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Nachtsichtgeräte

Nachtsichtgeräte

Nachtsichtgeräte von DDoptics  – Arbeitsweise - Einsatz & Geschichte der Nahtsichttechnik

In der Natur gibt es keine vollkommene Dunkelheit. Es ist sogar noch sehr viel Licht (Lichtteilchen) vorhanden, wenn wir bei dunkler Nacht durch den Wald gehen. Sehen können wir das aber nicht. Bei Nachtsichtgeräten werden diese Lichtteilchen (für das Auge nicht sichtbare Photonen) innerhalb der Bildröhre in Elektronen umgewandelt. Diese Elektronen treffen im Anschluss auf eine Leuchtschicht und werden damit für das menschliche Auge sichtbar gemacht.

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Nachtsichttechnik - Technik und deren Entwicklung

Geschichte

Nachtsichttechnik wurde in Deutschland erfunden. Die Grundlegende Erfindung erfolgte durch Dr. Schaffernicht, Angestellter bei AEG. Der erste Bildwandler und Bildverstärker in Röhrenform wurde 1934/35 patentiert. Der offensichtliche militärische Nutzen wurde von dem damaligen Reichskanzler des Deutschen Reiches Hitler nicht erkannt, weshalb dieser Bereich der Reichspost zugeordnet wurde.

Grundprinzip von Nachtsichtgeräten

Vorhandenes, für das menschliche Auge nicht sichtbares Licht wird mittels einer Bildröhre in den sichtbaren Bereich transformiert. Licht ist physikalisch gesehen Strahlung auf Basis elektromagnetischer Wellen, mit unterschiedlicher Wellenlänge. Sichtbares Licht, finden wir im Spektrum von 380 Nanometer (blau) bis 750 Nanometer (rot)

1 Nanometer = 1 Milliardstel Meter (1/1.000.000.000 Meter)
Jede Wellenlänge hat eine individuelle Farbkodierung und kann deshalb vom Menschen als unterschiedlichen Farben (Spektralfarben) wahrgenommen werden.

Licht < 380 NM = UV-Licht
Licht 380 NM bis 750 NM sichtbar für menschliches Auge
Licht > 750 NM = Infrarot-Licht
Licht 750 NM bis 2000 NM = Naher Infrarotbereich
Licht > 2000 NM = Ferner Infrarotbereich (bis 1.000.000.000 NM=1mm)

Tiere sind dem Menschen teilweise deutlich überlegen. So können bspw. Nachtjäger wie Hauskatze, Fuchs teilweise noch Licht im nahen Infrarotbereich sehen. Der erfahrene Auslandsjäger kennt dies auch von Schweinen oder Rehwild. Beim Anstrahlen mit Infrarotlampen (<780NM) von Wild reagiert dies oft aufgeschreckt und zieht sich zurück.

Wirkung Sehen bei Nacht

In der Natur gibt es keine vollkommene Dunkelheit. Es ist sogar noch sehr viel Licht vorhanden, wenn wir bei dunkler Nacht durch den Wald streifen. Sehen können wir dies freilich nicht. Doch Mond, Sterne, künstliche Lichtquellen von Wohnansiedlungen, halten für uns einen regelrechten Mix aus unsichtbarer Strahlung und Restlicht bereit.

Licht wird in einer Bildröhre transformiert

Lichtteilchen auch Photonen genannt (auch für das menschliche Auge nicht sichtbar) werden innerhalb der Bildröhre in Elektronen umgewandelt. Diese Elektronen treffen im Anschluß auf eine Leuchtschicht und werden so für das menschliche Auge sichtbar gemacht.

Bildwandler in Generationen

(Ursprüngliche Methode Gen 0)

Photonen treffen auf eine Photokathode und lösen Elektronen frei (lichtelektrischer Effekt). Das hierbei abgebildete Bild wird durch die unterschiedliche Emissionsdichte bestimmt. Ein Elektrodensystem beschleunigt die Elektronen auf den Fluoreszenzschirm. Diese hochbeschleunigten Elektronen bringen den Schirm zum Leuchten.
Auf dem Schirm entsteht somit ein identisches, sichtbares Bild der Umgebung. Die Konstruktion der Photokathode bestimmt dabei die Empfindlichkeit für infrarotes oder sichtbares Licht. Die Verstärkung der Gen 0 Röhren ist sehr schwach. Daher ist eine externe Infrarotlichtquelle zwingend erforderlich.

Bildqualität (kaum Bildrauschen, hohe Bildauflösung, gute Randschärfe).
Nachteil: Die externe IR-Lichtquelle wird vom Gegner leicht ausgemacht. Dazu kommen hohes Gewicht und hoher Stromverbrauch durch den Scheinwerfer.

Verwendung: Bundeswehr als Fero 51, Schweizer Armee als FS 72

Restlichtverstärker Gen 1 (Verwendung Privat - Jagd )

50er Jahre, bis heute bei preiswerten Geräten in Verwendung. Das Prinzip ist ähnlich Gen 0:
Bildröhren der 1. Generation bestehen jedoch zumeist oft aus mehreren aneinander gereihten Röhren. Durch die Hintereinanderschaltung mehrerer Röhren erreicht Gen.1 ausreichende Restlichtverstärkung. Daher kann bei Gen.1 auf einen Zusatzscheinwerfer verzichtet werden.

Verwendung: Vietnamkrieg (Starlightscopes auf M14 und M16)

Vorteile: keine Fremdlichtquelle erforderlich bei ausreichend Restlicht.
Nachteil: schlechte Bildqualität und starke Unschärfen im Randbereich, starkes Bildrauschen.

Restlichtverstärker Gen 2 (Verwendung durch Behörden Jagd, Polizei,Militär)

Die nächste Weiterentwicklung erfolgte mit der Einführung der 2. Generation. Die Einführung einer vollkommen neuen Technologie, einer Microkanalplatte als Verstärkungselement. Diese Microkanalplatte ist in MCP-Röhren hinter der Photokathode verbaut. Es handelt sich bei der Microkanalplatte technisch um eine dünne Glasscheibe, in der zwischen 2 bis 12 Mio. Microkanäle eingearbeitet wurden. Diese Kanäle sind im Winkel von ca. 8 Grad angeordnet. Von der Photokathode erzeugte Elektronen treffen nun beim Eintritt in die Kanäle auf deren Wände. Die Anzahl der Elektronen wird dabei bei jeder Berührung verdoppelt und durch die ständige Wiederholung dieses Vorganges bis zum Austritt aus den Mikrokanälen 10-100-tausendfach multipliziert.
Im Anschluß treffen diese x-tausendfach vermehrten Elektronen auf einen Bildschirm (z.B. Sulfid-Phosphor), der beim Einschlag von von Elektronen leuchtet; ein Elektron schlägt dabei in der Theorie 1 Photon frei – Umgekehrtes Prinzip der Photokathode.
Als besonders von Vorteil hat sich dabei die Verwendung von grün strahlendem Phosphor erwiesen. Es stehen aber auch andere Phosphor-arten zur Verfügung.

Vorteil der GenII: Extremste Restlichtverstärkung ist bei guter Bildqualität und ohne Fremdlichtquelle gegeben. Darüber hinaus haben sich GenII Geräte als besonders robust und schussfest erwiesen.

Restlichtverstärker Gen 3 (Verwendung durch Polizei und Militär)

Wurde bereits mitte der 70ger Jahre entwickelt und in den 80gern eingeführt.
Der unterschied zur Gen 2 besteht in einer Photokathode aus Galliumarsenid , durch die Verwendung einer derartigen Kathode ist die Nutzung des IR-Lichtspektrums in höher-welligem Bereich möglich, darüber hinaus wird eine höhere Katodenempfindlichkeit als bei Gen 2 erreicht.

Vorteil der Gen3: Extremste Restlichtverstärkung ist bei guter Bildqualität und ohne Fremdlichtquelle gegeben. Nutzung des IR-Lichtspektrums in höher-welligem Bereich möglich darüber hinaus wird eine höhere Katodenempfindlichkeit als bei Gen 2 erreicht.


Photonis Supergen / Commercial Grade (Verwendung durch Polizei, Militär, Jagd ,Privatanwender)

Der anfängliche Leistungsvorteil der Gen 3 Restlichtverstärker wurde in den letzten Jahren von Europäischen Herstellern wie z.B. Photonis in Frankreich durch ständige Weiterentwicklung der Gen 2 aufgeholt. (2++ / Supergen / usw.)

Die Firmen ITT und Litton wurden 1997 in den USA beauftragt, für die US Armee eine neue 4. Generation zu entwickeln. Gen 4 sollte dabei wie Gen 3 mit GaAs Photokathoden arbeiten, jedoch ohne die schützende Ionenbarriere auskommen. Die Technik erwies sich als nicht ausgereift und die Röhren gingen alle 100 Betriebsstunden kaputt. Das Projekt 4. Generation wurde bis auf Weiteres aufgegeben.
Als Nebenprodukt der Gen 4 Entwicklung wurde von ITT die 3. Generation mit extrem dünner Ionenbarriere (Thin Film) auf den Markt gebracht. Mit dieser Technologie konnte eine Lebensdauer von 10.000 Stunden bei ca. 25 % iger Leistungssteigerung erreicht werden.

Sind Restlichtverstärker Gen 3 besser als Gen 2?

Eigentlich nicht! 1982 erhielt die US Armee für Pilotenbrillen die ersten Gen 3 Röhren. Gegenüber heutigen Gen 2 Röhren wirken deren Leistungsdaten jedoch geradezu bescheiden.

  • Auflösung 36 lp/mm,
  • Kathodenempfindlichkeit 1000µA/lm
  • einem S/N Wert von 16,2.

Die Bezeichnung „3.Genaration“ ist eben nicht gleichbedeutend mit einer höheren Leistungsstufe sondern sagt lediglich aus, daß die Röhrenkathode auf der Grundlage von GaAs arbeitet. GaAs-Röhren (Gen 3) sind zwar extrem empfindlich gut geeignet für IR-Licht, sind jedoch im nicht sichtbaren UV-Licht / Weisslicht nahezu blind. Diesen großen Nachteil haben Photonis Supergen-Röhren nicht; auch wirkt das Bild dieser hochentwickelten 2.Gen.-Röhren aus westeuropäischer Produktion meist plastischer.

Leistungsmerkmale eines Nachtsichtgerätes

Die Leistung eines Nachtsichtgerätes ist bestimmt durch das Leistungsvermögen der Bildverstärkerröhre und des optischen Systems bestehend aus Objektiv und Okular. Hier kann ein guter Optikhersteller hohe Leistungsverluste vermeiden.

Auto Gating: (Hauptsächlich für den militärischen Einsatz)
Automatische Regelelektronik für den militärischen Einsatz im urbanen Gelände mit ständig wechselnden Lichtverhältnissen. ( Licht an / Licht aus)
Halo Effect:
Beim beobachten von Fremdlichtquellen bilden sich im Nachtsichtgerät sogenannte Halo (Lichthöfe) um diese. Dieser Effekt ist bei Gen 3 Röhren deutlich größer als bei Supergen, XD4 und können die Sicht zum Teil stark mindern.
IR-Aufheller

3 verschiedene Arten

  • mit konventioneller Lampe (Schweinwerfer oder Taschenlampe) und zusätzlichem Filter
  • mit Infraroter Laserdiode


Vorteile: gute Bündelung – große Reichweite
Nachteile: erhebliche Verletzungsgefahr der Augen; Schatten i.d.

 

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