一種高增益超小型條紋相機(jī)及其集成控制系統(tǒng)

張宇馳，田進(jìn)壽，薛彥華，李知兵，李少輝，王俊峰，劉百玉，高貴龍，陳萍，王興，趙衛(wèi)

（1 中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所超快診斷技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710119）

（2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

（3 極端光學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心，太原 030000）

0 引言

條紋相機(jī)作為有超高時(shí)間精度的診斷工具［1-2］，廣泛應(yīng)用于超快光學(xué)、材料學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，還可應(yīng)用于慣性約束聚變（Inertial Confinement Fusion，ICF）、同步輻射光源、爆轟物理等大科學(xué)工程以及國(guó)防領(lǐng)域。近年來(lái)，基于條紋相機(jī)的激光雷達(dá)系統(tǒng)逐漸被應(yīng)用于國(guó)土防御（導(dǎo)彈的導(dǎo)航與追蹤、敵方偽裝載具偵查、水雷探測(cè)以及障礙物的規(guī)避），海事安全（追蹤非法船只、偵查失事船只、魚(yú)群探測(cè)），地形地貌探測(cè)（3D 海底地貌勘察、海洋波譜分析、水下礦產(chǎn)探測(cè)、森林普查）等。此類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景要求條紋相機(jī)具備高探測(cè)靈敏度與高亮度增益，以便探測(cè)到更遠(yuǎn)距離或信號(hào)更弱的目標(biāo)。同時(shí)作為水下重要區(qū)域目標(biāo)識(shí)別以及副載波調(diào)制激光雷達(dá)等系統(tǒng)的重要探測(cè)設(shè)備，為方便無(wú)人機(jī)載、星載應(yīng)用，要求條紋相機(jī)具備便攜化、功能靈活、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)［3-5］。

國(guó)際上，目前從事條紋相機(jī)研制的單位有日本濱淞（Hamamatsu）、德國(guó)Optronis、美國(guó)Sydor、加拿大Axis Photonique 等；國(guó)內(nèi)的研究單位有西安光機(jī)所、深圳大學(xué)、中國(guó)工程物理研究院等。前期各研究單位也都推出了各自型號(hào)的條紋相機(jī)，但是現(xiàn)役條紋相機(jī)普遍都因?yàn)轶w積大、笨重的緣故，不適合激光雷達(dá)、無(wú)人機(jī)載/星載等應(yīng)用場(chǎng)景：如日本濱淞的C10910（體積約為741 mm×345 mm×300 mm，質(zhì)量約30 kg）；德國(guó)Optronis 的SC-10（體積約為794 mm×240 mm×250 mm，質(zhì)量約24 kg），且空間分辨率較低（5 lp/mm）；西安光機(jī)所通用皮秒條紋相機(jī)5 200（體積約為750 mm×260 mm×350 mm），質(zhì)量約22 kg，具有較大的探測(cè)視場(chǎng)及高時(shí)空分辨率。為此本文主要針對(duì)機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用，開(kāi)發(fā)一種高靈敏度高時(shí)空分辨的便攜化條紋相機(jī)。

條紋變像管是條紋相機(jī)的核心器件，西安光機(jī)所惠丹丹、陳正凱等［6］已為此類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景研制出大探測(cè)面積超小型條紋變像管；田麗萍、李立立等［3］也研制出像縮小型小型條紋管，其中7 200 型條紋管因其體積小、陰極靈敏度高、亮度增益強(qiáng)的特點(diǎn)，滿(mǎn)足上述場(chǎng)景的應(yīng)用需求。

同時(shí)針對(duì)機(jī)載激光雷達(dá)對(duì)條紋相機(jī)小型化、高可靠性的要求，需要研制一種高集成度、高可靠性的工控系統(tǒng)。前期西安光機(jī)所潘寶毅已開(kāi)發(fā)了控制系統(tǒng)V1.0，呂斌開(kāi)發(fā)研制了分布式控制系統(tǒng)V2.0 版本［7-9］。這兩個(gè)版本已經(jīng)逐步采取模塊化設(shè)計(jì)，可完成對(duì)條紋相機(jī)的測(cè)控功能，但存在如下不足：高壓控制模塊需要手動(dòng)控制，系統(tǒng)集成度低、兼容性及擴(kuò)展性差、抗干擾能力差，且系統(tǒng)體積龐大，無(wú)法適用于超小型條紋相機(jī)。因此需要開(kāi)發(fā)一套應(yīng)用于超小型條紋相機(jī)的新工控系統(tǒng)。

本文在7 200 型條紋變像管電子光學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)理論模擬計(jì)算建立了合理多堿陰極結(jié)構(gòu)模型，使得變像管陰極靈敏度突破268 μA/lm，亮度增益突破20.1；通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套具備集成度高、抗干擾能力強(qiáng)、多設(shè)備兼容擴(kuò)展強(qiáng)等特點(diǎn)的新型控制系統(tǒng)，集成度相比工控V2.0 提高了2.36 倍。綜合以上研究開(kāi)發(fā)了一種高亮度增益超小型條紋相機(jī)，實(shí)現(xiàn)了條紋相機(jī)在弱光超快過(guò)程下高探測(cè)靈敏度、高增益、高時(shí)間分辨率，以及便攜化與小型化的需求。

1 高亮度增益超小型條紋相機(jī)

高亮度增益超小型條紋相機(jī)由前端輸入狹縫光學(xué)系統(tǒng)、高亮度小型化條紋變像管、像增強(qiáng)器、電源模塊、工控系統(tǒng)、掃描模塊、后端光學(xué)耦合系統(tǒng)及讀出相機(jī)等部分組成，其中輸入鏡頭、條紋管、像增強(qiáng)器、輸出鏡頭和CCD 位于一條軸線上，工控模塊放置于獨(dú)立的盒子，實(shí)現(xiàn)了機(jī)箱的緊湊型設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)總體布局如圖1。各部分功能及工作原理為：超快現(xiàn)象（光學(xué)信號(hào)）通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)成像在變像管的光電陰極面上，然后轉(zhuǎn)換為光電子束，光電子在變像管中通過(guò)加速、聚焦、掃描后轟擊熒光屏，將時(shí)間變化的電子像轉(zhuǎn)化成空間分布的光學(xué)信號(hào)，后經(jīng)由像增強(qiáng)器增強(qiáng)、CCD 采集輸出至上位機(jī)進(jìn)行保存分析。

1.1 超小型條紋變像管電子光學(xué)設(shè)計(jì)

條紋變像管是條紋相機(jī)的核心部件，其特性是影響條紋相機(jī)性能的最關(guān)鍵因素。本文采用三維電磁仿真軟件CST 對(duì)高增益小型化條紋管進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算及優(yōu)化設(shè)計(jì)。為了減小像差、提高邊緣空間分辨率并增大陰極有效面積，設(shè)計(jì)上采用球面光電陰極和球面熒光屏，采用CST 模擬計(jì)算確定最佳陰極及熒光屏曲率半徑及各電極電壓。條紋變像管的亮度增益與放大倍率的平方成反比，與電子透過(guò)率成正比，為提高條紋管亮度增益：1）將條紋管設(shè)計(jì)為像縮小型結(jié)構(gòu)，其放大倍率0.7～0.8；2）采用狹縫加速柵極，與傳統(tǒng)超精細(xì)柵網(wǎng)相比可將光電子的透過(guò)率提升30%～40%；3）將陰極負(fù)高壓提升為-15 kV，即陰極產(chǎn)生的光電子以高達(dá)-15 keV 的能量轟擊熒光屏，提升熒光屏發(fā)光效率。

在光電陰極內(nèi)表面沿狹縫方向每隔1 mm 位置發(fā)射服從一束初始能量、方位角、仰角、初位置服從特定分布［10］的電子束，每束電子束包含3 000 個(gè)光電子。利用CST Tracking 求解器追蹤電子運(yùn)動(dòng)軌跡，得到電子空間點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)，從而計(jì)算條紋管的動(dòng)態(tài)空間調(diào)制傳遞函數(shù)。圖2 是全屏?xí)r間為50 ns（掃描速度為1.667×10-3c）時(shí)狹縫方向的動(dòng)態(tài)空間調(diào)制函數(shù)，由圖可知，距離陰極中心9 mm 時(shí)，熒光屏上動(dòng)態(tài)空間分辨率為30.26 lp/mm@MTF=5%，所設(shè)計(jì)變像管的放大倍率為0.76，可以計(jì)算得條紋變像管光陰極的動(dòng)態(tài)空間分辨率為23 lp/mm@MTF=5%。若取空間分辨率高于20 lp/mm 時(shí)的探測(cè)面積為有效成像面積，則所設(shè)計(jì)條紋管的陰極有效長(zhǎng)度大于18 mm，是傳統(tǒng)條紋管的兩倍。從光電陰極中心發(fā)射一束電子束，圖3 為其時(shí)間調(diào)制傳遞函數(shù)曲線，可知，當(dāng)歸一化強(qiáng)度值降低至10%時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)間頻率為41.53 ns-1，則條紋管的極限物理時(shí)間分辨率t=1/41.53 ns=24.1 ps。

1.2 條紋變像管研制

條紋變像管是條紋相機(jī)的核心部件，其特性是影響條紋相機(jī)性能的最關(guān)鍵因素。所研制的變像管輸入窗為石英玻璃，采用多堿光電陰極；輸出窗為光纖面板，采用P43 熒光粉，發(fā)光中心波長(zhǎng)在500 nm 附近，熒光屏有效直徑Φ為25 mm。

光電陰極的靈敏度決定著條紋變像管的探測(cè)靈敏度，為提高光電陰極靈敏度，進(jìn)行了理論模擬設(shè)計(jì)及工藝實(shí)驗(yàn)研究。條紋管采用了多堿光電陰極Na2KSb（Cs），為三層結(jié)構(gòu)：Na2KSb+K2CsSb+SbCs。吸收層為重?fù)诫s的p 型Na2KSb，為立方晶格結(jié)構(gòu)，主要起吸收光子并產(chǎn)生電子的作用；表面為富Cs 的強(qiáng)n 型K2CsSb 過(guò)渡層及SbCs 激活層，主要起降低表面電子親的作用，能有效地提高整個(gè)陰極靈敏度并使長(zhǎng)波閾值發(fā)生一定的“紅移”。光電轉(zhuǎn)換的過(guò)程可由三步光電子發(fā)射模型解釋?zhuān)瑑r(jià)帶內(nèi)的電子吸收光子能量后，激發(fā)到導(dǎo)帶，光電子經(jīng)散射輸運(yùn)至真空交界面，能量較高的電子克服表面勢(shì)壘向真空發(fā)射，形成光電子。光陰極結(jié)構(gòu)模型和三步光電子發(fā)射模型如圖4。

多堿光電陰極利用多次蒸鍍法制備，配合膜厚及弱電流監(jiān)控系統(tǒng)，精確控制陰極厚度以及各元素配比。新的激活工藝使光電子逸出概率更高，從而提升陰極性能，保證了高陰極靈敏度，優(yōu)化的工藝過(guò)程為：1）常溫下制備導(dǎo)電基底；2）在180℃同時(shí)蒸發(fā)Sb 和K，生成K3Sb，在230℃時(shí)蒸發(fā)Na，當(dāng)光電流超過(guò)極大值并下降一定百分比時(shí)，停止蒸發(fā)Na；3）在180℃同時(shí)蒸發(fā)Sb 和K，直至光電流達(dá)到極大值；4）重復(fù)多次配給Na、Sb、K 交替直至達(dá)到合適的厚度；5）在160℃下，Sb、Cs 反復(fù)沉積，直至獲得最大光電流。過(guò)程采用轉(zhuǎn)陰極制備，真空度始終保持在10-7，減少了系統(tǒng)對(duì)陰極材料的污染。

圖5 為研制的高亮度增益超小型條紋管實(shí)物。其外形尺寸僅為158.7 mm×Φ82.3 mm，質(zhì)量為1.8 kg，相比傳統(tǒng)條紋管減小了75%以上。條紋管關(guān)鍵參數(shù)如表1。

表1 條紋管性能參數(shù)Table 1 Streak tube performance parameters

1.3 條紋相機(jī)電控模塊及其可視化系統(tǒng)

綜合分析舊控制系統(tǒng)的缺陷，新控制系統(tǒng)需要在保證各項(xiàng)功能穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)上大幅度優(yōu)化電路集成度，增強(qiáng)長(zhǎng)距離通信過(guò)程中的抗電磁干擾能力，提高電路的兼容性與拓展性，以便更靈活地應(yīng)用于緊湊型條紋管［11-13］。圖6 為設(shè)計(jì)的集成控制系統(tǒng)總體架構(gòu)圖?？刂乒δ馨ㄏ鄼C(jī)總電源、高壓電源、增強(qiáng)器選通快門(mén)模塊的開(kāi)啟關(guān)閉，工作模式、掃描模式、掃描檔位的選擇，延時(shí)控制及增益調(diào)節(jié)；監(jiān)測(cè)功能包括實(shí)時(shí)反饋條紋管的偏轉(zhuǎn)電壓、MCP 板電壓、觸發(fā)信號(hào)、脈沖源信號(hào)等。系統(tǒng)各功能如表2。

表2 測(cè)控系統(tǒng)功能概述Table 2 Overview of the functions of the measurement and control system

1.3.1 硬件電路架構(gòu)

系統(tǒng)硬件采取底層劃分與功能復(fù)用的設(shè)計(jì)方式［14-15］，現(xiàn)役系統(tǒng)板級(jí)總面積為402.85 cm2，新工控系統(tǒng)板級(jí)總面積為170.94 cm2，電路集成化程度相比提高2.36 倍。電路-物理層信息交互采用24 pin 接口復(fù)用，根據(jù)不同功能調(diào)整下位機(jī)軟件，提高了工控系統(tǒng)兼容性。工控系統(tǒng)-上位機(jī)信息交互采用光纖通訊，避免了環(huán)境中電磁干擾對(duì)傳輸線的影響，可以進(jìn)行長(zhǎng)距離信息傳輸。工控系統(tǒng)的硬件電路架構(gòu)如圖7，可劃分為電源模塊、主控模塊、A/D 模塊、D/A 模塊及數(shù)字I/O 模塊。

硬件電路預(yù)留了8 路GPIO 通訊口，便于拓展外設(shè)。在I/O 模塊、A/D 模塊、D/A 模塊中使用晶體管陣列、ESD 芯片組成保護(hù)電路。最后使用屏蔽機(jī)箱進(jìn)一步減少外界的電磁干擾，保證了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與抗電磁干擾能力。

1.3.2 可視化系統(tǒng)

上位機(jī)軟件在Qt、OpenCV 環(huán)境下編寫(xiě)，只有在相機(jī)正常、下位機(jī)正常、通訊連接正常情況下，軟件監(jiān)測(cè)控制功能才會(huì)開(kāi)啟，否則一致置“0”。

如圖8 所示，可視化系統(tǒng)工作流程如下：1）相機(jī)初始化、軟件初始化、監(jiān)測(cè)連接狀態(tài)；2）若連接正常，軟件正常工作，反之鎖死功能區(qū)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)；3）連接正常、工作穩(wěn)定后控制相機(jī)物理層，包括電壓、工作模式、掃描模式、觸發(fā)模式、CCD 參數(shù)等；4）軟件實(shí)時(shí)采集圖像反饋到軟件預(yù)覽區(qū)。

整個(gè)界面功能區(qū)分為相機(jī)控制界面、圖像預(yù)覽及連接狀態(tài)監(jiān)測(cè)區(qū)、CCD 控制界面，保證了即時(shí)監(jiān)控與控制的需求。圖9 為上位機(jī)的可視化界面。

2 測(cè)試結(jié)果

圖10 是所研制的高亮度增益超小型條紋相機(jī)實(shí)物，與現(xiàn)役的皮秒相機(jī)相比體積及質(zhì)量均減少約60%，整機(jī)尺寸僅為450 mm×190 mm×240 mm，質(zhì)量為10 kg。

采用條紋管靜態(tài)測(cè)試系統(tǒng)（Streak Tube Static Test System，STR）對(duì)響應(yīng)波長(zhǎng)、陰極靈敏度、亮度增益、靜態(tài)空間分辨率進(jìn)行了測(cè)試。另外采用飛秒激光器、F-P 標(biāo)準(zhǔn)具、DG645 延時(shí)器、毛玻璃、反射鏡、光闌片、示波器等搭建了條紋相機(jī)動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)條紋相機(jī)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)時(shí)間分辨率、動(dòng)態(tài)空間分辨率等進(jìn)行了測(cè)試。

2.1 陰極靈敏度

光電陰極是系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換器件，其性能直接影響系統(tǒng)探測(cè)靈敏度和精度。陰極靈敏度S是標(biāo)準(zhǔn)光源（色溫為2 856 K）照射下，光電陰極規(guī)定面積產(chǎn)生的飽和光電流與照射到該面上的光通量之比，定義為

式中，IB為光源輸出穩(wěn)定時(shí)陰極電流值，ID為關(guān)閉光源時(shí)陰極暗電流值，?為光通量。

測(cè)試過(guò)程為：1）開(kāi)啟條紋管靜態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，在系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)出光口處放置直徑為Φ16 mm 的光闌片，將條紋管垂直放置于光闌片之上，調(diào)節(jié)條紋管位置使得光電陰極與Φ16 mm 光闌孔同心；2）連接條紋管柵極電極和高壓電源輸出端、條紋管陰極電極和PA 電流計(jì)紅色探針、系統(tǒng)地線和PA 電流計(jì)黑色探針；3）開(kāi)啟高壓電源，設(shè)置輸出電壓為200 V；4）設(shè)置光源照度為5 lx，此時(shí)陰極面處的光通量?為0.001 lm；5）待光源輸出穩(wěn)定后，讀取PA 電流計(jì)讀數(shù)，記錄此值為測(cè)條紋管陰極電流值IB；6）關(guān)閉光源，待PA 電流計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定后讀取其讀數(shù)，記錄此值為陰極暗電流值ID，根據(jù)式（1）計(jì)算得出陰極靈敏度為268 μA/lm，如圖11。

2.2 亮度增益

熒光屏輸出合適亮度的圖像將大大提升條紋變像管的分辨能力，亮度增益作為反映變像管的重要指標(biāo)，定義為

式中，G為條紋變像管亮度增益，M為在2 856 K 標(biāo)準(zhǔn)色溫光源的照射狀態(tài)下條紋變像管熒光屏圖像的法向亮度，E為光陰極面的入射照度。

測(cè)試過(guò)程為：1）開(kāi)啟條紋管靜態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，將條紋管垂直放置在測(cè)試平臺(tái)上，調(diào)節(jié)條紋管使得光電陰極與光源同心；2）將條紋管電極與高壓電源連接，設(shè)置輸出電壓值為-15 000 V、光源照度為10 mlx；3）待光源穩(wěn)定后，讀取系統(tǒng)內(nèi)LP1 亮度計(jì)讀數(shù)，記錄此值為條紋管陽(yáng)極輸出值M，由式（2）計(jì)算出亮度增益為20.1，相比現(xiàn)役條紋相機(jī)，亮度增益提高10 倍以上，測(cè)試結(jié)果如圖12。

2.3 光電陰極響應(yīng)波長(zhǎng)

響應(yīng)波長(zhǎng)是條紋變像管對(duì)單色入射輻射的探測(cè)能力，通過(guò)單色光輻照光電陰極，檢測(cè)其是否產(chǎn)生光電流值。選取400～850 nm 光譜段得到的光譜響應(yīng)曲線，如圖13。

2.4 時(shí)間分辨率

時(shí)間分辨率是條紋相機(jī)的核心技術(shù)指標(biāo)，由物理時(shí)間分辨率和技術(shù)時(shí)間分辨率組成，可表示為

式中，τp和τe分別代表物理時(shí)間分辨率和技術(shù)時(shí)間分辨率。物理時(shí)間分辨率由條紋管的電子光學(xué)系統(tǒng)決定，從1.1 節(jié)中CST 模擬計(jì)算中可知該值為24.1 ps。技術(shù)時(shí)間分辨率主要由掃描電路決定，其表達(dá)式為

式中，K為掃描電壓斜率，P為條紋管偏轉(zhuǎn)靈敏度，σ為條紋管在掃描方向的動(dòng)態(tài)空間分辨率。因全屏?xí)r間為600 ps，掃描電壓為600 V，則K=1.00 ×109kV/s。實(shí)驗(yàn)測(cè)得P=16 mm/kV，假設(shè)σ=20 lp/mm，計(jì)算得技術(shù)時(shí)間分辨率理論值τe=3 ps，可得理論極限時(shí)間分辨率τ=24.3 ps。

采用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)所研制條紋相機(jī)實(shí)際時(shí)間分辨率進(jìn)行了測(cè)試。采用脈沖半高全寬法標(biāo)定時(shí)間分辨率，試驗(yàn)中采用飛秒激光（脈寬為290 fs，波長(zhǎng)532 nm）作為標(biāo)定光源，不計(jì)激光脈寬對(duì)時(shí)間分辨率的影響，飛秒激光經(jīng)過(guò)F-P 標(biāo)準(zhǔn)具后產(chǎn)生的100 ps 等間隔脈沖進(jìn)入條紋相機(jī)狹縫，經(jīng)條紋相機(jī)轉(zhuǎn)換成脈沖空間分布圖像，讀取最窄脈沖的時(shí)間坐標(biāo)的半高全寬，計(jì)算得時(shí)間分辨率為36 ps，如圖14。

由于條紋相機(jī)裝配精度等原因?qū)е聦?shí)驗(yàn)測(cè)得的時(shí)間分辨率略高于理論值。

2.5 空間分辨率

利用分劃板來(lái)測(cè)量相機(jī)的空間分辨率，分劃板沿狹縫方向呈周期排列，每個(gè)周期包含8 組寬度不同、占空比為50%的亮暗條紋，對(duì)應(yīng)的空間分辨率分別2、4、6、8、10、12、14、16 lp/mm，得到的靜態(tài)空間掃描圖像與X軸方向強(qiáng)度積分曲線如圖15。計(jì)算得在分辨率條紋12 lp/mm 處對(duì)比度CTF=17.5%，在分辨率條紋16 lp/mm 處對(duì)比度CTF=16.9%，前端輸入光學(xué)系統(tǒng)放大倍率為0.6，因此相機(jī)光電陰極處的靜態(tài)空間分辨率高于26 lp/mm。采用30 ns 擋標(biāo)定動(dòng)態(tài)空間分辨率，圖15（a）為分劃板通過(guò)相機(jī)所成的圖像，圖16（b）為圖16（a）框選部分沿X軸方向強(qiáng)度積分。計(jì)算得到分辨率條紋10 lp/mm 處對(duì)比度CTF=13.2%，因此相機(jī)光電陰極處的動(dòng)態(tài)空間分辨率高于16 lp/mm。

經(jīng)過(guò)各項(xiàng)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，超小型條紋相機(jī)各性能指標(biāo)滿(mǎn)足各種場(chǎng)景下的應(yīng)用需求，包括光譜響應(yīng)頻率200～850 nm、全屏掃描時(shí)間600 ps 等。關(guān)于超小型條紋相機(jī)的詳細(xì)參數(shù)如表3。

表3 相機(jī)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 3 Camera calibration experimental dat

3 結(jié)論

本文針對(duì)激光雷達(dá)機(jī)載、星載應(yīng)用場(chǎng)景，研制了一款高靈敏度、高亮度增益、高時(shí)間分辨率的超小型條紋相機(jī)，其體積與質(zhì)量相比現(xiàn)役條紋相機(jī)減少66%以上。該相機(jī)的條紋變像管采用陰極半導(dǎo)體理論模擬研究、優(yōu)化工藝的方式大幅度提高了陰極靈敏度與亮度增益，亮度增益為現(xiàn)役相機(jī)的10 倍以上。同時(shí)，針對(duì)該相機(jī)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一套高集成度新型控制系統(tǒng)，充分消除了之前版本集成度低、可靠性及兼容性差等缺陷，板級(jí)集成化程度提升了2.36 倍，并具有24 路復(fù)用接口、12 路掃描擋位等功能，實(shí)現(xiàn)了多設(shè)備兼容。測(cè)試結(jié)果表明，所研制小型化條紋相機(jī)的陰極積分靈敏度高達(dá)268 μA/lm，亮度增益為20.1，動(dòng)態(tài)空間分辨率優(yōu)于20 lp/mm，時(shí)間分辨率優(yōu)于36 ps。相機(jī)實(shí)時(shí)通訊、控制、監(jiān)測(cè)功能可靠有效，穩(wěn)定性、抗干擾能力均有明顯提升，在機(jī)載激光雷達(dá)等研究中有著廣闊的應(yīng)用前景。