Wie funktioniert Nachtsicht?

Wie funktioniert Nachtsicht?

Nachtsichtgeräte lassen Sie im Dunkeln sehen. Mit hochwertigen Nachtsichtbrillen und Zielfernrohren können Sie in einer dunklen Nacht Menschen, Tiere und Objekte bis zu einer Entfernung von 1.000 Metern sehen. Mit monokularen Nachtsichtkameras können Sie Fotos und Videos von Dingen aufnehmen, die Sie im Dunkeln mit bloßem Auge nicht sehen können.

Es gibt tatsächlich zwei ähnliche Technologien, die in Nachtsichtgeräten verwendet werden. Herkömmliche Nachtsichtgeräte verwenden eine optoelektronische Bildverbesserung, die funktioniert, indem sie kleine Mengen von Infrarotlicht erfasst, die von Objekten reflektiert werden, und dieses Licht dann elektrisch in ein charakteristisches leuchtendes grünes Bild verstärkt. Eine neuere Technologie, die digitale Bildverbesserung, erfasst verfügbares Licht auf einem digitalen Bildsensor und verbessert die Bilder dann digital in einem Vollfarbdisplay.

Wie man Nachtsicht erfindet

Stellen Sie sich vor, Ihre Aufgabe ist es, eine Brille zu erfinden, die den Menschen hilft, nachts zu sehen. Es ist offensichtlich, was Sie tun müssen. Lichtstrahlen wandern in die Brille an der Vorderseite, also müssen Sie sie irgendwie einfangen, ihre Stärke erhöhen und sie dann in die Augen der Person feuern. Aber wie kann man Licht einfangen und verstärken? Ferngläser, Teleskope und sogar normale Brillen bringen das Licht in den Fokus, aber sie machen es nicht heller. Es ist ganz einfach, eine Brille zu erfinden, die die Dinge dunkler macht: Sie beschichten die Gläser einfach mit etwas, das einen Teil des Lichts absorbiert – und so funktionieren Sonnenbrillen. Aber Brillen, die die Dinge heller machen, sind eine große Herausforderung.

Elektrizität hingegen lässt sich sehr leicht an Stärke steigern. Die Menschen haben alle möglichen elektrischen Geräte erfunden, die an einem Ende einen kleinen elektrischen Strom (Stromfluss) aufnehmen und am anderen einen größeren Strom erzeugen. Etwas, das dies tut, wird Verstärker genannt. Ein Hörgerät zum Beispiel verwendet ein winziges elektronisches Bauteil, einen Transistor, um von einem Mikrofon aufgenommene Geräusche zu verstärken (deren Lautstärke zu erhöhen), damit sie von Hörgeschädigten leichter gehört werden können. Eine E-Gitarre verwendet einen viel stärkeren Verstärker, um die Zupfklänge der Saiten in Klänge zu verwandeln, die ein Stadion füllen können.

Hier ist also eine Möglichkeit, eine Brille zu erfinden, die das Licht verstärkt. Was wäre, wenn wir das Licht in Elektrizität umwandeln, die Elektrizität verstärken und dann die verstärkte Elektrizität wieder in Licht umwandeln? Das sollte das Licht viel heller machen, damit wir auch nachts sehen können. Dieser unwahrscheinlich klingende Trick funktioniert wirklich – und so helfen uns Nachtsichtbrillen beim Sehen. 

Wie funktionieren Nachtsichtbrillen?

Nachtsichtbrillen verstärken eine trübe, dunkle Szene in einer Reihe einfacher Schritte:

  • Schwaches Licht einer Nachtszene fällt vorne in das Objektiv. Das Licht besteht aus Photonen (Lichtteilchen) aller Farben.
  • Wenn die Photonen in die Brille eintreten, treffen sie auf eine lichtempfindliche Oberfläche, die als Photokathode bezeichnet wird. Es ist ein bisschen wie ein sehr präzises Solarpanel: Es hat die Aufgabe, Photonen in Elektronen umzuwandeln (die winzigen, subatomaren Teilchen, die Elektrizität durch einen Stromkreis transportieren).
  • Die Elektronen werden von einem Photomultiplier, einer Art Photozelle, verstärkt. Jedes Elektron, das in den Photomultiplier eindringt, führt dazu, dass viele weitere Elektronen ihn verlassen.
  • Die Elektronen, die den Photomultiplier verlassen, treffen auf einen Phosphorschirm, ähnlich dem Schirm eines altmodischen Fernsehers. Wenn die Elektronen auf den Phosphor treffen, erzeugen sie winzige Lichtblitze.
  • Da es viel mehr Photonen gibt, als ursprünglich in die Brille eingedrungen sind, macht der Bildschirm eine viel hellere Version der ursprünglichen Szene.

In Wirklichkeit stellen die bildverstärkende Photokathode und der Photomultiplier – die Bildverstärkerkomponenten – in Wirklichkeit nur den zentralen Teil eines komplexeren ( aber immer noch relativ konventionelles) optisches System. Lassen Sie sich nicht von all den Details verwirren; Ich habe einige der Schlüsselstellen farbig und hervorgehoben, um zu zeigen, wie alles zusammenpasst. Verwenden Sie die Zahlen aus dem Kunstwerk und arbeiten Sie von links nach rechts: 40 ist die Objektivlinse (die Linse, die dem betrachteten Objekt am nächsten ist); 42 ist im Wesentlichen ein Fokussierungsmechanismus; 50 ist die Bildverstärkereinheit (entsprechend den Teilen 2, 3 und 4 aus meinem vereinfachten Bild oben); 54 ist ein Kollimator, der die durch ihn hindurchtretenden Lichtstrahlen verengt und ausrichtet; 58 und 62 sind Spiegel; 14 ist das Okular. Unten ist 78 ein Spannungsregler und 81 ist der Akku.

Anwendungen der Nachtsichttechnologie

Die Nachtsichttechnologie wird in verschiedenen Gerätetypen verwendet, die alle entwickelt wurden, um das Sehen in dunklen oder schwach beleuchteten Umgebungen zu verbessern.

Der vielleicht beliebteste Verbraucher von Nachtsichttechnologie ist in Zielfernrohren zu finden. Ein Zielfernrohr ist ein Zielfernrohr, das verwendet wird, um entfernte Objekte zu sehen. Zielfernrohre können entweder freistehend (Handgerät) oder an bestimmten Arten von Schusswaffen, wie z. B. Gewehren, montiert sein. Nachtsichtgeräte können monokular (ein einzelnes Okular) oder binokular (zwei Okulare für ein stereoskopisches Bild) sein.

Nachtsichtbrillen sind ebenfalls beliebt. Stellen Sie sich diese Brille als Fernglas vor, das an einem Kopfband oder Helm befestigt ist. Da die Brille getragen statt gehalten wird, haben Sie Ihre Hände für andere Zwecke frei. Sie sind ideal, wenn Sie sich nachts oder in dunklen Gebäuden bewegen.

Schließlich verfügen viele Foto- und Videokameras über eine digitale Nachtsichttechnologie für Nachtaufnahmen. Nachtsichtkameras werden häufig für Überwachungszwecke verwendet, insbesondere im Bereich der unbeleuchteten Umgebung eines Gebäudes.

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