Was ist besser – Wärmebildtechnik oder Nachtsichttechnik?

Um Ihnen eine Entscheidung etwas zu erleichtern, haben wir hier einen ausführlichen Artikel zusammengetragen. Machen Sie sich ein Bild und entscheiden Sie selbst, was Ihnen besser zusagt und Ihren Anforderungen entspricht.

Was soll ich kaufen – ein Nachtsichtgerät oder ein Wärmebildgerät?

Diese Frage stellen sich viele Kunden vor dem Kauf regelmässig. Eine eindeutige Antwort ist nicht einfach. Sowohl Wärmebildgeräte wie auch Nachtsichtgeräte (sogenannte Restlichtverstärker) haben jeweils Vor- und Nachteile. Hier geben wir einen Überblick. Auf jeden Fall sollten die Geräte vor dem Kauf vor Ort betrachtet und in dasjenige Gerät investiert werden, welches einem persönlich am besten zusagt.

Wie funktioniert die Wärmebildtechnologie?

Bei der Wärmebildtechnologie werden Wärmestrahlungen (Infrarotstrahlen) auf einem Wärmebildsensor gemessen. Sichtbare Strahlen können vom menschlichen Auge wahrgenommen werden. Nebst sichtbaren Strahlen gibt es auch unsichtbare Strahlen welche nicht als Licht wahrgenommen werden können. Dazu gehören auch Wärmestrahlungen, welche durch entsprechende Gerätschaften gemessen werden können. Die langwelligen Wärmestrahlungen (Infrarotstrahlen) werden durch eine Germaniumlinse gefiltert und als einzelne Pixel auf dem Wärmebildsensor erfasst. Die einzelnen erfassten Pixel werden als Bild auf einem Bildschirm ausgegeben.

Im Gegensatz zu Restlichtverstärkern benötigen Wärmebildgeräte überhaupt kein Licht um ein Bild erzeugen zu können. Die gesamte Technologie basiert auf Temperaturdifferenzen welche unterschiedliche Körper ausstrahlen. Je grösser der Wärmeunterschied zwischen den einzelnen Körpern und der Umgebungstemperatur ist, desto besser ist die erzeugte Bildqualität.

Vorteile Wärmebild

Sehr schnelles Detektieren von Wärmequellen wie Menschen, Tieren auch auf grosse Distanzen (bis 2000m)
Tag- sowie Nachteinsatz ohne Einschränkung
Sehen auch bei Dunst, Nebel (bedingt), Rauch, Niederschlag und durch leichte Vegetation und somit weitgehend witterungsunabhängig
Kein Alterungsprozess (Verschleiss) ausser direkte Sonneneinstrahlung
Geringes Gewicht
100% passives Verfahren (keine Infrarotstrahlung)

Nachteile Wärmebildgeräte

Das Ansprechen erfordert Erfahrung. Hindernisse (Äste, Steine, etc.) können übersehen werden (Schussfeld)
Sehr hoher Energiebedarf. Die durchschnittliche Akkulaufzeit beträgt 2-4 Stunden
Aufstarten des Gerätes dauert einige Zeit (kann bis zu 20 Sek. dauern)
Vorsatzgeräte müssen zwingend eingeschossen und die Daten für die jeweilige Optik gespeichert werden
Distanzen sind schlecht schätzbar da es sich um ein zweidimensionales Bild handelt
Aufgeheizte Gegenstände wie z.B. Steine, Wurzelstöcke strahlen auch Wärme ab und sind manchmal schwer von Tieren zu unterscheiden
Es kann nicht durch Glas geschaut werden

Leistungsmerkmale von Wärmebildkameras

Detektorzellen (Pixel)

Je höher die Pixelzahl ist, desto grösser ist die Detailerkennung von Gegenständen. Je höher die Detektorpixelzahl ist desto teurer wird das Gerät.
Detektoren mit 640×480 Pixel Auflösung liefern ein sehr gutes Bild. Je höher die Pixelzahl ist, umso feiner kann das Bild aufgelöst werden.

Detektorzellengrösse (Pitch)

Die Pitchzahl sagt aus, wie gross die Detektorenzellen sind. Je kleiner die Pitchzahl ist, desto feiner wird das Bild. Die Pitchgrösse und die Pixelanzahl zusammen ergeben das visuell sichtbare Bild. Je feiner aufgelöst ein Bild ist, umso besser ist die Detailerkennung auch bei digital vergrösserten Bildern. Die Pitchgrösse wird in Quadrattausendstel Millimetern angegeben. Bei Detektoren mit 640×480 Pixel ist die Pitch (Pixelgrösse) in der Regel 12 µm gross. Bei Detektoren mit 320×240 Pixel Auflösung sind die Pitch (Pixelgrössen) 17 µm oder 25 µm gross.

Die Software bei den Herstellern wird laufend angepasst und führt dazu, dass auch 17 µm Sensoren sehr gute Bildqualität liefern. 17 µm Pitch können aufgrund der Grösse mehr Daten verarbeiten wie ein 12 µm Pitch und liefern daher auch bei schlechteren Umgebungsverhältnissen wie beispielsweise Nebel, Feuchtigkeit, Regen, Schnee noch gute Bildqualitäten.

Bildwiederholfrequenz

Die Bildwiederholfrequenz wird in Hz (Hertz) angegeben und sagt aus, wievielmal ein Bild pro Sekunde verarbeitet wird. Je höher die Hertzzahl ist, desto schneller wird das Bild aktualisiert. Tiefe Hertzzahlen wie z.B. 9 Hz erzeugen ein schleppendes Bild was bei der Bewegung sehr störend ist. 50 Hertz ist ein guter Wert, welcher auf der Jagd sinnvoll genutzt werden kann.

Detektorempfindlichkeit

Die Detektorempfindlichkeit wird in Millikelvin ausgedrückt und sagt aus, wie empfindlich der Detektor auf Temperaturunterschiede reagiert. Je tiefer die mk Zahl ist, desto kontrastreicher und klarere erscheint das erzeugte Bild. Die Detektorempfindlichkeit ist ein massgebender Faktor für ein gutes Bild und kann von Hersteller zu Hersteller resp. von Gerät zu Gerät sehr stark variieren.

Detektortypen

Es werden 2 unterschiedliche Materialien zur Herstellung von Detektoren verwendet. Zum einen kommt amorphes Silizium zum Einsatz (Asi) zum anderen wird Vanadium Oxid – die sogenannten Vox Detektoren – verwendet. Die Vox Detektoren sind die technisch raffiniertere Lösung. Sie zeigen ein besseres Rauschverhalten, weniger Pixelfehler, bessere Bildqualität, eine höhere Temperatursensibilität, ein schnelles Ansprechverhalten und benötigen weniger Strom.

Objektivdurchmesser

ObjektivdurchmesserDie sogenannte Blendenzahl f gibt an, in welchem Verhältnis die Brennweite (Abstand Linse zu Detektor) zur Eintrittspupille steht. Je grösser die Objektivlinse ist, desto mehr Infrarotstrahlung kann aufgenommen werden das heisst, umso grösser ist die Detektionsentfernung und desto schärfer kann ein Bild erzeugt werden. Es gilt auch, je weiter man beobachten will desto grösser sollte die Frontlinse sein.

Sehfeld

,Das Sehfeld wird mit der Kennzahl FOV (Field of View) ausgedrückt und steht im Verhältnis zur Linsengrösse. Je grösser der Sehwinkel ist desto grösser erscheint das abgebildete Bild und kann mit einem Weitwinkelobjektiv beim Fotoapparat verglichen werden. Will man Objekte auf weite Distanz beobachten, zum Beispiel Tiere in den Bergen kommen in der Regel Geräte mit einem kleineren Sehfeld zum Einsatz welche ein stärker vergrössertes Bild eines kleineren Bildausschnitts liefern.

Display System und Auflösung

Die Bildschirme sind das, was der Anwender betrachtet und das Abbild des aus Wärmeunterschieden erzeugte Bild des Detektors.

Bei den Bildschirmen kommen sowohl LCD wie auch OLED Displays zum Einsatz. Die OLED Displays (Organic Light Emitting Diode) liefern sehr kontraststarke Bilder und sind in der Anwendung bei Wärmebildgeräten den LCD Displays vorzuziehen.

Vergrösserung

Bei der Vergrösserung unterscheidet man wie bei den digitalen Fotokameras zwischen digitalem Zoom und optischem Zoom. Beim digitalen Zoom, wird die Abbildung auf dem Bildschirm vergrössert aber liefert keine echte Vergrösserung des Gegenstandes. Folglich erscheint das Bild bei digitaler Vergrösserung nicht scharf. Ein optisches Zoom ist einem digitalen Zoom in jedem Fall vorzuziehen, da das vergrösserte Bild scharf erscheint. Wichtig ist natürlich hierbei auch, dass die verwendeten Linsen entsprechend vergütet sind und die Linsen perfekt geschliffen wurden.

Gesetzeslage in der Schweiz

Primär muss man unterscheiden zwischen

Wärmebild-Beobachtungsgeräten (sind zur reinen Beobachtung konzipiert)
Wärmebild-Vorsatzgeräten (können als Beobachtungsgerät wie auch als Vorsatzgerät vor einem Zielfernrohr verwendet werden)
Wärmebild-Zielgeräten (Wärmebildzielgeräte welche wie ein Zielfernrohr verwendet werden können, da sie ein Absehen im Sichtfeld haben)

Weiter wird unterscheiden zwischen dem eidgenössischen Waffengesetz und den kantonalen Jagdgesetzen. Was waffenrechtlich erlaubt ist, muss nicht zwingend auch jagdlich erlaubt sein und anders rum, was auf der Jagd erlaubt ist, ist nicht zwingend vom Waffengesetz betrachtet erlaubt.

Jäger müssen diese Unterschiede kennen und sollten sich hinsichtlich des Erwerbs und der Verwendung von Nachtsichtoptiken (Wärmebild und/oder Restlichtverstärker) erkundigen. Sehr gerne beraten wir Sie hierbei.

Wärmebild-Beobachtungsgeräte

Der Erwerb und die Verwendung von Wärmebild- Beobachtungsgeräten ist waffenrechtlich ohne Einschränkung erlaubt.

Wärmebild-Vorsatzgeräte

Der Erwerb eines Wärmebild- Vorsatzgerätes ist ohne Einschränkung möglich. Die Verwendung eines Wärmebild-Vorsatzgerätes in Kombination mit einem Zielfernrohr hingegen ist verboten. Für die Verwendung des Wärmebild-Vorsatzgerätes bedarf es einer kantonalen Ausnahmegenehmigung, welche bei der zuständigen Polizei beantragt werden kann.

Wärmebild-Zielgeräte

Der Erwerb und die Verwendung eines Wärmebildzielgerätes ist verboten. Zum Erwerb eines Wärmebildzielgerätes benötigt man eine kantonale Ausnahmebewilligung.

Einzelne Kantone erlauben zur Bejagung von Wildschweinen sowohl die Verwendung von Wärmebild-Vorsatzgeräten wie auch von Wärmebild-Zielgeräten. Für die jagdliche Verwendung dieser Geräte benötigt man eine Bewilligung vom Amt für Jagd zusammen mit der kantonalen Ausnahmegenehmigung für den Erwerb- wie den Besitz resp. die Herstellung (Vorsatzgerät) einer solchen Gerätschaft.

Dies gilt sowohl für Nachtsicht-Geräte (Restlichtverstärker) wie auch Wärmebildgeräte.

Zusammenfassung

Zusammenfassend kann man sagen, dass einzelne technischen Werte keine Aussage zur Leistungsfähigkeit eines Wärmebildgerätes liefern. Die Kombination einzelner Komponenten ist matchentscheidend. Je nach Einsatzzweck kommt das eine oder andere Gerät eher in Frage. Es ist ein Unterschied ob man ein Gerät sucht, welches eher im Wald zum Einsatz kommt oder aber auf weitere Distanzen im Gebirge.

Ein gutes, leistungsstarkes Gerät kostet ein paar Franken. Aber die Anschaffung eines guten Gerätes macht sich auf lange Frist bezahlt. Hier gilt wie so oft der Satz: “wer billig kauft, kauft zweimal”.

Wir wünschen Ihnen viel Anblick und Waidmannsheil.

Ihr Birkenast Team

Funktionsweise von Nachtsichttechnologie (Restlichtverstärker)

Das Grundprinzip von Nachtsichttechnik ist, Restlicht – welches in der Natur immer vorkommt – zu verstärken. Hierbei werden die Photonen (Licht besteht aus Photonen) in der Photokathodenröhre in Elektronen umgewandelt. Die Elektronen werden zigfach durch chemische und elektronische Prozesse verstärkt. Die verstärkten Elektronen wandeln sich an einer Phosphorfläche in sichtbares Licht um und können somit durch das menschliche Auge wahrgenommen werden.

Es gibt grüne und schwarz/weisse Bildröhren. Die schwarz/weissen Bildröhren sind für das menschliche Auge angenehmer und ergeben einen besseren Kontrast zwischen unterschiedlichen Objekten.

Siehe auch den Beitrag über Nachtsichttechnik Historie und Entwicklung

Vorteile Nachtsichtgeräte

Echtes, kontrastreiches Bild
Keine Aufstartzeit
Sehr geringer Energiebedarf
Keine Zeitverzögerung in der Bilderzeugung
Detailgenaues Bild. Es können auch kleine Äste, Gras ETC. erkannt werden. Ebenso ist die Landschaftstopografie genau erkennbar
Distanzen können gut geschätzt werden
Ansprechen von Wild (Geweih, Gehörn, Pinsel etc.) kann genau vorgenommen werden
Vorsatzgeräte müssen nicht eingeschossen werden
Es kann auch durch Glas (z.B. Autoscheiben) beobachtet werden

Nachteile Nachtsichtgeräte

Bei völliger Dunkelheit muss ein Infrarotstrahler zur Aufhellung dazugeschaltet werden. Das IR Licht kann je nach Wellenlänge durch nachtaktive Tiere wahrgenommen werden
Aufspüren von Wild ist schwieriger
Über die Jahre (rund 10’000 Betriebsstunden) abnehmende Sicht-Leistung
Witterungsabhängige Sehleistung. Nebel, starker Regen oder Schneefall trüben die Sicht
Infrarotstrahlung kann an nahen Gegenständen reflektieren.

Nachtsichttechnik – Historie und Entwicklung

Geschichte

Grundlegende Erfindung durch Dr. Schaffernicht, AEG, das Prinzip der Bildwandler- und Bildverstärker-Röhren wurde 1934/35 patentiert.

Militärischer Nutzen wurde von den Nationalsozialisten nicht erkannt, weshalb dieser Bereich der Reichspost zugeordnet wurde.

1943: wenige Hundert Geräte

1944: bereits ca. ca. 2000 Geräte im Einsatz

Bevorzugter Einsatz der sogenannten UR-Geräte: Beobachtung / Zielbeobachtung / Fahrgeräte

Grundprinzip der Nachtsichttechnik

Vorhandenes, für das menschliche Auge nicht sichtbares Licht sichtbar machen durch Transformation

Licht ist im Grunde genommen Strahlung auf Basis elektromagnetischer Wellen, wobei die Wellenlängen unterschiedlich sind. Die Entfernung zwischen zwei Wellenbergen bzw. Tälern sind die Wellenlängen. Als Masseinheit wird in Meter gemessen. Sehr kurze Wellenlängen finden wir bspw. im Mikrowellenbereich (Mikrometer), sehr lange Wellen (mehrere Meter) sind typisch für Radiowellen.

Sichtbares (für den Menschen ohne Hilfsmittel wahrnehmbares) Licht, sogenanntes Weisslicht, finden wir im Spektrum von 380 bis 750 Nanometer (1 Nanometer (NM) = 1 Milliardstel Meter, d.h. 1/1.000.000.000 Meter).

Jede Wellenlänge hat eine individuelle Farbkodierung und kann deshalb vom Menschen als unterschiedlichen Farbe (Spektralfarben) wahrgenommen werden.

Die kürzesten Wellen, die wir sehen können, haben eine ultraviolette Farbe (ca. 400 NM) – die längsten Wellen haben eine rote Farbe (ca. 700 NM).

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=1 mm)

Tiere sind von der Natur zum Teil bevorzugt ausgestattet. So können bspw. nachtaktive Tiere wie Hauskatze, Rehwild, Fuchs teilweise noch Licht im nahen Infrarotbereich nutzen. Dies erklärt auch das Aufschrecken beim Anstrahlen mit Infrarotlampen (Wirkung < 780 NM) bei der nächtlichen Pirsch.

Situationen bei Nacht

In der freien Natur gibt es keine völlige Dunkelheit. Durch Lichtstrahlungen von Mond, Sternen, aber auch künstlichen Lichtquellen wie Wohnansiedlungen, Kfz-frequentierte Strassen kann man mehr oder weniger gut bzw. schlecht in der Nacht sehen. Dabei nimmt die Menge des vorhandenen Restlichts bei idealen Bedingungen wie sternenklare Vollmondnacht (Restlicht 0.01 Lux) in dramatischer Weise ab, wenn sich die Bedingungen zunehmend verschlechtern. Die Restlichtmenge bei ungünstigsten Verhältnissen wie z. B. stark bewölkter mondloser Himmel beträgt nur noch 1/1000-tel (Restlicht 0.00001 Lux).

Transformationstechnik

Licht, besser gesagt, kleinste Lichtteilchen = Photonen (auch für das menschliche Auge nicht sichtbar) werden in Elektronen umgewandelt und auf einem Leuchtschirm für das menschliche Auge sichtbar gemacht.

Bildwandler Prinzip (Ursprüngliche Methode Gen 0)

Licht (Photonen) treffen auf die Photokathode und lösen Elektronen frei (lichtelektrischer Effekt). Dabei wird das dort abgebildete Bild durch unterschiedliche Emissionsdichte bestimmt. Ein als elektrische Linse wirkendes Elektrodensystem beschleunigt und fokussiert die Elektronen auf einen Fluoreszenzschirm. Die hoch beschleunigten Elektronen regen den Schirm zum Leuchten an. Dadurch entsteht ein sichtbares Bild der realen Situation (des Originals).

Der Aufbau der Photokathode bestimmt die Empfindlichkeit für infrarotes oder sichtbares Licht. Bei Verwendung einer infrarotempfindlichen Kathode wird infrarotes Licht (nicht sichtbar) in ein sichtbares Licht umgewandelt (=Bildwandlerröhre).

Da die Verstärkungsleistung der Gen 0 Röhren sehr schwach ist, muss eine Erhöhung der Lichtteilchen mittels zusätzlicher Lichtquelle erfolgen. Dabei wird bei einem Hochleistungsscheinwerfer sichtbares Licht mittels Filterscheibe zurückgehalten, sodass nur unsichtbares IR-Licht den Betrachtungsraum beleuchtet.

Entscheidender Vorteil: auch bei extrem wenig Restlicht gleichmässig gute Leistung und hohe Bildqualität (kaum Bildrauschen, hohe Bildauflösung, gute Randschärfe).

Nachteil:

leichte Detektierbarkeit durch andere/gegnerische Geräte wie NSG, DF ZF.); zusätzlicher Scheinwerfer mit Stormversorgung erhöht Volumen und Gewicht.

Fazit:

Auch Geräte der Gen 0 haben durchaus noch ihre Existenzberechtigung, insbesondere wenn beim Kauf der Preis eine entscheidende Rolle spielt.

Die in der Bundeswehr als Fero 51 und in der Schweizer Armee als FS 72 eingeführten Geräte haben für die Armee vor 30 Jahren so viel gekostet wie 2 VW Käfer und sind heute noch als Arsenalware oder übers Internet für ca. Fr. 500 – 1’000
zu haben. Gebrauchswert und Liebhaberwert sind nahezu identisch, weshalb auch fast kein Wertverlust eintritt.

Restlichtverstärkerprinzip

Geräte mit Bildwandler der 1. Generation arbeiten oft mit zwei oder drei aneinander gereihten Röhren und erreichen dadurch ausreichende Verstärkung von Restlicht, weshalb auf Scheinwerfer verzichtet werden konnte.

Entwicklung: Mitte 50er Jahre
Verwendung: umfangreich im Vietnamkrieg (u.a. Starlightscopes auf M14 und M16)
Vorteile: keine Fremdlichtquelle erforderlich bei ausreichend Restlicht
Nachteil: schlechte Bildqualität besonders im Randbereich, starkes Bildrauschen sowie relativ große Bauart (lange Geräte mit großem Durchmesser).

Eine entscheidende Weiterentwicklung gelang mit der Einführung der 2. Generation. Hierbei handelt es sich um eine neue Technologie der Microkanalplatte als echtes Verstärkungselement. Dieses Element ist in sogenannten MCP-Röhren hinter der Photokathode angeordnet. Im Grunde genommen ist es eine sehr dünne Glasscheibe, in der mittels elektro-chemischen Verfahren zwischen 1.5 bis 12 Mio. feinster Kanäle eingearbeitet sind. Diese Glaskanülen sind im Winkel von ca. 8 Grad angeordnet. Von der Photokathode erzeugte Elektronen treffen nun beim Eintritt in die Kanäle auf deren Wände. Dabei werden die Elektronen verdoppelt und durch den ständigen Wiederholungsprozess bis zum Austritt das der Kanüle zig-tausendfach multipliziert.
Anschliessend treffen diese zig-tausendfach vervielfachten (verstärkten) Elektronen den Bildschirm (spezielle Art von Sulfid-Phosphor), der beim Aufprallen von Elektronen leuchtet; ein Elektron schlägt theoretisch 1 Photon frei – Umgekehrtes Prinzip der Photokathode. Besonders bewährt hat sich die Verwendung von grün strahlendem Phosphor, da das menschliche Auge in diesem Farbton am besten Details und unterschiedliche Kontraste erkennen kann.

Historische Entwicklung der Generationen

Generation 0 Entwicklung

Bereits vor dem 2 WK und erfolgreicher Einsatz in kleinen Serien durch Deutsche Armee 1944/45. Umfangreiche Verwendung der Amerikaner im Korea-Krieg und z. T. heute noch bei Armeen in der Reserve.

Generation 1 Entwicklung

Mitte der 50 Jahre in den USA und breite Anwendung im Vietnamkrieg (Starlightscope auf M14 und M16)

Der Aufbau der Röhren ist ähnelt stark der Gen.0, jedoch ist die Photokathode durch eine verbesserte chemische Zusammensetzung lichtempfindlicher.

Röhren der 1.Gen. werden heute in Geräten der Preiskategorie Fr. 1000 – 2000.- / hauptsächlich aus russischer Provenienz in großem Umfang für den zivilen Markt verbaut.

Generation 2 Entwicklung

Ende der 60 Jahre und durch kompakte Bauweise und geringere Empfindlichkeit durch Fremdlicht zusätzliche Nutzungen (Headmounted für Infanteristen, Flugzeugführer)

Generation 3 Entwicklung

Mitte der 70 und Einführung Anfang der 80 Jahre. Unterschied zur Gen 2 = Photokathode aus GaAs (Gallium Arsenid, Hochfrequenzanwendungen Halbleiterindustrie, Verwendung Umwandlung von elektrischer in optische Signale), dadurch zusätzliche Nutzung des IR-Lichtspektrums in höherwelligem Bereich und höhere Katoden Empfindlichkeit als bei Gen 2.

Dieser anfängliche Leistungsvorteil wurde in den letzten Jahren durch ständige Weiterentwicklung der Gen 2 (ab 1985 Supergen) durch die europäischen Hersteller Photonis (Frankreich) und DEP (Holland) wett gemacht.

Generation 4

1997 wurden die Firmen ITT und Litton in der USA beauftragt, für die US Armee eine neue 4. Generation zu entwickeln. Diese sollte wie Gen.3 mit GaAs Photokathoden arbeiten, jedoch ohne die schützende Ionenbarriere auskommen.

Eine verbesserte Vakuumstechnologie zielte darauf ab, Ionenbildung zu verhindern, um so wirklich nutzbare 1800+ µA/lm Kathodenempflindlichkeit zu erreichen. Zusätzlich wurden die Röhren mit Autogating Technologie gefertigt und hätten somit auch bei sehr viel Licht (Tageslicht) eingesetzt werden sollen. Litton lieferte 1999 die ersten 50 Röhren diese Typs aus. Da diese Technik nicht ausgereift ist, hielten diesen Röhren nur wenige hundert Betriebsstunden.

Das Projekt 4

Generation wurde zurückgestellt. Als Nebenprodukt des Gen.4 Projektes wurde von ITT die 3. Generation mit extrem dünner Ionenbarriere (Thin Film) entwickelt. Diese ist nur noch ein 10.000stel eines menschlichen Haares dick. Somit konnte wieder eine Lebensdauer von 10.000 Stunden bei ca. 25 % iger Leistungssteigerung erreicht werden.

In Verbindung mit der Autogating Technologie wird diese Röhren Typ als „Pinnacle“ bezeichnet.

Ist die 3. Generation besser als die 2. Generation?

Anders als weitläufig angenommen, ist die so genannte 3. Generation kein Kind der 90iger Jahre. Bereits 1975 wurde die erste Röhre mit GaAs-Photokathode von der Firma Intevac E-O Sensors/USA hergestellt. Ab 1982 erhielt die US Armee für Pilotenbrillen Gen 3 Röhren mit im Vergleich zu heutigen Röhren bescheidenen Leistungsdaten: Auflösung 36 lp/mm, Kathodenempfindlichkeit 1000µA/lm einem S/N Wert von 16.2.

Die Infanterie bediente man ab 1985 im Rahmen des ersten OMNI -Liefervertrages der US-Armee. Hier waren die Mindest-Leistungsdaten noch geringer als für Pilotenröhren, die Kathodenempfindlichkeit z B. lag bei min. 800µA/lm – zum Vergleich: die Leistungsdaten aus dem aktuellen OMNI VI –Vertrag sind für Infanteriegeräte mindestens für Kathodenempfindlichkeit: 2000 µA/lm, Rauschverhalten: S/N 25, Auflösung: 64lp/mm.

An dieser Stelle wollen wir nochmals darauf eingehen, weshalb die Bezeichnung „3.Generation“ nicht gleichbedeutend mit einer höheren Leistungsstufe ist sondern im Grunde genommen nur aussagt, dass die Röhrenkathode auf der Grundlage von GaAs arbeitet, aber nichts über die Leistungsfähigkeit aussagt.

Selbstverständlich sind GaAs-Röhren (Gen3) zwar sehr empfindlich für IR-Licht, jedoch nicht im sichtbaren (Weisslicht-) Bereich – hier sind diese teilweise nahezu blind. Diesen Nachteil haben Supergen-Röhren nicht; auch wirkt das Bild dieser hochentwickelten 2. Gen.-Röhren aus westeuropäischer Provenienz meist plastischer.

In der Natur ist der Anteil des natürlichen IR-Restlichtes bei Nacht ca. doppelt so hoch wie der von Weisslicht. Hier hat die im IR-Bereich empfindlichere Gen. 3 Kathode theoretisch Vorteile, praktisch gesehen ist die Situation durch die dichte Besiedlung Europas allerdings so, dass durch die „Lichtverschmutzung“ von Städten etc. bei uns der Restlichtanteil des Nachthimmels zu ca. 70% aus Weisslicht besteht. Hier können Supergen-Röhren klar ihren Vorteil der hohen Weisslichtempfindlichkeit ausspielen.

Aus schutzrechtlichen Gründen dürfen in USA gefertigte Röhren der 3. Generation, selbst 20 Jahre alte Exemlare, nur für Behörden und Armeen exportiert werden. Es werden jedoch immer wieder 3. Generations-Röhren für Privatpersonen angeboten. Dabei handelt es sich um Röhren dubioser Herkunft oder z. T. um äquivalente Röhren europäischer Hersteller, die findige „Gerätehersteller“ nach dem Geschmack der Kunden mit eigens, kreierten Phantasienamen bzw. Generationsbezeichnungen versehen.

Arbeitsweise eines Nachtsichtgerätes

Der Schritt zum Verständnis des Funktionsprinzips eines Nachtsichtgerätes ist nun sehr leicht. Zum elektronischen Teil eines Gerätes (hierzu zählen die Wandler-oder Verstärkerröhre gehören die Stromversorgung sowie die Steuer – und Regelelektronik) kommt noch der optromechanische Teil hinzu. Hierbei handelt es sich auf der Eingangsseite um das Objektiv, welches die Aufgabe hat, möglichst viel Lichtteilchen zu sammeln und mittels Linsen auf der Fläche der Photokathode zu bündeln.

Auf der Ausgangsseite übernimmt das Okular die Funktion einer Lupe, die dem Auge ermöglicht, das sehr kleine Bild auf dem Phosphorschirm ausreichend sichtbar zu machen.

Gerätevarianten

Entsprechend der unterschiedlichen Anwenderbedürfnisse sind auch Nachtsichtgeräte konzipiert.

Reine Beobachtungsgeräte
Zielgeräte für Handfeuerwaffen und Großgeräte
Fahrgeräte für Landfahrzeuge
Luftfahrzeuge
Schiffe

Bauartbedingt lassen sich die Geräte unterscheiden in

Monokulare Geräte: 1 Eingang/1 Ausgang (Beobachtungsgeräte Handgehalten oder für Kopfmontage =Pocketscopes, Zielgeräte, stationäre Geräte für Observierung über lange Distanzen)
Binokulare Geräte: 1 Eingang / 2 Ausgänge durch Strahlenteiler, dadurch bedingtes dreidimensionales Sehen möglich.
Beobachtungsgeräte Handgehalten oder für Kopfmontage = Mulitfunktions- Brillen/Goggles).
Binokulare Geräte: 2 Eingänge / 2 Ausgänge, daher vollumfängliches dreidimensionales Sehen möglich (Beobachtungs- und Fahrgeräte (Fahrerbrillen, Helikopterbrillen)

Leistungsmerkmale eines Nachtsichtgerätes

Die Leistung eines Nachtsichtgerätes ist bestimmt durch das Leistungsvermögen der Bildverstärkerröhre und des optischen Systems bestehend aus Objektiv und Okular.

Die bei den angebotenen Geräten manchmal angegebenen Leistungswerte beziehen sich immer auf die Bildverstärkerröhre. Was das Gesamtsystem kann, muss eigentlich vom Nutzer subjektiv durch Schauen in der Natur oder auf eine Testtafel in simulierter Dunkelheit ermittelt werden. Dabei ist hilfreich, Geräte mit unterschiedlichen Röhren direkt miteinander zu vergleichen. Dass ein Vergleich unter günstigen Restlichtbedingen (sternenklare Vollmondnacht) und ungünstigsten Bedingungen (mondlose Nacht mit starker Bewölkung) sehr unterschiedliche Ergebnisse hervorbringen kann, ist offensichtlich. Die vorhandene Restlichtmenge unterscheidet sich dabei um den Faktor 1000, was dazu führt, dass auch leistungsschwache Geräte bei viel Restlicht noch gut abschneiden, aber bei weniger Restlicht schon kaum mehr zu gebrauchen sind. Solche Geräte sind deshalb meist mit größeren IR-Strahlern ausgerüstet, die dann schon bei Halbmondverhältnissen eingesetzt werden müssen. Oft wird das Licht dieser Lampen wegen der unzureichenden Wirkungsweise von nachtaktiven Tieren gesehen.

Nicht zu verwechseln sind solche Zusatzlampen mit den sehr kleinen und in die Gerätegehäuse integrierten IR-Diodenstrahler. Diese IR-Strahler sorgen dafür, dass die oft militärisch genutzten Geräte auch bei völliger Dunkelheit, z. B. in verdunkelten Räumen von Gebäuden, noch bis zu 15m funktionieren. Auch zum Kartenlesen in Fahrzeugen werden diese Konfigurationen genutzt.

Das schwächste Glied einer Kette bestimmt die Leistungsfähigkeit des Geräts. Dies trifft auch auf Nachtsichtsysteme zu. Selbst leistungsstarke Bildverstärkerröhren (BIV) können in Geräten mit Optiken, die nicht für Restlichtverstärker optimiert sind, oftmals zu einer extrem schlechten Gesamtleistung des Systems führen. Die verwendeten Objektive sollten eine Lichtstärke von f= 2,0 oder kleiner (und somit heller) haben.

Der F-Wert errechnet sich aus Brennweite durch Objektivdurchmesser. Somit ist die Vergrößerungsleistung von 5-fach bis 6-fach bei Nachtsichtgeräten als gerade noch sinnvoll zu bezeichnen. Dies gilt auch noch besonders für handgehaltene Geräte, da das Objektiv bei einem entsprechend notwendigen F-Wert sonst zu schwer werden würde. Bei lichtschwachen Eingangslinsen macht sich auch bei relativ viel Restlicht ein starkes Rauschen (Schneefalleffekt) der Röhre bemerkbar, da diese bereits bei günstigen Lichtverhältnissen ihre maximale Verstärkung leisten muss.

Die Vergütung sollte idealerweise für IR-Lichtwellenlängen bis 900nm ausgelegt sein, sonst wird das insgesamt vorhandene und von der BIV-Röhre nutzbare Licht nicht an diese „übertragen“.

Da jedoch in Europa der Restlichtanteil des Nachthimmels größtenteils durch „Lichtverschmutzung“ durch von Menschen erzeugtes Weißlicht verursacht wird, werden hier teilweise mit minder-IR-vergüteten Optiken wie z.B. C-Mount Objektiven, die eigentlich für Videokameras gebaut sind, teilweise noch akzeptable Leistungen erreicht.

Das Okular ist im Prinzip eine Lupe, die das auf dem Bildschirm der BIV-Röhre abgebildete Bild vergrößert. Der Vergrößerungsfaktor des Okulars ist bei Gen 2 und 3 ca. 10fach. Bei einer Objektivbrennweite von 25 mm ergibt sich eine Gesamtvergrößerung des Nachtsichtgerätes einfach. Bei einem 75mm Objektiv somit 3-fach. Es werden immer wieder Nachtsichtgeräte von findigen Verkäufern angeboten, die z.B. bei 120 mm Brennweite 8-fache Vergrößerungen haben sollen. Dies wäre nur mit einem Okular der Vergrößerung von ca. 15-fach möglich. Jedoch würde das Bild, ähnlich eines Digitalzooms, sehr „grobkörnig“ werden, da man in das vorhandene Bild ohne Zugewinn von Mehrinformation „hineinzoomt“. Solche Vergrößerungswerte dürfen also immer angezweifelt werden.

Die Pupille des menschlichen Auges kann sich nur maximal 7 mm weit öffnen – und dies gilt nur für einen jungen Menschen. Trotzdem sollte das Okular einen möglichst großen Durchmesser (15 mm oder größer) haben, da bei längerer Beobachtung das Zentrieren der Austrittspupille auf die Eintrittspupille des Auges zu Ermüdung führen kann.

Auflösung

Gemessen in Linienpaare pro Millimeter LP/mm.

Leistungseigenschaft, die besagt, wie gut kleine Objekte und Details aufgelöst werden können.

Photokathodenempfindlichkeit

Gemessen in Microampere pro Lumen, besagt, wie lichtempfindlich die Photokatode ist – d. h. wie viel Photonen in Elektronen umgewandelt werden können.

Signal-Rauschabstand

Nachtsichtgeräte haben ein Hintergrundrauschen. Dieses Rauschen zeigt sich als „Schneefall“ oder „Grieseln“. Je höher der S/N-Messwert einer Röhre ist, desto geringer zeigt sich das Hintergrundrauschen.

Auto Gating

Durch eine modifizierte Regelelektronik können Nachtsichtgeräte auch bei sehr viel Licht (Stadt, frühe Dämmerung) eingesetzt werden.

Halo Effect

Bei Beobachtungen mit Lichtquellen bilden sich Halo (Lichthöfe) um diese.

Dieser Effekt ist bei Gen.3 Röhren deutlich größer als bei Supergen, XD4 und kann 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 in der Ausleuchtung ausser bei LaserLuchs Infrarot Laserlampen (Schutzklasse 1)
mit infraroter Leuchtdiode (LED)

IR-Sichtgeräte, passiv (Wärmebildkamera)

Arbeiten im mittleren Infrarotbereich

Nutzen die Strahlung von Körpern (> 0 K = -273Grad C./ Strahlung als elektromagnetische Wellen , für Körper auf Umgebungstemperatur liegt die Wellenlänge der Strahlung im Infrarot-Bereich, also im Bereich der Temperaturstrahlung

Es werden Temperaturunterschiede von < 0,1 Grad C gemessen

Birkenast Natur GmbH

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