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夜视仪是怎么做成的?

发布时间:2019-11-20 17:31 来源:未知 编辑:admin

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  20世纪30年代荷兰的霍尔斯特等人成功的研制出世界上地一只近贴式红外变像管,它的出现标志着夜视技术的诞生,借助于夜视仪器,人类从此可以在黑暗环境中观察目标。简单的说夜视技术就是借助于光电成像器件实现低照度条件下观察的光电技术。夜视技术基本上可分为红外和微光两个方面,主动式红外夜视仪造价较低,成像清晰,对比度好,使用时受环境照明条件影响小,但由于需要红外光源照射,用于军事上,有容易被敌方侦测仪器发现的缺点。微光夜视仪和主动红外夜视仪相比,具有体积小,重量轻,且由于工作方式是被动的,使得安全性大为提高,不容易暴露。但微光夜视仪的缺点也是显而易见的,其作用距离和观察效果受环境影条件响很大,雨雾天不能够正常工作,在完全黑暗的环境中(如山洞)则完全失效。但随着技术的不断进步和发展,如今的微光夜视技术已大为提高,现在让我们一起来追溯微光夜视仪器发展的基本脉络。第一代微光夜视仪1962年,美国人研制成功像增强器,使得夜视器材的发展产生了一个飞跃。我们平时所谓的黑夜,很少是绝对黑暗的,因为自然界总是存在着微弱的光线,例如星月光,大气的辉光和黄道光。即使肉眼不容易察觉的星星,对地面的照度仍然可以达到2x10负4次方勒克司。能够利用如此微弱的光线进行观测,是因为两个技术上的重大突破。首先,研制成功了灵敏度极高的光电阴极,即S-20多碱光电阴极。比以前的光电阴极灵敏度提高了一个数量级,使得夜视仪的光电增益大大提高。另一个突破是采用了光学纤维面板。即一种由大量光导纤维组成的薄板阵列,每根纤维传导一个像素减少了光的散射,传导效果好,由于可以将纤维的末端排列成曲面,天然的避免了像差,大大提高了成像质量。将多个上述结构的像增强管串联起来,将光线逐级放大,使得极其微弱光线下的图象放大到了人眼可以清晰观看的程度,便实现了无须红外照明的微光观测。越南战争时期,美国将利用级联像增强技术投入实战应用,研制成功了第一带微光夜视仪,主要有AN/PVS-2星光镜,AN/TVS-2班组武器瞄准镜和AN/TVS-4微光观察镜。微光夜视仪的工作原理可以归纳为:目标反射的微弱光线经物镜会聚后在像增强器的阴极面上成像,逐级放大并将红外光转变为可见光,在最后一级的荧光屏上形成有足够亮度和清晰度的图象,供使用者观察。 第二代微光夜视仪 -------------------------------------------------------------------------------- 微光夜视仪能耗小,但是体积仍然嫌大,越战期间,美国人又研制成了微通道板像增强器,于是第二代微光夜视仪应运而生。有些材料具有在电子的撞击下能够发射出更多的电子的特性,60年代,材料研究获得突破,导致了微通道板像增强器的诞生。连续型通道像增强器的原理是一根内壁涂有电子发射材料的细管子,在管子两端的电极上加上直流电压,当电子从管子一头射入时,便在管内来回碰撞,激发出越来越多的电子,这些电子被管壁的电压加速,并且碰撞出的几何级数增加的电子,使得管子末端出射的电子获得很高的增益。通道电子倍增器的电子增益与管壁内的电子发射材料有关,与通道的长径比有关,与电压有关,但与通道的大小无关,所以可以做的极小,将其并列起来组成阵列,就可以用来传递显示图象了。单根通道的直径一般为10-12微米,长500微米,一块通道板包含数百万根通道管,即数百万像素,可以使图象的亮度增加几千乃至上万倍。微通道的制作对工艺的要求很高。微通道板的制作方法有多种,一般采用实芯拉制法。所制成的夜视仪像增强器有两种,一种叫做近贴式,一种叫做倒像式。近贴式微通道板像增强器将通道板放置在光电阴极和荧光屏之间。阴极发射的电子束在电场作用下打到微通道板上,经过倍增后,投射到荧光屏上成像。由于结构的关系,这种夜视仪尺寸小,但鉴别率较低,光学增益相对小些,需附加正像装置,又称为薄片管。倒像式微通道板像增强器,是在荧光屏前面放置微通道板,能达到几万倍以上的光学增益,而且不用再次倒像。第二代产品比第一代有如下优点: 1. 总长度是第一代的1/3甚至更短,质量轻,使制成的夜视仪整机尺寸大大降低。例如1970年美国步枪用AN/PVS-3微光瞄准镜比第一代长度缩短2/3,质量减轻一半,价格降低一半,灵敏度却大幅度提高了。 2. 微通道出射的电子达到一定数量后便会饱和,所以突然出现的强光不会烧坏夜视仪,先天具备防强光功能。中国于20世纪80年代研制成功了第二代微光夜视仪,可以用做班组武器的瞄准具,也可以单独作为观察仪器使用,具有排除强光干扰的功能。 第三代和第四代微光夜视仪 -------------------------------------------------------------------------------- 20世纪70年代中期,美国人在研制新的高性能光电阴极方面取得了突破,于80年代研制出采用负电子亲和势砷化镓光电阴极的第三代像增强器,并以此为基础研制出飞行员用夜视眼镜。第二代和第三代夜视器材目前仍是西方军队装备的主流。电子亲和势指的是半导体导带底部到真空能级间的能量值,它表征材料在发生光电效应时,电子逸出材料的难易程度。电子亲和势越小,就越容易逸出。如果电子亲和势为零或负值,则意味着电子处于随时可以脱离的状态,用电子亲和势为负值的材料制作的光电阴极,由光子激发出的电子只要能扩散到表面就能逸出,因此灵敏度极高。砷化镓正是科学家们寻找的合适材料。由于高灵敏度负电子亲和势光电阴极制作难度大,所以目前该技术掌握在少数发达国家手中,一些国家只能依赖进口。自从20世纪80年代以来,美国的厂商就按照美国陆军的要求,生产用于夜视眼镜的第三代像增强管,在1998年美国陆军与利顿公司和ITT公司签订合同之际,第三代管的性能似乎已经达到了极限,但是利顿公司在投标中抛出了杀手锏——无膜微通道板像增强器。第三代管为了防止离子反馈损坏精致的光电阴极,都镀有一层离子障膜。利顿公司找到了不用离子障膜而保护光电阴极的方法,在不降低夜视仪寿命的前提下,探测距离和分辨率显著提高,在非常黑的环境下更是如此。新式的夜视仪还采用了自动门控电源和无晕成像技术。可以自动控制光电阴极电压,改善在环境光线过强或有照明的情况下的夜视效果。无晕成像可以极大的减少由电子在像增强管的光电阴极到板的空隙中散射而引起的光晕。以上新技术的出现使得夜视仪的性能得到又一次飞跃,所以被称做第四代微光夜视仪。

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