微光夜視儀的發(fā)展

1、微光夜視儀楊博20125442光信 12-2在許多關于現(xiàn)代戰(zhàn)爭題材的影視作品中， 我們經(jīng)常可以看見士兵 在夜間作戰(zhàn)的畫面，所裝備的儀器的鏡頭中會出現(xiàn)綠色與黑色的圖像 得以讓士兵在黑夜之中觀察到敵方的信息，這種儀器便是微光夜視 儀。隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭的戰(zhàn)術變化，夜間戰(zhàn)斗成為最隱蔽最高效的戰(zhàn)術， 正是有了微光夜視儀讓這種戰(zhàn)術得以實現(xiàn)， 并成為了現(xiàn)代戰(zhàn)爭中不可 或缺的一部分。微光夜視儀的發(fā)展微光夜視技術致力于探索夜間和其它低光照度時目標圖像信息 的獲取、轉換、增強、記錄和顯示。它的成就集中表現(xiàn)為使人眼視覺 在時域、空間和頻域的有效擴展。微光夜視技術的發(fā)展以1936年P.Gorlich發(fā)明銻銫(Sb-Cs)

2、光電 陰極為標志。A.H.Sommer1955年發(fā)明了銻鉀鈉銫(Sb-K-Na-Cs)多堿 光電陰極 (S-20) ，使微光夜視技術進入實質性發(fā)展階段。 1958 年光 纖面板問世，加之當時熒光粉性能的提高， 為光纖面板耦合的像增強 器奠定了基礎。 62 年美國研制出這種三級及聯(lián)式像增強器，并以次 為核心部件制成第一代微光夜視儀，即所謂的“星光鏡” 一AN/PVS-2, 并用于越戰(zhàn)。62 年出現(xiàn)了微通道電子倍增器， 70 年研制出了實用電子倍增器 件MCP微通道板像增強器，并在此基礎上研制了第二代微光夜視儀。70年代發(fā)展起來的高靈敏度攝像管與 MCH象增強器耦合，制成了性 能更好的微光攝像管和

3、微光電視。 82 年英軍在馬島戰(zhàn)爭中使用，取 得了預期的夜戰(zhàn)效果。 65 年 J.Van Laar 和 J.J.Scheer 制成了世界 上第一個砷化鎵 (GaAs) 光電陰極。79 年美國 ITT 公司研制出利用 GaAs 負電子親和勢光電陰極與 MCP技術的成像器件(薄片管)，把微光夜視儀推進到第三代，工作 波段也向長波延伸。60年代研制出的電子轟擊硅靶(EBS)攝像管和二 次電子電導(SEC)攝像管與像增強器耦合產(chǎn)生第一代微光攝像管。80年代以來，由于電荷耦合器件(CCD)的發(fā)展，不斷涌現(xiàn)新的微光攝像 器件。像增強器通過光纖面板與 CCDW合，做成了固態(tài)自掃描微光攝 像組件，和以它為核心

4、的新型微光電視。第一代微光夜視技術20 世紀 60 年代初， 在多堿光陰極 (Sb-Na-K-Cs) 、光學纖維面板 的發(fā)明和同心球電子光學系統(tǒng)設計理論的完善的基礎上， 將這三大技 術工程化，研制成第一代微光管。其一級單管可實現(xiàn)約 50倍亮度增 益，通過三級級聯(lián)，增益可達 5*104105倍。第一代微光夜視技術 屬于被動觀察方式， 其特點是隱蔽性好、 體積小、重量小、成品率高， 便于大批量生產(chǎn)；技術上兼顧并解決了光學系統(tǒng)的平像場與同心球電 子光學系統(tǒng)要求有球面物 (像) 面之間的矛盾， 成像質量明顯提高。 其 缺點是怕強光，有暈光現(xiàn)象。第二代微光夜視技術第二代微光夜視器件的主要特色是微通道板電

5、子倍增器 (MCP)的 發(fā)明并將其引入單級微光管中。裝有 1個MCP的一級微光管可達到 104105 亮度增益，從而替代了原有的體積大、笨重的三級級聯(lián)第 一代微光管；同時，MCF微通道板內壁實際上是具有固定板電阻的連 續(xù)打拿級，因此，在恒定工作電壓下，有強電流輸入時，有恒定輸出 電流的自飽和效應， 此效應正好克服了微光管的暈光現(xiàn)象； 加之它的 體積更小、重量更輕， 所以，第二代微光夜視儀是目前國內微光夜視 裝備的主體。第三代微光夜視技術第三代微光夜視器件的主要特色是將透射式GaAs 光陰極和帶AI2O3,離子壁壘膜的MCPH入近貼微光管中。與第二代微光器件相 比，第三代微光器件的靈敏度增加了

6、4倍-8倍，達到800卩A/Im2600 卩A/Im，壽命延長了 3倍，對夜天光光譜利用率顯著提高，在漆黑 (10-4Ix) 夜晚的目標視距延伸了 50-100。第三代微光器件的工 藝基礎是超高真空、NEA表面激活，雙近貼、雙銦封、表面物理、表 面化學和長壽命、高增益MCP技術等，又為發(fā)展第四代微光管和長波 紅外光陰極像增強器等高技術產(chǎn)品創(chuàng)造了良好的條件。超二代微光夜視技術超二代微光管采用與第三代微光近貼管結構大體相同的技術， 主 要技術特點是將高靈敏度的多堿光電陰極引入到第二代微光管中， 并 借用第三代微光MCP管結構、集成電源以及結晶學、半導體本體特 性等機理和工藝研究成果， 其成像質量大

7、幅度提高， 由于工藝相對簡 單，價格相對較低，因而成為目前的主流產(chǎn)品。第四代徽光夜視技術近來，微光管的設計者從MC沖去除離子壁壘膜以得到無膜的微 光管，同時增加 1 個自動門開關電源， 以控制光電陰極電壓的開關速 度，并且改進了低暈成像技術， 有助于增強在強光下的視覺性能。 1998 年Litt on公司首先研制成功無膜 MCF的成像管，在目標探測距離和 分辨力上有很大的提高， 尤其是在極低照度條件下。 其關鍵技術涉及 到新型高性能無膜MCP光電陰極與MCF間采用的自動脈沖門控電源 及無暈成像技術等。這種無膜的BCG-MCPIN代微光管技術雖然剛剛起 步，但良好的性能使其必然成為本世紀微光像增

8、強技術領域的新熱 點。微光夜視技術的應用采用上述幾代微光像增強器和物鏡、目鏡組合 , 并用人眼直接觀 察的系統(tǒng)稱為微光直視系統(tǒng)。與之并行發(fā)展的還有微光電視系統(tǒng) , 通 常采用微光像增強器和各種攝像管或 ccD耦合組成。微光電視是通過 監(jiān)視器進行夜間觀察的 , 景物圖像由監(jiān)視器的熒光屏顯示 , 所以可供 多人同時觀察 , 也可配用多個監(jiān)視器供不同指揮層次觀察。由于監(jiān)視 器顯示的圖像面積大 , 可使人眼長時間觀察而不疲勞。微光電視的圖 像信號可以采用開路和閉路兩種方法進行傳輸 , 監(jiān)視器也可設置在任 何希望的理想位置 ,因而具有較高的隱蔽性和機動性。對微光電視運 用圖像處理技術 ,可濾除噪聲,改善信噪比 , 提高反差和像質。 微光電 視可廣泛應用于夜間監(jiān)視、觀察、瞄準、駕駛、指揮、警戒、導航、 投彈、著陸、火控、制導、跟蹤、遙感、遙測 , 以及偵察攝影和水下 作業(yè)等領域。在軍事上，微光夜視技術已實用于夜間偵查、瞄準、車輛駕駛、 光電火控和其它戰(zhàn)場作業(yè)，并可與紅外、激光、雷達等技術結合，組 成完整的光電偵查、測量和警告系統(tǒng)。在其他上，可用于遠程目標（lOOkni的衛(wèi)、導彈）預警的微光圖像光子計數(shù)器技術；脈沖選通觀察微光像增強器；光尋址微通道空 間光調制器；GaAs陰極強電流脈沖激光（激光武器）國外己達到 1802/Acm 35MW微波輸出；與以上相應各類微光夜視器件配