Hvernig virka nætursjónaukar, á hverskonar eðlisfræði byggja þeir?

Svarinu við spurningunni er skipt í tvo kafla. Sá fyrri gefur almenna yfirlitsmynd um uppbyggingu og virkni nætursjónauka, meðan líta má á seinni kaflann sem ýtarefni um íhluti sjónaukans. Fyrri kaflinn ætti að nægja mörgum lesendum en sá seinni er ætlaður þeim kröfuharðari. Hann fjallar um tæknilega útfærslu og er því erfiðari aflestrar.

Yfirlit

Mynd 1. Myndin sýnir uppbyggingu nætursjónauka. Upplýsingar um myndefnið koma inn með daufu mynstri í ljóseindaþéttleika frá vinstri og er skilað út með sterkara mynstri til hægri. Plata A millifærir ljóseindastraum í rafeindastraum, plata B magnar rafeindastrauminn og plata C millifærir aftur í ljóseindastraum. Spennumunur er settur upp milli plananna a, b, c og d eftir þörfum eins og nánar er útfært í megintexta.

Einfaldast er að líta á nætursjónaukann sem nokkurra þrepa vinnslulínu. Mynd 1 sýnir uppbyggingu fyrirbærisins, þar sem ljóseindir með upplýsingar um dauft útsýnið koma inn frá vinstri og athugandi horfir frá hægri á bjartari mynd af útsýninu. Í fyrsta þrepi varpar linsa mynd af fyrirmyndinni á plötuna sem merkt er með A. Þar er daufum tvívíðum ljóseindastraumnum breytt í straum rafeinda. Á bilinu milli A og B fá rafeindirnar hröðun og þar með aukna orku. Íhluturinn B er tvívíður straummagnari. Hann skilar hærri straumþéttleika út hægra megin en fór inn á tilsvarandi stað vinstra megin. Mögnunin getur numið allt að 100000 (10⁵). Á plötu C er þéttleikamynstrið í rafeindastraumnum aftur millifært í ljóseindastraum sem gefur bjartari mynd af upprunalegu fyrirmyndinni. Af tæknilegum ástæðum fer mögnunin fram meðan upplýsingarnar um fyrirmyndina liggja í þéttleika rafeindastraums frekar en ljóseindastraums. Millifærslan milli ljóseinda og rafeinda varðveitir hins vegar ekki upplýsingar um lit ljóssins í fyrirmyndinni svo lokamyndin verður einlit, oftast með grænum blæ.

Mynd 2. Lokamyndin sem athugandi sér í nætursjónauka verður einlit, oftast með grænum blæ. Ástæðan er sú að millifærslan milli ljóseinda og rafeinda varðveitir ekki upplýsingar um lit.

Viðauki

Á bakhlið plötu A (hægri hlið A á mynd 1) verður það sem kallast ljósröfun (e. photoelectric effect). Platan er húðuð með ljósnæmu lagi sem sleppir rafeind þegar ljóseind fellur á plötuna (e. photocatode). Milli plananna a og b á mynd 1 er lögð rafspenna sem gefur rafeindunum hröðun til hægri og orku. Dreifing á ljósstyrk í plani a endurspeglast í rafeindastraumþéttleika í plani b.

Mynd 3. Örpípuplatan (merkt B á mynd 1) er byggð upp sem safn af smásæum pípum með lengdarás sem myndar svolítið horn við ás nætursjónaukans. Hröðunarspenna sem er lögð á milli endaflata plötunnar gefur rafeindastraumi í pípunum hröðun til hægri. Rafeindirnar rekast á veggina og losa við það fleiri rafeindir svo rafstraumurinn í hverri pípu vex á leiðinni í gegnum pípuna. Örpípuplatan myndar þannig fjölrása straummagnara.

Við skulum kalla plötu B á mynd 1 örpípuplötu (e. microchannel-plate). Platan er safn fjölmargra örgrannra pípna með endafleti í plönum b og c eins og mynd 3 sýnir. Stefna pípnanna víkur svolítið frá ás sjónaukans svo rafeindir sem koma inn frá vinstri rekast margoft á veggina áður en þær sleppa út hægra megin. Við hvern árekstur losna fleiri rafeindir. Rafspenna er sett upp milli endaflatanna svo allar rafeindirnar fá hröðun til hægri svo rafstraumurinn í hverju röri margfaldast frá inntaki til úttaks. Örpípuplatan virkar því sem fjölrása straummagnari. Á framhlið plötu C er húð sem gefur frá sér ljóseind þegar rafeind er skotið á hana. Oft er þetta fosfórhúð og fyrirbærið kallað fosfórljómun (e. phosphoresence) og platan fosfórskjár (e. phosphor screen). Litur myndarinnar í sjónaukanum ræðst af ljómunarefninu á plötu C.

Plötur A, B og C ásamt svæðunum á milli þeirra mynda fjölrása ljósmargfaldara (e. multi channel photomultiplier, image intensifier).

Myndir: