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Prismenfernglas

Ein Prismenfernglas, kurz Fernglas oder auch Feldstecher genannt, ist ein handliches Doppelfernrohr, mit dem man entfernte Gegenstände vergrößert beobachten kann. Das Fernglas basiert in seiner Bau- und Wirkungsweise auf dem Linsenfernrohr.

Inhaltsverzeichnis

Begriffsabgrenzung

Ferngläser sind gegenüber Fernrohren meist binokular, d.h. man kann mit beiden Augen gleichzeitig hindurchblicken, um stereoskopisches Sehen zu ermöglichen. Es gibt jedoch auch monokulare Ferngläser.
Weiterhin sind in den Strahlengang der Ferngläser (außer bei Operngläsern) Prismen eingebaut, die durch Totalreflexion oder Spiegelschichten dafür sorgen, dass das betrachtete Bild aufrecht und seitenrichtig steht. Gleichzeitig wird dadurch die Baulänge verkürzt.

Merkmale

Die Leistungsfähigkeit eines Fernglases wird durch zwei Zahlen angegeben, z. B. 7x50, was 7-fache Vergrößerung und 50 mm Objektiv-Durchmesser bedeutet. Der Quotient aus Objektivdurchmesser und Vergrößerung bestimmt die Helligkeit des Bildes (je größer, desto heller); siehe Austrittspupille. Meist ist auch das Sehfeld angegeben, entweder in Grad oder als Abschnitt auf 1.000 m Entfernung. Das Sehfeld hängt neben der Vergrößerung auch von der Bauweise der Okulare ab.

Die Vergütung (erkennbar an rot oder blau schimmernden Linsen) sorgt für ein kontrastreiches Bild, höhere Lichtstärke und zur Vermeidung störender Reflexe bei Gegenlicht.

Warnhinweis
Mit Ferngläsern darf man wie auch mit anderen Fernrohren nicht in die Sonne blicken - zur Sonnenbeobachtung müssen vor dem Objektiv spezielle Filter verwendet werden.

Aufbau

Bauformen

Porroprismenglas

Das rechts dargestellte Fernglas ist ein Porroprismenglas (nach Ignazio Porro). Man erkennt es an dem versetzten Gehäuse, in dem das Porroprisma den Lichtweg umkehrt. Diese Bauweise ermöglicht die Veränderung des Objektivabstands, sodass das räumliche Sehen deutlicher wird, wenn man ihn vergrößert (übliche Porrobauweise) oder die Nahbeobachtung angenehmer wird, wenn man ihn verkleinert (umgekehrte Porrobauweise z.B. beim Papilio von Pentax).

Dachkantprismen-Fernglas

Diese Ferngläser benutzen je Auge zwei Dachkantprismen zur Verkürzung der Baulänge und zur Umkehr des Bildes. Das Dachkantprismen-Fernglas erlaubt eine schlanke, geradsichtige Bauweise und kann generell wasserdicht gefertigt werden, während das bei Porroprismengläsern nur dann mit vertretbarem Aufwand möglich ist, wenn auf einen Mitteltrieb zur Fokussierung verzichtet wird und die Okulare daher einzeln scharfzustellen sind. Allerdings erfordern Dachkanten eine höhere Fertigungspräzision, was diese Ferngläser teurer macht. Bei ähnlicher Preislage sind daher meist die Porroprismengläser besser. Der bei Dachkantprismen kleinere Abstand der Objektive ist für Nahbeobachtungen (z. B. von Insekten) angenehmer für die Augen als bei Porrogläsern mit erweitertem Objektivabstand (geringere Parallaxe). Ab etwa 50 Meter ist der Raumeindruck des Porro-Prinzips besser.

Spiegel-Fernglas

Neuerdings werden auch Ferngläser nach dem Prinzip des Spiegelteleskops mit off-axis-Hohlspiegeln („Schiefspiegler“) hergestellt.

Opernglas

Ein Opernglas ist ein handliches, binokulares Fernglas mit niedriger Vergrößerung (2-3 fach), das gerne von Theater- oder Opernbesuchern verwendet wird. Die Optik ist vom Typ des Galilei-Fernrohrs, während andere Ferngläser auf dem Kepler-Fernrohr basieren. Das Galilei-Fernrohr besteht augenseitig aus einer kurzbrennweitigen Zerstreuungslinse und objektseitig aus einer langbrennweitigen Sammellinse, es benötigt keine Prismen zur Bildumkehr.

Bildstabilisierung

Bei Ferngläsern mit hohen Vergrößerungen werden zunehmend elektronische Stabilisatoren eingesetzt, die bei freihändigem Gebrauch Verwacklungen durch das Händezittern vermindern können. Canon verwendet eine Technik ähnlich wie bei Camcordern, das System ist als Image Stabilizer bekannt (IS). Bei Fujinon ging man mit den Technostabi-Gläsern den Weg einer elektromechanischen Neuentwicklung, um das System auch auf See- und Landfahrzeugen einsetzen zu können. Zeiss verwendet eine aufwändige Konstruktion, die mittels Kreuzgelenk und einer Wirbelstrombremse rein mechanisch die Bildstabilisierung erreicht. Fujinon-Stabiscopes wiederum verwenden ein Gyroskop, dadurch ist dieses System auch an Bord von Hubschraubern einsetzbar.

Variable Vergrößerung

Analog zu einäugigen Fernrohren werden auch Ferngläser mit variabler Vergrößerung (Zoom-Ferngläser) angeboten. Die besondere Schwierigkeit bei zweiäugigen Ferngläsern besteht hierbei in der Synchronisation der Vergrößerung auf beiden Seiten. Diese erfolgt über eine mechanische Kopplung, meist in Form eines biegsamen Metallstreifens, der in einer Schiene entlang der Okularbrücke (welche auch die synchrone Fokussierung über den Mitteltrieb ermöglicht) stauchungssicher geführt wird. Die Einstellung der Vergrößerung erfolgt zumeist über einen Hebel neben einem der Okulare, der über die erwähnte Kopplung sowie eine Art Schneckengetriebe Linsengruppen in beiden Okularen verschiebt.

Gegenüber Ferngläsern mit fester Vergrößerung besitzen Zoom-Ferngläser mehr Linsen und damit, besonders bei preiswerteren Modellen, auch höhere Lichtverluste sowie stärkere störende Farbsäume. Ferner ist das Sehfeld aufgrund der längeren Bauweise des Okulars meist deutlich kleiner.

Leistungs- und Qualitätsbeurteilung

Theoretische Kenngrößen

Aus der Vergrößerung V und dem Objektivdurchmesser D (in mm) ergibt sich der Durchmesser der Austrittspupille AP der Optik:

Die Austrittspupille ist das reelle Bild der Öffnung durch das Okular und als heller Lichtkreis vor dem Okular schwebend erkennbar, wenn man das Fernglas in einigem Abstand vom Auge hält. Grundsätzlich gilt also: Je größer die Austrittspupille, umso heller das Bild. Ist AP jedoch größer als die Pupille des menschlichen Auges (ca. 6-8 mm beim dunkeladaptierten jugendlichen Auge), so wird nicht alles Licht genutzt. Auf der anderen Seite wird das Bild bei AP unter 2 mm selbst bei hellem Sonnenschein merklich dunkler und kontrastärmer. Zudem wachsen mit der Vergrößerung die Anforderungen an die Qualität der Optik und damit auch der Preis. Somit liegt die sinnvolle Vergrößerung eines Fernglases mit 50 mm Objektivdurchmesser für die meisten Anwendungen zwischen 7- und 25-fach. Weitere Kenngrößen sind die Dämmerungszahl DZ und die geometrische Lichtstärke LS. Diese Parameter sind rein theoretische Werte, da sie nicht berücksichtigen, aus welchem Material die Linsen sind und mit welcher Güte sie gefertigt wurden. Die Dämmerungszahl DZ ergibt sich aus Vergrößerung und Objektivdurchmesser, die geometrische Lichtstärke LS entspricht dem Quadrat des Durchmessers (in mm) der Austrittspupille:

Wichtig für die Dämmerungsleistung ist neben den rein rechnerischen Kennwerten die Transmission des Fernglases. Die Transmission gibt an, wieviel Prozent der einfallenden Lichtenergie nach Passieren der Optik das Okular verlassen. Ferngläser von höchster Qualität erreichen dabei Werte von 80 bis über 90 Prozent.

Die geeignete Objektivgröße und Vergrößerung hängt vom vorgesehenen Verwendungszweck ab. Als Allround-Fernglas (z. B. für Wanderungen) sind leichte Ferngläser zwischen 7x20 und 10x40 verbreitet, während für hobby-astronomische Zwecke Gläser ab 7x50 oder 10x50 und darüber besser geeignet sind. Für Spezialanwendungen (z. B. professionelle Astronomie oder Ornithologie) gibt es Ferngläser mit Objektivdurchmesser von 100 mm und mehr sowie Vergrößerungen bis zu 80-fach, wofür natürlich ein geeignetes Stativ erforderlich ist. Meist sind diese Ferngläser aus Gewichts- und Kostengründen monokular ausgeführt und werden dann als Spektiv bezeichnet.

Ferner ist das Sehfeld bzw. der Sehwinkel von Bedeutung, da es den sichtbaren Ausschnitt aus dem Objekt darstellt. Allgemein gilt: Je höher die Vergrößerung, desto kleiner das Sehfeld. Doch auch die Bauweise hat Einfluss auf die Sehfeldgröße. Ein gutes 10-fach-Großfeldfernglas hat ein Sehfeld von ca. 120 m und mehr auf 1.000 m Entfernung.

Qualität der Optik

Zur Beurteilung der Qualität eines Fernglases schaut man zuerst von vorn in das Glas hinein. Dabei werden Staubablagerungen und Beschlag durch Trübung sichtbar. Weiterhin ist erkennbar, ob die Glasoberflächen vergütet sind.
Anschließend schaut man mit einem gewissen Abstand von hinten durch die Okulare gegen einen hellen Hintergrund und beobachtet die Ausformung der Austrittspupille. Sie sollte rund und gleichmäßig auf beiden Seiten sein. Um die Justierung der beiden Optiken zueinander zu prüfen, schaut man sich mit dem Glas eine weit entfernte senkrechte und waagerechte Grenzlinie an. Schließt und öffnet man dabei die Augen, kann man feststellen, ob sich die beiden Teilbilder ohne Anstrengung der Augen zu einem einzigen Bild kombinieren lassen. Vor allem Gläser der unteren Preiskategorien kommen mitunter mit fehlerhafter Justierung in den Handel.

Ein weiteres Kriterium ist die Farbneutralität des Glases. Diese lässt sich leicht durch Betrachten von hellen weißen Flächen beurteilen. Es darf dabei kein Grün- oder Braunstich des Bildes zu sehen sein, was auf die Verwendung von minderwertigem Glas hinweisen würde. Ferngläser zum Einsatz bei Dämmerung sind jedoch oft für den dann vorherrschenden Blaugrün-Anteil des Spektrums vergütet, sie besitzen eine rot-orange Vergütung und lassen vorrangig den Blaugrün-Anteil des Lichtes passieren.

Abbildungsfehler kann man durch Betrachten einer punktförmigen Lichtquelle, am besten eines hellen Sterns, beurteilen. In der Bildmitte betrachtet, deuten Abweichungen von der Punktform auf Fehler der Optik hin, wobei aber nur bei sehr hochwertigen Gläsern ein nahezu punktförmiges Abbild des Sterns erwartet werden kann. Im Randbereich zeigen die meisten Ferngläser wegen der sphärischen Aberration ein mehr oder weniger unscharfes, verzerrtes Bild des Sterns, was die Benutzung jedoch kaum beeinträchtigt.

Für hohen Kontrast sorgt die Vergütung der Optik. Die Vergütung reduziert die Reflexionen an den Glas-Luft-Grenzflächen und erhöht auch die Lichtstärke. Bei höherwertigen Gläsern ist Mehrfachvergütung (multi-coated, MC) Standard, die den Reflexionsgrad des Glases im gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich reduzieren. Das Militär sowie Jäger benutzen rot vergütete Gläser, die das vorrangig blaue Licht der Dämmerung und der Nacht passieren lassen.

Bei sehr hohen Vergrößerungen (ca. ab dreißigfach), ist die Verwendung teureren Glases mit sehr geringer Dispersion sinnvoll, um Farbsäume durch chromatische Aberration zu vermeiden. Nikon nennt dies z. B. ED-Glas, KAHLES AMV, Swarovski HD und bei Zeiss heißen sie FL-Gläser.

Literatur

 Commons: Prismenfernglas – Bilder, Videos und Audiodateien
 Commons: Prismenfernglas – Bilder, Videos und Audiodateien