一种测量超二代像增强器阴极近贴聚焦距离的方法与流程

本发明属于微光像增强器技术领域，涉及一种测量超二代像增强器阴极近贴聚焦距离的方法。

背景技术：

微光像增强器(以下简称像增强器)是微光夜视仪的核心，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超二代像增强器，结构如图1所示，主要由阴极玻璃窗1、光电阴极2、微通道板4、荧光屏6和光纤输出窗7所组成。光电阴极2起微弱光成像的作用，微通道板4起电子放大的作用，荧光屏6则起到图像显示的作用。当微弱光图像入射到超二代像增强器上时，入射光首先穿透阴极玻璃窗1，然后到达光电阴极2并激发出光电子。光电子在阴极与微通道板4之间所施加200v电压电场的作用下向微通道板输入端3运动并进入微通道板4进行倍增。经过倍增的光电子从微通道板输出端5输出后，在微通道板4与荧光屏6之间6000v电压电场的作用下向荧光屏6的方向运动并轰击荧光屏6发光，从而实现微弱光图像的增强。超二代像增强器的光电阴极2、微通道板4和荧光屏6均为平面，电子聚焦方式为近贴聚焦，即通过减小光电阴极2与微通道板4、微通道板4与荧光屏6之间的距离来实现。对近贴聚焦方式而言，其间距越小，电子聚焦越好。

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弱光的增强能力，分辨力表示像增强器对图像细节的分辨能力，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，分辨力是最重要的性能参数。

像增强器的分辨力由像增强器阴极近贴聚焦距离即光电阴极2与微通道板输入端3之间的距离、微通道板4的丝径、阳极近贴聚焦距离即微通道板输出端5与荧光屏6之间的距离、荧光屏6的分辨力及像增强器光纤输出窗7的丝径共同决定。一般而言，像增强器所用微通道板4和光纤输出窗7的丝径为6μm，阴极近贴聚焦距离为0.2mm～0.3mm，而阳极近贴聚焦距离为0.6mm～0.7mm，耐冲击能力为500g。在像增强器的制造过程中，阴极近贴聚焦距离采用机加及铟封的工艺控制。由于存在加工误差，阴极近贴聚焦距离往往得不到精确控制，而一旦像增强器的阴极近贴聚焦距离超差，如小于0.2mm，那么将会造成像增强器的耐冲击能力下降，达不到500g冲击加速度的要求。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，其中包括冲击测试，合格以后才能出厂。对像增强器进行轴向冲击测试时，如果某一支像增强器的阴极近贴聚焦距离小于0.2mm，那么该像增强器就有可能在其轴向冲击测试过程中击穿报废，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，需要对所冲击测试的像增强器进行筛选，剔除阴极近贴聚焦距离小于0.2mm的像增强器。

然而目前的现状是像增强器在制作完成后无法测量出阴极近贴聚焦距离，原因是像增强器是一种真空器件，制作完成后，阴极玻璃窗不能再取下。阴极玻璃窗一旦被取下，器件内部的真空度就被破坏，器件也就损坏了。另外，对于制作完工的像增强器，其阴极玻璃窗上有一层光电阴极膜层，该膜层不透明，无法通过光学方法来测量像增强器的阴极近贴聚焦距离。多年来，本领域技术人员一直认为无法使用光学方法测量像增强器的阴极近贴聚焦距离，此领域也存在严重的研究空白。

技术实现要素：

为了解决像增强器阴极近贴聚焦距离的测量问题，本发明提出了一种测量超二代像增强器阴极近贴聚焦距离的方法。利用该方法测量出每一支像增强器的阴极近贴聚焦距离，如果某一支像增强器的阴极近贴聚焦距离小于0.2mm，那么表明该支像增强器在冲击测试过程中存在被击穿的风险。因此该支像增强器不能再进行冲击测试，而可以将该支像增强器作为应用于不需要耐受500g冲击要求的合格产品出厂，这样就避免了经济损失，增加了生产厂家的经济效益。

为解决上述技术问题，本发明采用了下列的设计结构以及设计方案：一种测量超二代像增强器阴极近贴聚焦距离的方法，采用波长位于900nm～1000nm之间的近红外单色光来测量像增强器的阴极近贴聚焦距离。

优选的，采用波长位于950nm～1000nm之间的近红外单色光来测量像增强器的阴极近贴聚焦距离。

进一步地，所述单色光采用的光源为钨丝灯或其他含有900nm～1000nm波长成分的光源，所述近红外单色光通过在光路中加入干涉滤光片而得到。

更进一步地，所述单色光采用的光源为钨丝灯或其他含有950nm～1000nm波长成分的光源，所述近红外单色光通过在光路中加入干涉滤光片而得到。

进一步地，所述方法为首先调节物镜10与阴极玻璃窗1之间的距离，将物镜10聚焦在光电阴极膜层上，测出聚焦位置a；然后将物镜10聚焦在微通道板输入端3，测出聚焦位置b；则像增强器的阴极近贴聚焦距离为位置b与位置a之间的差，即阴极近贴聚焦距离δz＝b-a。

进一步地，所述光电阴极膜是多碱光电阴极薄膜。

进一步地，所述干涉滤光片为980nm干涉滤光片。

进一步地，使用该方法还可以测量超二代像增强器的微通道板4的形变。

进一步地，重复测量微通道板4的x轴方向及y轴方向上不同位置的阴极近贴聚焦距离，即可测量出微通道板4的形变状态。

发明原理：多碱光电阴极薄膜是一种具有可见光强烈吸收特性的薄膜，因此不透明，无法通过光学方法来测量像增强器的阴极近贴聚焦距离。然而尽管多碱光电阴极薄膜对可见光不透明，但对波长大于900nm的红外光却是透明的，因此可以采用900nm～1000nm波长范围内的近红外单色光来穿透多碱光电阴极薄膜。进一步地，多碱光电阴极薄膜对波长范围为950nm～1000nm的近红外单色光更是几乎不吸收，即950nm～1000nm波长的近红外单色光穿透多碱光电阴极薄膜效果最佳。近红外单色光穿透光电阴极膜层到达微通道板4并被微通道板输入端3反射回，利用cmos相机接收反射光，就可以观察到微通道板输入端3，从而利用光学方法测量出像增强器的阴极近贴聚焦距离。

之所以采用900nm～1000nm波长范围内的近红外单色光来测量像增强器的阴极近贴聚焦距离，是因为如果采用1000nm以上波长的红外光，如采用1540nm波长的红外光透过多碱光电阴极薄膜来观察微通道板，将得不到微通道板输入端清晰的图像。因为根据光学成像的原理，波长越长，成像越不清晰。但如果采用波长低于900nm的光线来穿透多碱光电阴极薄膜，由于光线被吸收，反射光很弱，很难观察到清晰的图像。进一步地，采用950nm～1000nm波长范围内光线来穿透多碱光电阴极薄膜成像效果最佳。

本发明与现有技术相比所产生的有益效果是：使用本发明方法可有效精确地测量出像增强器的阴极近贴聚焦距离，从而确定出不能进行冲击测试的像增强器，避免像增强器被击穿的风险，避免造成不必要的经济损失。

附图说明

图1是本发明方法的现有技术中提及像增强器结构示意图。

图2是本发明方法的测量超二代像增强器阴极近贴聚焦距离的方法测量原理图。

其中图中标记为，1-阴极玻璃窗；2-光电阴极；3-微通道板输入端；4-微通道板；5-微通道板输出端；6-荧光屏；7-光纤输出窗；8-光源；9-干涉滤光片；10-物镜；11-半反射镜；12-目镜；13-图像传感器；14-计算机；15-载物台。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

本方法提出的一种测量超二代像增强器阴极近贴聚焦距离的方法，采用波长位于900nm～1000nm之间的近红外单色光来测量像增强器的阴极近贴聚焦距离。

所用的光源可为钨丝灯或其他含有900nm～1000nm波长成分的光源8，单色光通过在光路中加入干涉滤光片9而得到。测量原理如图2所示，单色光经过半反射镜11反射后，再经过物镜10投射到像增强器的阴极玻璃窗1上。此时光电阴极膜层会反射一部分光，另外还有一部分光会透过光电阴极膜层并被微通道板输入端3反射回来。所述光电阴极膜层也就是在阴极玻璃窗1与光电阴极2之间的界面设置的膜层。

之所以近红外光能透过光电阴极2，是因为此处的光电阴极膜层是多碱光电阴极，而多碱光电阴极是一种半导体薄膜，其成分为na2ksb-cs3sb，其长波吸收限约为900nm，因此对900nm以上的近红外光不吸收或吸收很小。被光电阴极2或微通道板4反射回来的光线穿过半反射镜11后会被目镜12投射到图像传感器13上，最终在计算机14上显示出图像。本发明采用的图像传感器13为ccd器件或cmos器件，该ccd器件或cmos器件可以对光电阴极2或微通道板4的反射光成像，是由于其波长响应范围为400nm～1000nm，因此对900nm～1000nm之间的近红外光有响应。

优选的，采用波长位于950nm～1000nm之间的近红外单色光来测量像增强器的阴极近贴聚焦距离可以获得更精确的结果。

使用本方法测量时，首先调节物镜10与像增强器阴极玻璃窗1之间的距离，同时观察计算机14的屏幕，将物镜10聚焦在光电阴极膜层上，当图像最清楚时，记录下聚焦位置a；然后再将物镜10聚焦在微通道板输入端3，记录下聚焦位置b，则像增强器的阴极近贴聚焦距离为位置b与位置a的差，即d＝b-a。

实施例1

使用本发明方法测量像增强器的阴极近贴聚焦距离，如图2所示，使用机架将物镜10、半反射镜11、目镜12、cmos器件从下到上依次固装，ccd或cmos器件连接计算机14，同时设置载物台15放置像增强器，该载物台15可在平面内的x、y方向移动；并设置物镜聚焦微调机构控制器，该物镜聚焦微调机构控制器可在z方向移动。

包括如下步骤：(1)打开钨丝灯工作电源，调节工作电流到额定值，让电流稳定5分钟。光路中所采用的干涉滤光片为980nm干涉滤光片。

(2)打开cmos器件的工作电源，打开计算机14，使cmos相机正常工作。所采用的cmos器件的靶面尺寸为1英寸，分辨力为800h×600v，帧频为25hz。

(3)将有效阴极直径为φ18mm的像增强器放在测量装置的载物台15上，像增强器的光电阴极2的端面朝上正对物镜10。物镜10的放大倍率为10倍。

(4)在测量装置的z方向上调节物镜10与光电阴极面的距离，同时观察计算机屏幕，直至将物镜10聚焦在光电阴极面上。此时，将物镜聚焦微调机构控制器的读数设置为0。

(5)进一步调节物镜10与微通道板输入端3之间的距离，同时观察计算机14的屏幕，直至将物镜10聚焦在微通道板输入端面上，此时物镜聚焦微调机构控制器上的读数即为阴极近贴聚焦距离δz。

实施例2

另一方面，本发明还可以用于测量像增强器微通道板4的形变，包括如下步骤：

(1)打开钨丝灯工作电源，调节工作电流到额定值，让电流稳定5分钟。光路中所采用的干涉滤光片为980nm干涉滤光片。

(2)打开cmos器件的工作电源，打开计算机，使cmos相机正常工作。所采用的cmos器件的靶面尺寸为1英寸，分辨力为800h×600v，帧频为25hz。将有效阴极直径为φ40mm的像增强器放在测量装置的载物台15上，光电阴极面朝上正对物镜10，同时使光电阴极的中心与测量装置的轴心重合。物镜10的放大倍率为10倍。

(3)在测量装置的轴线方向上调节物镜10与光电阴极2的距离，同时观察计算机14屏幕，直至将物镜10聚焦在光电阴极面上。此时将物镜聚焦微调机构控制器上读数设置为0。

(4)在测量装置的轴线方向上进一步调节物镜10与微通道板输入端3之间的距离，同时观察计算机14屏幕，直至将物镜10聚焦在微通道板输入端面上。当物镜聚焦在微通道板输入端面上时，可以看到微通道板的微结构，此时物镜聚焦微调机构控制器上的读数即为阴极近贴聚焦距离δz。

(5)向x轴方向移动载物台15到某一位置x1，重复步骤(4)，即可得到位置x1处的阴极近贴聚焦距离δz1。再在x轴方向上不断的重复移动位置δx，重复步骤(4)，即可得到不同位置x2、x3、x4、x5……处的阴极近贴聚焦距离δz2、δz3、δz4、δz5……。

(6)向y轴方向移动载物台15到某一位置y1，重复步骤(4)，即可得到位置y1处的阴极近贴聚焦距离δz1。再在y轴方向上不断的重复移动位置δy，重复步骤(4)，即可得到不同位置y2、y3、y4、y5……处的近贴聚焦距离δz2、δz3、δz4、δz5……。

(7)测量出x轴方向和y轴方向不同位置(x，y)处的阴极近贴聚焦距离δz(x，y)，即可测量出微通道板的形变状态。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，仍然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。