日盲紫外新产品及数字化微光解决方案发布

引领科技创造未来

中国兵器夜视科技

2013.9 深圳光博会

日盲紫外新产品及数字化微光解决方案发布




公司简介

北方夜视技术股份有限公司 (NVT) 隶属于北方夜视科技集团，专门从事夜视系统的研制、生产、微光像增强器、微通道板、专用高压电源的生产设计以及市场开发和技术服务。公司致力于更清晰、更远的发现目标。产品范围囊括一代、二代、超二代和高性能像增强器，产品规格有 16mm系列、 18mm系列、 25mm系列、20/30mm系列、 50/40mm系列，产品形式包含近贴式、倒像式、级联式、混联式像增强器，以及通过光锥与 CCD/CMOS耦合制成的增强型 ICCD/ICMOS、 ICM等数字化微光器件。并可为顾客设计、定制特种像增强器。北方夜视生产的微光像增强器按照并达到国际通用标准和美国军用标准的要求。




北方夜视主流产品

多碱光阴极高性能微光像增强器北方夜视主要生产和供应高性能微光像增强器： NT-3、 CNT-4、 DNT-6。高性能像增强器与超二代像增强器相比在信噪比（ SNR）、传函（ MTF）、

分辨力 (Resolution)等方面有较大的提高，这使得高性能像增强器在很宽的波长范围内具有更高的光谱响应，同时对各种观察场景都可以获得更好的对比度 , 无论是在丛林、沙漠、海岸、水面、雪地等哪一种背景下都有极好的观察效果。 DNT-6像增强器装有自动快门特性的电源，并可自动调节增益，能够全天候日夜工作，在黑夜和白天均能获得质量优异的图像。




微弱景物图像

AVG输入窗

S25+ 多碱光电阴极

6m孔径MCP

P22荧光屏

光学纤维倒像器

高压电源

增强景物图像

光学纤维倒像器MCP阴极输

入窗

多碱阴极

高压电源

荧光屏

高性能像增强器原理示意图




紫外波段波长范围在 200 ～400nm 之间分为三个部分：UVA 320 ～ 400nmUVB 290 ～ 320nm UVC 200 ～ 290nm

地球表面附近最大的紫外光源是太阳。由于大气臭氧层对紫外线的强烈吸收和部分散射作用，使得到达地面附近的紫外线中 200 ～ 280nm 的紫外成份非常微弱，这就为紫外光电探测提供了一个良好的“大气紫外窗口”即所谓的“日盲紫外” Solar Blind 。

在高度小于 12km 的中低空，太阳光的光谱分布随高度的变化极小，光谱响应在 290 ～ 320nm 附近随波长的减小急剧降低，在 290nm截止。

日盲紫外探测技术特点




在日盲区进行紫外探测可以避开太阳这一强力干扰源；

在均匀暗背景下，可以形成良好的景物对比度。

日盲紫外技术可广泛应用于：

军事：导弹紫外告警、紫外通讯

工业：电力监测

公安刑侦：指纹鉴别

医学：检测癌细胞、微生物、血色素、白血球、红血球、细胞核等

科学研究：荧光分析、弹道分析、高速流体分析、电源现象分析、

天文研究、同步辐射、粒子探测以及闪光照相等领域

日盲紫外探测器主要应用




利用紫外被动成像方式，通过探测中低空 200 ～280nm 紫外波段范围内导弹羽烟的辐射，来判断导弹的来袭，从而实现导弹紫外告警。具有隐蔽性好、虚警率低的特点，最佳的满足了隐形作战的要求，更好地打击对方。目前，紫外告警设备已发展成为装备量最大的导弹逼近告警系统之一。

日盲紫外探测器主要应用——紫外告警




利用日盲紫外波段实现紫外通讯联络，具有低窃听率、高抗干扰性、全天候工作等优点，特别是由于紫外光在空气中传播时会很快衰减，超过 20 公里之外就基本衰减为零，保密性好突出。

广泛应用于现代战争中空间飞行器与卫星间的秘密通讯、海军战舰之间、以及战舰与舰载机的联络等海陆空作战中。

日盲紫外探测器主要应用——紫外通讯




日盲紫外探测技术，可用于大面积监视输电线的隐患（如绝缘子的碎裂，可能会造成停电）、探测作为高压输电线和高压设备漏电征兆的电晕放电现象。

日盲紫外探测器主要应用——电力监测




紫外探测技术可在非渗透性的光滑表面如陶瓷、打腊的地板、油漆家具表面、相片等物体表面观察到反差加强的犯罪分子遗留下的无色汗液指纹。还可用来辨别纸币、证件、票据的真假。

日盲紫外探测器主要应用——公安刑侦




典型紫外探测器

器件类别器件名称应用领域

真空器件光电倍增管紫外通讯、探测告警日盲紫外像增强器电晕检测、公安刑侦

固体器件光电二极管

紫外制导光敏电阻紫外 CCD

混合型器件

ICCD 成像告警

EBCCD

典型紫外探测器件




日盲紫外像增强器简介

日盲紫外像增强器是以透紫外石英玻璃为输入窗的双近贴聚焦式像增强器，输出窗可为纤维光学倒像器或纤维光学面板。北方夜视采用现有像增强器工艺技术，已研制成功锑铯光阴极日盲紫外像增强器，并具备小批生产能力。

该产品采用先进的技术，不受可见光谱的干扰，能将微弱的、不伤害人体的紫外辐射图像转化为目视可见的图像。可用于各种紫外成像系统中，在紫外告警、紫外通信、紫外指纹识别、紫外电晕仪等军事、刑侦、医学、工业和科研领域有着广泛和出色的应用。另外可外接CCD输出电信号，用于数字化记录和处理。




日盲紫外像增强器主要性能




日盲紫外相机系统及成像效果




光谱响应波段：200nm ～320nm

增益≥ 2×107W/W

分辨力〉350 电视线

日盲紫外相机系统




日盲型紫外成像仪

专业检测电晕和电弧的紫外成像设备，可以全天候使用

日盲型紫外电晕检测仪

日盲紫外系统整机




光电倍增管是能够将极微弱光信号转化为电信号并实现电子倍增的真空器件。主要分类：打拿型光电倍增管、微通道板型光电倍增管（ MCP-PMT）。

北方夜视从 2012年初开始研制微通道板型光电倍增管，与传统打拿型光电倍增管相比，具有体积小、增益高、响应快、可在高磁场环境中工作等优点。现已成功开发出可以探测到多光子谱的样管，并初步实现了单光子探测。

光电倍增管

随着日盲紫外像增强器、微通道板型光电倍增管的研制成功和技术不断完善，未来公司将继续致力于开发日盲紫外光电倍增管。




数字化微光夜视技术是微光夜视技术领域的最新进展，是能将微弱的二维空间光学图像，转换为一维的数字视频信号，并再现为适合人眼观察的技术。该技术涉及图像的光谱转换、增强、处理、记录、储存、读出、显示等物理过程，通过数字技术的手段，改造、提高、丰富了微光夜视技术，使数字技术和微光夜视技术完美融合，是微光夜视技术的发展方向。在航空、航天、科学研究等领域有着越来越广泛的应用。目前国内开发的用于数字化微光成像的图像传感器主要有以下几类：像增强 CCD （ ICCD）、像增强 CMOS （ ICMOS）和新型微光成像模块 ICM 等。

数字化微光解决方案





ICCD 由像增强器与 CCD 像传感器耦合而成，包括像增强器、 CCD和中继耦合元件等几个主要组成部分。具有像增强器和 CCD两项技术的优势：集合畸变小、响应线性度高，电信号输出，信号传输处理便捷。

ICMOS 由像增强器与 CMOS 像传感器耦合而成，包括像增强器、 CMOS 和中继耦合元件等几个主要组成部分。具有像增强器和CMOS两项技术的优势：集合畸变小、功耗低、读出噪声小，数字信号输出，图像后期处理便捷。

ICM 由像增强器与大面阵 CMOS 像传感器直接耦合而成，无需中继耦合元件连接。具有体积小、重量轻、功耗低、全天时工作，数字信号输出，信号传输处理便捷等优点。





数字化微光解决方案—— ICCD

像增强 CCD 是用高性能像增强器 (Image Intensifier II) 作为前置增强级的 CCD 像传感器 (ICCD) 。是工艺最成熟、增益最高，读出噪声最小，选通速度最高，使用最广泛的微光器件。

ICCD 技术





CCD 像传感器是按一定规律排列的金属 -氧化物 - 半导体 (MOS)列阵。其物理过程包括：光电转换：入射光子在像素中转换为信号光电子 (电荷 )；电荷收集：电荷收集储存在势阱中，形成电荷包；电荷耦合：电荷包从一个像素传输到下一个像素中；电荷输出：电荷信号转换为电压信号。按排列方式分类：一维线阵和二维面阵。按传输方式分类：全帧传输 (FFT) 、帧传输 (FT) 、行间传输 (LT) 。按光输入面分类：前照 CCD 、背照 CCD 。

MOS 电容器

行间传输帧传输全帧传输





像增强器与 CCD耦合的方式有两种：

光纤耦合和中继透镜耦合。

纤维光锥耦合增强 CCD 中继透镜耦合增强 CCD





中继透镜：功能是将荧光屏上的像高质量的（零畸变、高分辨力、最小的光损失）传送到 CCD 像传感器的光敏面上。

光学系统：微距镜头 (Macro Lens)或特种制版镜头 (Copy Lens) ，两组对称配置的大相对孔径镜头。用于带微透镜列阵像传感器的远心中继系统。





耦合效率 E： T ：中继透镜的透光率 M ：放大率 f ：相对孔径

对于 M =1 、 f =1 、 T =1 的中继透镜 E =12% 。美国斯坦福计算机光学公司已推出 6 片 f / 0.8 零畸变、分辨力 =180lp/mm 、耦合效率达 23% 的中继透镜。

)1(4 22 Mf

TE

透镜耦合的缺点：（ 1 ）耦合效率较低；（ 2 ）体积较大；（ 3 ）斜光束损失较大，像面渐晕较大。





纤维光锥是一种具有放大（缩小）功能的硬光纤元件，它能将像增强器荧光屏上的输出图像零光程地传送到 CCD 的光敏面。正确的选择光锥的放大率使光锥的大端有效直径与荧光屏的有效直径相同，小端形状和大小与 CCD 光敏面相同。最主要的光学参数为光纤直径 d(光锥大端 )、数值孔径、放大率 M (小端直径 /大端直径 )和漫射透光率。分辨力 =1/(1.732×d) ，数值孔径：表示光纤元件最大受光角。对于光锥来说，

漫射透过率

式中： EMA ：光纤面板内插入的杂光吸收材料 ﹟ 分辨力测试卡为 USA1951 ，⊕ 测试样品厚 3 mm * 测试样品厚 15 mm ♂ 测试样品厚 25 mm

序号

光纤直径

数值孔径

分辨力 EMA

透光率放大率

准直漫射

1

6 1.0 102﹟ 有

73⊕ 63⊕ 1

2 60* 30 *1/1.3

8

3 55♂ 15♂ 1/2

单位 µm --Lp/mm

-- % % --

小小大小大）（ NMNDDN /

22coresinA cladnnN

FcL KTNAMT 22 -1( ）（）小

菲涅尔反射率

纤芯透光率cT

光线面板开口比FK





光锥耦合方式① 像增强器 + 光锥 + 面板输入窗 CCD三个器件、三个耦合面，分辨力低、杂光大、耦合效率低，体积重量大。② 像增强器 + 光锥输入窗 CCD 三个器件、二个耦合面，分辨力、杂光和耦合效率中等，体积重量大。③ 光锥输出窗像增强器 + 无窗 CCD二个器件、一个耦合面，分辨力、杂光和耦合效率最好，体积重量较小。第三种耦合方式，分辨率最高、耦合效率最高、体积重量最小。




数字化微光解决方案—— ICMOS

像增强 CMOS 是用高性能像增强器 (Image Intensifier II) 作为前置增强级的 CMOS 像传感器 (ICMOS) 。其组成结构、耦合方式与像增强 CCD基本一致，具有高像素数、高帧频、低功耗、低成本、小型化的优点。

ICMOS 技术




数字化微光解决方案—— ICMOS

CMOS 像素列阵由像素列阵和行、列解码器读出电路组成。在像素中光敏二极管将输入光子转换为信号电子，并在像素中转换为电压信号。通过每个像素对应的地址，由行、列解码器进行选择读出。 CMOS 像素的结构较复杂，包括光敏二极管、信号传输三极管和信号放大器，以及具有其他功能的电路。最多有 20 多个晶体管。这也是 CMOS 开口比和量子效率低于 CCD 的原因。 CMOS 分两大类：无源像素 CMOS(CMOS-PPS) 和有源像素 CMOS(CMOS-APS) 。现主要使用是是 CMOS-APS 。从技术发展和应用领域来看，可分为：低压驱动高像质埋道 CMOS ，低噪声、高像质“ HAD” 结构 CMOS ，高灵敏度带微透镜、宽带减反膜 CMOS ，数字像素 CMOS(CMOS-DPS) ，在每个像素中集成了光敏二极管、模数转换器、数字存储器双取样电路。实现了高速无噪声数字读出、无列图案噪声、极低功耗。高信噪比、宽动态模式 CMOS 。




数字化微光解决方案—— ICM

ICM 技术

ICM 为 Intensified Camera Module 的缩写，是一种像增强器和 CMOS直接耦合的小型化新型微光探测器件

ICM 技术的优点体积小、重量轻、功耗低更高分辨力，更清晰视场内置自动门控防强光措施，可在日光、阴暗

天和星光等条件下提供全天候工作能力，环境适应性强





外形对比：

ICMICCD

体积更小、重量更轻。





新型微光探测器件 ICM 结构原理示意图

结构原理

CMOS 器件荧光屏微通道板光电阴极输入窗

信号输出





新型微光探测器件 ICM将像增强器作为增强级，先将微弱的图像用像增强器增强到后级 CMOS 像传感器所需的照度，再将增强后的光学图像传送到像传感器的光敏面，最后 CMOS 驱动电路将增强后的图像转换成视频信号输出。

像增强器组件采用双近贴聚焦结构，阴极输入窗采用高透过率的玻璃透镜，阳极基底采用纤维光锥。

CMOS 电路与像增强器高压电源采用一体化形式设计。

数字信号输出，便于后期图像处理。

产品特点





+

组成结构





指标 ICCD ICMOS ICM

分辨率 768×576 768×576 1280×1024

电压 12V 5V 5V

功耗 ≤2.16W ≤1W ≤0.8W

重量 170g 180g 100g

尺寸 Φ45×84 48×48×62 Φ43×45

动态范围小大大

三种数字化微光产品指标对比





三种数字化微光产品外形对比

ICCD

ICMOS

ICM





数字化微光可选解决方案前级像增强器部分可以选用：

1 ） 18mm超二代像增强器（ T18）2 ） 16mm超二代像增强器（ T16）

T16 与 T18 设计原理一致，但体积更小、重量更轻，用在数字化微光探测器件中可以在获得较高性能的同时进一步降低器件的体积和重量。

1 ） T18重量： 65g2 ） T16重量： 45g

T18 生产工艺较为成熟，产量大。 T16 作为新产品，成本略高。

16mm 18mm





ICCD/ICMOS/ICM 的选择

低像素数、低帧频、长时间曝光，高像质、允许高功耗、对体积重量要求不高，可选用 ICCD 。

高像素数、高帧频、低功耗、低成本、小型化的应用场合，选用 ICMOS 。

对后期数字图像处理功能要求较高的应用场合，选用ICM 。





芯片尺寸的选择

1/2 ″ 2/3″ 1″

8 （ 6.4×4.8） 11 （ 8.8×6.6） 16 （ 12.8×9.6）

15µm 427×320=136.640 587×440=258.280853×650=554.45

0

20µm 320×240=76.800 440×330=145.000640×580=371.20

0

25µm 256×192=49.152 352×246=84.480512×384=196.60

8





耦合方式的选择

+ +

+

Ⅰ

Ⅱ




创新，拓展我们的视野 Innovate & Expand our field of view

谢谢 Thanks

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