Fotony ze źródła słabego światła dostają się do układu przedniej soczewki noktowizora .
Obiektyw zbiera światło niewidoczne gołym okiem i skupia je na wzmacniaczu obrazu. Czasami, gdy poziom światła jest zbyt niski, konieczne jest doświetlenie obiektu za pomocą emitera podczerwieni.
Światło składające się z fotonów wchodzi do urządzenia i uderza w wrażliwą płytkę zwaną fotokatodą. Ta ujemnie spolaryzowana fotokatoda pochłania energię świetlną i przekształca fotony w elektrony.
Elektrony przemieszczają się do fotopowielacza będącego rodzajem ogniwa fotoelektrycznego, w którym każdy elektron jest wzmacniany i przekształcany na wiele elektronów tysiąckrotnie za pomocą płytki mikrokanałowej o wyższym napięciu zwanej MCP.
MCP to maleńki szklany dysk, który ma miliony mikrokanalików – mikroskopijnych dziurek wykonanych przy użyciu technologii światłowodowej. MCP zawiera próżnię i ma metalowe elektrody po obu stronach dysku. Przyspieszone elektrony przechodzą przez mikrokanały i tworzą efekt kaskadowy zwany kaskadową emisją wtórną, który jest odpowiedzialny za powielanie elektronów.
Duża liczba elektronów z fotopowielacza uderza w ekran fosforowy, w wyniku czego powstają maleńkie błyski światła. To podobny efekt jak w monitorze czy telewizorze. Elektrony te zachowują swoją pozycję w stosunku do kanału, przez który przeszły, co zapewnia doskonały obraz, ponieważ elektrony pozostają w tym samym ułożeniu, co oryginalne fotony. Energia elektronów powoduje, że luminofory osiągają stan wzbudzony i uwalniają fotony, które tworzą obraz na ekranie luminoforowym o wyższym napięciu.
Obraz jest zawsze monochromatyczny, a kolor wynika z rodzaju fosforu użytego do pokrycia ekranu. Najczęściej jest w kolorze zielonym, ponieważ nasze oczy są bardziej wrażliwe na światło zielone. Łatwiej jest patrzeć na zielone światło niż na czarno-białe obrazy.
Obraz z zielonego luminoforu ogląda się przez inną soczewkę, zwaną okularem lub soczewką okularową, która pozwala użytkownikowi powiększyć i ustawić ostrość obrazu.
Obraz można oglądać bezpośrednio przez okular lub na wyświetlaczu elektronicznym, np. monitorze, jeśli do urządzenia zostanie podłączony moduł CCD .
