Bildverstärker sind Elektronenröhren, die in ihrer einfachsten Form aus einer Fotokathode (als Kathode) und einem phosphorbeschichteten Leuchtschirm (als Anode) bestehen. Der Raum zwischen diesen beiden flächenhaften Bauteilen ist evakuiert und enthält je nach Bauform weitere Elektroden und gegebenenfalls eine Mikrokanalplatte.
Der Bildverstärker dient dazu, geringste Lichtmengen soweit zu verstärken, dass sie mit dem Auge oder auch elektronischen Bildaufnehmern (beispielsweise CCDs) registriert werden können. Wenn die Fotokathode in einem Spektralbereich außerhalb des Empfindlichkeitsbereiches des menschlichen Auges empfindlich ist, kann der Bildverstärker ultraviolette beziehungsweise infrarote Strahlung sichtbar machen. In diesem Spezialfall bezeichnet man den Bildverstärker als Bildwandler.
Die Phosphore, aus denen der Leuchtschirm aufgebaut ist, bestehen nicht aus elementarem Phosphor, sondern sind elektroluminiszente anorganische Verbindungen. Sie tragen die Bezeichnung Phosphor (Lichtträger) aus historischen Gründen.
Nahfokus-Bildverstärker
Diese einfachste Bauform enthält keine zusätzlichen Elektroden. Der Aufbau ähnelt einem Plattenkondensator: Fotokathode und Leuchtschirm befinden sich jeweils auf der Innenseite einer Glasplatte: die Scheibe mit der Fotokathode befindet sich eingangsseitig, die mit dem Leuchtschirm ausgangsseitig. Der Zwischenraum zwischen beiden parallenen Platten (Abstand typisch 1 mm) ist evakuiert.
Wirkungsweise
Auf die Fotokathode wird ein Bild projiziert (mit einem Objektiv, wie auf die Filmebene eines Fotoapparates). Aus jedem so beleuchteten Punkt der Fotokathode treten Fotoelektronen aus (durch Fotoemission: äußerer Fotoeffekt) und werden durch eine hohe elektrische Spannung (typisch 10 kVolt) über den Abstand hinweg zum Leuchtschirm hin beschleunigt. Dort erzeugen sie im Auftreffpunkt einen Lichtfleck (durch Kathodoluminiszenz), dessen Helligkeit proportional zur Eingangsbeleuchtung ist. So kann auf der Ausgangsseite ein monochromes, verstärktes Bild der aufgenommenen Szene betrachtet werden.
Inverter
Der Inverter enthält zusätzlich eine oder mehrere Fokussierelektroden, um den Abstand zwischen Fotokathode und Leuchtschirm erhöhen zu können. Neben einer einfacheren Handhabung der Hochspannung kann dies dazu genutzt werden, das Eingangsbild zu verkleinern, um es der Größe der nachfolgenden optischen Komponenten anzupassen. Der Name "Inverter" leitet sich daraus ab, dass das Ausgangsbild auf dem Kopf steht.
Inverter und Nahfokus-Bildverstärker zählt man zu den Bildverstärkern der ersten Generation.
Bildverstärkern der zweiten Generation
Hier befindet sich zusätzlich eine Mikrokanalplatte zwischen Fotokathode und Leuchtschirm. Diese Platte enthält zahlreiche mikroskopisch feine parallele Kanäle zwischen ihrer Eingangs-und Ausgangsseite - ähnlich einem Lochblech mit einem Lochabstand von typisch 10 µm.
In jedem einzelnen Kanal wird die Anzahl der signaltragenden Fotoelektronen rauscharm verstärkt (ähnlich wie bei einem Fotovervielfacher durch Sekundärelektronenemission), die Nachweisempfindlichkeit des Bildverstärkers wird dadurch wesentlich erhöht.
Bildverstärker der dritten Generation
Sie enthalten spezielle Fotokathoden, die für den Einsatz im nahen Infrarot-Bereich optimiert sind.