Bildverstärker

Bildverstärker sind Elektronenröhren, die in ihrer einfachsten Form aus einer Photokathode (als Kathode) und einem phosphorbeschichteten Leuchtschirm (als Anode) bestehen. Diese beiden Elektroden sind als dünne Schicht auf jeweils einem scheibenförmigen transparenten Substrat aufgebracht, die entweder aus Glas oder einer Faseroptik 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 Photokathode 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 Photokathode wird ein Bild projiziert (mit einem Objektiv, wie auf die Filmebene eines Fotoapparates). Aus jedem so beleuchteten Punkt der Photokathode treten Photoelektronen aus (durch den 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 Photokathode 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.

Bildverstärker der zweiten Generation

Hier befindet sich zusätzlich eine Mikrokanalplatte zwischen Photokathode und Leuchtschirm. Eine solche Platte ist ein flächenhaft auflösender Sekundärelektronenvervielfacher, der die Lichtempfindlichkeit des Bildverstärkers um mehrere Größenordnungen erhöht.

Bildverstärker der dritten Generation

Sie enthalten spezielle Photokathoden, die für den Einsatz im nahen Infrarot-Bereich optimiert sind.