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(guān)于現(xiàn)代戰(zhàn)爭題材的影視作品中， 我們經(jīng)?？梢钥匆娛勘?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(shù)變化，夜間戰(zhàn)斗成為最隱蔽最高效的戰(zhàn)術(shù)， 正是有了微光夜視儀讓這種戰(zhàn)術(shù)得以實(shí)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(shù)致力于探索夜間和其它低光照度時(shí)目標(biāo)圖像信息 的獲取、轉(zhuǎn)換、增強(qiáng)、記錄和顯示。它的成就集中表現(xiàn)為使人眼視覺 在時(shí)域、空間和頻域的有效擴(kuò)展。微光夜視技術(shù)的發(fā)展以1936年P(guān).Gorlich發(fā)明銻銫(Sb-Cs)

2、光電 陰極為標(biāo)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(shù)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性發(fā)展階段。 1958 年光 纖面板問世，加之當(dāng)時(shí)熒光粉性能的提高， 為光纖面板耦合的像增強(qiáng) 器奠定了基礎(chǔ)。 62 年美國研制出這種三級及聯(lián)式像增強(qiáng)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(shí)用電子倍增器 件MCP微通道板像增強(qiáng)器，并在此基礎(chǔ)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(qiáng)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(yù)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(fù)電子親和勢光電陰極與 MCP技術(shù)的成像器件(薄片管)，把微光夜視儀推進(jìn)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(dǎo)(SEC)攝像管與像增強(qiáng)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(qiáng)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(shù)20 世紀(jì) 60 年代初， 在多堿光陰極 (Sb-Na-K-Cs) 、光學(xué)纖維面板 的發(fā)明和同心球電子光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論的完善的基礎(chǔ)上， 將這三大技 術(shù)工程化，研制成第一代微光管。其一級單管可實(shí)現(xiàn)約 50倍亮度增 益，通過三級級聯(lián)，增益可達(dá) 5*104105倍。第一代微光夜視技術(shù) 屬于被動觀察方式， 其特點(diǎn)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(shù)上兼顧并解決了光學(xué)系統(tǒng)的平像場與同心球電 子光學(xué)系統(tǒng)要求有球面物 (像) 面之間的矛盾， 成像質(zhì)量明顯提高。 其 缺點(diǎn)是怕強(qiáng)光，有暈光現(xiàn)象。第二代微光夜視技術(shù)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(dá)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(shí)，MCF微通道板內(nèi)壁實(shí)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(qiáng)電流輸入時(shí)，有恒定輸出 電流的自飽和效應(yīng)， 此效應(yīng)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(nèi)微光夜視 裝備的主體。第三代微光夜視技術(shù)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(dá)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(biāo)視距延伸了 50-100。第三代微光器件的工 藝基礎(chǔ)是超高真空、NEA表面激活，雙近貼、雙銦封、表面物理、表 面化學(xué)和長壽命、高增益MCP技術(shù)等，又為發(fā)展第四代微光管和長波 紅外光陰極像增強(qiáng)器等高技術(shù)產(chǎn)品創(chuàng)造了良好的條件。超二代微光夜視技術(shù)超二代微光管采用與第三代微光近貼管結(jié)構(gòu)大體相同的技術(shù)， 主 要技術(shù)特點(diǎn)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(jié)構(gòu)、集成電源以及結(jié)晶學(xué)、半導(dǎo)體本體特 性等機(jī)理和工藝研究成果， 其成像質(zhì)量大

7、幅度提高， 由于工藝相對簡 單，價(jià)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(shù)近來，微光管的設(shè)計(jì)者從MC沖去除離子壁壘膜以得到無膜的微 光管，同時(shí)增加 1 個自動門開關(guān)電源， 以控制光電陰極電壓的開關(guān)速 度，并且改進(jìn)了低暈成像技術(shù)， 有助于增強(qiáng)在強(qiáng)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(biāo)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(guān)鍵技術(shù)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(shù)等。這種無膜的BCG-MCPIN代微光管技術(shù)雖然剛剛起 步，但良好的性能使其必然成為本世紀(jì)微光像增

8、強(qiáng)技術(shù)領(lǐng)域的新熱 點(diǎn)。微光夜視技術(shù)的應(yīng)用采用上述幾代微光像增強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)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(shí)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(shí)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(jìn)行傳輸 , 監(jiān)視器也可設(shè)置在任 何希望的理想位置 ,因而具有較高的隱蔽性和機(jī)動性。對微光電視運(yùn) 用圖像處理技術(shù) ,可濾除噪聲,改善信噪比 , 提高反差和像質(zhì)。 微光電 視可廣泛應(yīng)用于夜間監(jiān)視、觀察、瞄準(zhǔn)、駕駛、指揮、警戒、導(dǎo)航、 投彈、著陸、火控、制導(dǎo)、跟蹤、遙感、遙測 , 以及偵察攝影和水下 作業(yè)等領(lǐng)域。在軍事上，微光夜視技術(shù)已實(shí)用于夜間偵查、瞄準(zhǔn)、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(dá)等技術(shù)結(jié)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(yuǎn)程目標(biāo)（lOOkni的衛(wèi)、導(dǎo)彈）預(yù)警的微光圖像光子計(jì)數(shù)器技術(shù)；脈沖選通觀察微光像增強(qiáng)器；光尋址微通道空 間光調(diào)制器；GaAs陰極強(qiáng)電流脈沖激光（激光武器）國外己達(dá)到 1802/Acm 35MW微波輸出；與以上相應(yīng)各類微光夜視器件配