CN111610002A - 一种测量像增强器阴极近贴距离的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量像增强器阴极近贴距离的方法，属于微光像增强器技术领域。本发明的测量方法包括的步骤有：S1测量准备，设置测试装置，开启钨丝灯、像增强器、CMOS相机以及计算机，在测量的光轴方向，不断对物镜和目镜的聚焦距离进行调整，使针孔的图像清晰的在计算机的屏幕上显示，且亮斑的亮度远远高于亮环的亮度，并最终在计算机的屏幕上能分辨出亮环的图像；S2测量亮环的直径Φ与亮斑的直径

S3计算出像增强器的阴极近贴距离d。本发明有效解决了光纤面板输入窗像增强器阴极近贴距离的测量问题。

Description

一种测量像增强器阴极近贴距离的方法

技术领域

本发明属于微光像增强器技术领域，特别涉及一种测量近贴聚焦像增强器阴极近贴距离的方法。

背景技术

像增强器是微光夜视仪的核心部件，其性能的高低决定了微光夜视仪的好坏。

目前国内主要生产的像增强器为近贴聚焦的像增强器。该像增强器主要包括输入窗、光电阴极、微通道板、荧光屏以及输出窗。

近贴聚焦像增强器的光电阴极、微通道板和荧光屏均为平面，并且光电阴极、微通道板以及荧光屏相互之间的距离较近，因此被称为近贴聚焦。输入窗起支撑光电阴极并传输输入光的作用。输入窗可为玻璃，也可为光纤面板。光电阴极起将输入光转换为光电子的作用，微通道板起倍增电子的作用，荧光屏则起到将电子转换为光的作用，输出窗起支撑荧光屏并传输光的作用。输出窗一般为光纤面板。当入射光入射到像增强器的输入窗上时，入射光首先穿透输入窗，然后到达光电阴极并激发出光电子。光电子在阴极与微通道板之间所施加电场(200V电压)的作用下向微通道板的输入端运动并进入微通道板进行倍增。经过倍增的光电子从微通道板的输出端输出后，在微通道板与荧光屏之间电场(6000V电压)的作用下向荧光屏方向运动并轰击荧光屏发光，输出增强了的输出光，从而实现了入射光的增强。

微光像增强器的主要性能参数包括增益、分辨力和信噪比。增益表示像增强器对光的增强能力，分辨力表示像增强器对空间细节的分辨能力，信噪比则表示像增强器对噪声的抑制能力。在像增强器的主要性能参数中，分辨力是最重要的参数。

像增强器的分辨力由像增强器的阴极窗，阴极近贴距离d(光电阴极与微通道板输入端之间的距离)，微通道板的丝径，阳极近贴距离(MCP输出端与荧光屏之间的距离)，荧光屏以及输出窗的丝径所决定。在像增强器输入窗、微通道板、荧光屏、输出窗以及阳极近贴距离一定的条件下，像增强器的分辨力就主要决定于阴极近贴距离d。阴极近贴距离d越小，像增强器的分辨力越高，但如果阴极近贴距离太小，那么像增强器的耐冲击性能将会降低。所以综合考虑，像增强器阴极近贴距离的设计为0.2mm。

在像增强器的制造过程中，阴极近贴距离采用机加及铟封的工艺控制。由于机加以及铟封存在误差，因此阴极近贴距离往往得不到精确控制，而一旦像增强器的阴极近贴距离超差，如小于0.2mm，那么将会造成像增强器的轴向耐冲击能力下降，达不到特定冲击耐受强度的要求。对于像增强器生产厂家而言，在像增强器出厂之前，需对像增强器的性能进行测试，其中包括轴向冲击测试，合格以后才能出厂。对像增强器进行轴向冲击试验时，如果某一支像增强器的阴极近贴距离小于0.2mm，那么该像增强器就有可能在其轴向冲击试验过程中击穿报废，由此造成不必要的经济损失。为了消除像增强器在冲击测试过程中存在的击穿风险，需要对冲击测试的像增强器进行筛选，剔除阴极近贴距离超差小于0.2mm的像增强器。

在专利(201811271331.3)中，提出了一种测量超二代像增强器阴极近贴距离的测量方法，这种方法虽然解决了玻璃输入窗超二代像增强器阴极近贴距离的测量问题，但不能解决光纤面板输入窗像增强器阴极近贴距离的测量问题。这是因为显微镜不能通过光纤面板对其下面的目标聚焦成像。

发明内容

为了解决上述光纤面板输入窗近贴聚焦像增强器阴极近贴距离的测量问题，本发明提出了一种测量方法。

实现本发明的测量方法的测量装置包括钨丝灯11、光栏12、积分球13、针孔14、物镜 15、目镜16、CMOS相机17、计算机18。沿测量的光轴方向，依次设置钨丝灯(11)、光栏(12)、积分球(13)、针孔(14)、物镜(15)、像增强器(10)、目镜(16)、CMOS相机(17) 和计算机(18)。钨丝灯11发出的光线通过光栏12进入积分球13，再通过针孔14出射。针孔14的像被物镜15成像在像增强器10的光电阴极2上。针孔的像经过像增强器10倍增，从像增强器的输出窗5输出，经目镜16成像在CMOS相机17上，并在计算机18上显示出。当向像增强器的输入窗投射一束光斑6时，光电阴极2将此光斑转换为入射电子束7。该电子束7在电场的作用下，向微通道板输入端3-1方向运动。

由于微通道板输入端既有通道孔3-3，又有通道壁3-4，因此入射电子束7可分为两部分，其中第一部分电子束7-1对准微通道板输入端面上的通道孔3-3，而第二部分电子束7-2 却对准微通道板输入端面上的通道壁3-4。第一部分电子束7-1进入微通道板的通道并且实现二次电子倍增。第二部分电子束7-2与微通道板输入端3-1的通道壁3-4发生碰撞，这些碰撞反弹的电子7-3在离开微通道板3输入端3-1以后，在阴极电场的作用下还会返回微通道板3的输入端3-1，并且其中的一部分还可能进入微通道板的通道3-3并进行二次电子倍增。

如果光电阴极上的输入光斑6为一圆斑，那么来源于光电阴极2的电子束7也为一圆斑，这一电子束7在经过微通道板3倍增并从其输出端3-2输出后，其在荧光屏上的图像也为一圆斑9-1，其直径与光电阴极2上的圆斑直径相同。然而由于电子束7中的第二部分电子7-2 在微通道板输入端与通道壁3-4碰撞，产生反弹电子束7-3。

因此实际上入射光斑6在荧光屏4上的图像还包括电子束7-3所形成的亮环9-2。亮环 9-2环绕在亮斑图像9-1周围。亮环9-2的亮度与光斑9-1的亮度相比较，低得很多。然而尽管亮环9-2的亮度很低，但理论分析以及实验验证均证明亮斑9-1周围确实存在一个亮环9-2。根据电子发生弹性散射的理论，可以计算出亮环9-2的直径Φ与亮斑直径

以及阴极近贴距离d之间的关系，见下式。

根据式(1)可知，如果能测量出入射光斑图像亮斑9-1的直径

以及亮环9-2的直径Φ，就可以根据式(1)测量出像增强器的阴极近贴距离d，见下式。

本发明提出来一种有效解决了光纤面板输入窗像增强器阴极近贴距离的测量问题，其有益技术效果是显著的。本发明的方法简单易行，适宜推广应用。

附图说明

图1为背景技术中所述的像增强器结构示意图。

图2为光斑成像示意图。

图3为亮环产生原理示意图。

图4为本发明的测量方法所使用的装置的布置和构成示意图。

图5为亮斑及亮环图像示意图。

其中：

1、输入窗；2、光电阴极；3、微通道板；4、荧光屏；5、输出窗；6、入射光；7、入射电子；7-1、对准微通道板通道孔的电子束；7-2、对准微通道板通道壁的电子束；7-3、微通道板输入端反弹的电子束；8、倍增电子；8-1、电子束7-1的倍增电子；8-2、电子束 7-3的倍增电子；9、输出光；9-1、亮斑；9-2、亮环；10、像增强器；10-1、输入窗表面； 10-2、输出窗表面；11、钨丝灯；12、光栏；13、积分球；14、针孔；15、物镜；16、目镜； 17、CMOS相机；18、计算机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的测量方法及为实现该方法所使用的测量装置进行详细说明。

如图2所示，当向像增强器的输入窗投射一束光斑6时，光电阴极2将此光斑转换为入射电子束7。该电子束7在电场的作用下，向微通道板输入端3-1方向运动。由于微通道板输入端既有通道孔3-3，又有通道壁3-4，见图3。因此入射电子束7可分为两部分，其中第一部分电子束7-1对准微通道板输入端面上的通道孔3-3，而第二部分电子束7-2却对准微通道板输入端面上的通道壁3-4，见图3。第一部分电子束7-1进入微通道板的通道并且实现二次电子倍增。第二部分电子束7-2与微通道板输入端3-1的通道壁3-4发生碰撞，这些碰撞反弹的电子7-3在离开微通道板3输入端3-1以后，在阴极电场的作用下还会返回微通道板3的输入端3-1，并且其中的一部分还可能进入微通道板的通道3-3并进行二次电子倍增。如果光电阴极上的输入光斑6为一圆斑，见图2，那么来源于光电阴极2的电子束7 也为一圆斑，这一电子束7在经过微通道板3倍增并从其输出端3-2输出后，其在荧光屏上的图像也为一圆斑9-1，其直径与光电阴极2上的圆斑直径相同。然而由于电子束7中的第二部分电子7-2在微通道板输入端与通道壁3-4碰撞，产生反弹电子束7-3，见图3。因此实际上入射光6在荧光屏4上的图像还包括电子束7-3所形成的亮环9-2。亮环9-2环绕在亮斑图像9-1周围。亮环9-2的亮度与光斑9-1的亮度相比较，低得很多。然而尽管亮环 9-2的亮度很低，但理论分析以及实验验证均证明亮斑9-1周围确实存在一个亮环9-2。根据电子发生弹性散射的理论，可以计算出亮环9-2的直径Φ与亮斑直径

以及阴极近贴距离 d之间的关系，见下式。

根据式(1)可知，如果能测量出入射光斑图像亮斑9-1的直径

以及亮环9-2的直径Φ，就可以根据式(1)测量出像增强器的阴极近贴距离d，见下式。

测量装置如图4所示，包括钨丝灯11、光栏12、积分球13、针孔14、物镜15、目镜 16、CMOS相机17、计算机18。钨丝灯11发出的光线通过光栏12进入积分球13，再通过针孔14出射。针孔14的像被物镜15成像在像增强器10的光电阴极2上。针孔的像经过像增强器10倍增，从像增强器的输出窗5输出，经目镜16成像在CMOS相机17上，并在计算机 18上显示出。

以光纤面板输入窗的像增强器为例来说明阴极近贴距离的测量方法。在阴极近贴距离测量装置中，首先开启钨丝灯11、像增强器10、CMOS相机17以及计算机18，使它们正常工作。针孔14的直径为0.2mm，物镜15以及目镜16的几何放大倍率为1。在测量装置的光轴方向，不断对物镜15和目镜16的聚焦距离进行调整，使针孔14的图像清晰的在计算机18 的屏幕上显示。一般而言，亮斑9-1的亮度远远高于亮环9-2的亮度。因为亮环9-2的亮度与亮斑9-1的亮度成正比，因此要提高亮环9-2的亮度，就需要提高针孔14的亮度。要达到测量亮环9-2所需要的照度，可以通过提高钨丝灯11的功率以及改变光栏12的孔径来进行调整。最终的目的是在计算机18的屏幕上能分辨出亮环9-2的图像，见图5。通常情况下，投射到像增强器10阴极输入窗表面10-1上的照度应为50Lx至150Lx。在调节亮斑的亮度，在计算机屏幕上能分辨出亮环9-2的图像后，利用计算机18测量出屏幕上亮斑9-1 的直径

的读数C1，根据下式计算出计算机测量标尺的校正系数k。

再利用计算机18测量出屏幕上亮斑9-2的直径Φ的读数C2，根据下式计算出像增强器的阴极近贴距离d。

Claims (6)

1.一种测量像增强器阴极近贴距离的方法，其特征在于包括以下步骤：

S1测量准备

S1.1沿测量的光轴方向，依次设置钨丝灯(11)、光栏(12)、积分球(13)、针孔(14)、物镜(15)、像增强器(10)、目镜(16)、CMOS相机(17)和计算机(18)，使得：

(1)钨丝灯(11)发出的光线通过光栏(12)进入积分球(13)，再通过针孔(14)出射，针孔(14)的像被物镜(15)成像在像增强器(10)的光电阴极(2)上钨丝灯(11)发出的光线通过光栏(12)进入积分球(13)，再通过针孔(14)出射；针孔(14)的像被物镜(15)成像在像增强器(10)的光电阴极2上；

(2)所述针孔(14)的像经过像增强器(10)倍增，从像增强器的输出窗5输出，经目镜(16)成像在CMOS相机(17)上，并在计算机(18)上显示出；

S1.2开启钨丝灯(11)、像增强器(10)、CMOS相机(17)以及计算机(18)，使它们正常工作；

S1.3在测量的光轴方向，不断对物镜(15)和目镜(16)的聚焦距离进行调整，使针孔(14)的图像清晰的在计算机(18)的屏幕上显示，且亮斑(9-1)的亮度远远高于亮环(9-2)的亮度，并最终在计算机(18)的屏幕上能分辨出亮环(9-2)的图像；

S2测量亮环(9-2)的直径Φ与亮斑(9-1)的直径

S3计算出像增强器的阴极近贴距离d

2.一种测量像增强器阴极近贴距离的方法，其特征在于包括以下步骤：

S1测量准备

S1.1沿测量的光轴方向，依次设置钨丝灯(11)、光栏(12)、积分球(13)、针孔(14)、物镜(15)、像增强器(10)、目镜(16)、CMOS相机(17)和计算机(18)，使得：

(1)钨丝灯(11)发出的光线通过光栏(12)进入积分球(13)，再通过针孔(14)出射，针孔(14)的像被物镜(15)成像在像增强器(10)的光电阴极2上钨丝灯(11)发出的光线通过光栏(12)进入积分球(13)，再通过针孔(14)出射；针孔(14)的像被物镜(15)成像在像增强器(10)的光电阴极2上；

(2)所述针孔(14)的像经过像增强器(10)倍增，从像增强器的输出窗5输出，经目镜(16)成像在CMOS相机(17)上，并在计算机(18)上显示出；

S1.2开启钨丝灯(11)、像增强器(10)、CMOS相机(17)以及计算机(18)，使它们正常工作；

S1.3在测量的光轴方向，不断对物镜(15)和目镜(16)的聚焦距离进行调整，使针孔(14)的图像清晰的在计算机(18)的屏幕上显示，且亮斑(9-1)的亮度远远高于亮环(9-2)的亮度，并最终在计算机(18)的屏幕上能分辨出亮环(9-2)的图像；

S2测量计算校正系数k

在计算机屏幕上能分辨出亮环9-2的图像后，利用计算机(18)测量出屏幕上亮斑(9-1)的直径

的读数C1，根据下式计算出计算机测量标尺的校正系数k：

S3测量计算阴极近贴距离d

再利用计算机(18)测量出屏幕上亮斑(9-2)的直径Φ的读数C2，根据下式计算出像增强器的阴极近贴距离d：

3.根据权利要求1或2所述的测量像增强器阴极近贴距离的方法，其特征在于：

所述针孔(14)的直径为0.2mm，物镜(15)以及目镜(16)的几何放大倍率为1。

4.根据权利要求1或2所述的测量像增强器阴极近贴距离的方法，其特征在于：

提高所述亮环(9-2)的亮度通过提高针孔(14)的亮度实现。

5.根据权利要求1或2所述的测量像增强器阴极近贴距离的方法，其特征在于：

要达到测量所述亮环(9-2)所需要的照度，通过提高所述钨丝灯(11)的功率以及改变所述光栏(12)的孔径来进行调整。

6.根据权利要求1或2所述的测量像增强器阴极近贴距离的方法，其特征在于：

投射到所述像增强器(10)阴极输入窗表面(10-1)上的照度为50Lx至150Lx。

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