[发明专利]紧凑式图像增强管及装配有图像增强管的夜视系统

说明书

技术领域

本发明涉及夜视系统的技术领域，更具体地涉及装配到夜视系统上的图像增强管。

背景技术

夜视系统具有许多的应用场合，例如军事、工业甚至家庭的应用场合，以及任何需要在黑暗中能够看到环境的场合。例如，夜视目镜或双目镜可以在夜间活动中进行个人性使用或专业性使用，例如戴在使用者的头上。

夜视系统使用这样一种图像增强器装置，其能够使得黑暗的环境可由观察者感知到。更具体而言，图像增强器装置收集环境所发射的辐射光，特别是少量的可视光和红外辐射，并使其放大，以使得输出的是可由人眼所感知的环境图像。在来自图像增强器装置的输出部分处的光信号可由记录装置所记录，显示在外部监视器上，或可由观察者直接看到。在后者的场合下，图像增强器装置被使用在由人所戴在头部上的夜视目镜或双目镜中，以使得输出光线信号直接传递到人眼。通常的目的是使得夜视系统变得紧凑和重量轻。

在传统上，图像增强器装置包括图像增强管，其具有安装在形成管主体的盒体中的三个主要元件。沿管的中心线在两端进行封闭的管主体限定了内部真空腔。这三个元件是光电阴极、微通道板(microchannel plate，GMC)以及荧光屏。光电阴极从外部环境接收入射的光子，并且根据与所观察环境的图像相对应的图案将其转换成光电子。GMC对光电子进行放大，该光电子随后由荧光屏转换成放大的光信号。

光电阴极具有光敏感的半透明层，其可接收入射的辐射光线，并且当其由带有足够能量的光子所激励时，会由于光电效应而朝向管的内部发出光电子流，同时光电子流的强度取决于辐射强度。然后，所发出的光电子受到静电场的作用，所述静电场引导光电子的方向且使它们朝向GMC加速。

GMC是高增益电子倍增器，其通常为精细板的形式，且包括成网络的管或微通道，其从输入表面(其朝光电阴极导向)穿过该精细板而朝向输出表面(其朝荧光屏导向)。GMC受到这两个面之间的势差的影响，以使得产生了第二静电场。当入射光电子进入微通道且撞击微通道的内壁，二次电子被产生且反过来撞击该壁，同时也产生另外的二次电子。电子在第二静电场的作用下从位于GMC的出口面中的微通道朝向输出部分进行引导并加速。第三静电场设置在GMC和荧光屏之间，以使得朝向荧光屏来加速电子。

荧光屏以如下方式被布置成靠近GMC的输出面，即由GMC所产生的电子撞击所述荧光屏。荧光屏包括荧光层，或包括任何能够在其接收到带有足够能量的电子时由于荧光作用而发射光子的层。这样，入射的电子再现了入射的图像，且荧光屏将该图像转换成光信号。荧光屏连接到输出窗口或连接到一光纤维处，该光纤维将光信号传递给管的外侧(例如夜视目镜的显示装置)。

光电阴极、GMC以及荧光屏被放置在管主体的内侧，其目的是将这三个元件机械地保持在一起，密封着管真空腔，以及向被设置成产生上述不同电场的不同电极供应电压。通常地，管主体包括多个由绝缘材料制成的金属环，其中金属环被钎焊到所述多个环上以向不同的电极供应电压。

因此，图1显示了根据现有技术的图像增强管A01的剖视图。剖切面平行于被称为管轴线的轴A。其中显示了正交系统(R，Z)，其中R为管A01的径向，Z为管A01的轴向(其实际上也等于光子和电子移动的方向)。沿着方向Z，管A01包括输入窗口A11以及光电阴极A10，其中将被增强的图像的光信号通过所述输入窗口A11进入管内，且光电阴极A10被沉积在输入窗口A11的内侧面上。此外，图像增强管A01包括GMC A20以及被沉积在输出窗口A31的内侧面上的荧光屏A30。首先将光电阴极A10与GMC A20相分隔开、并且然后将GMC A20与荧光屏A30相分隔开的距离，是1毫米的十分之一的量级。此外，使得光电阴极A10、GMC A20以及荧光屏A30具有不同的电势，以产生使电子进行定向和加速的电场。

管A01的管主体A40在第一端被输入窗口A11所封闭和密封，且在与第一端相反的第二端被输出窗口A31所封闭和密封。在管主体A40中产生真空，以使得提高电子在管A01中的传播性能。

此外，从图1中可以看到，管主体A40包括多个叠置的、以密封方式彼此固定的环形元件。输入窗口A11以密封的方式被支承在位于管主体A40一端处的第一传导支承环A41上。这样，支承环A41可以是金属的，或者可以是其上面镀有金属膜的绝缘材料。金属膜沉积在输入窗口A11的内侧表面上或在输入窗口A11和光电阴极A10之间的交界面处，以使得光电阴极从管本体A40的外侧具有第一固定电势。