Beratung Ferngläser

Ferngläser

Ein Fernglas ist ein optisches Gerät, mit dem weit entfernte Objekte durch zwei Linsen scharf und vergrößert dargestellt werden können.
Es handelt sich um ein sogenanntes afokales Linsensystem, das weder sammelnd noch zerstreuend wirkt.
Parallel eintreffende Strahlenbündel werden zwar innerhalb des Systems gebrochen, formen sich allerdings bei Austritt wieder zu einem parallelen Strahlengang zusammen (siehe Abbildung – blauer Strahlengang).

Einfach ausgedrückt bedeutet dies, dass ein weit entferntes Objekt dem Auge vergrößert dargestellt wird, ohne dass sich das Auge auf eine bestimmte Entfernung einstellen muss.
Ein Fernglas besteht optisch aus einem Objektiv (siehe Abbildung – grüne Linsen) und einem Okular (siehe Abbildung – rote Linsen).

Hierbei fällt der bildseitige Brennpunkt des Objektives mit dem objektseitigen Brennpunkt des Okulares in einem Punkt zusammen (afokaler Strahlengang).
Die eigentliche Abbildung des Objektives würde aber ein auf dem Kopf stehendes Bild erzeugen.
Durch Reflektionen im Prismensystem (siehe Abbildung – gelbe Elemente) wird das Bild jedoch aufgerichtet.
Das Okular wirkt als Lupe und vergrößert das aufgerichtete Bild.
Man unterscheidet zwischen Ferngläsern bzw. Spektiven, die also aus Objektiv, Prismensystem sowie Okular bestehen und astronomischen Fernrohren, bestehend aus Objektiv und Okular.

Beispiel:
Fernglasbezeichnung 7x50
Die Fernglasbezeichnung setzt sich aus der Vergrößerung – in diesem Fall 7x und dem Durchmesser der Eintrittspupille, hier 50mm zusammen.

Informationen über Ferngläser

1. Vergrößerung 7x bedeutet:
Die Vergrößerung gegenüber der menschlichen Sehweise ist 7 Mal so groß. Erscheint ein Objekt dem Auge unter einem bestimmten Winkel, zum Beispiel 1° (siehe Abbildung – grünes Strahlenbündel vor dem Eintritt ins optische System), so erscheint dieses gleiche Objekt mit einem Fernglas unter einem 7-fach größerem Winkel (siehe Abbildung – grünes Strahlenbündel nach den roten Linsen).
Es wird dem Betrachter physiologisch gesehen wie eine Annäherung (bezüglich der Entfernung) an das Objekt vorkommen.

2. Objektivdurchmesser in Millimetern
Eine Eintrittspupille von 50 mm bedeutet, dass ein paralleles Strahlenbündel von maximal 50 mm im Durchmesser durch das optische System geführt werden kann.

3. Durchmesser der Austrittspupille
Indirekt ist dieser Durchmesser ebenfalls in der Fernglasbezeichnung versteckt.
Er ist eine besonders wichtige Größe bei der Anwendung in der Dämmerung.
Dieser Durchmesser entspricht dem Verhältnis des Objektivdurchmessers – in unserem Beispiel 50 mm -  durch die Vergrößerung des Systems – hier 7 mm, also 50mm/7 = 7 mm Austrittspupillendurchmesser nach dem Okular.
Ein Fernglas, welches in der Dämmerung Anwendung findet, sollte einen Austrittspupillendurchmesser von mindestens 7 mm haben.

Ein theoretisches Maß für die Dämmerungsleistung eines Fernglases ist die Dämmerungszahl. Sie errechnet sich aus der Wurzel des Produktes, aus Vergrößerung des Fernglases und dem Durchmesser der Eintrittspupille. Über die Dämmerungszahl lassen sich allerdings keine direkten Rückschlüsse auf die Lichtstärke des Fernglases ziehen. Die fotometrische Lichtstärke eines Fernglases, die die Leistung der Strahlung innerhalb des vorgegebenen Strahlungskegels beschreibt, ist ein aussagekräftigeres und physikalisch konkreteres Maß. Am Tage bringt ein Fernglas mit hoher Dämmerungszahl keine Vorteile, denn die Augenpupille des Menschen beschneidet das einfallende Lichtbündel auf einen Durchmesser von 2 mm.

Qualität eines Fernglases
Die Qualität der verwendeten Materialien, die Verarbeitung der Werkstoffe, Bildqualität, Sehfelddurchmesser, Größe, Gewicht und die Ergonomie (Handhabung des Fernglases) machen die Gesamtqualität eines Fernglases bzw. Spektivs aus.

Die reflexmindernde Beschichtung der Linsenoberfläche, auch Vergütung genannt, stellt einen wichtigen Beitrag zur Bildqualität dar. Eine Minderung der Bildhelligkeit durch die Optik kann durch die gezielte Wahl der Beschichtungsmaterialien und der Schichtdicken  weitgehend verhindert werden. Das Funktionsprinzip dieser Schichttechnik basiert auf konstruktiver Interferenz und muss für das gesamte sichtbare Spektrum des Lichts optimiert werden. Da eine einzelne Schicht dies nicht bewerkstelligen kann, ist bei hoch qualitativer Fernoptik eine Mehrschichtvergütung Standard.

Die verwendeten Glassorten wirken sich in der Optik direkt auf die Abbildungsqualität aus. Farbränder, Verzerrungen, Unschärfe am Bildrand sowie das Verschwimmen feiner Strukturen können durch die gezielte Kombination von Glassorten minimiert werden. „High Definition Fluorit“ kurz HDF ist ein neues Qualitätsmerkmal. Bei diesen Systemen werden Gläser mit sehr geringen Disperationseigenschaften verwendet, welche sich besonders positiv auf die Farbtreue auswirken und Farbränder verringern.

Starke Temperaturunterschiede können einen Beschlag auf den Linsenoberflächen, verursacht durch kondensierte Feuchtigkeit aus der Luft, verursachen. Durch Befüllen der Systeme mit den Edelgasen Argon bzw. Nitrogen kann dies verhindert werden. Dies setzt allerdings eine integrierte Fokussierung der Entfernungsanpassung voraus, ansonsten kann das Eindringen von Staub, Luft oder Feuchtigkeit nicht verhindert werden.

Fernglas Porro
Fernglas Porro

Fernglas Dachkant
Fernglas Dachkant

Fernglas als Porro oder Dachkant Version ?
Man unterscheidet bezüglich der Bildqualität eines Fernglases hauptsächlich zwischen einem Porro- und einem Dachkant- Prismensatz.

Einen in der Regel größeren Schärfentiefenbereich erreichen Ferngläser mit einem Porro-Prismensatz. Sie sind breiter gebaut und besitzen einen kleinen Versatz der Objektachse zur optischen Achse.
Sie werden daher besonders bei großen Objektivdurchmessern schwer und unhandlich.

Ein Dachkant-Prismensystem hingegen erreicht nur mit einer speziellen und teuren Phasenkorrekturbeschichtung die geforderte Qualität. Es punktet aber durch eine hohe Lichtstärke, eine schmale und handliche Bauform sowie geringes Gewicht – besonders bei großer Eintrittspupille.

Fernglas Dachkant oder Porro

Ein großes Sehfeld wirkt gerade bei hohen Vergrößerungen stabilisierend und wird als angenehm empfunden.
Die Angabe des Sehfeldes bezieht sich auf den zu erfassenden Durchmesser des Bildfeldes.
Das Sehfeld kann auch über den gerade noch erfassten Objektwinkel angegeben werden (siehe Abbildung – grüner Strahlenstrang entspricht hier einem Objektwinkel von 1° und einem Bildfeld von 17 mm).
Gerade bei hohen Vergrößerungen begrenzt das Okular das Sehfeld eines Fernglases bzw. Spektivs.
Es werden daher für Spektive Okulare mit besonders großen Sehfeldern angeboten. Diese werden als Weitwinkelokulare bezeichnet.

Brillenträger sollten unbedingt auf die Austrittspupillenweite (Abstand zwischen letzter Okularlinse und Lage der Austrittspupille) achten. Bei einem Abstand von über 16 mm Austrittspupillenschnittweite kann der Brillenträger das volle Sehfeld ohne Beschneidungen oder Vignettierungen wahrnehmen. Durch das Umstülpen bzw. Versenken der Augenmuschel kann der Brillenträger das maximale Sehfeld nutzen.

Vergrößerungsfaktor eines Fernglases:
Bei einem Fernglas mit zum Beispiel 7 – facher Vergrößerung erscheint ein Objekt, welches 700 m entfernt ist dem Betrachter so, als ob es nur 100 m sind.
Die Vergrößerung ist also das Maß für die empfundene Annäherung eines Objektes.
Zu beachten ist jedoch, dass ab einer 10-fachen Vergrößerung eine sehr ruhige Hand benötigt wird, um das Bild nicht zu verwackeln.
Ohne Stativ wird es hier schwierig. Je kleiner die Vergrößerung bei gleichem Frontdurchmesser ist, desto lichtstärker ist ein Fernglas.
Ein Fernglas von zum Beispiel 10x50 ist lichtstärker als ein Fernglas 12x50.

Eintrittspupille  
Die Objektive haben je nach Fernglas, einen unterschiedlichen Durchmesser.
Dieser Objektdurchmesser (Durchmesser der Eintrittspupille) bestimmt, wie viel Licht das Fernglas einsammeln kann.
Durch eine große Linse kann natürlich deutlich mehr Licht eingesammelt werden als durch eine kleine Linse.
Der Objektivdurchmesser ist somit ein wichtiger Faktor für die Bildhelligkeit.
Zu beachten ist allerdings, dass auch das Gewicht des Glases mit größerem Durchmesser des Objektives zunimmt.

Austrittspupille
So wie in das Fernglas Licht eintritt, so kommt es am anderen Ende auch in einem gewissen Maße wieder heraus.
Wieviel Licht austritt hängt von der Öffnung (Objektivdurchmesser) und von der Vergrößerung des Fernglases ab.
Das Licht trifft in einem Lichtbündel aus dem Okular in das Auge. Dieses Lichtbündel wird im Durchmesser von Millimetern angegeben und nennt sich Austrittspupille.
Sie ist für die Bildhelligkeit im Auge zuständig, was besonders bei der Dämmerungsbeobachtung oder bei schlechten Lichtverhältnissen wichtig ist.

Dämmerungsgläser
Beträgt das Austrittspupillendurchmesser mindestens 7 mm, so wird das Fernglas als Dämmerungsglas bezeichnet.
In heller Umgebung begrenzt die natürliche Augenpupille den einfallenden Lichtstrahl auf einen Durchmesser von 2-3 mm.
Während der Dämmerung öffnet sich die natürliche Augenpupille auf einen Durchmesser von ca. 7mm.
Ab diesem Zeitpunkt setzt dann die Stärke des Dämmerungsglases ein.

Dämmerungszahl
Das Maß für die Detailerkennbarkeit bei schlechten Lichtverhältnissen ist die Dämmerungszahl eines Fernglases.
Sie errechnet sich aus der Wurzel des Produktes der Vergrößerung und dem Objektivdurchmesser:

Dämmerungszahl =
Die Dämmerungszahl steht als rein rechnerischer Wert für die Bildhelligkeit, welche durch die optische Konstruktion, unterschiedliche Glasarten und die Qualität der Vergütung beeinflusst wird.
Eine hohe Dämmerungszahl steht nicht gleichzeitig für eine hohe oder gute Dämmerungsleistung.
Ein aussagekräftigeres und physikalisch konkreteres Maß ist die fotometrische Lichtstärke eines Fernglases.
Sie beschreibt die Konzentration der Leistung innerhalb des Auges.

Sehfeld
Die Angabe des Sehfeldes sollte neben Vergrößerung, Objektivdurchmesser, Dämmerungszahl und Gewicht zur vollständigen Definition eines Fernglases mit aufgeführt werden.
Die Angabe des Sehfeldes bezieht sich auf das zu erfassende Bildfeld in 1000 Meter Entfernung.
Ein großes Sehfeld wird als angenehm empfunden und wirkt gerade bei hohen Vergrößerungen als stabilisierend. 
Ab einer 20- oder 30-fachen Vergrößerung sollten daher Okulare mit dem Attribut WW für Weitwinkel eingesetzt werden.
Ein Standardokular würde hier das Sehfeld unnötig einschränken.

Austrittspupillenschnittweite/Brillenträgerfernglas
Brillenträger sollten unbedingt auf die Austrittspupillenweite (Abstand zwischen letzter Okularlinse und Lage der Austrittspupille) achten.
Bei einem Abstand von über 16 mm Austrittspupillenschnittweite kann der Brillenträger das volle Sehfeld ohne Beschneidungen oder Vignettierungen wahrnehmen.
Durch das Umstülpen bzw. Versenken der Augenmuschel kann der Brillenträger das maximale Sehfeld nutzen.

Dioptrienausgleich
Fast alle Menschen haben unterschiedliche Sehstärken auf dem rechten und linken Auge.
Da alleine der Mitteltrieb, simultane Einstellung beider Fernglashälften auf die Objektentfernung, um hier das Fernglas optimal zu fokussieren, nicht ausreicht, kann durch einen Dioptrienausgleich dieses Ungleichgewicht richtig gestellt  werden und bietet somit beste Voraussetzungen für eine entspannte Beobachtung mit dem Fernglas über einen längeren Zeitraum.
Die optischen Achsen der beiden Glashälften müssen dafür exakt parallel ausgerichtet sein und beide Glashälften müssen bei einer Dioptrieneinstellung von 0 die gleiche Vergrößerung besitzen.

Mehrschichtvergütung
Damit das Bild möglichst hell ist, ist es sehr wichtig, dass nicht nur viel Licht auf die Linsen trifft, sondern dass es dann auch durch das Fernglas geleitet wird. Bei minderwertigen Linsen wird jedoch viel Licht reflektiert, so dass das Bild am Ende dunkel erscheint.
Dieses Problem kann mit der sogenannten Mehrschichtvergütung minimiert werden.
Moderne Fernoptiken besitzen eine hohe Anzahl von Linsen und damit auch Glas-Luft-Übergänge.
Durch gezielte Wahl der Beschichtungsmaterialien sowie der Schichtdicken, kann der Lichtverlust jeder Glas-Luft Fläche auf ca. 0,5% reduziert werden.

HDF Systeme
Ein Qualitätsmerkmal für Ferngläser ist die „HDF“ Bezeichnung. Bei diesen „High Definition Fluorit“ Systemen werden Gläser verwendet, die auf der einen Seite einen sehr großen Fertigungsaufwand benötigen, sich andererseits sehr positiv auf die Farbtreue des Bildes auswirken.
Besonders deutlich wir der Effekt an kontraststarken Übergängen, wo Farbränder sehr stark vermindert werden.

Argon- bzw. Nitrogenfüllung
Ist das Fernglas einsatzbedingt starken Temperaturwechseln ausgesetzt, so kann kondensierte Feuchtigkeit aus der Luft einen Beschlag auf den inneren Linsenoberflächen verursachen.
Durch das Befüllen der Systeme mit den Edelgasen Argon bzw. Nitrogen kann ein Anlaufen der Linsen im Inneren des Systems verhindert werden.
Für die Langlebigkeit der Argonfüllung ist ein wasser- und luftdichtes System Voraussetzung.