微光夜视的发展

微光成像器件的三大关键部件是光阴极(外光电转换)、微通道板MCP(10^-3级电子倍增)和荧光屏(电光转换，图像再现)。

目前，美国超三代以下的微光管已大批量生产，月产3000--5000只，四代微光正在部队考核和装备之中。但美国政府下令，标准三代以下等级装备可出口盟国(包括我国台湾)，而超三代以上等级产品只允许卖给美国军方。

始于20世纪60年代的微光夜视技术靠夜里自然光照明景物，以被动方式工作，自身隐蔽性好，在军事、安全、交通等领域得到广泛的应用。近年来，微光夜视技术得到迅速发展，在第一代、第二代、第三代的基础上，第四代技术应运而生。

第一代微光夜视技术

20世纪60年代初，在多碱光阴极(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的完善的基础上，将这三大技术工程化，研制成第一代微光管。其一级单管可实现约50倍亮度增益，通过三级级联，增益可达5x104～105倍。第一代微光夜视技术属于被动观察方式，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要求有球面物(像)面之间的矛盾，成像质量明显提高。其缺点是怕强光，有晕光现象。

第二代微光夜视技术

第二代微光夜视器件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。装有1个MCP的一级微光管可达到104―105亮度增益，从而替代了原有的体积大、笨重的三级级联第一代微光管；同时，MCP微通道板内壁实际上是具有固定板电阻的连续打拿级，因此，在恒定工作电压下，有强电流输入时，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目前国内微光夜视装备的主体。

第三代微光夜视技术

第三代微光夜视器件的主要特色是将透射式GaAs光阴极和带Al2O3，离子壁垒膜的MCP引入近贴微光管中。与第二代微光器件相比，第三代微光器件的灵敏度增加了4倍-8倍，达到800μA/Im～2600μA/Im，寿命延长了3倍，对夜天光光谱利用率显著提高，在漆黑(10-4lx)夜晚的目标视距延伸了50％-100％。第三代微光器件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，又为发展第四代微光管和长波红外光阴极像增强器等高技术产品创造了良好的条件。

下图所示是用三代微光夜视仪在同样条件下分别获取的图像，从图中可明显看出第三代要优于第二代，而第二代又远远优于第一代。

 

微光夜视技术的发展趋势

微光夜视器件的研究方向是致力于提高已有的几代产品的性能，降低成本，扩大装备；进一步延伸新一代产品的红外响应和提高器件的灵敏度。

超二代微光夜视技术

超二代微光管采用与第三代微光近贴管结构大体相同的技术，主要技术特点是将高灵敏度的多碱光电阴极引入到第二代微光管中，并借用第三代微光MCP、管结构、集成电源以及结晶学、半导体本体特性等机理和工艺研究成果，其成像质量大幅度提高，由于工艺相对简单，价格相对较低，因而成为目前的主流产品。

第四代微光夜视技术

近来，微光管的设计者从MCP中去除离子壁垒膜以得到无膜的微光管，同时增加1个自动门开关电源，以控制光电阴极电压的开关速度，并且改进了低晕成像技术，有助于增强在强光下的视觉性能。1998年Litton公司首先研制成功无膜MCP的成像管，在目标探测距离和分辨力上有很大的提高，尤其是在极低照度条件下。其关键技术涉及到新型高性能无膜MCP、光电阴极与MCP间采用的自动脉冲门控电源及无晕成像技术等。这种无膜的BCG-MCPIV代微光管技术虽然刚刚起步，但良好的性能使其必然成为本世纪微光像增强技术领域的新热点。

第五代全彩夜视仪

第五代全彩夜视仪的作用是为配带者提供在黑暗、微光或无光的封闭空间内相对于敌方的优势，全彩色系统将可以使这一优势大大增强，它们可以让配带者在黑暗中识别可疑车辆的颜色、评估和诊断伤口、观看计算机屏幕、识破手伪装、标识雷区以及集合区域化学光源的颜色等等。

采用美国夜视技术机构测试通过的美国成像技术公司SiOnyx（西奥尼克斯）的XQE-的XQE-0920传感器，证实了在1mLux（1mLu-4Ft-candles）照度下的成像特性；SiOnyx公司的XQE传感器可在星光和被称为夜光照明的自然环境中实现夜间数字图像传感。一旦在数字领域，即可实现单元与中央指挥部之间的视频传输与共享。XQE系列传感器具有在超低光成像下的超低读取噪声性能，72dB的本地动态范围，以及高达120dB的高动态范围特性。制造XQE传感器可使用标准的CMOS工艺，具有低功耗、低暗电流、无需制冷的优越性能；Si0nyx公司的黑硅CMOS的检测波长范围：365nm～1250nm；夜间的彩色相机可在低照度对颜色进行区别；100百万的高像素和50帧的高速拍照摄像功能；

1-4代微光夜视仪的基本原理，是利用像增强器，把微弱的光线转化成电子，再把这些电子所代表的信号放大成千上万倍，最后再像老式电视机那样，把电子打在荧光屏上形成图像。而像x-27这样的新一代产品，放大以后的电子流，会打在非常特殊的低照度CMOS上，经过高速模拟-数字电路转换成数字信号，随后中央处理器中根据降噪等算法，形成最终的全彩高分辨率画面。

第五代夜视产品用于以下几个方面：实现在黑暗或夜晚下的彩色识别和拍摄；高端监控，可在不用近红外灯照明下夜间实现人和物体检测；半导体晶圆制造过程的缺陷检测；生物显微镜的分析，农产品的检测；太阳电池板的品质检测；激光等近红外波长的强度检测和测量。

代次	年代	技术特点	应用领域
变像管发明	1936~	Ag-O-Cs阴极，玻璃导向管	\
第零代微光	1942~	像管+红外探照灯，主动夜视	陆军枪夜瞄镜
第一代微光	1960~	多碱阴极光纤板级联微光管	海、陆军观瞄镜
第二代微光	1973~	多碱阴极MCP微光管	海、陆、空军
超二代微光	1988~	高灵敏多碱阴极MCP微光管	海、陆、空军
标准三代	1980~	GaAs光阴极MCP微光管	海、陆、空、航天
高性能三代	1990~	GaAs光阴极MCP微光管	海、陆、空、航天
超三代微光	1995~	GaAs光阴极MCP微光管	海、陆、空、航天
第四代微光	2000~	GaAs光阴极MCP微光管	海、陆、空、航天
第五代微光	2010~	SiOnyx的黑硅CMOS，彩色图像	海、陆、空、航天