Nightvision

Nachtsichtgerät an einem Pilotenhelm

Blick durch einen Restlichtverstärker

Am Helm eines US-amerikanischen Soldaten der 2. Stryker-Brigade befestigtes Nachtsichtgerät.

Ein Nachtsichtgerät ermöglicht oder verbessert die visuelle Wahrnehmung in Dunkelheit oder Dämmerlicht.

Nachtsichtgeräte werden von Naturforschern, Jägern, dem Militär, der Polizei, von Sicherheitsfirmen und auch von Privatpersonen verwendet. Nachtsichtgeräte eignen sich auch zur Beobachtung der Strahlung von im Infrarotbereich arbeitenden Lasern.

Funktionsweise

Es gibt verschiedene Methoden, die das Sehen bei Dunkelheit oder sehr schwachen Lichtverhältnissen ermöglichen oder verbessern:

• indem das vorhandene schwache Licht verstärkt wird, siehe auch Restlichtverstärker
• indem (unsichtbare) Infrarotstrahlung (nahes Infrarot, NIR) der Umgebung in sichtbares Licht umgewandelt wird (Bildwandlerröhre, Halbleiter-Bildsensor). Diese Methode kann durch eine Beleuchtung mit Infrarotscheinwerfern ergänzt werden.
• indem die Infrarotstrahlung der Objekte selbst sichtbar gemacht wird, wenn deren Temperatur von der Umgebung abweicht. Die Wellenlänge dieser Infrarotstrahlung liegt bei 5–15 µm und kann mit Wärmebildkameras aufgenommen werden. Die Methode eignet sich besonders zur Beobachtung von warmblütigen Lebewesen, frisch abgestellten Fahrzeugen und Unterständen.

Bildwandler und Restlichtverstärker

Das Kernstück üblicher Nachtsichtgeräte für das nahe Infrarot ist eine Bildwandlerröhre bzw. ein Restlichtverstärker, bei denen auf der Eintrittsseite auf eine Fotokathode auftreffende Strahlung (bis etwa 1,8 µm Wellenlänge) Elektronen auslöst, die, durch eine Hochspannung im Vakuum beschleunigt, an der Gegenseite auf einen meist grünlichen Leuchtschirm auftreffen und dort ein Bild erzeugen.
Optiken aus Glas bilden die Umgebung auf der Fotokathode ab und ermöglichen eine Betrachtung der kleinen Bildschirme ähnlich wie bei einem Fernglas oder dem Sucher eines Camcorders.

Ist sichtbares Licht oder Infrarotstrahlung für diesen Verstärkungseffekt nicht ausreichend vorhanden, kann eine Infrarot-Lampe die Umgebung unsichtbar für das menschliche Auge ausleuchten.

Die Geräte nach dem Bildwandlerprinzip im nahen Infrarot bzw. Restlichtverstärkung im sichtbaren Bereich werden beispielsweise von Jägern und vom Militär eingesetzt. Sie sind am Tage nicht einsetzbar.

Geschichte und Generationen

Bei Bildwandler- und Restlichtgeräten werden sogenannte Generationen unterschieden (siehe auch bei Restlichtverstärker):

Geräte der Generation 0 (Infrarot-Umwandler nach dem Nahfokus-Prinzip) sind bereits seit etwa 1940 bekannt und wurden z. B. bereits während des Zweiten Weltkrieges in Militärfahrzeugen eingesetzt; ein erhaltenes Exemplar befindet sich in der wehrtechnischen Sammlung Koblenz, montiert auf einem Fahrzeug vom Typ Panzerkampfwagen V Panther.

Eine Bildwandlerröhre ist z. B. die AEG-Telefunken 6914, wie sie z. B. auch im bei der Bundeswehr eingesetzten Gerät Fero51 verbaut ist.

Die Generation 1 (Lebensdauer max. 1000–2000 Std.) arbeitet mit Bildwandlerröhren nach dem Inverterprinzip – eine Elektronenoptik ermöglicht höhere Verstärkung (1000–8000fach) und auch eine Bildverkleinerung. Geräte der Generation 1 werden meist mit Infrarotbeleuchtung ergänzt. Einige Geräte der weißrussischen Firma „Dipol“ reichen nahezu an solche der Generation 2 heran. Das Militär verwendete vor Jahrzehnten eine Technik, bei der mehrere Röhren hintereinander geschaltet wurden und zu besseren Ergebnissen führten. Diese sehr klobigen Geräte wurden jedoch fast ausschließlich in Fahrzeugen (z. B. Panzer) eingebaut.

Die Generation 2 (Lebensdauer etwa 2000–4000 Std.) arbeitet zusätzlich mit einer Mikrokanalplatte (MCP) zwischen der Fotokathode und dem Bildschirm. Mikrokanalplatten stellen für jeden Bildpunkt (Pixel) einen Sekundärelektronenvervielfacher dar und ermöglichen eine bis zu 20.000fache Restlichtverstärkung.

Die Generation 3 (Lebensdauer etwa 15.000 Std.) ist eine weitere Verbesserung dieser mit Mikrokanalplatten arbeitenden Geräte. Hierbei wird zusätzlich das empfindliche chemische Galliumarsenid (GaAs) eingesetzt, wodurch eine bis zu 50.000fache Lichtverstärkung erreicht wird.

Die Generation 4 ist zurzeit nur dem Militäreinsatz vorbehalten und nicht im Handel erhältlich.

Wärmebildgeräte

Nach dem Prinzip einer Wärmebildkamera arbeitende Nachtsichtgeräte sind empfindlich für die Wärmestrahlung der Objekte selbst. Sie arbeiten mit pyroelektrischen oder Bolometer-Arrays. Die Geräte sind wesentlich teurer und werden beispielsweise bei der Suche nach vermissten Personen oder vom Militär eingesetzt. Die Geräte besitzen Objektive aus einkristallinem Germanium und können auch am Tage eingesetzt werden.

Anwendungen und weitere Arten

Auf dem zivilen Markt sind insbesondere Geräte der 1. und 2. Generation erhältlich. Es sind fast ausschließlich Handgeräte in monokularer oder binokularer Bauform, die Ferngläsern ähneln. Manche verfügen auch über ein Tragesystem für den Kopf. Die Tendenz geht zu immer kleineren, leichteren und leistungsfähigeren (hauptsächlich in Bezug auf die Batterielaufzeit) Geräten. Da Infrarot-Strahlung Nebel besser als Licht durchdringt, können Nachtsichtgeräte oder Infrarot-Kameras vorteilhaft auch bei schlechten Sichtbedingungen eingesetzt werden.

Im militärischen wie auch dem polizeilichen Bereich, welche die Entwicklung auch wesentlich vorantreibt, gibt es die verschiedensten (je nach Einsatzvariation gefertigten) Modelle; das reicht von kleinen Einaugespähern, über die mit Gurten am Kopf oder Helm befestigte Variante, bis hin zu größeren Nachtsichtferngläsern. In Flugfahrzeugen sind diese ein fester Bestandteil der integrierten Ausrüstung.

Bild einer handelsüblichen Webcam, deren IR-Sperrfilter entfernt und durch einen IR-Filter ersetzt wurde.

Auch viele Camcorder und Digitalkameras können als Infrarot-Sichtgeräte verwendet werden, da der CCD- bzw. CMOS-Bildsensor dieser Kameras prinzipiell auch auf Infrarotstrahlung bis etwa 1,1 µm anspricht. Hierzu gibt es manchmal einen Modus („night shot“), bei dem der ansonsten vor dem Chip befindliche IR-Sperrfilter weggeschwenkt wird. Dieser Modus kann beispielsweise auch dafür genutzt werden, um die Funktionstüchtigkeit von Infrarot emittierenden Geräten (z. B. Fernbedienungen) zu überprüfen. Der Test kann meist bei Raumbeleuchtung erfolgen.

Zur Gebäudeüberwachung werden häufig Nahinfrarot-empfindliche Videokameras und passende IR-Scheinwerfer eingesetzt, um bei Nacht beobachten zu können, ohne die Umgebung durch Licht zu stören.

Wärmebild-Nachtsichtgeräte sind aufgrund ihrer hohen Anschaffungskosten kaum in privatem Gebrauch. Sie werden von der Polizei, zur Grenzüberwachung und zum Aufspüren von Personen und unbeleuchteten Fahrzeugkolonnen, Stellungen und Unterständen eingesetzt. Sie sind dazu oft an Bord von Flugzeugen und Hubschraubern installiert. Auch kürzlich benutzte Wege und Fahrspuren können damit im Dunklen aus der Luft erkannt werden.

Eine neuere Art von Nachtsichtgeräten benutzt anstelle von Infrarot Millimeterwellenstrahlung, diese kann sogar dünnere Wände durchdringen.

Siehe auch

• Nachtsicht-Assistent

Literatur

• Jahn, Karsten: Uhu und Falke. Die Entwicklung von Nachtsichtgeräten für die Panzertruppen durch das Waffenamt (Heer) der Deutschen Wehrmacht.
  In: Richter, Klaus Christian (Hrsg.): Panzergrenadiere. Eine Truppengattung im Spiegel ihrer Geschichte, Munster/Örtze 2004, S. 197 - 211. ISBN 3-00-014858-2

Weblinks

• Technik der Nachtsichtgeräte