Fernglas - Technische Erläuterung

Fernglas - Technische Erläuterung
Ein Fernrohr ist ein Linsensystem, das in Verbindung mit dem Auge weit entfernte Objekte auf der Netzhaut
größer abbildet. Dabei handelt es sich im Detail um ein afokales Linsensystem, welches alle parallel
einfallende Strahlen nach dem Austritt wieder zu einem parallelen Strahlengang formt (siehe Abbildung
blauer Strahlengang). In anderen Worten ein weit entferntes Objekt wird dem entspannten Auge vergrößert
dargeboten, ohne dass sich das Auge auf eine bestimmte Entfernung einstellen (akkommodieren) muss.
Der optische Aufbau eines Fernrohres besteht aus einem Objektiv (siehe grüne Linsen in Abbildung) und
einem Okular (siehe rote Linsen in Abbildung). Um einen afokalen Strahlengang zu erzeugen muss der
bildseitige Brennpunkt des Objektivs mit dem objektseitigen Brennpunkt des Okulars in einem Punkt
zusammenfallen. Im Detail die reelle Abbildung des Objektivs erzeugt ein auf dem Kopf stehendes Bild.
Dieses wird über Reflexionen im Prismensystem (gelbe Elemente in Abbildung) aufgerichtet. Das Okular
wirkt als Lupe und vergrößert das aufgerichtete Zwischenbild.
Man unterscheidet ein astronomisches Fernrohr, bestehend aus Objektiv und Okular, und Ferngläser bzw.
Spektive, bestehend aus Objektiv, Prismensystem und Okular.
Fernglasbezeichnung z.B. 7x50 richtig deuten:
Die Fernglasbezeichnung setzt sich aus der Vergrößerung (7x) und dem Durchmesser der Eintrittspupille
zusammen
1. Die Vergrößerung 7x bedeutet: Ein Objekt erscheint dem Auge unter einem bestimmten Bildfeldwinkel
(beispielsweise 1°, siehe grünes Strahlenbündel in Abbildung vor dem Eintritt ins optische System). Mit
einem Fernglas erscheint dieses Objekt unter einem 7fach größerem Winkel (siehe grünes Strahlenbündel in
Abbildung nach den roten Linsen). Physiologisch wird dies als Annäherung des Objekts (bezüglich seiner
Entfernung) empfunden. Die Vergrößerung 7x in der Fernglasbezeichnung ergibt sich aus dem Verhältnis der
Brennweite des Objektivs z.B. 230mm und der Brennweite des Okulars z.B. 33mm. [230mm/33mm=7x]
2. Eine Eintrittspupille von 50mm bedeutet: ein paralleles Strahlenbündel von maximal 50mm im
Durchmesser kann noch durch das optische System geführt werden.
3. Eine sehr wichtige Größe für Anwendungen in der Dämmerung ist der Durchmesser der Austrittspupille,
dieser ist indirekt in der Fernglasbezeichnung versteckt. Er entspricht dem Verhältnis des Durchmessers der
Eintrittspupille durch die Vergrößerung des Systems. In unserem Beispiel ist dies 50mm/7 =7mm
Austrittspupillendurchmesser nach dem Okular. Ein Dämmerungsglas sollte einen
Austrittspupillendurchmesser von mindestens 7mm vorweisen.
Ein theoretisches Maß für die Dämmerungsleistung eines Fernglases ist die Dämmerungszahl. Sie errechnet
sich aus der Wurzel des Produkts aus Vergrößerung des Fernglases und dem Durchmesser der
Eintrittspupille. Allerdings lässt sich über die Dämmerungszahl keine direkten Schlüsse auf die Lichtstärke
eines Fernglases ziehen. Ein aussagekräftigeres und physikalisch konkreteres Maß ist die fotometrische
Lichtstärke eines Fernglases, die die Leistung der Strahlung innerhalb des vorgegebenen Strahlungskegels
beschreibt. Am Tage bringt ein Fernglas mit hoher Dämmerungszahl keine Vorteile, denn die Augenpupille
des Menschen beschneidet das einfallende Lichtbündel auf einen Durchmesser von 2mm.
Qualität eines Fernglases:
Die Qualität eines Fernglases bzw. Spektivs setzt sich aus der Bildqualität, dem Sehfelddurchmesser, der
Größe, dem Gewicht, der Ergonomie (Handhabung des Fernglases) und der Qualität der verwendeten
Materialen sowie der Verarbeitung der Werkstoffe zusammen.
Ein wichtiger Beitrag zur Bildqualität ist die reflexmindernde Beschichtung jeder Linsenoberfläche im
System, auch Vergütung genannt. Durch gezielte Wahl der Beschichtungsmaterialien sowie der
Schichtdicken (im nm Bereich) kann eine Minderung der Bildhelligkeit durch die Optik weitgehend
verhindert werden. Das Funktionsprinzip dieser Schichttechnik basiert auf konstruktiver Interferenz und
muss für das gesamte sichtbare Spektrum des Lichts optimiert werden. Eine einzelne Schicht kann dies nicht
bewerkstelligen, daher ist bei hoch qualitativer Fernoptik eine Mehrschichtvergütung Standard.
Darüber hinaus wirken sich die verwendeten Glassorten in der Optik direkt auf die Abbildungsqualität des
Systems aus. Gerade Abbildungsfehler wie Farbränder, Verzerrungen und Unschärfe am Bildfeldrand, sowie
das Verschwimmen feiner Strukturen können durch die gezielte Kombination von Glassorten minimiert
werden. Ein neues Qualitätsmerkmal sind HDF - Systeme. Bei diesen „High Definition Fluorit„ Systemen
werden Gläser mit sehr geringen Dispersionseigenschaften verwendet. Besonders positiv wirkt sich deren
Einsatz auf die Farbtreue aus und vermindert Farbränder.
Ist das Fernglas einsatzbedingt starken Temperaturwechseln ausgesetzt, so verursacht kondensierte
Feuchtigkeit aus der Luft einen Beschlag auf den Linsenoberflächen. Dies kann durch das Befüllen der
Systeme mit den Edelgasen Argon bzw. Nitrogen verhindert werden. Dies setzt allerdings eine integrierte
Fokussierung der Entfernungsanpassung voraus, ansonsten kann das Eindringen von Staub, Luft oder
Feuchtigkeit nicht verhindert werden.
Ein oft diskutierter Aspekt bezüglich der Bildqualität eines Fernglases ist das verwendete Prismensystem.
Hier wird hauptsächlich zwischen einem Porro- und einem Dachkant – Prismensatz unterschieden.
Ferngläser mit einem Porro - Prismensatz besitzen in der Regel einen größeren Schärfentiefenbereich, sind
breiter gebaut, besitzen einen kleinen Versatz der Objektachse zur optischen Achse und werden besonders
bei großen Objektivdurchmessen schwer und unhandlich. Dagegen erreicht ein Dachkant - Prismensystem
nur mit einer speziellen und teuren Phasenkorrekturbeschichtung die geforderte Bildqualität, punktet
allerdings durch hohe Lichtstärke, schmale und handliche Bauform und geringes Gewicht besonders bei
großer Eintrittspupille.
Links Dachkantprismen-Fernglas, Rechts ein Porroprismen-Fernglas
Die Angabe des Sehfeldes bezieht sich auf den zu erfassenden Durchmesser des Bildfeldes in 1000m
Entfernung. Ein großes Sehfeld wird als angenehm empfunden und wirkt gerade bei hohen Vergrößerungen
als stabilisierend. Das Sehfeld kann auch über den gerade noch erfassten Objektwinkel angegeben werden
(grüner Strahlengang in der Abbildung entspricht einem Objektwinkel von 1° und einem Bildfeld von 17mm).
Begrenzend für das Sehfeld eines Fernglases bzw. Spektivs ist gerade bei hohen Vergrößerungen das Okular.
Für Spektive werden daher Okulare mit besonders großen Sehfeldern angeboten, sie werden als Weitwinkel
(WW) Okulare bezeichnet.
Falls Sie Brillenträger sind und Ihr Fernglas mit Brille benutzen möchten ist es wichtig auf die
Austrittspupillenschnittweite (Abstand zwischen letzter Okularlinse und Lage der Austrittspupille) zu achten.
Ein Abstand von über 16mm Austrittspupillenschnittweite garantiert dem Brillenträger das volle Sehfeld
ohne Beschneidungen oder Vignettierungen. Allein das Umstülpen bzw. Versenken der Augenmuschel
ermöglicht dem Brillenträger das maximale Sehfeld zu nutzen.
Bei fast allen Menschen unterscheidet sich die Sehstärke auf rechtem und linkem Auge leicht. Um das
Fernglas optimal zu fokussieren reicht allein der Mitteltrieb, simultane Einstellung beider Fernglashälften auf
die Objektentfernung, nicht aus. Durch einen Dioptrienausgleich kann dieses Ungleichgewicht ideal
ausgeglichen werden und bietet somit beste Voraussetzungen für eine entspannte Beobachtung mit dem
Fernglas über einen längeren Zeitraum. Die Parallelität der optischen Achsen der beiden Glashälften muss
dafür exakt parallel ausgerichtet sein und beide Glashälften müssen bei einer Dioptrieneinstellung von 0 die
gleiche Vergrößerung besitzen.