夜视镜工作原理

从70年代初起，由于精密武器系统的扩散，改变了现代军事战争中的飞行及作战方式。为了完成任务并安全返航，现在的现代化空军相当依赖夜间低空作战能力，这都需要夜视设备才能实现。

在过去的30年中，由于夜视技术的进步，许多国家的空军凭借夜视镜（Night Vision Goggle）大幅提升了作战能力。夜视镜的典型位置是架在飞行头盔上，让飞行员通过镜筒观看舱外景物，也能从镜筒下的缝隙查看飞行仪表。夜视镜提供飞行员优质的夜间视觉信息，让他能看清地平线、物体以及地形。

佩戴AN/AVS-6飞行夜视镜的直升机飞行员

飞行员夜视镜通常是一副双筒接目镜，内部各有一支影像增强管，双镜筒的优点是两眼可各自对焦，提供单镜筒欠缺的景深。电源由夜视镜内或头盔后方的电池供应，和机载电源互不干扰。正常使用时，夜视镜与飞行员的视线在同一直在线，必要时用手往上推就会弹开。

夜视镜是一种影像增强器，高倍率放大微光后在飞行员眼前呈现接近白天亮度的景像。影像增强器依据光能量放大的原理全被动式操作，对光谱中波长在600~950纳米（红光及近红外线）的部分很敏感，会把该区间内的反射光或发射光能量放大，送入飞行员的眼睛，这一部分光谱称为夜视镜反应光谱（NVG spectral response）。所以影像增强器在完全黑暗的环境中没有任何作用，得有一些亮光才行。

影像增强器的增强管（tube）工作方式如下：影像先聚焦于一根被称为光电阴极（photocathode）的感光物质上，光电阴极根据光线撞击的猛烈程度发射出数量与撞击程度成正比的电子，在电极加速下冲向荧光屏（phosphor screen），在屏上产生影像的荧光画面，飞行员通过目镜（eyepiece lens）观看。

夜视镜工作原理

影像增强管的样子

夜视镜内一般会有滤光镜，用于过滤蓝光和绿光，让夜视镜符合光线兼容要求。夜视镜进光量增加会导致夜视镜的性能降低，也影响飞行员的夜视能力，所以夜视镜通常具有自动亮度控制（Automatic Brightness Control），当进入镜内的光线太亮时会自动降低系统的放大倍率，以保持恒定的画面亮度。

夜视镜的光线放大能力和视敏度（visual acuity）在这几年进步神速，镜体的重量也轻了许多，挂在飞行头盔上即使在剧烈机动中也不致于给飞行员造成太大不适。

第一代夜视镜大约在60年代初期的越战时期问世，主要用于步兵的夜间观测及侦察任务，分辨率大约是20/80斯内伦视敏度（Snellen Visual Acuity，标准视力在白天看景物的分辨率是20/20视敏度；分母越大代表分辨率越差），虽然不是很好，但与未戴上时的20/200相比已是很大的进步了。早期夜视镜都有所谓“光晕”（blooming）的问题，就是飞行员眼中看到的光源会有月晕现象，导致夜视镜放大倍率下降，性能也因此衰减。目前最先进的技术已能有效解决这个问题，凭借自动且极快速开关电源以及在微通道平板（micro channel plate）镀上一层离子障壁（ion barrier）薄膜，大幅降低光晕现象。

经过改进后的第二代夜视镜，光筒较小较轻，双眼镜筒能提供立体视觉，最重要的两根增强管内有许多微通道平板，可大幅增加电子的数量，提供更明亮的外界影像。微通道平板是一片玻璃材质、类似蜂巢状的薄板结构，里面约有一千万根极小的中空增强管（称为微信道），彼此相互平行，但与光线光电子射入的方向夹8°的斜角，离开光电阴极的电子进入微信道后，由于倾斜角的关系会先撞击管壁，撞出管壁中的电子，如此在管壁经过多次的撞击后造成电子的数量急剧增加，因此微通道平板就好像是电子倍增器，一个微通道就是影像中的一个像素（pixel）。

美军最常见的第二代夜视镜是AN/PVS-5，它的圆形视场（circular field of view）为40°，目视分辨率提升到20/55。AN/PVS-5本不是为航空应用而设计的，但经过改进、搭配与头盔兼容的面罩后，可挂在美国陆军航空队的SPH-4标准头盔上。AN/PVS-5在90年代中后期前一直是美国陆军的重要装备。

AN/PVS-5只能说凑活使用在直升机头盔上

第三代夜视增强管在80年代初开始测试，80年代末实用化。第三代增强管使用砷化镓（Gallium Arsenide）光电阴极，主要对可见光最顶端的红光和红外线加以反应。AN/AVS-6飞行夜视镜使用了第三代增强管，这是第一套专为飞行员设计的夜视系统，AN/AVS-6的物镜（objective lens）组件上有减蓝（minus blue）滤光镜，工作光谱约在625-950纳米之间，阻挡波长小于625纳米的光线，因此夜视镜看不见座舱内的蓝、绿光仪表和照明光线。此种夜视镜的圆形视场仍为40°，但分辨率则提升到约20/45，并改进了瞳孔间距（inter-pupillary）、倾斜度、前后调整的人体工学设计。AN/AVS-6现在还有许多仍在继续服役中。

90年代初期问世的AN/AVS-9是AN/AVS-6的改进型，增强管的性能更好，焦距调整方式更顺畅，大型目镜更舒适。AN/AVS-9的圆周视场还是40°，但放大倍率高达6,000倍，分辨率接近20/25。

A-10飞行员们在调试AN/AVS-9夜视镜

最新的全景式夜视镜（Panoramic Night Vision Goggle）用以四支直径较小的16厘米影像增强管取代传统的两支18厘米管，因此可提供95到100°的视场，中央区域的视场（水平30°，垂直40°）依然由双眼笼罩，而左、右最外围的部分只提供给左、右眼各自观看。

四眼外观的全景式夜视镜

全景式夜视镜因其优良的性能而很快被特种部队采用，因猎杀本拉登一战而名声大噪

座舱灯光会干扰夜视镜的操作，事实上飞行员如果要高枕无忧地使用夜视镜，座舱灯光和显示器都得与夜视镜兼容。座舱内的仪表背光、无线电显示器、主要警告灯、警告灯……等如果和夜视镜不兼容，那么即便是第三代增强管，微光放大倍率也会下降，因为座舱灯光干扰了夜视镜产生的影像，降低了明暗对比。解决方法是在机舱内外安装符合MIL-L-85762A、MIL-L-3009、以及STA-NAG3800规范的、与夜视镜兼容的灯光。

夜视镜兼容灯光的意思是座舱灯光的光谱波长、颜色、亮度都不会干扰夜视镜的操作，兼容光让飞行员可从镜筒观看外界，同时至少可辨认座舱内的警告及警告灯。实现夜视镜兼容的方法有好几种：用塑料或玻璃滤光镜、换用他种光源、去掉座舱内的近红外（near-lR）光，或是以化学光源（chemical light sticks）作为座舱仪表的背光（flood-light）。

F/A-18E上的可见光/近红外线双模编队灯，对夜视镜友好

夜视镜必须能够辨认防撞灯、方位灯以及编队灯，但在执行战斗任务时，这些灯光又必须是肉眼无法看见。这种所谓的伪装（covert）模式灯光就发出肉眼不可见的红外光，实现伪装灯光的方法有两种：一、以滤光镜挡掉可见光，仅让红外线通过；二、以红外二极管做光源。在其它一些如搜救（Search and Rescue）、编队飞行任务时，机外灯光不能伪装，但仍得与夜视镜兼容。

要想熟练使用夜视镜——尤其是在空战时——必需经过适当的训练。即便是最新一代的夜视镜，视场也只有40°，有些飞行员在刚开始时会觉得夜视镜画面幽闭，让他们对四周环境无法一览无遗，但经过适当的训练及适度扫视四周后，通常都能舒缓这种“以管窥天”的诡异感。

夜视设备的优点很多，能让飞行员得以执行原本力不从心的任务。但在优点下也暗藏着许多风险，例如有些飞行员对自己运用夜视设备的能力过度自信，越来越多的军机事故都可归咎于使用夜视镜。虽然可凭借适当训练和模拟机训练来降低事故率，但夜视镜训练上最大的问题在于飞行员太过相信自己的眼睛。视觉是人类的主要感官之一，戴上夜视镜后，人们得以在黑暗中继续保持视觉，导致对它过分依赖而忽略了其它的感官。飞行员从夜视镜所见的事物并不如他所想象的那么清晰，在低照明度下整个世界完全走样，物体的色彩、对比、质地都会与白日所见大相径庭，这些限制都需牢记在心。