微光像增强器 ppt课件
进口微光像增强器原理
进口微光像增强器原理
微光像增强器的工作原理
微光像增强器是一种能够把微弱光图像增强的光电真空成像器件，是各类先进微光夜视设备的核心器件，通常采用如下图所示的结构，主要由光电阴极、电子光学系统和荧光屏组成。
微光像增强器的工作原理：在微弱光照射下，通过光电阴极的光子-电子转换、电子光学系统的加速和聚集以及荧光屏的电子-光子转换，Z终使原本微弱的或不可见的光信号变为较强的可见光信号。
1、光子-电子转换
微光像增强器利用光电阴极的外光电效应将输入微弱光信号转换成电子信号。
光电阴极是采用光敏材料制成，在微弱光照射下，由光学系统将微弱的或不可见的光聚集到光敏面上，发生光电效应并产生光电子，从而将输入到它上面的低能辐射图像转变为电子图像。
由此实现将辐射图像转换为光电子图像的过程(即光子-电子转换)。
2、电子加速和聚焦
电子光学系统的主要作用是加速光电子并使其聚集在像面上。
主要的电子光学系统有：静电系统和电磁复合系统。
前者靠静电场的加速和聚焦作用;后者靠电场的加速和磁场的聚焦作用。
因为复合系统结构复杂，所以多采用静电系统。
从光电阴极发出的光电子通过特定的静电场获得能量并被加速聚焦到荧光屏上。
3、电子-光子转换
利用荧光屏将光电子图像转换成可见的光学图像。
通过荧光屏上的发光材料，将光电了的动能转换成光能。
高速电子轰击荧光屏表面后，发出与入射微弱光图像相对应的增强的目标可见图像，实现电子-光子的转换。
Z终，使原本微弱的或不可见的光信号变为较强的可见光信号。
四讲_微光像增强器
4.1.1 光电阴极
光电阴极光谱响应曲线
4.1.2 电子光学系统
像管中电子光学系统的任务有两个：加速光电子；使 光电子成像在像面上。 它具有与光学透镜相似的性质，能运用几何光学中类 似的方法进行物象处理。因此把能使电子流聚焦成像 的电子光学系统称为电子透镜。 电子透镜分为静电透镜和磁透镜两类。 静电透镜按是否聚焦可分为:聚焦型和非聚焦型。静 电电子光学系统，靠静电场来使光电子加速，聚焦成 像。 磁透镜即电磁复合系统，靠静电场的加速和磁场来完 成聚焦成像。
1．非聚焦型电子光学系统
C A
即近贴型
α
0
E
z
l
C—阴极 ,A—阳极；
C
A
电子落点高度的计算
α
俄罗斯
俄罗斯科工委 电子局 俄罗斯微光 产研联合体
俄科学院新西北利亚半导 体物理研究所（超三代、 四代基础研究 莫斯科电子器件研究所（ 超二代、三代微光器件工 程化研究）
新西北利亚艾 克兰公司一代 、二代生产
新西北利亚凯 道特公司 超二 代、三代生产
地球物理公司 三代微光器件 整机生产
彼得堡电子器 件公司倍增管 、微光管生产
（m)n
倍增次数 二次电子 倍增系数
工作时加三个电压，光电阴极~通道板输入端 通道板两端，通道板输出端~荧光屏
c. 第三代微光夜视 1979年美国ITT公司研制出第三代微光夜 视仪，是在二代薄片管的基础上，将多碱光 电阴极置换为GaAs负电子亲和势光电阴极。
微光像增强器系列
d. 超二代微光夜视 1989年，Jacques Dupuy等人研制成了超二 代像增强器]。超二代管是在二代管的基础上， 通过提高光阴极的灵敏度（灵敏度由300400μA/lm提高到600μA/lm以上），减小微通 道板噪声因数，提高输出信噪比（改进微通 道板的性能）和改善整管的MTF，使鉴别率 和输出信噪比提高到接近三代管的水平。
微光像增强器原理
微光像增强器原理
微光像增强器原理
微光像增强器可以把微弱的光信号增强，是一种用于照明的设备。
它的工作原理主要基于光学技术，其基本运作原理如下。
首先，微光像增强器中使用的反射镜来对微弱的光信号进行反射，把它们集中到一起，从而使微弱的光信号变得更强。
这样就可以产生足够的光来照亮环境中的任何物体。
其次，微光像增强器中使用了光学滤波器，它可以帮助减少进入设备中的噪声信号，从而让照明效果更加完美。
此外，微光像增强器还搭载了LED照明装置。
这使得它可以把精密的微弱的光信号增强，从而使图像或照片拥有更好的视觉效果。
最后，微光像增强器还具有自动稳定技术，这使它能够适应不同光环境，并调节照明参数，从而提供更高品质的图像。
总之，微光像增强器是一种利用光学原理，能够对微弱的光信号进行增强和减少噪声信号，从而产生更强的光照明效果、拥有更迷人的视觉效果的设备。
它是照明技术领域中非常先进、高效的方案。
实验二：微光象增强器_新
目录第一章微光象增强器说明...........................................................................................- 2 -一、产品介绍： (2)二、实验仪说明 (3)第二章实验指南.........................................................................................................- 4 -一、实验目的 (4)二、实验内容 (4)三、实验仪器 (4)四、实验原理 (4)五、注意事项 (6)六、实验操作 (6)第一章微光象增强器说明一、产品介绍：实现夜间视物的关键措施是使夜天徽光图像的亮度增强到肉眼可感知的程度。
当代的微光放大“能手”，是从电子技术舞台上的“陨星”——真空电子管发展起来的，正电子放大技术中，电子管的应用范围越来越窄。
然而，彼消此涨，电子管改头换面成为微光像增强器，在夜视领域再显明星风采。
微光像增强管实质上是带光阴极的、具有电子放大和显像功能的电子管，由于具有增强图像亮度的功能，又名“微光像增强器”。
微光像增强器是直视型微光夜视系统的核心，其作用是把微弱光图像增强到足够的亮度，以便人们用肉眼进行观察。
微光像增强器是一种真空成像器件，主要由光阴极、电子光学系统和荧光屏组成。
其图像增强作用主要由三个环节完成。
即外光电效应的光阴极把输入到它上面的低能辐射图像转变为电子图像；电子图像通过特定的静电场或电磁复合场而获得能量井被加速聚焦到该电子光学系统的像面上，位于电子光学系统像面的荧光屏被高速电子轰击而发出和入射图像强弱相应的被增强了的目标可见图像。
亮度增益盒等效背景照度是衡量像增强器性能的两个重要参数,它直接影响了微光也是系统整机的性能。
因此,对像增强器的亮度增益和等效背景照度测试技术的研究具有重要意义。
四讲-微光像增强器
在材料表面蒸镀增透膜，提高光的透过率。
清洗
将材料表面清洗干净，去除尘埃和杂质。
抛光
通过抛光技术使材料表面光滑，减少光的散射损失。
制造流程
保护
固定
连接
标识
封装工艺
01
02
03
04
通过封装工艺保护微光像增强器免受外界环境的影响，如尘埃、湿度等。
将微光像增强器固定在适当的位置，以便于安装和使用。
实现微光像增强器与其他光学元件或电路板的连接，确保信号传输的稳定性和可靠性。
定义与特点
在MCP中，电子与通道壁发生多次碰撞，产生级联效应，使得电子数量显著增加。
经过MCP后，电子被聚焦到荧光屏上，激发出可见光，形成图像。
微光像增强器通过光电阴极将入射的光子转换为电子，这些电子在电场的作用下被加速并注入到MCP中。
工作原理
微光像增强器能够显著提高夜视设备的性能，在夜间或低光照条件下获取清晰的图像。
在封装上标明微光像增强器的型号、规格等信息，方便识别和使用。
04
微光像增强器的应用案例
军事领域应用
夜间侦查
微光像增强器在军事领域中广泛应用于夜间侦查，提高夜间观察和识别能力，为军事行动提供重要支持。
狙击瞄准
狙击手使用微光像增强器可以提高瞄准精度，在低光照条件下准确锁定目标。
潜艇导航
潜艇在水下使用微光像增强器可以辅助导航，提高水下视觉感知能力。
微光像增强器的发展趋势与挑战
微光像增强器的发展趋势与挑战
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微光像增强器课件
• 采用曲面屏，也使畸变大大下降，但有可能出现桶形畸变， 但是考虑到图像亮度的均匀性，宁肯采用较大的屏面曲率半 径，保留较小的枕形畸变。
• 阴极面上的电场强度，从轴上到轴外基本上保持不变，且略
有提高，这样使得色差的影学习响交流在PP像T 面上比较均匀。
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3．复合聚焦电子光学系统
利用静电场和静磁场形成的复合磁场使电子聚焦
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中国
兵器 205所
军事需求
北方 夜视公司
微光夜视重点实验室
南京
北京
长春
其他
理工大 理工大 理工大
单位
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• 如: 像管能在暗环境中，把人眼不能观察到的物体转 换成可见光图像，
• 如: 摄像管能把各种图像信号转化成电信号，记录、 贮存传输给很远的距离观察，能随时供人们观赏。
俄罗斯微光 产研联合体
莫斯科电子器件研究所（ 超二代、三代微光器件工
程化研究）
新西北利亚艾 克兰公司一代 、二代生产
新西北利亚凯 道特公司 超二 代、三代生产
地球物理公司 三代微光器件
整机生产
彼得堡电子器 件公司倍增管 、微光管生产
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欧洲
• 法国：PHOTONICS(超二代） • 荷兰：DELFT • 以色列
• 微光像增强器是一种光电器件，是微光夜视技术 的核心器件，它是微光夜视器材的性能和价格的 决定性因素。
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自然 景物
微弱的 光学图像
微弱的 电子图像
增强的 电子图像
增强的 光学图像
物镜
光阴极 微通道板 荧光屏
目镜
像增强器
什么是微光像增强器？微光像增强器未来发展如何
什么是微光像增强器？微光像增强器未来发展如何一、什么是微光像增强器？微光像增强器是一种光电转换设备，又叫微光像管，主要用于增强微弱光线的亮度和清晰度，使可见光图像变成人眼可以观察到的图像。
微光像增强器是微光夜视仪的核心组成部分，对微光夜视仪的成像质量起着决定性的作用。
微光像增强器具有高速成像、微光环境成像等功能，它的工作原理是通过将微弱的光信号转化为可见的图像或视频，以便用户能够看到并分析。
二、微光像增强器的主要组成微光像增强器通常由几个主要部分组成：1.光学系统：光学系统主要包括目标镜头和物镜等组件，它们的主要作用是收集和聚焦来自目标物体的微弱光线，并将其传递给后续的电子器件。
2.光电转换器件：光电转换器件将收集到的光能转换为电信号。
最常用的光电转换器件是光电二极管或光电子倍增管，它们能够将微弱的光信号放大并转换为电流信号。
3.信号放大和处理模块：信号放大和处理模块负责对光电转换器件输出的电信号进行放大、过滤和处理，从而提高图像的亮度和清晰度。
4.显示装置：微光像增强器通常配备显示装置，主要作用是将处理后的电信号转化为可视的图像或视频，供人眼观察和分析。
这种显示装置可以是液晶显示屏、目镜或者连接到其他设备的输出接口。
三、微光像增强器的未来发展微光像增强器从20世纪50年代发展至今已经历经四代产品，我国行业起步较晚，在20世纪60年代才开始研究微光夜视技术。
近年来，在本土企业以及相关科研机构的技术创新推动下，我国微光像增强器行业得到了较为快速的发展。
目前，我国第三代微光像增强器的质量及性能已经达到海外先进水平。
但受技术、生产成本等因素的影响，目前我国市场的微光像增强器主流产品仍是第二代和第三代产品。
全球微光像增强器的龙头企业主要集中于俄罗斯、法国和美国，我国的行业发展相对缓慢，技术水平与发达国家相比还存在一定的差距。
作为微光夜视仪的核心组件，微光像增强器广泛应用于夜视观测、安防监控、军事侦察、野外探险等各个领域，在军事领域的应用广泛，如夜间光电对抗、炮瞄等。
微光像增强器件
GaAs基底 SiO2钝化膜
三代管的商品水平为： 1 A lm 光灵敏度为1000 辐射灵敏度(0.85 m )为100 mA W 1 亮度增益为 110 4 cd m2 lx1 分辨率为36 lp mm1 三代管具有高灵敏度、高分辨力、宽光谱响 应、高传递特性和长寿命等优点
荧光屏输光出亮度
MOB 工作 范围
光电阴极输入光照度
3 三代像增强器
一代管以三级级联增强技术为特征，增益高达几万 倍，但体积大，重量重 二代管以微通道板（MCP）增强技术为特征，体积 小，重量轻，但夜视距离无明显突破 三代管则采用了负电子亲和势（NEA）GaAs光电阴 极，使夜视距离提高1.5-2倍以上
第三代像增强器
在二代近贴管的基础上，将三碱光电阴极置换为GaAs NEA光阴极 NEA 光电阴极的制作过程极为复杂 光灵敏度性能较一、二代多碱光阴极提高2-3倍 光谱响应向红外延伸，与夜天光辐射光谱更匹配，视 距增大1.5-2倍
SiO2钝化膜 Si3N4抗反射层 AlGaAs窗层 GaAs激活层 AlGaAs反应中止层 GaAs过渡层
一、微光像增强器
1 基本原理
输入光纤面板 电极 输出光纤面板
输入图像
电 子 轨 迹
输出图像
光电阴极
荧屏
光电阴极将光学图像转换为电子图像 电子光学成像系统（电极系统）将电子图像传递到 荧光屏，在传递过程中增强电子能量并完成电子图像 几何尺寸的缩放 荧光屏完成电光转换，即将电子图像转换为可见光 图像，图像的亮度已被增强到足以引起人眼视觉，在 夜间或低照度下可以直接进行观察。
常用二代近贴管有18／18，25／25 性能典型值为：5 10 3 cd m2 lx1 1.7 104 cd m 2 lx 1 亮度增益约 （18/18）、（25/25） 分辨率约30 lp mm1 二代倒像管有18／18，25／25，20／30，性能上较 近贴管好些，但重量较大
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典型应用系统结构
世界各国的发展概况
美国国防部
需求牵引，微光夜视发展规划、计划 （例Omnibus三代微光计划）
美陆军实验室
斯坦福、亚里桑拉、佛吉尼亚等大学
国家级实验室：微光新原理、新技术前瞻性、基础性和演示验证
ITT公司/EO
Litton 公司EO
Intervac 公司
微光器件和整机承包商，通过投标竞标承揽合同，提供装备
第四章 微光像增强器
微光像增强器应用举例
➢ 1 微光夜视技术和像增强器的发展 ➢ 2 多碱阴极和GaAs光电阴极的制备 ➢ 3 微通道板与离子阻挡膜 ➢ 4 荧光屏 ➢ 5 像增强器的性能参数及测试原理 ➢ 6 目前研究的内容
1 微光夜视技术和像增强器的发展
➢ 夜视技术是研究在夜间低照度条件下，用 开拓观察者视力的方法以实现夜间隐蔽观 察的一种技术。它采用光电子成像的方法 来缓和或克服人眼在低照度下以及有限光 谱响应下的限制，以开拓人眼的视觉。
❖ 像管本身应能起到光谱变换、增强亮度和成像作用。 ❖ 1. 光谱变换之一: 光电阴极完成 光------电子图象; ❖ 2. 电子成像:电子光学系统类似于光学透镜，能使电子成像
，将光电阴极发出的电子图像呈现在荧光屏上; ❖ 3. 增强亮度: 由于电子光学系统上加有高电压，能使电子加
速，电子能获得能量，以高速轰击荧光屏，使之发射出比入 射光强得多的光能量。 ❖ 光谱变换之二:荧光屏 完成 电子----光. ❖ 这样像管就完成了光谱变换、成像和增强亮度的功能。
❖ 光电成像器件极大地扩大了人的视野，扩展了人眼 的视力范围，丰富了人们的生活。光电成像器件在 光电技术中占有非常重要的地位。
4.1 像管的基本原理和结构
像管结构示意图
1—物镜；2—光电阴极；3—电子透镜；4—荧光屏；5—目镜
结构有三部分组成：光电阴极、电子光学系统、荧光屏
1—物镜；2—光电阴 极；3—电子透镜； 4—荧光屏；5—目镜
微光像增强器系列
E 第四代微光夜视
1998年美国Litton公司和ITT公司研制出无 离子阻挡膜或薄离子阻挡膜微通道板，具有 自动门控电源的新一代像增强器，以它为核 心部件的夜间观瞄器材称为第四代微光夜视 仪。
微光夜视技术特点及作用
微光夜视技术核心器件
1 Thin ion-barrier film/高性能，薄的离子阻挡膜 2 Low noise figure MCP/低噪声因子微通道板 3 Gated power supply /门控电源
俄罗斯
俄科学院新西北利亚半导 体物理研究所（超三代、
四代基础研究
俄罗斯科工委 电子局
俄罗斯微光 产研联合体
莫斯科电子器件研究所（ 超二代、三代微光器件工
程化研究）
新西北利亚艾 克兰公司一代 、二代生产
新西北利亚凯 道特公司 超二 代、三代生产
地球物理公司 三代微光器件
整机生产
彼得堡电子器 件公司倍增管 、微光管生产
-- 微光核心器件工作原理
光阴极 光电转换
微道板 电子倍增
荧光屏 电光转换
微光夜视技术特点和作用
微光核心器件工作原理
（m)n
倍增次数 二次电子 倍增系数
工作时加三个电压，光电阴极~通道板输入端 通道板两端，通道板输出端~荧光屏
c. 第三代微光夜视
1979年美国ITT公司研制出第三代微光夜 视仪，是在二代薄片管的基础上，将多碱光 电阴极置换为GaAs负电子亲和势光电阴极。
欧洲
❖ 法国：PHOTONICS(超二代） ❖ 荷兰：DELFT ❖ 以色列
中国
兵器 205所
军事需求
北方 夜视公司
微光夜视重点实验室
南京 理工大
北京 理工大
长春 理工大
其他 单位
❖ 如: 像管能在暗环境中，把人眼不能观察到的物体 转换成可见光图像，
❖ 如: 摄像管能把各种图像信号转化成电信号，记录 、贮存传输ຫໍສະໝຸດ 很远的距离观察，能随时供人们观赏 。
微光像增强器系列
d. 超二代微光夜视
1989年，Jacques Dupuy等人研制成了超二 代像增强器]。超二代管是在二代管的基础上， 通过提高光阴极的灵敏度（灵敏度由300400μA/lm提高到600μA/lm以上），减小微通 道板噪声因数，提高输出信噪比（改进微通 道板的性能）和改善整管的MTF，使鉴别率 和输出信噪比提高到接近三代管的水平。
➢夜视技术始于二十世纪三十年代。1934年 第一个红外变像管在德国问世，开创了夜 视技术的新纪元 。
➢微光像增强器是一种光电器件，是微光夜 视技术的核心器件，它是微光夜视器材的 性能和价格的决定性因素。
自然 景物
微弱的 光学图像
微弱的 电子图像
增强的 电子图像
增强的 光学图像
物镜
光阴极 微通道板 荧光屏
目镜
像增强器
像增强器和夜视系统的结构和工作原理
2 微光夜视技术和像增强器的发展
微光夜视的发展始于1936年，它是 研究微弱图像信号的增强、转换、传输、 存储、处理的一项专门技术。它分为直视 系统和间视系统两种，直视系统称为微光 夜视仪，它是利用目标反射的星光、月光 和大气辉光通过像增强器增强达到人眼能 进行观察的一种夜视仪器。
电电子光学系统，靠静电场来使光电子加速，聚焦成 像。
❖ 磁透镜即电磁复合系统，靠静电场的加速和磁场来完 成聚焦成像。
1．非聚焦型电子光学系统
C
A
即近贴型
α
0
z
E
l
C—阴极 ,A—阳极；
电子落点高度的计算
C
A
α
❖ 设从物点O发出的任意电子，其初发射
0
z
角为，0,r,z 分别表示电子初能
a 第一代微光夜视
1962年美国制成第一代微光夜视仪， 以纤维光学面板作为输入、输出窗三级级 联耦合的像增强器为核心器件。
一代像增强器 结构示意图
b. 第二代微光夜视
1970年研制成第二代微光夜视仪，以利用 微通道板的像增强器为核心器件
二代、超二代和三代像增强器 结构示意图
微光夜视技术特点和作用
4.1.1 光电阴极
光电阴极光谱响应曲线
4.1.2 电子光学系统
❖ 像管中电子光学系统的任务有两个：加速光电子；使 光电子成像在像面上。
❖ 它具有与光学透镜相似的性质，能运用几何光学中类 似的方法进行物象处理。因此把能使电子流聚焦成像 的电子光学系统称为电子透镜。
❖ 电子透镜分为静电透镜和磁透镜两类。 ❖ 静电透镜按是否聚焦可分为:聚焦型和非聚焦型。静