微光夜视仪的原理及其发展

??微光夜视仪原理：仪器利用夜间目标反射的低亮度的夜天光星月光大气辉光等自然光，将其增强放大到几十万倍，从而达到适于肉眼夜间进行侦察、观察、瞄准、车辆驾驶和其它战场作业。

??特点：因微光夜视仪是利用夜天光进行工作，属被动方式工作，因此能较好的隐藏自己，微光夜视仪对从事特殊工作的部门，如军事、刑侦、辑毒、辑私、夜晚监控、保卫的应用等、它都是最合适的。

??微光夜视仪现已发展了三代、第一代为三级级联式微光夜视仪（由3个0代光电管串联组成）。第二代为微通道板式微光夜视仪，第三代为|||-v族负电子亲和势光电阴极像增强器微光夜视仪。在第二代向第三代过度时发展了一种超二代的光电管称二代加，其技术性能仅次于三代产品。微光夜视仪如细分类那么就是0代、1代、2代、2代加、3代、共五个档次。微光夜视仪发展到今天，技术上已比较成熟且成像质量好，造价低、因此在今后相当一段时期里，它们仍然是世界夜视装备一主要装备。二代加和三代产品具有体积小，重量轻、图像清晰、功能全、实用等特点。是军队、公安、武警、海关、石油行业、新闻采访、旅游、水产养殖、大自然爱好者、及其它行业夜晚工作不可缺少的装备。

??但是由于微光夜视仪核心部件微光像增强器属高科技产品，工艺特别复杂、成本高、价格相对较高。但从性能价格比看，还是相当好的。
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??微光夜视仪是利用光电转换技术的军用夜视仪器。微光夜视仪分为主动式微光夜视仪和被动式微光夜视仪两种：主动式微光夜视仪用红外探照灯照射目标，接收反射的红外辐射形成图像；被动式微光夜视仪不发射红外线，依靠目标自身的红外辐射形成 “热图像”，故又称为”热像仪”。

??夜间可见光很微弱，但人眼看不见的红外线却很丰富。红外线视仪可以帮助人们在夜间进行观察、搜索、瞄准和驾驶车辆。尽管人们很早就发现了红外线，但受到红外元器件的限制，红外遥感技术发展很缓慢。直到1940年德国研制出硫化铅和几种红外透射材料后，才使红外遥感仪器的诞生成为可能。此后德国首先研制出主动式微光夜视仪等几种红外探测仪器，但它们都未能在第二次世界大战中实际使用。

??几乎同时，美国也在研制微光夜视仪，虽然试验成功的时间比德国晚，但却抢先将其投入实战应用。1945年夏，美军登陆进攻冲绳岛，隐藏在岩洞坑道里的日军利用复杂的地形，夜晚出来偷袭美军。于是美军将一批刚刚制造出来的红外夜仪紧急运往冲绳，把安有微光夜视仪的枪炮架在岩洞附近，当日军趁黑夜刚爬出洞口，立即被一阵准确的枪炮击倒。洞内的日军不明其因，继续往外冲，又糊里糊涂地送了命。微光夜视仪初上战场，就为肃清冲绳岛上顽抗的日军发挥了重要作用。

??主动式微光夜视仪具有成像清晰、制作简单等特点，但主动式微光夜视仪的致命弱点是红外按照灯的红外光会被敌人的红外探测装置发现。60年代，美国首先研制出微光夜视仪，它不发射红外光，不易被敌发现，并具有透过雾、雨等进行观察的能力。

??1982年4月─6月，英国和阿根廷之间爆发马尔维纳斯群岛战争。4月13日半夜，英军攻击承军据守的最大据点斯坦利港。3000名英军布设的雷区，突然出现在阿军防线前。英国的所有枪支、火炮都配备了微光夜视仪，能够在黑夜中清楚地发现阿军目标。而阿军却缺少夜视仪，不能发现英军，只有被动挨打的份。在英军火力准确的打击下，阿军支持不住，英军趁机发起冲锋。到黎明时，英军已占领了阿军防线上的几个主要制高点，阿军完全处于英军的火力控制下。6月14日晚9时，14 000名阿军不得不向英军投降。英军领先微光夜视仪赢得了一场兵力悬殊的战斗。

??1991年海湾战争中，在风沙和硝烟弥漫的战场上，由于美军装备了先进的微光夜视仪，能够先于伊拉克军的坦克而发现对方，并开炮射击。而伊军只是从美军坦克开炮时的炮口火光上才得知大敌在前。由此可以看出微光夜视仪在现代战争中的重要作用。

??第一代微光夜视仪

　　20世纪40年代研制成功的主动式红外夜视仪是夜视器材的鼻祖，它的出现使人类第一次看到黑暗中的目标。主动式红外夜视仪成像清晰，对比度好，但由于需要红外光源照射，存在着能耗大，易暴露的缺点。

　　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，既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。既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，既数百万像素，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：

　　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。

　　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公司签订合同之既，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。

anping163	2010-04-07 23:56
好贴，谢谢楼主分享！

optifdtd	2015-05-26 08:55
不错的科普资料

做个傻子吧	2020-05-14 09:13
不错的科普资料

wsgui	2022-02-14 16:10
不错的科普资料

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