微光夜視儀

微光夜視儀是指利用夜間的微弱月光、星光、大氣輝光、銀河光等自然界的夜天光作照明，藉助於光增強器把目標反射回來的微弱光子放大並轉換為可見圖像，以實現夜間觀察的儀器。微光夜視儀的重要部位是光像增強器。

基本介紹

• 中文名：微光夜視儀
• 外文名：low-light level night vision device
• 發展時間：20世紀60年
• 核心部件：光像增強器
• 套用：夜視眼鏡、海底資源勘察等
• 學科：電子學

簡述

微光夜視儀是20世紀60年代發展起來的一種夜視器材。它是通過像增強器增強目標反射回來的微光，達到人眼看見目標圖像的一種夜間觀察儀器。微光夜視儀本身不需要主動光源，是一種被動式成像系統，因此，它克服了主動式紅外夜視儀容易自我暴露的缺點，更適合部隊夜戰使用。

微光、又叫夜天光，它是存在於夜間的月光、星光和大氣輝光的統稱。

微光夜視儀在國外已有三代產品裝備部隊。第一代產品是20世紀60年代研製的採用三級級聯式像增強器的微光夜視儀。第二代產品是20世紀70年代研製的採用微通道板像增強器的微光夜視儀。第三代產品是20世紀80年代研製的採用裝有高靈敏度的砷化鎵光電陰極薄片管的微光夜視儀。此外，還採用掃描成像技術發展了微光電視。

原理

微光夜視儀包括四個主要部件：強光力物鏡、像增強器、目鏡、電源。從光學原理而言，微光夜視儀是帶有像增強器的特殊望遠鏡。

微弱的自然光經由目標表面放射，進入夜視儀，在強光力物鏡作用下聚焦於像增強器的光陰極面（與物鏡後焦面重合），激發出光電子；光電子在像增強器內部電子光學系統的作用下被加速、聚焦、成像，以及高的速度轟擊像增強器的螢光屏，並激發出足夠強的可見光，從而把一個只被微弱自然光照明的遠方目標變成適於人眼觀察的可見光圖像。經過目鏡的進一步放大，實現更有效地目視觀察。以上過程包含了由光學圖像到電子圖像再到光學圖像的兩次轉換。

類型

微光夜視儀按所用像增強器的類型，可分為第一代、第二代、第三代微光夜視儀。

1．第一代微光夜視儀

20世紀60年代初，在多鹼光電陰極（Sb-Na-K-Cs）、光學纖維面板的發明和同心球電子光學系統設計理論完善的基礎上，人們將這三大技術工程化，研製出第一代微光管。其單級管由一個平/凹光纖面板光電陰極、同心球靜電聚集系統和凹/平光纖面板螢光屏組成。一級單管可實現約50倍亮度增益，通過三級級聯，像增強器增益可達～倍，這樣就可把典型夜天光照度（lx）下的景物亮度放大到10～100cd/m²，接近人眼正常觀察物體所需的亮度條件。用這種亮度增強方式實現被動夜視觀察的理論和實踐，通常叫做第一代微光夜視儀。第一代微光夜視儀屬於被動觀察方式，其特點是隱蔽性好、體積小、重量小、成品率高，便於大批量生產；技術上兼顧並解決了光學系統的平像場與同心球電子光學系統之間的矛盾，成像質量明顯提高。

第一代微光夜視儀曾在戰爭中得到裝備套用，發揮了重要作用。但在使用中暴露了它的幾大弱點：一是怕強光，難以在戰火紛飛的條件下正常工作，有暈光現象；二是器件尺寸和重量限制了它在輕武器夜瞄鏡上的大量裝備和廣泛套用。

2．第二代微光夜視儀

第二代微光夜視儀的主要特色是微通道板電子倍增器（MCP）的發明並將其引入單級微光管中。這種MCP由上百萬個10μm級直徑的微通道的二次電子倍增器陣列所組成，每一個微通道相當於一個倍增管倍增極，在900～1000V工作電壓下，每塊MCP電子增益可達～這樣，裝有一個MCP的一級微光管就可達到～亮度增益，從而替代了原有的體積大、笨重的三級級聯一代微光管；同時，MCP微通道板內壁實際上是具有固定板電阻的連續倍增級。因此，在恆定工作電壓下，當強電流輸入時，有恆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象；加之它的體積更小、重量更輕。所以第二代微光夜視儀是國內外微光夜視裝備的主體。

第一代、第二代微光管用的是多鹼光電陰極，靈敏度在225～450μA/lm之間，做成的儀器可在星空夜晚照度下正常工作。為了充分利用夜天光豐富的近紅外光譜能量，提高器件的靈敏度，人們從20世紀70年代到80年代，積極研製和開發了第三代微光夜視儀。

3．第三代微光夜視儀

1965年，砷化鎵負電子親和勢（Negative Eeleetron Affinity，NEA）反射式光電陰極理論的發展和工藝的實現，在微光夜視領域引發了一場革命。這類Ⅲ～V族半導體光電陰極的顯著特點是靈敏度高，向紅外波段延伸的潛力大。將透射式GaAs光電陰極和帶離子壁壘膜的MCP引人近貼微光管中就構成了第三代微光夜視儀的兩大特色。與第二代微光夜視儀相比，第三代微光夜視儀的靈敏度增加了4~8倍，壽命延長了3倍，對夜天光光譜利用率顯著提高，在漆黑（lx）夜晚的目標視距延伸了50%~100%。20世紀80年代以來，美歐國家軍隊陸續大量裝備了第三代微光夜視儀。在1983年英阿馬島戰爭、1991年海灣戰爭中使用後，取得了優於前幾代微光產品的滿意結果，反過來又促進了第三代微光夜視儀的進一步擴大再生產和裝備。第三代微光夜視儀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，又為發展新一代微光管和長波紅外光電陰極像增強器等高技術產品創造了良好的條件。

套用

微光夜視儀已裝備陸、海、空各兵種，例如單兵攜帶的有雙目或單目夜視眼鏡、頭盔瞄準具和中距離的武器瞄準具。作為戰士夜間超視力眼睛進行遠、近距離觀察、搜尋、跟蹤和識別等。同樣微光夜視儀裝在飛機上使飛行員在夜間觀察視力大大提高，幫助飛機著陸。

公安、安全、武警、海關、保全部門在夜間巡邏、偵破、取證、執行、緝私、緝毒、掃黃行動中，在銀行、倉庫、文物重要物資與倉庫的夜間監控、保衛工作中，在與犯罪分子作鬥爭、反間諜保衛國家安全工作中，微光夜視儀都是重要的手段之一。

在工業領域中，凡需要在黑暗的地方工作時，如感光、化學工業、海底資源勘察、海上石油鑽井平台、遠洋捕魚等也都需要微光夜視儀。

在醫藥衛生領域中，如圖像攝取和增強處理以及在科學研究方面，如衛星的遙感、遙測天文星系、弱星的夜間觀察、植物夜間的生長規律研究以及夜行動物生活習性研究等微光夜視儀都是重要工具。