Bildverstärker

Ein Bildverstärker (auch Bildverstärkerröhre genannt) ist ein Vakuumröhrengerät zur Verstärkung des verfügbaren Lichts in optischen Systemen. Dadurch wird der Einsatz bei schwachen Lichtverhältnissen, beispielsweise nachts, ermöglicht. So lassen sich Prozesse bei schwachem Licht, wie etwa die Fluoreszenz von Materialien unter Röntgen- oder Gammastrahlen ( Röntgenbildverstärker ), visuell darstellen. Auch die Umwandlung von nicht sichtbarem Licht, beispielsweise Nahinfrarot oder kurzwelligem Infrarot, in sichtbares Licht gehört zu seinen Anwendungsgebieten . Bildverstärker wandeln Lichtphotonen in Elektronen um, verstärken diese (üblicherweise mithilfe einer Mikrokanalplatte ) und wandeln die verstärkten Elektronen anschließend wieder in Photonen zurück, um sie sichtbar zu machen. Sie werden beispielsweise in Nachtsichtgeräten eingesetzt .

Bildverstärkerröhren (IITs) sind optoelektronische Bauelemente, die den Betrieb vieler Geräte, wie beispielsweise Nachtsichtgeräte und medizinische Bildgebungsgeräte , ermöglichen. Sie wandeln geringe Lichtmengen verschiedener Wellenlängen in sichtbares Licht einer einzigen Wellenlänge um.

Bildverstärker wandeln Lichtphotonen in geringe Mengen in Elektronen um, verstärken diese und wandeln sie anschließend wieder in Lichtphotonen zurück. Photonen einer schwachen Lichtquelle treffen auf ein Objektiv, das ein Bild auf eine Fotokathode fokussiert . Die Fotokathode setzt beim Auftreffen der Photonen durch den photoelektrischen Effekt Elektronen frei . Diese werden durch eine Hochspannung in eine Mikrokanalplatte (MCP) beschleunigt. Jedes hochenergetische Elektron, das auf die MCP trifft, löst in einem Prozess namens sekundäre Kaskadenemission die Freisetzung vieler weiterer Elektronen aus . Die MCP besteht aus Tausenden winziger, leitfähiger Kanäle, die schräg angeordnet sind, um mehr Elektronenkollisionen und damit eine kontrollierte Elektronenlawine zu erzeugen .

Aufgrund der hohen Spannungsdifferenz zwischen den Platten bewegen sich alle Elektronen geradlinig, wodurch die Kollimation erhalten bleibt . Wo ein oder zwei Elektronen eintreten, können Tausende austreten. Eine separate (niedrigere) Ladungsdifferenz beschleunigt die Sekundärelektronen aus der Mikrokanalplatte, bis sie auf einen Leuchtschirm am anderen Ende des Bildverstärkers treffen . Dieser emittiert für jedes Elektron ein Photon. Das Bild auf dem Leuchtschirm wird durch ein Okular fokussiert . Die Verstärkung erfolgt in der Mikrokanalplatte durch deren sekundäre Kaskadenemission. Der Leuchtstoff ist üblicherweise grün, da das menschliche Auge empfindlicher für Grün als für andere Farben ist und das ursprünglich zur Herstellung von Leuchtschirmen verwendete Material grünes Licht erzeugte (daher der Spitzname „grüner Fernseher“ für Bildverstärker).

Die Entwicklung von Bildverstärkerröhren begann im 20. Jahrhundert und wurde seitdem kontinuierlich weiterentwickelt.

Die Idee einer Bildröhre wurde erstmals 1928 von G. Holst und H. De Boer in den Niederlanden vorgeschlagen [1] , doch frühe Entwicklungsversuche blieben erfolglos. Erst 1934 entwickelte Holst, damals Mitarbeiter von Philips , die erste funktionierende Infrarot-Konverterröhre. Diese Röhre bestand aus einer Fotokathode in unmittelbarer Nähe eines Leuchtschirms. Mithilfe einer einfachen Linse wurde ein Bild auf die Fotokathode fokussiert und eine Spannung von mehreren tausend Volt an der Röhre angelegt. Dadurch wurden Elektronen durch Photonen von der Fotokathode gelöst und trafen auf den Leuchtschirm. Dieser leuchtete auf und zeigte das Bild des fokussierten Objekts, allerdings nicht seitenverkehrt. Mit dieser Bildkonverterröhre war es erstmals möglich, Infrarotlicht in Echtzeit zu betrachten.

Die Entwicklung wurde in den USA in den 1930er Jahren fortgesetzt, und Mitte 1930 wurde bei RCA der erste Bildverstärker mit invertierender Technologie entwickelt . Diese Röhre nutzte einen elektrostatischen Inverter, um ein Bild von einer sphärischen Kathode auf einen sphärischen Schirm zu fokussieren. (Die Wahl von Kugeln diente der Reduzierung von Abbildungsfehlern außerhalb der optischen Achse.) Die Weiterentwicklung dieser Technologie führte direkt zu den ersten Bildverstärkern der Generation 0, die im Zweiten Weltkrieg vom Militär eingesetzt wurden , um mit Infrarotbeleuchtung Nachtsicht sowohl für Schießübungen als auch für die persönliche Nachtsicht zu ermöglichen. Das erste militärische Nachtsichtgerät wurde bereits 1939 von der deutschen Wehrmacht eingeführt und seit 1935 entwickelt. Frühe Nachtsichtgeräte, die auf diesen Technologien basierten, wurden im Zweiten Weltkrieg von beiden Seiten eingesetzt.

Im Gegensatz zu späteren Technologien konnten frühe Nachtsichtgeräte der Generation 0 das vorhandene Umgebungslicht nicht wesentlich verstärken und benötigten daher eine Infrarotquelle. Diese Geräte verwendeten eine S1-Photokathode oder „ Silber - Sauerstoff - Cäsium “-Photokathode, die 1930 entdeckt wurde. Sie wies eine Empfindlichkeit von etwa 60 μA/lm (Mikroampere pro Lumen) und eine Quanteneffizienz von etwa 1 % im ultravioletten und etwa 0,5 % im infraroten Bereich auf. Bemerkenswert ist, dass die S1-Photokathode sowohl im Infrarot- als auch im Ultraviolettspektrum Empfindlichkeitsmaxima aufwies und mit einer Empfindlichkeit über 950 nm das einzige Photokathodenmaterial war, mit dem Infrarotlicht oberhalb von 950 nm sichtbar gemacht werden konnte.

Solarblindkonverter, auch als solarblinde Fotokathoden bekannt, sind Spezialgeräte, die ultraviolettes (UV-)Licht mit einer Wellenlänge unter 280 Nanometern (nm) detektieren. Dieser UV-Bereich wird als „solarblind“ bezeichnet, da er kürzer ist als die Wellenlängen des Sonnenlichts, das typischerweise die Erdatmosphäre durchdringt. Die 1953 von Taft und Apker [2] entdeckten solarblinden Fotokathoden wurden zunächst mit Cäsiumtellurid entwickelt . Im Gegensatz zu Nachtsichtgeräten, die anhand ihrer militärischen Anwendungen in „Generationen“ eingeteilt werden, fallen solarblinde Fotokathoden nicht in diese Kategorie, da ihr Nutzen nicht primär militärisch ist. Ihre Fähigkeit, UV-Licht im solarblinden Bereich zu detektieren, macht sie nützlich für Anwendungen, die eine Empfindlichkeit gegenüber UV-Strahlung ohne Störungen durch sichtbares Sonnenlicht erfordern.

Mit der Entdeckung effektiverer Photokathodenmaterialien, die sowohl eine höhere Empfindlichkeit als auch eine höhere Quanteneffizienz aufwiesen, konnten deutliche Verbesserungen gegenüber Geräten der Generation 0 erzielt werden. 1936 entdeckte Görlich die S-11-Kathode ( Cäsium - Antimon ), die eine Empfindlichkeit von etwa 80 μA/lm bei einer Quanteneffizienz von rund 20 % bot; dies bezog sich jedoch nur auf die Empfindlichkeit im sichtbaren Bereich mit einer Schwellenwellenlänge von etwa 650 nm.

Erst mit der Entwicklung der von A. H. Sommer entdeckten Bialkali-Antimonid-Photokathoden ( Kalium - Cäsium -Antimon und Natrium -Kalium-Antimon) und seiner späteren, 1956 zufällig entdeckten Multialkali-Photokathode (Natrium-Kalium-Antimon-Cäsium) S20 wiesen die Röhren sowohl eine ausreichende Infrarotempfindlichkeit als auch eine Verstärkung des sichtbaren Spektrums auf, um militärisch nutzbar zu sein. Die S20-Photokathode besitzt eine Empfindlichkeit von etwa 150 bis 200 μA/lm. Dank dieser hohen Empfindlichkeit konnten die Röhren auch bei schwachem Licht, wie beispielsweise Mondlicht, eingesetzt werden und eigneten sich gleichzeitig für den Einsatz bei geringer Infrarotbeleuchtung.

Obwohl die Deutschen im Zweiten Weltkrieg ursprünglich damit experimentierten, begannen die USA erst in den 1950er Jahren mit ersten Versuchen, mehrere Röhren in Kaskade zu schalten. Dabei wurde der Ausgang einer invertierenden Röhre mit dem Eingang einer anderen gekoppelt, was eine stärkere Verstärkung des beobachteten Objektlichts ermöglichte. Diese Versuche verliefen weit besser als erwartet, und auf diesen Röhren basierende Nachtsichtgeräte konnten schwaches Sternenlicht erfassen und ein brauchbares Bild erzeugen. Allerdings waren diese Röhren mit einer Länge von 43 cm und einem Durchmesser von 8,9 cm für militärische Zwecke zu groß. Die sogenannten Kaskadenröhren ermöglichten die Entwicklung der ersten wirklich passiven Nachtsichtgeräte. Mit dem Aufkommen von Glasfaserbündeln in den 1960er Jahren war es möglich, kleinere Röhren miteinander zu verbinden, wodurch 1964 die ersten echten Starlight-Zielfernrohre entwickelt werden konnten. Viele dieser Röhren wurden im AN/PVS-2- Zielfernrohr verwendet, das im Vietnamkrieg zum Einsatz kam.

Eine Alternative zur Kaskadenröhre, die Mitte des 20. Jahrhunderts erforscht wurde, ist die optische Rückkopplung , bei der das Ausgangssignal der Röhre in den Eingang zurückgeführt wird. Dieses Verfahren wurde zwar nicht in Zielfernrohren eingesetzt, hat sich aber in Laboranwendungen bewährt, wo größere Bildverstärkerbaugruppen zulässig sind. ^{[ 1 ]}

Bildverstärker der zweiten Generation verwenden dieselbe Multialkali-Photokathode wie die Röhren der ersten Generation. Durch die Verwendung dickerer Schichten desselben Materials wurde jedoch die S25-Photokathode entwickelt, die eine erweiterte Rotempfindlichkeit und eine reduzierte Blauempfindlichkeit aufweist und sich dadurch besser für militärische Anwendungen eignet. Sie besitzt eine typische Empfindlichkeit von etwa 230 μA/lm und eine höhere Quanteneffizienz als das S20-Photokathodenmaterial. Die Oxidation des Cäsiums zu Cäsiumoxid in späteren Versionen verbesserte die Empfindlichkeit ähnlich wie bei Photokathoden der dritten Generation. Dieselbe Technologie, die die Herstellung der Glasfaserbündel für Kaskadenröhren ermöglichte, erlaubte mit geringfügigen Fertigungsänderungen auch die Produktion von Mikrokanalplatten ( MCPs). Die Mikrokanalplatte ist eine dünne Glasscheibe mit einer Nichromelektrode auf beiden Seiten, an die eine hohe Potentialdifferenz von bis zu 1000 Volt angelegt wird.

Der Wafer besteht aus vielen Tausend einzelnen Hohlglasfasern, die in einem bestimmten Winkel zur Achse der Röhre ausgerichtet sind. Die Mikrokanalplatte (MCP) befindet sich zwischen Fotokathode und Schirm. Elektronen, die beim Durchgang durch die Mikrokanalplatte auf deren Wand treffen, regen Sekundärelektronen an, welche wiederum beim Auftreffen auf die Wände weitere Elektronen freisetzen und so das Signal verstärken. Durch die Verwendung der MCP mit einer fokussierten Photoröhre waren Verstärkungen von bis zu 30.000-fach mit einer einzigen MCP-Schicht möglich. Durch Erhöhung der Anzahl der MCP-Schichten konnte die Verstärkung auf weit über 1.000.000-fach gesteigert werden.

Die Inversion der Geräte der zweiten Generation wurde auf zwei verschiedene Arten erreicht. Die Inverterröhre nutzt, wie die Röhren der ersten Generation, die elektrostatische Inversion mit einem integrierten Mikrokanalplattenmodul (MCP). Proximity-fokussierte Röhren der zweiten Generation konnten auch durch ein Faserbündel mit einer 180-Grad-Drehung invertiert werden.

Obwohl die dritte Generation von Photoelektronenröhren im Prinzip der zweiten Generation entsprach, wies sie zwei wesentliche Unterschiede auf. Erstens nutzten sie eine GaAs - CsO - AlGaAs - Photokathode, die im Bereich von 800 nm bis 900 nm empfindlicher ist als Photokathoden der zweiten Generation. Zweitens besitzt die Photokathode eine negative Elektronenaffinität (NEA). Dadurch können Photoelektronen, die in das Leitungsband angeregt werden, ungehindert in das Vakuumband übergehen, da die Cäsiumoxidschicht am Rand der Photokathode eine ausreichende Bandverbiegung bewirkt . Dies macht die Photokathode sehr effizient bei der Erzeugung von Photoelektronen aus Photonen. Die Achillesferse der Photokathoden der dritten Generation ist jedoch ihre starke Anfälligkeit für die Degradation durch positive Ionen. Aufgrund der hohen elektrostatischen Feldspannungen in der Röhre und des Betriebs der Mikrokanalplatte (MCP) kam es innerhalb kurzer Zeit – bereits nach 100 Stunden – zum Ausfall der Photokathode, bevor deren Empfindlichkeit unter das Niveau der zweiten Generation (Gen2) sank. Um die Photokathode vor den von der MCP erzeugten positiven Ionen und Gasen zu schützen, wurde ein dünner Film aus gesintertem Aluminiumoxid auf die MCP aufgebracht. Die hohe Empfindlichkeit dieser Photokathode von über 900 μA/lm ermöglichte eine effektivere Reaktion bei schwachem Licht, die jedoch durch den dünnen Film kompensiert wurde, der typischerweise bis zu 50 % der Elektronen blockierte.

Obwohl in den USA nicht offiziell als Generationskategorie anerkannt, wurde die Super Second Generation (SuperGen) 1989 von Jacques Dupuy und Gerald Wolzak entwickelt. Diese Technologie verbesserte die Empfindlichkeit der Tri-Alkali-Photokathoden um mehr als das Doppelte und optimierte gleichzeitig die Mikrokanalplatte durch Erhöhung des offenen Flächenverhältnisses auf 70 % bei gleichzeitiger Reduzierung des Rauschpegels. Dadurch erreichten die kostengünstiger herzustellenden Röhren der zweiten Generation vergleichbare Ergebnisse wie Bildverstärkerröhren der dritten Generation. Mit einer Empfindlichkeit der Photokathoden von nahezu 700 μA/lm und einem erweiterten Frequenzgang bis 950 nm wurde diese Technologie außerhalb der USA, insbesondere von Photonis, weiterentwickelt und bildet heute die Grundlage für die meisten nicht in den USA hergestellten High-End-Nachtsichtgeräte.

1998 entwickelte das US-amerikanische Unternehmen Litton die filmlose Bildröhre. Diese Röhren wurden ursprünglich für den Omni-V-Vertrag gefertigt und stießen beim US-Militär auf großes Interesse. Allerdings erwiesen sich die Röhren während der Tests als äußerst bruchempfindlich, und 2002 entzog die NVESD den filmlosen Röhren die Bezeichnung „vierte Generation“. Sie wurden fortan als „Gen III Filmless“ bezeichnet. Diese Röhren werden weiterhin für Spezialanwendungen wie die Luftfahrt und Spezialeinsätze produziert, jedoch nicht für Waffensysteme. Um die Probleme der Ionenvergiftung zu beheben, verbesserte Litton die Reinigungstechniken während der Herstellung der MCP (der Hauptquelle positiver Ionen in einer Wafer-Bildröhre) und implementierte die automatische Gate-Steuerung. Dabei stellte man fest, dass eine ausreichend lange Phase der automatischen Gate-Steuerung die positiven Ionen aus der Fotokathode ausstoßen würde, bevor sie diese vergiften könnten.

Die filmlose Technologie der dritten Generation wird auch heute noch produziert und eingesetzt, aber offiziell gibt es keine vierte Generation von Bildverstärkern.

Die Dünnschichttechnologie, auch bekannt als Generation 3 Omni VII und Generation 3+, hat sich nach den Problemen mit der Generation IV zum Standard für Bildverstärker entwickelt. Bei Dünnschicht-Bildverstärkern wird die Schichtdicke von etwa 30 Ångström (Standard) auf etwa 10 Ångström reduziert und die Photokathodenspannung gesenkt. Dadurch werden weniger Elektronen gestoppt als bei Röhren der dritten Generation, gleichzeitig werden aber die Vorteile einer Filmröhre genutzt.

Die Dünnschichttechnologie der dritten Generation ist derzeit der Standard für die meisten Bildverstärker, die vom US-Militär eingesetzt werden.

Im Jahr 2014 veröffentlichte der europäische Bildröhrenhersteller PHOTONIS die erste globale, offene Leistungsspezifikation: „4G“. Die Spezifikation enthielt vier Hauptanforderungen, die eine Bildverstärkerröhre erfüllen musste.

• Spektrale Empfindlichkeit von unter 400 nm bis über 1000 nm
• Ein Mindestgütefaktor von FOM1800
• Hohe Lichtauflösung von mehr als 57 lp/mm
• Halogröße von weniger als 0,7 mm

Für Bildverstärkerröhren gibt es mehrere gebräuchliche Bezeichnungen.

Die elektronische Ansteuerung (oder kurz „Gating“) ermöglicht das gezielte Ein- und Ausschalten einer Bildverstärkerröhre. Eine elektronisch gesteuerte Bildverstärkerröhre funktioniert wie ein Kameraverschluss: Sobald die elektronische Ansteuerung aktiviert ist, werden Bilder durchgelassen. Die Ansteuerzeiten können sehr kurz sein (Nanosekunden oder sogar Pikosekunden). Dadurch eignen sich gesteuerte Bildverstärkerröhren ideal für Forschungsumgebungen, in denen sehr kurze Ereignisse fotografiert werden müssen. Beispielsweise wurden gesteuerte Bildverstärkerröhren eingesetzt, um Ingenieure bei der Entwicklung effizienterer Brennkammern zu unterstützen und sehr schnelle Vorgänge wie die Wellenfront der Verbrennung von Kraftstoff in einem Verbrennungsmotor aufzuzeichnen.

Die Gating-Funktion wird häufig eingesetzt, um Bildröhren mit Ereignissen zu synchronisieren, deren Beginn nicht gesteuert oder vorhergesagt werden kann. In solchen Fällen kann der Gating-Vorgang mithilfe von Gating-Elektronik, z. B. digitalen Hochgeschwindigkeits-Verzögerungsgeneratoren, mit dem Beginn eines Ereignisses synchronisiert werden. Die Gating-Elektronik ermöglicht es dem Benutzer, den Ein- und Ausschaltzeitpunkt der Röhre relativ zum Beginn eines Ereignisses festzulegen.

Es gibt zahlreiche Anwendungsbeispiele für getaktete Bildröhren. Dank ihrer hohen Betriebsgeschwindigkeit und Lichtverstärkung können getaktete Bildröhren gezielt bestimmte Bereiche eines Lichtstrahls aufzeichnen. Durch die Steuerung der Taktparameter lässt sich beispielsweise nur der vom Ziel reflektierte Lichtanteil erfassen , wenn ein gepulster Lichtstrahl auf ein Ziel gerichtet wird. Ein weiteres Beispiel für eine Anwendung dieser Technik sind getaktete, gepulste Nachtsichtgeräte (GPANV). Mit GPANV-Geräten können Objekte sichtbar gemacht werden, die hinter Vegetation, Laub oder Nebel verborgen sind. Diese Geräte eignen sich auch zur Ortung von Objekten in tiefem Wasser, wo Lichtreflexionen von nahegelegenen Partikeln einer kontinuierlichen Lichtquelle, wie beispielsweise eines hellen Unterwasserscheinwerfers, das Bild sonst stören würden.

Die automatische Abschaltung ist eine Funktion einiger Bildverstärkerröhren. Diese Röhren schalten den Strom zur Fotokathode und Mikrokanalplatte mit einer für den Benutzer nicht wahrnehmbaren hohen Frequenz schnell ab. Durch Variation des Tastverhältnisses lässt sich die Gesamt-Einschaltzeit des Bildverstärkers reduzieren, ohne die Bilddarstellung zu beeinträchtigen. Die automatische Abschaltung ermöglicht den Betrieb der Röhre auch bei helleren Lichtverhältnissen, beispielsweise bei der Beobachtung heller Blitze auf dem Schlachtfeld oder bei starkem Umgebungslicht, ohne die Bildauflösung zu beeinträchtigen. ^{[ 2 ]}

Die Empfindlichkeit einer Bildverstärkerröhre wird in Mikroampere pro Lumen (μA/lm) gemessen. Sie gibt an, wie viele Elektronen pro auf die Fotokathode fallender Lichtmenge erzeugt werden. Diese Messung sollte bei einer bestimmten Farbtemperatur , beispielsweise „bei 2854 K“, erfolgen. Die für diesen Test verwendete Farbtemperatur kann je nach Hersteller leicht variieren. Zusätzliche Messungen bei spezifischen Wellenlängen, wie z. B. 800 nm und 850 nm (Infrarot), werden üblicherweise ebenfalls angegeben, insbesondere für Geräte der zweiten Generation  .

Im Allgemeinen gilt: Je höher der Wert, desto lichtempfindlicher ist die Röhre.

Die Auflösung einer Bildröhre, genauer als Grenzauflösung bezeichnet , wird in Linienpaaren pro Millimeter (lp/mm) gemessen. Sie gibt an, wie viele Linien unterschiedlicher Intensität (hell bis dunkel) innerhalb eines Millimeters Bildschirmfläche aufgelöst werden können. Die Grenzauflösung selbst ist jedoch ein Maß für die Modulationsübertragungsfunktion (MTF). Bei den meisten Bildröhren ist die Grenzauflösung als der Punkt definiert, an dem die MTF drei Prozent oder weniger beträgt. Je höher der Wert, desto höher die Auflösung der Bildröhre.

Wichtig zu beachten ist jedoch, dass dies auf der physischen Bildschirmgröße in Millimetern basiert und nicht proportional zur Bildschirmgröße ist. So hat eine 18-mm-Röhre mit einer Auflösung von etwa 64 Linienpaaren pro Millimeter (lp/mm) eine höhere Gesamtauflösung als eine 8-mm-Röhre mit 72 lp/mm. Die Auflösung wird üblicherweise in der Bildschirmmitte und am Rand gemessen, und Röhren werden oft mit Werten für beide Bereiche angeboten. Röhren nach Militärspezifikation ( Milspec) geben lediglich ein Kriterium wie „> 64 lp/mm“ oder „Mehr als 64 Linienpaare pro Millimeter“ an.

Die Lichtverstärkung einer Leuchtstoffröhre wird üblicherweise in zwei Einheiten gemessen. Die gebräuchlichste (SI-)Einheit ist cd·m⁻² ^· lx⁻¹ ^, d. h . Candela pro Quadratmeter pro Lux . Die ältere Konvention ist Fl/Fc ( Foot-Lambert pro Foot-Candle ). Dies führt zu Problemen bei vergleichenden Verstärkungsmessungen, da keine der beiden Einheiten ein reines Verhältnis darstellt, obwohl beide als Verhältnis der Ausgangsintensität zur Eingangsintensität gemessen werden. Dies erzeugt Unklarheiten bei der Vermarktung von Nachtsichtgeräten, da die Differenz zwischen den beiden Messwerten effektiv Pi oder ungefähr 3,142 beträgt. Das bedeutet, dass eine Verstärkung von 10.000 cd/m² ^/ lx 31,42 Fl/Fc entspricht.

Dieser Wert, angegeben in Stunden, gibt einen Anhaltspunkt für die durchschnittliche Lebensdauer einer Röhre. Er dient als gängiger Vergleichswert, berücksichtigt aber viele Faktoren. Zum einen unterliegt die Röhre einem ständigen Leistungsabfall. Das bedeutet, dass die Verstärkung mit der Zeit abnimmt. Sobald die Verstärkung nur noch 50 % des ursprünglichen Wertes erreicht, gilt die Röhre als defekt. Dieser Wert spiegelt also in erster Linie diesen Punkt in der Lebensdauer einer Röhre wider.

Weitere Faktoren, die die Lebensdauer der Röhre beeinflussen, sind die Umgebungsbedingungen, unter denen die Röhre eingesetzt wird, und die dort herrschende allgemeine Beleuchtungsstärke. Dazu gehören helles Mondlicht sowie die Einwirkung von künstlichem Licht und die Nutzung in der Dämmerung, da die Einwirkung von hellem Licht die Lebensdauer einer Röhre erheblich verkürzt.

Die mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF) berücksichtigt ausschließlich die Betriebsstunden. Es wird angenommen, dass das Ein- und Ausschalten einer Bildröhre die Gesamtlebensdauer nicht verkürzt. Daher schalten viele Zivilisten ihre Nachtsichtgeräte nur bei Bedarf ein, um die Lebensdauer der Bildröhre optimal zu nutzen. Militärische Nutzer hingegen lassen ihre Geräte in der Regel über längere Zeiträume eingeschaltet, typischerweise während der gesamten Nutzungsdauer. Hierbei ist die Batterielaufzeit wichtiger als die Lebensdauer der Bildröhre.

Typische Beispiele für die Lebensdauer von Röhren sind:

Erste Generation: 1000 Std. Zweite Generation: 2000 bis 2500 Std. Dritte Generation: 10000 bis 15000 Std.

Viele moderne High-End-Röhren der zweiten Generation weisen mittlerweile MTBFs von fast 15.000 Betriebsstunden auf.

Die Modulationsübertragungsfunktion (MTF) eines Bildverstärkers misst die Amplitude dunkler und heller Linien auf dem Bildschirm bei einem bestimmten Eingangssignal, das der Fotokathode mit unterschiedlichen Auflösungen zugeführt wird. Sie wird üblicherweise als Prozentsatz der Helligkeit und Helligkeit heller und dunkler Linien bei einer bestimmten Frequenz (Linienabstand) angegeben. Betrachtet man beispielsweise weiße und schwarze Linien mit einer MTF von 99 % bei 2 Linienpaaren pro Millimeter (lp/mm), so entspricht die Helligkeit der dunklen und hellen Linien 99 % der Helligkeit eines schwarzen bzw. weißen Bildes. Dieser Wert sinkt mit zunehmender Auflösung. Beträgt die MTF bei derselben Bildröhre beispielsweise 50 % bei 16 lp/mm und 3 % bei 32 lp/mm, so ist das Signal bei 16 lp/mm nur halb so hell/dunkel wie bei 2 lp/mm, und bei 32 lp/mm ist das Bild nur noch 3 % so hell/dunkel wie bei 2 lp/mm.

Da die Grenzauflösung üblicherweise als der Punkt definiert wird, an dem die MTF drei Prozent oder weniger beträgt, entspricht dies auch der maximalen Auflösung der Bildverstärkerröhre. Die MTF wird von allen Betriebskomponenten einer Bildverstärkerröhre beeinflusst und hängt im Gesamtsystem zusätzlich von der Qualität der verwendeten Optik ab. Zu den Einflussfaktoren auf die MTF zählen Übergänge durch Faserplatten oder Glas, am Schirm und an der Fotokathode sowie durch die Röhre und die Mikrokanalplatte selbst. Je höher die MTF bei einer gegebenen Auflösung ist, desto besser.

• Nachtsichtgerät  – Gerät, das dem Benutzer das Sehen in Bereichen mit sichtbarem Licht nahe der völligen Dunkelheit ermöglicht.
• Röntgenbildverstärker  – Gerät, das Röntgenstrahlen in sichtbares Licht mit höherem Kontrast umwandelt.
• Verstärkte CCD-Kamera  – Digitale Bildgebungsschaltung

• Historische Informationen zur Entwicklung und Gründung des IIT [3]
• Entdeckung anderer Photokathodenmaterialien [4]
• Es wird mehrfach auf historische Daten verwiesen, die in „Image Tubes“ von Illes P. Csorba (ISBN) aufgeführt sind. 0-672-22023-7
• Ausgewählte Artikel über Bildröhren ISBN 0-8194-0476-4
• Zeit für die Sterne nehmen von Antony Cooke
• Michael Lampton (1. November 1981). „Der Mikrokanal-Bildverstärker“. Scientific American . 245 (5): 62–71 . doi : 10.1038/scientificamerican1181-62 .