微光夜视仪

实现夜间观察的仪器

微光夜视仪是指利用夜间的微弱月光、星光、大气辉光、银河光等自然界的夜天光作照明，借助于光增强器把目标反射回来的微弱光子放大并转换为可见图像，以实现夜间观察的仪器。微光夜视仪的重要部位是光像增强器。

简述

微光夜视仪是20世纪60年代发展起来的一种夜视器材。它是通过像增强器增强目标反射回来的微光，达到人眼看见目标图像的一种夜间观察仪器。微光夜视仪本身不需要主动光源，是一种被动式成像系统，因此，它克服了主动式红外夜视仪容易自我暴露的缺点，更适合部队夜战使用。

微光、又叫夜天光，它是存在于夜间的月光、星光和大气辉光的统称。

微光夜视仪在国外已有三代产品装备部队。第一代产品是20世纪60年代研制的采用三级级联式像增强器的微光夜视仪。第二代产品是20世纪70年代研制的采用微通道板像增强器的微光夜视仪。第三代产品是20世纪80年代研制的采用装有高灵敏度的砷化镓光电阴极薄片管的微光夜视仪。此外，还采用扫描成像技术发展了微光电视。

原理

微光夜视仪包括四个主要部件：强光力物镜、像增强器、目镜、电源。从光学原理而言，微光夜视仪是带有像增强器的特殊望远镜。

微弱的自然光经由目标表面放射，进入夜视仪，在强光力物镜作用下聚焦于像增强器的光阴极面（与物镜后焦面重合），激发出光电子；光电子在像增强器内部电子光学系统的作用下被加速、聚焦、成像，以极高的速度轰击像增强器的荧光屏，并激发出足够强的可见光，从而把一个只被微弱自然光照明的远方目标变成适于人眼观察的可见光图像。经过目镜的进一步放大，实现更有效地目视观察。以上过程包含了由光学图像到电子图像再到光学图像的两次转换。

类型

微光夜视仪按所用像增强器的类型，可分为第一代、第二代、第三代微光夜视仪。

1．第一代微光夜视仪

20世纪60年代初，在多碱光电阴极（Sb-Na-K-Cs）、光学纤维面板的发明和同心球电子光学系统设计理论完善的基础上，人们将这三大技术工程化，研制出第一代微光管。其单级管由一个平/凹光纤面板光电阴极、同心球静电聚集系统和凹/平光纤面板荧光屏组成。一级单管可实现约50倍亮度增益，通过三级级联，像增强器增益可达～倍，这样就可把典型夜天光照度（lx）下的景物亮度放大到10～100cd/m2，接近人眼正常观察物体所需的亮度条件。用这种亮度增强方式实现被动夜视观察的理论和实践，通常叫做第一代微光夜视仪。第一代微光夜视仪属于被动观察方式，其特点是隐蔽性好、体积小、重量小、成品率高，便于大批量生产；技术上兼顾并解决了光学系统的平像场与同心球电子光学系统之间的矛盾，成像质量明显提高。

第一代微光夜视仪曾在战争中得到装备应用，发挥了重要作用。但在使用中暴露了它的几大弱点：一是怕强光，难以在战火纷飞的条件下正常工作，有晕光现象；二是器件尺寸和重量限制了它在轻武器夜瞄镜上的大量装备和广泛应用。

2．第二代微光夜视仪

第二代微光夜视仪的主要特色是微通道板电子倍增器（MCP）的发明并将其引入单级微光管中。这种MCP由上百万个10μm级直径的微通道的二次电子倍增器阵列所组成，每一个微通道相当于一个倍增管倍增极，在900～1000V工作电压下，每块MCP电子增益可达～这样，装有一个MCP的一级微光管就可达到～亮度增益，从而替代了原有的体积大、笨重的三级级联一代微光管；同时，MCP微通道板内壁实际上是具有固定板电阻的连续倍增级。因此，在恒定工作电压下，当强电流输入时，有恒定输出电流的自饱和效应，此效应正好克服了微光管的晕光现象；加之它的体积更小、重量更轻。所以第二代微光夜视仪是国内外微光夜视装备的主体。

第一代、第二代微光管用的是多碱光电阴极，灵敏度在225～450μA/lm之间，做成的仪器可在星空夜晚照度下正常工作。为了充分利用夜天光丰富的近红外光谱能量，提高器件的灵敏度，人们从20世纪70年代到80年代，积极研制和开发了第三代微光夜视仪。

3．第三代微光夜视仪

1965年，砷化镓负电子亲和势（Negative Eeleetron Affinity，NEA）反射式光电阴极理论的发展和工艺的实现，在微光夜视领域引发了一场革命。这类Ⅲ～V族半导体光电阴极的显著特点是灵敏度高，向红外波段延伸的潜力大。将透射式GaAs光电阴极和带离子壁垒膜的MCP引人近贴微光管中就构成了第三代微光夜视仪的两大特色。与第二代微光夜视仪相比，第三代微光夜视仪的灵敏度增加了4~8倍，寿命延长了3倍，对夜天光光谱利用率显著提高，在漆黑（lx）夜晚的目标视距延伸了50%~100%。20世纪80年代以来，美欧国家军队陆续大量装备了第三代微光夜视仪。在1983年英阿马岛战争、1991年海湾战争中使用后，取得了优于前几代微光产品的满意结果，反过来又促进了第三代微光夜视仪的进一步扩大再生产和装备。第三代微光夜视仪的工艺基础是超高真空、NEA表面激活、双近贴、双铟封、表面物理、表面化学和长寿命、高增益MCP技术等，又为发展新一代微光管和长波红外光电阴极像增强器等高技术产品创造了良好的条件。

应用

微光夜视仪已装备陆、海、空各兵种，例如单兵携带的有双目或单目夜视眼镜、头盔瞄准具和中距离的武器瞄准具。作为战士夜间超视力眼睛进行远、近距离观察、搜索、跟踪和识别等。同样微光夜视仪装在飞机上使飞行员在夜间观察视力大大提高，帮助飞机着陆。

公安、安全、武警、海关、保安部门在夜间巡逻、侦破、取证、执行、缉私、缉毒、扫黄行动中，在银行、仓库、文物重要物资与仓库的夜间监控、保卫工作中，在与犯罪分子作斗争、反间谍保卫国家安全工作中，微光夜视仪都是重要的手段之一。

在工业领域中，凡需要在黑暗的地方工作时，如感光、化学工业、海底资源勘察、海上石油钻井平台、远洋捕鱼等也都需要微光夜视仪。

在医药卫生领域中，如图像摄取和增强处理以及在科学研究方面，如卫星的遥感、遥测天文星系、弱星的夜间观察、植物夜间的生长规律研究以及夜行动物生活习性研究等微光夜视仪都是重要工具。

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