望远镜夜视是什么功能(夜视仪——看清黑夜)

Posted 2023-05-29

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望远镜夜视是什么功能(夜视仪——看清黑夜)

夜视镜，也就是夜视仪，用于在极低的光线条件下加强人的视力，夜视镜有几种类型，红外线成像系统也被称为 "主动式 "夜视仪，它将红外光聚焦在一个场景上，红外线超出了人类可见的光谱范围，所以光束本身是无法检测到的

夜视仪

图像转换技术将红外照明的场景转换为可见光图像，热成像系统以类似的方式工作，将物体、人或动物发出的热量模式转换为视觉图像

为战时使用而完善的夜视设备，如今也有商业化的夜视系统，被称为 "被动式 "夜视系统，这些系统将在最小的光照（如星光）下接收到的图像放大为可见图像

通过被动式夜视仪的视野可能比肉眼所能看到的亮度高出2万到5万倍

用夜视仪看到的野生动物

夜视仪是为军事用途开发的，在黑暗中看清事物是一种明显的战术优势，美国在越南战争中使用了夜视仪，并在海湾战争中取得了巨大的成效

越南战争亮相的夜视仪

夜视装置的研究始于20世纪40年代，美国军方在20世纪40年代末就制定了夜视技术研发计划，到50年代已经拿出了可行的红外观察系统

这是一种主动技术，也就是说，它使用的是一束定向的红外光，虽然光束本身是肉眼看不见的，但装备了同等技术的对手可以轻易地接收到光束，20世纪50年代和60年代使用的红外观察仪被称为 "0代 "技术

"0代 "技术

位于弗吉尼亚州罗阿诺克的ITT公司（现为麻省理工学院工业公司）于1958年开始为美国军方生产夜视仪

ITT公司生产的夜视仪

1965年美国国防部成立了自己的夜视实验室，致力于改进现有技术，20世纪60年代，科学家们研制出了第一套可行的被动夜视系统

这些设备被称为 "星光 "系统，因为它们能够接收和放大只有在星光下才能看到的图像，它们也被称为 "第一代 "设备，实际上，它们在月光下效果最好

装有AN / PVS-2星光瞄准镜的M16A1步枪，图源：wikipedia

第一代夜视设备在越南战争期间首次用于作战

1944年美国二战时代M1夜视仪

战后不久发展起来的先进技术使得夜视仪体积更小，分辨率更高，这些更可靠的仪器被称为“第二代”

之后，美国军方在20世纪70年代和80年代不断发展和完善夜视技术，为武器瞄准器安装夜视瞄准装置，并训练飞行员佩戴夜视镜，被动式第2代设备在光线极弱的情况下能够产生良好的可见图像

“第三代”技术是在20世纪80年代末发展起来的，这些新型夜视设备使用砷化镓（GaAs）作为像增强器管内的光电阴极材料，这样即使在极低的光线条件下也能产生更好的分辨率

砷化镓材料

美军在海湾战争中开始广泛使用了夜视仪，这种技术不仅能让部队在黑暗中看清东西，还能透过灰尘和烟雾

而到了20世纪90年代末，美国国防部减少了对夜视仪研发的资助，但是一些民间制造商开始为这种装备寻找消费市场

夜视仪如何成为黑夜中的眼睛

图像增强管是夜视设备的主要工作部件，由数百万根毛发般细的光学玻璃纤维组成，其所使用的玻璃是一种特殊的配方，在加热和拉伸时保持其所需的特性

夜视仪的核心部件——图像增强管

目镜和输出窗口采用均光学玻璃（输出窗口是一个目镜，就像传统的双筒望远镜的目镜一样），此外，像增强器管中使用的其他材料是磷光体和砷化镓，管体由金属和陶瓷组成，使用的金属可以是铝、铬和铟（In）

被动式夜视仪的工作原理是将光线通过透镜、图像增强管和另一个透镜，光线通过一个称为物镜的透镜进入，它类似于精细的相机镜头，透镜将光线聚焦到图像增强管中

图像增强管是夜视仪中最复杂的部件，它是按照精确的规格手工制作的，管子是一个真空管，里面有一个光阴极、一个电源、一个微通道板和一个荧光屏（当电子激发时，荧光屏会发光）

阴极吸收光（光子）并将光子转换成电子，电子通过一种叫做微通道板的薄晶圆仪器，在通过电子管时会成倍增加

标准微通道板的直径为1英寸（25毫米），厚度约为四分之一的0.04英寸（1毫米），这块平板上装有数百万个微小的玻璃管或通道，最新的夜视微通道板包含超过1000万个通道

当电子在电子管中反弹时，这些通道释放出更多的电子，为了产生清晰的图像，通道的直径和间距必须均匀，然后电子击中荧光屏，荧光屏将电子图像重新转换为光图像，并将其聚焦在输出窗口上

整个图像增强管的尺寸可能会有所不同，但成品管可以小到足以装入枪支瞄准器或一副军用护目镜中，例如，ITT公司目前的产品是一款第3代单筒夜视仪，长11厘米，宽5厘米，高5.5厘米，包括两个镜头，整个仪器重约0.4公斤

从制造看夜视仪的技术壁垒

21世纪初以来，夜视仪大大提升了军队特种作战的效率，我们国家也在欧美现代的实战中看到了夜视科技的优势，开始加大相关的研发力度，但是目前来说，美国和法国的技术还有有绝对的领先优势

夜视仪的制造过程很复杂，光制造核心部件 —— 图像增强管就需要400多个不同的步骤，我们也可从夜视仪的制造上来看看，夜视仪的技术壁垒在哪里

夜视仪制造的第一个主要步骤是制作光电阴极，制造商会从分包商处购买用于制造光电阴极板的预制圆玻璃，然后操作工人们将一片砷化镓放在玻璃上加热，将砷化镓熔化到玻璃上

photo-cathode，光电阴极

之后将该零件放入压力机中，使砷化镓基板牢固结合，开始进行研磨和抛光

同时，玻璃微通道板是使用一种称为两次拉伸工艺的系统形成的，这首先是一个特殊配方玻璃的铸锭或挤压锭

铸锭被磨成直径几厘米的棒材并装在另一种玻璃的空心管里，这叫做覆层，覆层玻璃稍后会被蚀刻掉，但它使纤维在拉伸过程中更加均匀

现在玻璃是第一次拉丝，铸锭被垂直悬挂在有几英尺高的炉子的顶部，同时，炉子有非常精细的温度控制，因此沿其长度的不同点可以保持在不同的温度

钢锭在炉顶加热至约500°C，此时在铸锭的底部形成一个玻璃球，就像水龙头里流出的水滴，当小球下落时，它会拉下直径约为0.04英寸（1毫米）的单股玻璃，这股玻璃在拉伸的过程中会冷却

沿着炉子往下，玻璃纤维会被牵引机抓在两边，牵引机沿着纤维滚动，使其形成精确的所需直径，切割器将纤维夹成均匀的长度（约15厘米长），然后将其送入捆绑机，几千根纤维被捆在一起，形成一个六边形，然后对这个六边形束进行第二次拉丝

第二种拉丝看起来和第一种拉丝很像，六边形的纤维束悬挂在区域炉的顶部，并进行加热，纤维被拉成直径约0.04英寸（1毫米）的六边形

由于特殊玻璃保持了它的横截面特性，第二次拉拔的纤维在几何上与较大的纤维束相似，玻璃管的蜂窝结构仍然完好无损，整个结构只是缩小了尺寸(单个玻璃管之间的间距现在已缩小到百分之一毫米)，第二次拉伸产生的纤维也被切割并捆绑，类似于第一次拉伸

产生的纤维束在真空下加热和压制，使纤维融合在一起，为了制作微通道板，将纤维束以略微倾斜的角度切成薄片，这些切片经过研磨和抛光

然后，用酸蚀法去除较软的覆层玻璃，去除覆层玻璃后，整个板子就会开出通道，然后，每块板子都会被镀上镍铬

接下来，在两个表面设置一层氧化铝膜，使每个通道可以携带电荷，这种成品微通道板的直径可以根据其指定用途而变化，但厚度保持在0.04英寸（1毫米）左右，成品微通道板的标准尺寸是直径0.9英寸（25毫米），但它们的直径可以大到4.9英寸（12.5厘米）

接下来，组装荧光屏和管体，屏幕本身是可以由分包商提供的小光纤盘，图像增强器制造商必须将屏幕粘合到将其固定在试管中的金属部件上，然后涂上荧光粉

屏幕被放入法兰中，并用一圈称为玻璃釉的可熔材料与之粘合，Frit是一种特殊的玻璃化合物，在高温下可与金属和玻璃焊接

其他金属部件被安装在屏幕上，形成一个小的圆形部件，该部件被送上轨道，通过熔炉，熔化玻璃钢

将所有部件粘合在一起，在零件冷却、清洗和抛光后，荧光粉被喷洒或刷在零件上，荧光粉在水中的溶液被倒入，荧光粉在滤网上沉淀，然后将水排出

工人们通过将一系列金属和陶瓷小环装配在一起来组装管体，每个环都有精确的功能，支持将加载到管内的不同部件，此时还会添加绝缘体和导体

管体的某些部分是由一种叫做铟的软金属制成的，组装好的管子穿过熔炉，铟部件熔化并熔化，将管子固定在一起

金属铟

当所有的主要部件制造完成后，它们被手工装入管体，这是一项极其精细的工作，在特殊的无尘室环境中完成，这些零件机械地锁定在适当的位置，首先，微通道板被锁定在体内，然后，工人们将电极点焊到带电压的部件上

部分组装好的装置被带到一个叫做排气站的设备旁边，在排气站中，空气被从管子中排出，留下一个真空

在真空下，阴极被插入到位并被激活，完成后，管体、阴极和屏幕被压在一起，在高压下，各部件之间的铟界面熔合，将所有元件永久连接在一起

接下来，图像增强管要经过几个测试阶段，以确保它被激活并在预期的参数内工作。当管子显示正常工作时，工人将其连接到电源上

然后，将管子装入一个称为 "引导器 "的部件，它类似于一个简单的塑料杯，这个引导器形成一个外壳，将管子封装起来以保护它，在真空状态下关闭并密封 "引导器"

现在，图像增强管就完成了，它还要经过几轮测试，根据不同的用途，测试的内容可能会有所不同，经过彻底测试的组件将进入最后的组装过

最后

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