Gen 3” показав найгірше зображення. Воно було туманним, низької роздільності, темнуватим і шумним. Навіть дешевша Gen 2+ (NNVT-5) дала чіткішу картинку, не кажучи вже про Photonis, що вийшов у лідери за якістю.
Photonis Gen 2+ проти китайських Gen 3: чи завжди «третє покоління» краще?
Розповсюджена думка: “Якщо це Gen 3 – значить найкраще, Gen 2 – гірше”. Але як ми вже з’ясували, все залежить від конкретної реалізації. Західні Gen 3 дійсно довго були неперевершеними у найтемніших умовах. Проте поява вдосконалених Gen 2+ від Photonis змінила ситуацію – в багатьох сценаріях вони не гірші, а подекуди й кращі за “трійку”. Особливо цікавий кейс – протистояння Photonis vs “Gen 3” китайського виробництва.
Останніми роками на ринку з’явилися недорогі китайські трубки Gen 3 (деякі під марками типу Harder або безіменні, часто позиціонуються як “Gen 3 з автогейтингом” для цивільного ринку). Вони приваблюють ціною, обіцяючи характеристики Gen 3. Проте незалежні тести показують суперечливі результати.
Так, канадська компанія Night Solutions провела порівняння: дослідили бюджетну китайську трубку, яку заявлено як Gen 3 (модель GIII 18 CW), та зіставили із Photonis ECHO (Gen 2+ від Photonis, білого фосфору) і ще з китайською Gen 2+ NNVT-5. Результат: китайський “Gen 3” показав найгірше зображення. Воно було туманним, низької роздільності, темнуватим і шумним. Навіть дешевша Gen 2+ (NNVT-5) дала чіткішу картинку, не кажучи вже про Photonis, що вийшов у лідери за якістю.
Детальні результати дивіться у статті “Chinese Gen 3: A Generation Behind — For Now” на офіційному сайті Night Solutions (Канада).
Детальні результати дивіться у статті “Chinese Gen 3: A Generation Behind — For Now” на офіційному сайті Night Solutions (Канада).
Хоча китайський Gen 3 видавав трохи яскравіше зображення, з’ясувалося, що ця яскравість походила від надмірного шуму, а не від корисного сигналу. Деталізація у нього гірша, ніж навіть у Gen 2+ середнього рівня. Експерти дійшли висновку, що такі трубки або дуже низької якості, або взагалі можуть бути перемаркованими Gen 2. На жаль, інколи недобросовісні виробники та продавці грають на бажанні покупця отримати “справжній Gen 3 задешево” – і продають неякісні, відновлені чи браковані вироби під виглядом нового покоління.
Порада: Не варто сліпо вірити етикетці “Gen 3”. Цей термін означає лише тип фотокатода (GaAs), але не гарантує високих характеристик. Завжди звертайте увагу на конкретні показники: роздільна здатність, SNR, FOM, перевіряйте відгуки і тести. Відомі бренди (L3Harris, Photonis, Elbit) надають специфікації, яким можна довіряти. Невідомий “Gen 3” може виявитися гіршим за перевірений Gen 2+.
Повертаючись до Photonis: їхні топові Gen 2+ (лінійки ХХ1441 ONYX, ECHO, 4G INTENS) сьогодні реально конкурують з кращими Gen 3. Наприклад, користувачі відзначають, що Photonis XR5 (Gen 2+ комерційний) “еквівалентний приблизно американському Gen 3 Omni VI”, і в 95% ситуацій не поступається Gen 3. Лише “найчорнішою” ніччю без зірок Gen 3 Omni VII давав трохи світлішу картинку, перевершуючи XR5.
Усі фахівці, що випробовули китайські ЕОПи, зійшлися на тому, що продукція Photonis Gen 2+ не поступається китайським “Gen 3”, а часто й перевершує. В реальних умовах китайські трубки, мають ризик низької якості, великого розбросу характеристик між екземплярами, проблем із довговічністю. Фірмові європейські Gen 2+ проходять суворий контроль і стабільно видають заявлені параметри. До того ж Photonis як європейська компанія не має експортних обмежень ITAR, тому відкрито продає трубки з високим FOM (1800+), тоді як американські виробники не можуть цього робити (для експорту зазвичай доступні ЕОП з параметрами FOM ≤ 1400).
Висновок: Маркування покоління саме по собі не гарантує переваги. Важливі конкретні технічні дані та репутація виробника. Як влучно зазначено у згаданому тесті: “Gen 3 – це лише означає GaAs-фотокатод, але зовсім не обов’язково якісний”. Натомість Gen 2+ Photonis завдяки багаторічному розвитку довели ефективність і сьогодні вважаються одними з найкращих у світі інтенсифікаторів зображення, незалежно від “покоління”.
Хоча китайський Gen 3 видавав трохи яскравіше зображення, з’ясувалося, що ця яскравість походила від надмірного шуму, а не від корисного сигналу. Деталізація у нього гірша, ніж навіть у Gen 2+ середнього рівня. Експерти дійшли висновку, що такі трубки або дуже низької якості, або взагалі можуть бути перемаркованими Gen 2. На жаль, інколи недобросовісні виробники та продавці грають на бажанні покупця отримати “справжній Gen 3 задешево” – і продають неякісні, відновлені чи браковані вироби під виглядом нового покоління.
Порада: Не варто сліпо вірити етикетці “Gen 3”. Цей термін означає лише тип фотокатода (GaAs), але не гарантує високих характеристик. Завжди звертайте увагу на конкретні показники: роздільна здатність, SNR, FOM, перевіряйте відгуки і тести. Відомі бренди (L3Harris, Photonis, Elbit) надають специфікації, яким можна довіряти. Невідомий “Gen 3” може виявитися гіршим за перевірений Gen 2+.
Повертаючись до Photonis: їхні топові Gen 2+ (лінійки ХХ1441 ONYX, ECHO, 4G INTENS) сьогодні реально конкурують з кращими Gen 3. Наприклад, користувачі відзначають, що Photonis XR5 (Gen 2+ комерційний) “еквівалентний приблизно американському Gen 3 Omni VI”, і в 95% ситуацій не поступається Gen 3. Лише “найчорнішою” ніччю без зірок Gen 3 Omni VII давав трохи світлішу картинку, перевершуючи XR5.
Усі фахівці, що випробовули китайські ЕОПи, зійшлися на тому, що продукція Photonis Gen 2+ не поступається китайським “Gen 3”, а часто й перевершує. В реальних умовах китайські трубки, мають ризик низької якості, великого розбросу характеристик між екземплярами, проблем із довговічністю. Фірмові європейські Gen 2+ проходять суворий контроль і стабільно видають заявлені параметри. До того ж Photonis як європейська компанія не має експортних обмежень ITAR, тому відкрито продає трубки з високим FOM (1800+), тоді як американські виробники не можуть цього робити (для експорту зазвичай доступні ЕОП з параметрами FOM ≤ 1400).
Висновок: Маркування покоління саме по собі не гарантує переваги. Важливі конкретні технічні дані та репутація виробника. Як влучно зазначено у згаданому тесті: “Gen 3 – це лише означає GaAs-фотокатод, але зовсім не обов’язково якісний”. Натомість Gen 2+ Photonis завдяки багаторічному розвитку довели ефективність і сьогодні вважаються одними з найкращих у світі інтенсифікаторів зображення, незалежно від “покоління”.
Переваги та недоліки різних поколінь
Підсумуємо головні плюси і мінуси поколінь нічних ПНБ з ЕОП:
Покоління Gen 2 / 2+ (мультиалкалінові)
Переваги:
- Широкий спектральний діапазон. Бачать як видиме світло, так і частково ультрафіолет і глибокий ІЧ (до ~1,06 мікрон), дозволяючи виявляти нестандартні джерела (УФ-мітки, лазери 1064 нм тощо).
- Мале гало навколо яскравих вогнів. Менший ореол (~0,7 мм) означає кращу видимість цілей поруч із джерелами світла (актуально в місті).
- Чистіше зображення при змішаному освітленні. Вищий контраст, менше фонових шумів та сітки при наявності вуличного світла, вибухів і т.д. Швидкий автогейтинг Photonis добре гасить засвітки.
- Відсутність іонного бар’єру. Нема “фільтру” для електронів – вище теоретична роздільна здатність і контраст (немає втрати електронів на плівці, менше постійного шуму).
- Висока надійність та ресурс. Новітні трубки (4G) забезпечують 10000+ годин роботи без значної деградації SNR.
- Міцність до ударів. Конструктивно витримують більші перевантаження (до 500 g), менш чутливі до віддачі важкої зброї.
- Відносно дешевші. Як правило, Gen 2+ коштують менше за топові Gen 3, особливо зважаючи на менший попит з боку військ США.
- Без експортних обмежень. Європейські виробники продають високопродуктивні трубки цивільним, тоді як Gen 3 з США обмежені (ITAR). Тож можна легально придбати FOM 1800+ Photonis, чого не зробиш з L3.
- Високий потенціал модернізації. Photonis продовжує покращувати Gen 2 технологію (нон-стоп виходять нові моделі, як Echo, Echo+, 4G).
Недоліки:
- Нижча ефективність у крайній темряві. В умовах дуже слабкого ІЧ-освітлення (зірки, без місяця, відсутність штучного світла) найкращі Gen 3 дадуть світлішу картинку з меншим шумом, ніж Gen 2+ аналогічного класу. Gen 2 можуть “шуміти” та втрачати деталі на межі чутливості.
- Менший квантовий вихід фотокатода. Мультиалкалінові фотокатоди генерують менше електронів з фотонів, тому потребують або більшої MCP, або сильнішого підсилення – що збільшує шум. В цифрах: ~600 µA/лм проти 1800 µA/лм у GaAs.
- Вразливість до інтенсивного світла. Хоча вони стійкіші до лазерів, але загалом безплівкові трубки чутливі до довготривалих засвіток – можуть швидше “засвітитися” (тимчасово або назавжди) без захисту. Потрібен якісний автогейтинг і BSP.
- Старі Gen 2 відстають. Не всі Gen 2 однакові – дешеві чи ранні зразки (особливо радянські, китайські Gen 2) мають значно гірші параметри (SNR 10–15, FOM < 800). Тому “Gen 2+” – це завжди питання конкретного виробника і моделі.
- Імідж “другого сорту”. Деякі замовники можуть з упередженням ставитися до Gen 2, недооцінюючи сучасні покращення.
Переваги та недоліки різних поколінь
Підсумуємо головні плюси і мінуси поколінь нічних ПНБ з ЕОП:
Покоління Gen 2 / 2+ (мультиалкалінові)
Переваги:
- Широкий спектральний діапазон. Бачать як видиме світло, так і частково ультрафіолет і глибокий ІЧ (до ~1,06 мікрон), дозволяючи виявляти нестандартні джерела (УФ-мітки, лазери 1064 нм тощо).
- Мале гало навколо яскравих вогнів. Менший ореол (~0,7 мм) означає кращу видимість цілей поруч із джерелами світла (актуально в місті).
- Чистіше зображення при змішаному освітленні. Вищий контраст, менше фонових шумів та сітки при наявності вуличного світла, вибухів і т.д. Швидкий автогейтинг Photonis добре гасить засвітки.
- Відсутність іонного бар’єру. Нема “фільтру” для електронів – вище теоретична роздільна здатність і контраст (немає втрати електронів на плівці, менше постійного шуму).
- Висока надійність та ресурс. Новітні трубки (4G) забезпечують 10000+ годин роботи без значної деградації SNR.
- Міцність до ударів. Конструктивно витримують більші перевантаження (до 500 g), менш чутливі до віддачі важкої зброї.
- Відносно дешевші. Як правило, Gen 2+ коштують менше за топові Gen 3, особливо зважаючи на менший попит з боку військ США.
- Без експортних обмежень. Європейські виробники продають високопродуктивні трубки цивільним, тоді як Gen 3 з США обмежені (ITAR). Тож можна легально придбати FOM 1800+ Photonis, чого не зробиш з L3.
- Високий потенціал модернізації. Photonis продовжує покращувати Gen 2 технологію (нон-стоп виходять нові моделі, як Echo, Echo+, 4G).
Недоліки:
- Нижча ефективність у крайній темряві. В умовах дуже слабкого ІЧ-освітлення (зірки, без місяця, відсутність штучного світла) найкращі Gen 3 дадуть світлішу картинку з меншим шумом, ніж Gen 2+ аналогічного класу. Gen 2 можуть “шуміти” та втрачати деталі на межі чутливості.
- Менший квантовий вихід фотокатода. Мультиалкалінові фотокатоди генерують менше електронів з фотонів, тому потребують або більшої MCP, або сильнішого підсилення – що збільшує шум. В цифрах: ~600 µA/лм проти 1800 µA/лм у GaAs.
- Вразливість до інтенсивного світла. Хоча вони стійкіші до лазерів, але загалом безплівкові трубки чутливі до довготривалих засвіток – можуть швидше “засвітитися” (тимчасово або назавжди) без захисту. Потрібен якісний автогейтинг і BSP.
- Старі Gen 2 відстають. Не всі Gen 2 однакові – дешеві чи ранні зразки (особливо радянські, китайські Gen 2) мають значно гірші параметри (SNR 10–15, FOM < 800). Тому “Gen 2+” – це завжди питання конкретного виробника і моделі.
- Імідж “другого сорту”. Деякі замовники можуть з упередженням ставитися до Gen 2, недооцінюючи сучасні покращення.
Покоління Gen 3 (арсенід-галієві)
Переваги:
- Найкраща продуктивність у темряві. За відсутності місяця чи в закритих приміщеннях Gen 3 забезпечують максимально яскраве та менш шумне зображення завдяки високій ІЧ-чутливості фотокатода.
- Вища фотоелектрична чутливість. Фотокатод GaAs має великий квантовий вихід і від’ємну електронну спорідненість – він ефективно конвертує навіть одиничні фотони на 800–900 нм у електрони. Це дає високе значення SNR в темряві (до 30+).
- Довгий термін служби (з плівкою). Ion-barrier фільм захищає катод від деградації, і хоча трохи знижує якість зображення, натомість трубки стабільно служать десятиліттями. Багато Gen 3 від 90-х досі працюють.
- Військові стандарти і довіра. Gen 3 – базовий стандарт армії США та інших розвинутих армій. Вони пройшли випробування війною (від «Бурі в пустелі» до сучасних конфліктів) і зарекомендували себе надійно.
- Краща роздільна здатність у центрі поля. Топові Gen 3 (особливо безплівкові L3 filmless) можуть мати до 72–81 lp/mm, що трохи перевершує типові межі Gen 2+. Це дає змогу розгледіти дрібні цілі (наприклад, дроти розтяжки або далекі постаті).
- Технологічний заділ. У Gen 3 можна тонко налаштовувати товщину плівки (thin film) або прибирати її для спеціальних завдань. Також всі Gen 3 зараз випускаються з автогейтингом, що продовжує ресурс.
- Широка лінійка виробників. Крім монополістів L3Harris та Elbit (екс-ITT) в США, з’явились і інші гравці – ізраїльські, китайські, які опанували технологію GaAs. Це збільшує доступність (хоч і є ризик якості у других).
- Сумісність з існуючими системами. Більшість існуючих ПНВ НАТО розраховані під Gen 3, тому простіше знайти запчастини, замінні трубки, обслуговування тощо в армійській логістиці.
Недоліки:
- Вузький діапазон чутливості. Практично “сліпі” за межами видимого червоного і ближнього ІЧ. Не можуть бачити УФ мітки або дальні ІЧ-сигнали (як лазери 1064 нм). У певних умовах (наприклад, пустеля в сутінках з більше УФ від зірок) Gen 3 можуть втрачати частину доступного світла.
- Більший гало і FPN. Через наявність плівки і конструкцію MCP у Gen 3 типово більший ореол засвітки ~1 мм. Також при підвищенні рівня освітлення може проявлятися шаблонна сітчаста структура (Fixed Pattern Noise), якої менше у Photonis.
- Чутливість до пошкоджень. GaAs-фотокатоди крихкі: сильний лазерний спалах може пропалити мертву зону на катоді. Безплівкові Gen 3 дуже вразливі до іонів – їх ресурс сильно залежить від якості автогейтингу і чистоти вакууму. Також Gen 3 більш делікатні до ударів (деякі не переживають падіння навіть з невеликої висоти).
- Висока ціна. Gen 3, особливо західного виробництва, значно дорожчі. Це обумовлено і складністю виробництва GaAs, і обмеженою кількістю постачальників. Ціна може бути в 1,5–2 рази більшою за аналог Gen 2+.
- Експортні та юридичні обмеження. Придбати сучасний Gen 3 високої якості в багатьох країнах складно або незаконно (особливо продукцію США, що регулюється ITAR). Це стримує поширення технології.
- Вага і енергоспоживання. В цілому схожі з Gen 2, але автогейтинг і більші MCP іноді роблять Gen 3 трубки більш енергозатратними (хоч сучасні рішення це нівелюють).
Покоління Gen 3 (арсенід-галієві)
Переваги:
- Найкраща продуктивність у темряві. За відсутності місяця чи в закритих приміщеннях Gen 3 забезпечують максимально яскраве та менш шумне зображення завдяки високій ІЧ-чутливості фотокатода.
- Вища фотоелектрична чутливість. Фотокатод GaAs має великий квантовий вихід і від’ємну електронну спорідненість – він ефективно конвертує навіть одиничні фотони на 800–900 нм у електрони. Це дає високе значення SNR в темряві (до 30+).
- Довгий термін служби (з плівкою). Ion-barrier фільм захищає катод від деградації, і хоча трохи знижує якість зображення, натомість трубки стабільно служать десятиліттями. Багато Gen 3 від 90-х досі працюють.
- Військові стандарти і довіра. Gen 3 – базовий стандарт армії США та інших розвинутих армій. Вони пройшли випробування війною (від «Бурі в пустелі» до сучасних конфліктів) і зарекомендували себе надійно.
- Краща роздільна здатність у центрі поля. Топові Gen 3 (особливо безплівкові L3 filmless) можуть мати до 72–81 lp/mm, що трохи перевершує типові межі Gen 2+. Це дає змогу розгледіти дрібні цілі (наприклад, дроти розтяжки або далекі постаті).
- Технологічний заділ. У Gen 3 можна тонко налаштовувати товщину плівки (thin film) або прибирати її для спеціальних завдань. Також всі Gen 3 зараз випускаються з автогейтингом, що продовжує ресурс.
- Широка лінійка виробників. Крім монополістів L3Harris та Elbit (екс-ITT) в США, з’явились і інші гравці – ізраїльські, китайські, які опанували технологію GaAs. Це збільшує доступність (хоч і є ризик якості у других).
- Сумісність з існуючими системами. Більшість існуючих ПНВ НАТО розраховані під Gen 3, тому простіше знайти запчастини, замінні трубки, обслуговування тощо в армійській логістиці.
Недоліки:
- Вузький діапазон чутливості. Практично “сліпі” за межами видимого червоного і ближнього ІЧ. Не можуть бачити УФ мітки або дальні ІЧ-сигнали (як лазери 1064 нм). У певних умовах (наприклад, пустеля в сутінках з більше УФ від зірок) Gen 3 можуть втрачати частину доступного світла.
- Більший гало і FPN. Через наявність плівки і конструкцію MCP у Gen 3 типово більший ореол засвітки ~1 мм. Також при підвищенні рівня освітлення може проявлятися шаблонна сітчаста структура (Fixed Pattern Noise), якої менше у Photonis.
- Чутливість до пошкоджень. GaAs-фотокатоди крихкі: сильний лазерний спалах може пропалити мертву зону на катоді. Безплівкові Gen 3 дуже вразливі до іонів – їх ресурс сильно залежить від якості автогейтингу і чистоти вакууму. Також Gen 3 більш делікатні до ударів (деякі не переживають падіння навіть з невеликої висоти).
- Висока ціна. Gen 3, особливо західного виробництва, значно дорожчі. Це обумовлено і складністю виробництва GaAs, і обмеженою кількістю постачальників. Ціна може бути в 1,5–2 рази більшою за аналог Gen 2+.
- Експортні та юридичні обмеження. Придбати сучасний Gen 3 високої якості в багатьох країнах складно або незаконно (особливо продукцію США, що регулюється ITAR). Це стримує поширення технології.
- Вага і енергоспоживання. В цілому схожі з Gen 2, але автогейтинг і більші MCP іноді роблять Gen 3 трубки більш енергозатратними (хоч сучасні рішення це нівелюють).
Підсумок: Gen 2+ чи Gen 3?
Підсумовуючи, можна сказати: Gen 3 раціонально обирати для найскладніших нічних умов, коли потрібно “вичавити” максимум за слабкого освітлення і гроші чи доступність не є проблемою. При цьому важливо підкреслити: Gen 3 варто брати лише від перевірених американських виробників (L3Harris, Elbit). Китайські “Gen 3” часто показують гірші результати і можуть навіть поступатися сучасним Gen 2+.
Gen 2+ – оптимальні для більшості прикладних задач, даючи 80–90% продуктивності Gen 3 за менші кошти і навіть перевершуючи Gen 3 за низкою параметрів:
- ширший динамічний діапазон,
- вища стійкість до механічних впливів,
- розширений спектральний діапазон.
Не дарма все більше військових користувачів у Європі переходять на Photonis 4G та ECHO як на альтернативу імпортним Gen 3, отримуючи при цьому незалежність від ITAR і високі бойові характеристики.
Підсумок: Gen 2+ чи Gen 3?
Підсумовуючи, можна сказати: Gen 3 раціонально обирати для найскладніших нічних умов, коли потрібно “вичавити” максимум за слабкого освітлення і гроші чи доступність не є проблемою. При цьому важливо підкреслити: Gen 3 варто брати лише від перевірених американських виробників (L3Harris, Elbit). Китайські “Gen 3” часто показують гірші результати і можуть навіть поступатися сучасним Gen 2+.
Gen 2+ – оптимальні для більшості прикладних задач, даючи 80–90% продуктивності Gen 3 за менші кошти і навіть перевершуючи Gen 3 за низкою параметрів:
- ширший динамічний діапазон,
- вища стійкість до механічних впливів,
- розширений спектральний діапазон.
Не дарма все більше військових користувачів у Європі переходять на Photonis 4G та ECHO як на альтернативу імпортним Gen 3, отримуючи при цьому незалежність від ITAR і високі бойові характеристики.
Глосарій термінів
Глосарій термінів у сфері нічного бачення допоможе швидко зорієнтуватися у ключових поняттях, пов’язаних із електронно-оптичними перетворювачами (ЕОП), технологіями Gen 2+ та Gen 3, а також технічними характеристиками, які визначають якість роботи приладів нічного бачення. Цей розділ створений, щоб бути зрозумілим і новачкам, і військовим фахівцям, забезпечуючи краще розуміння статті та підвищення її цінності.
- ЕОП (Електронно-оптичний перетворювач)
- Вакуумна електронна трубка, що підсилює слабке оптичне зображення. Основний елемент нічного приладу, складається з фотокатода, мікроканальної пластини та фосфорного екрана. Англійські назви: Image Intensifier Tube (IIT), Image Booster.
- Фотокатод
- Світлочутливий шар всередині ЕОП, що випускає електрони під дією фотонів. Матеріал фотокатода визначає покоління (мультиалкаліновий для Gen 2, GaAs для Gen 3). Характеризується чутливістю (µA/лм) та спектральною характеристикою.
- Мікроканальна пластина (МКП, MCP)
- Тонка пластина з мільйонами мікроскопічних каналів, в яких відбувається каскадне множення електронів. Винахід, що з’явився в Gen 2 і забезпечив радикальне підсилення сигналу (~1000×) при компактних розмірах.
- Фосфорний екран
- Шар люмінофору на вихідному вікні ЕОП. Перетворює електрони у видиме зображення. Класичний колір – зелений (P43), сучасні варіанти – білий (P45) для кращого контрасту.
- Модулі автогейтингу (Auto-Gating)
- Електронна схема, що миттєво регулює напругу фотокатода та МКП при змінах освітлення. Захищає трубку від засвітки й покращує картинку у динамічних умовах.
- SNR (Signal-to-Noise Ratio, відношення сигнал/шум)
- Параметр, що визначає якість картинки при низькому світлі. Вищий SNR = чіткіше зображення, менше шумів і зерна.
- FOM (Figure of Merit)
- Інтегральний показник якості ЕОП, що дорівнює добутку роздільної здатності (lp/mm) на SNR. Використовується для класифікації та експортного контролю. Наприклад: 64 lp/mm × SNR 25 = FOM 1600.
- Luminous Gain (світловий підсилення)
- Відношення яскравості зображення на виході ЕОП до вхідного сигналу. Виражається у кратності (20 000×, 30 000×). Визначає, наскільки прилад робить сцену видимою.
- Halo (гало, ореол)
- Світле кільце навколо яскравих джерел у полі зору ПНВ. Менше гало = краща деталізація поруч із джерелом світла.
- EBI (Equivalent Background Illumination)
- Еквівалентна фонова підсвітка. Визначає мінімальну освітленість, при якій ЕОП ще працює. Нижче EBI – краща робота у темряві.
- Bright Source Protection (BSP)
- Захисна функція, що автоматично знижує напругу фотокатода при сильному освітленні, щоб уникнути пошкоджень.
- Fixed Pattern Noise (FPN)
- Статичний шум у вигляді сітки або плям, властивий конкретній трубці. У якісних зразків він мінімальний.
- OMNI-контракт
- Система класифікації поколінь Gen 3 армії США. Omni VI, VII, VIII – версії з покращеними характеристиками.
- P43 / P45
- Типи люмінофорів: зелений P43 (класика) і білий P45 (сучасний, кращий контраст, менше шлейфів).
- Прилад нічного бачення (ПНВ)
- Готовий виріб з ЕОП, оптикою, блоком живлення й органами керування. Бувають монокуляри, бінокулярні окуляри, приціли, насадки тощо.
Глосарій термінів
Глосарій термінів у сфері нічного бачення допоможе швидко зорієнтуватися у ключових поняттях, пов’язаних із електронно-оптичними перетворювачами (ЕОП), технологіями Gen 2+ та Gen 3, а також технічними характеристиками, які визначають якість роботи приладів нічного бачення. Цей розділ створений, щоб бути зрозумілим і новачкам, і військовим фахівцям, забезпечуючи краще розуміння статті та підвищення її цінності.
- ЕОП (Електронно-оптичний перетворювач)
- Вакуумна електронна трубка, що підсилює слабке оптичне зображення. Основний елемент нічного приладу, складається з фотокатода, мікроканальної пластини та фосфорного екрана. Англійські назви: Image Intensifier Tube (IIT), Image Booster.
- Фотокатод
- Світлочутливий шар всередині ЕОП, що випускає електрони під дією фотонів. Матеріал фотокатода визначає покоління (мультиалкаліновий для Gen 2, GaAs для Gen 3). Характеризується чутливістю (µA/лм) та спектральною характеристикою.
- Мікроканальна пластина (МКП, MCP)
- Тонка пластина з мільйонами мікроскопічних каналів, в яких відбувається каскадне множення електронів. Винахід, що з’явився в Gen 2 і забезпечив радикальне підсилення сигналу (~1000×) при компактних розмірах.
- Фосфорний екран
- Шар люмінофору на вихідному вікні ЕОП. Перетворює електрони у видиме зображення. Класичний колір – зелений (P43), сучасні варіанти – білий (P45) для кращого контрасту.
- Модулі автогейтингу (Auto-Gating)
- Електронна схема, що миттєво регулює напругу фотокатода та МКП при змінах освітлення. Захищає трубку від засвітки й покращує картинку у динамічних умовах.
- SNR (Signal-to-Noise Ratio, відношення сигнал/шум)
- Параметр, що визначає якість картинки при низькому світлі. Вищий SNR = чіткіше зображення, менше шумів і зерна.
- FOM (Figure of Merit)
- Інтегральний показник якості ЕОП, що дорівнює добутку роздільної здатності (lp/mm) на SNR. Використовується для класифікації та експортного контролю. Наприклад: 64 lp/mm × SNR 25 = FOM 1600.
- Luminous Gain (світловий підсилення)
- Відношення яскравості зображення на виході ЕОП до вхідного сигналу. Виражається у кратності (20 000×, 30 000×). Визначає, наскільки прилад робить сцену видимою.
- Halo (гало, ореол)
- Світле кільце навколо яскравих джерел у полі зору ПНВ. Менше гало = краща деталізація поруч із джерелом світла.
- EBI (Equivalent Background Illumination)
- Еквівалентна фонова підсвітка. Визначає мінімальну освітленість, при якій ЕОП ще працює. Нижче EBI – краща робота у темряві.
- Bright Source Protection (BSP)
- Захисна функція, що автоматично знижує напругу фотокатода при сильному освітленні, щоб уникнути пошкоджень.
- Fixed Pattern Noise (FPN)
- Статичний шум у вигляді сітки або плям, властивий конкретній трубці. У якісних зразків він мінімальний.
- OMNI-контракт
- Система класифікації поколінь Gen 3 армії США. Omni VI, VII, VIII – версії з покращеними характеристиками.
- P43 / P45
- Типи люмінофорів: зелений P43 (класика) і білий P45 (сучасний, кращий контраст, менше шлейфів).
- Прилад нічного бачення (ПНВ)
- Готовий виріб з ЕОП, оптикою, блоком живлення й органами керування. Бувають монокуляри, бінокулярні окуляри, приціли, насадки тощо.
Докладніше про нічне бачення та дослідження: історія, технології, практика
Добірка перевірених матеріалів для поглибленого вивчення теми — від базових принципів ЕОП до сучасних 2+ / 3-поколінь і бойового застосування.
- Chinese Gen 3: A Generation Behind — For Now — Night Solutions (практичне порівняння китайських «Gen 3» із Photonis ECHO/NNVT-5; фото, методика, висновки).
- Photonis 4G Image Intensifier Tube — Exosens/Photonis (офіційна сторінка технології 4G: спектр, FOM, AGC/auto-gating, особливості).
- 4G IIT — технічний лист (PDF) — Exosens/Photonis (параметри: FOM ≥1800, розширений спектр 350–1100 нм, швидкий автогейтинг).
- 4G+ IIT — технічний лист (PDF) — Exosens/Photonis (підвищений FOM ≈2300, поліпшені DRI-діапазони, розширена чутливість).
- History and Evolution of the Johnson Criteria — OSTI/Sandia (історія та застосування критеріїв Джонсона для оцінки «виявити/розпізнати/ідентифікувати»).
- Review of Night Vision Technology — Opto-Electronics Review (огляд сучасної технології ЕОП, ринок і тенденції розвитку).
- Resolution Requirements & Johnson Criteria Revisited (PDF) — Leachtenauer et al. (уточнення вимог до роздільності, 2-D критерії для NV-систем).
- Measurement & Analysis of Parameters of Modern Vision Systems (PDF) — Barela et al. (сучасні методи DRI: STANAG 4349/4347, FLIR92, TTP; порівняння похибок).
- Night Optics & Observation Theory (PDF) — USMC Training (практика застосування ПНВ: налаштування, робота з AN/PVS-14, рекомендації з експлуатації).
- Awareness & Detection with NVG: Johnson Criteria Notes (PDF) — NASA NTRS (огляд використання критеріїв Джонсона у завданнях пілотування та спостереження).
- AN/AVS-9 (F4949) Aviator’s NVG — data sheet (PDF) — L3Harris (стандарт авіаційних ПНВ НАТО: оптика, FOM, варіанти білого фосфору).
- AN/PVS-14 / ATN-6015 — Operator’s Manual (PDF) — ATN (експлуатація та обслуговування монокуляра класу Gen 3; терміни та визначення).
Докладніше про нічне бачення та дослідження: історія, технології, практика
Добірка перевірених матеріалів для поглибленого вивчення теми — від базових принципів ЕОП до сучасних 2+ / 3-поколінь і бойового застосування.
- Chinese Gen 3: A Generation Behind — For Now — Night Solutions (практичне порівняння китайських «Gen 3» із Photonis ECHO/NNVT-5; фото, методика, висновки).
- Photonis 4G Image Intensifier Tube — Exosens/Photonis (офіційна сторінка технології 4G: спектр, FOM, AGC/auto-gating, особливості).
- 4G IIT — технічний лист (PDF) — Exosens/Photonis (параметри: FOM ≥1800, розширений спектр 350–1100 нм, швидкий автогейтинг).
- 4G+ IIT — технічний лист (PDF) — Exosens/Photonis (підвищений FOM ≈2300, поліпшені DRI-діапазони, розширена чутливість).
- History and Evolution of the Johnson Criteria — OSTI/Sandia (історія та застосування критеріїв Джонсона для оцінки «виявити/розпізнати/ідентифікувати»).
- Review of Night Vision Technology — Opto-Electronics Review (огляд сучасної технології ЕОП, ринок і тенденції розвитку).
- Resolution Requirements & Johnson Criteria Revisited (PDF) — Leachtenauer et al. (уточнення вимог до роздільності, 2-D критерії для NV-систем).
- Measurement & Analysis of Parameters of Modern Vision Systems (PDF) — Barela et al. (сучасні методи DRI: STANAG 4349/4347, FLIR92, TTP; порівняння похибок).
- Night Optics & Observation Theory (PDF) — USMC Training (практика застосування ПНВ: налаштування, робота з AN/PVS-14, рекомендації з експлуатації).
- Awareness & Detection with NVG: Johnson Criteria Notes (PDF) — NASA NTRS (огляд використання критеріїв Джонсона у завданнях пілотування та спостереження).
- AN/AVS-9 (F4949) Aviator’s NVG — data sheet (PDF) — L3Harris (стандарт авіаційних ПНВ НАТО: оптика, FOM, варіанти білого фосфору).
- AN/PVS-14 / ATN-6015 — Operator’s Manual (PDF) — ATN (експлуатація та обслуговування монокуляра класу Gen 3; терміни та визначення).
Принцип роботи електронно-оптичних перетворювачів (ЕОП) та аналіз поколінь Gen 2 і Gen 3