GalileiEdit
Nahezu seit der Erfindung des Fernrohrs im 17. Jahrhundert scheint man die Vorteile der Montage von zwei Ferngläsern nebeneinander für eine binokulare Sicht erforscht zu haben. Die meisten frühen Ferngläser verwendeten eine galileische Optik, d. h. sie hatten ein konvexes Objektiv und eine konkave Okularlinse. Die galileische Bauweise hat den Vorteil, dass sie ein aufrechtes Bild liefert, aber das Sehfeld ist eng und die Vergrößerung ist nicht sehr hoch. Diese Bauart wird immer noch bei sehr billigen Modellen und bei Opern- oder Theatergläsern verwendet. Die Galilei-Bauweise wird auch bei binokularen Lupen für Chirurgen und Juweliere mit geringer Vergrößerung verwendet, da sie sehr kurz sein können und ein aufrechtes Bild ohne zusätzliche oder ungewöhnliche Aufrichtoptik erzeugen, was Kosten und Gesamtgewicht reduziert. Außerdem haben sie große Austrittspupillen, wodurch die Zentrierung weniger kritisch ist, und das schmale Sehfeld eignet sich gut für diese Anwendungen. Sie werden in der Regel auf ein Brillengestell montiert oder auf eine Brille zugeschnitten.
Keplersche OptikEdit
Ein verbessertes Bild und eine höhere Vergrößerung werden in Ferngläsern mit Keplerscher Optik erzielt, bei denen das von der Objektivlinse erzeugte Bild durch eine positive Okularlinse betrachtet wird. Da die Keplersche Anordnung ein seitenverkehrtes Bild erzeugt, werden verschiedene Methoden angewandt, um das Bild in die richtige Richtung zu drehen.
AufrichtlinsenBearbeiten
Bei aprismatischen Ferngläsern mit Kepler’scher Optik (die manchmal auch als „Zwillingsteleskope“ bezeichnet wurden) hat jeder Tubus eine oder zwei zusätzliche Linsen (Relaislinsen) zwischen dem Objektiv und dem Okular. Diese Linsen werden zur Aufrichtung des Bildes verwendet. Die Ferngläser mit Aufrichtlinsen hatten einen gravierenden Nachteil: Sie waren zu lang. Solche Ferngläser waren in den 1800er Jahren sehr beliebt (z. B. die Modelle von G.& S. Merz), wurden aber kurz nach der Einführung verbesserter Prismenferngläser durch die Firma Carl Zeiss in den 1890er Jahren überflüssig.
PrismenEdit
Optische Prismen, die dem Design hinzugefügt wurden, ermöglichten die Darstellung des Bildes in der richtigen Richtung, ohne dass so viele Linsen benötigt wurden, und verringerten die Gesamtlänge des Instruments, typischerweise unter Verwendung eines Porro-Prisma oder Dachkantprismen.
PorroEdit
Porro-Prismen-Ferngläser sind nach dem italienischen Optiker Ignazio Porro benannt, der dieses Bildaufrichtungssystem 1854 patentieren ließ. Dieses System wurde später von anderen Fernglasherstellern weiterentwickelt, vor allem von der Firma Carl Zeiss in den 1890er Jahren. Ferngläser dieses Typs verwenden ein Paar Porro-Prismen in einer Z-förmigen Anordnung, um das Bild aufzurichten. Das Ergebnis sind breite Ferngläser mit Objektivlinsen, die einen großen Abstand zu den Okularen haben und so ein besseres Gefühl für die Tiefe vermitteln. Porro-Prismen haben den zusätzlichen Vorteil, dass sie den Strahlengang falten, so dass die physische Länge des Fernglases geringer ist als die Brennweite des Objektivs. Porro-Prismen-Ferngläser wurden so konstruiert, dass sie ein Bild auf kleinem Raum aufrichten können, und so begannen Ferngläser mit Prismen auf diese Weise.
RoofEdit
Ferngläser mit Dachprismen tauchten möglicherweise schon in den 1870er Jahren in einem Entwurf von Achille Victor Emile Daubresse auf. Im Jahr 1897 begann Moritz Hensoldt mit der Vermarktung von Dachkantprismen-Ferngläsern. Die meisten Dachkantprismen-Ferngläser verwenden entweder das Abbe-Koenig-Prisma (benannt nach Ernst Karl Abbe und Albert Koenig und 1905 von Carl Zeiss patentiert) oder das Schmidt-Pechan-Prisma (erfunden 1899), um das Bild aufzurichten und den optischen Pfad zu falten. Sie haben Objektivlinsen, die annähernd in einer Linie mit den Okularen liegen.
Durch die Bauweise mit Dachkantprismen wird ein Instrument geschaffen, das schmaler und kompakter ist als Porro-Prismen. Es gibt auch einen Unterschied in der Bildhelligkeit. Porro-Prismen-Ferngläser erzeugen von Natur aus ein helleres Bild als Schmidt-Pechan-Dachprismen-Ferngläser mit gleicher Vergrößerung, Objektivgröße und optischer Qualität, da bei dieser Dachkantprismenkonstruktion versilberte Oberflächen verwendet werden, die die Lichtdurchlässigkeit um 12 % bis 15 % verringern. Dachkantprismen erfordern außerdem engere Toleranzen für die Ausrichtung der optischen Elemente (Kollimation). Dies erhöht die Kosten, da die Konstruktion feste Elemente erfordert, die im Werk auf einen hohen Kollimationsgrad eingestellt werden müssen. Bei Porro-Prismen-Ferngläsern müssen die Prismensätze gelegentlich neu ausgerichtet werden, um sie in Kollimation zu bringen. Die feste Ausrichtung bei Dachkantprismen bedeutet, dass die Ferngläser normalerweise nicht neu kollimiert werden müssen.
Optische ParameterBearbeiten
Ferngläser werden in der Regel für bestimmte Anwendungen entwickelt. Diese verschiedenen Ausführungen erfordern bestimmte optische Parameter, die auf der Prismenabdeckplatte des Fernglases aufgeführt sein können. Diese Parameter sind:
VergrößerungBearbeiten
Die Vergrößerung, die als erste Zahl in der Beschreibung eines Fernglases angegeben wird (z. B. 7×35, 8×50), ist das Verhältnis der Brennweite des Objektivs geteilt durch die Brennweite des Okulars. Daraus ergibt sich die Vergrößerungsleistung eines Fernglases (manchmal auch als „Durchmesser“ ausgedrückt). Ein Vergrößerungsfaktor von 7 ergibt zum Beispiel ein Bild, das 7-mal größer ist als das Original, das man aus dieser Entfernung sieht. Der gewünschte Vergrößerungsgrad hängt von der beabsichtigten Anwendung ab und ist bei den meisten Ferngläsern ein festes, nicht verstellbares Merkmal des Geräts (eine Ausnahme bilden Zoom-Ferngläser). Handgehaltene Ferngläser haben in der Regel Vergrößerungen zwischen 7- und 10-fach, so dass sie weniger anfällig für die Auswirkungen von Händeschütteln sind. Eine höhere Vergrößerung führt zu einem kleineren Sichtfeld und erfordert unter Umständen ein Stativ für die Bildstabilität. Einige Spezialferngläser für die Astronomie oder das Militär haben Vergrößerungen von 15x bis 25x.
ObjektivdurchmesserBearbeiten
Der Objektivdurchmesser, der als zweite Zahl in der Beschreibung eines Fernglases angegeben wird (z. B. 7×35, 8×50), bestimmt die Auflösung (Schärfe) und die Menge des Lichts, die zur Erzeugung eines Bildes gesammelt werden kann. Wenn zwei verschiedene Ferngläser die gleiche Vergrößerung, die gleiche Qualität und eine ausreichend angepasste Austrittspupille haben (siehe unten), erzeugt das größere Objektivdurchmesser ein „helleres“ und schärferes Bild. Ein 8×40-Fernglas erzeugt also ein „helleres“ und schärferes Bild als ein 8×25-Fernglas, obwohl beide das Bild gleich achtmal vergrößern. Die größeren Frontlinsen des 8×40 erzeugen auch breitere Lichtstrahlen (Austrittspupille), die die Okulare verlassen. Das macht die Betrachtung mit einem 8×40 bequemer als mit einem 8×25. Ein 10×50-Fernglas ist hinsichtlich Vergrößerung, Schärfe und Lichtstrom besser als ein 8×40-Fernglas. Der Objektivdurchmesser wird gewöhnlich in Millimetern angegeben. Es ist üblich, Ferngläser nach der Vergrößerung × dem Objektivdurchmesser zu kategorisieren, z. B. 7×50. Kleinere Ferngläser können einen Durchmesser von nur 22 mm haben; 35 mm und 50 mm sind gängige Durchmesser für Feldferngläser; astronomische Ferngläser haben Durchmesser von 70 mm bis 150 mm.
SehfeldBearbeiten
Das Sehfeld eines Fernglases hängt von seiner optischen Konstruktion ab und ist im Allgemeinen umgekehrt proportional zur Vergrößerungsleistung. Es wird in der Regel in einem linearen Wert angegeben, z. B. wie viele Fuß (Meter) in der Breite auf 1.000 Yards (oder 1.000 m) gesehen werden, oder in einem Winkelwert, der angibt, wie viele Grad gesehen werden können.
AustrittspupilleEdit
Ferngläser bündeln das vom Objektiv gesammelte Licht zu einem Strahl, dessen Durchmesser, die Austrittspupille, der Objektivdurchmesser geteilt durch die Vergrößerungsleistung ist. Um eine möglichst effektive Lichtsammlung und ein möglichst helles Bild zu erzielen und die Schärfe zu maximieren, sollte die Austrittspupille mindestens dem Durchmesser der Pupille des menschlichen Auges entsprechen – etwa 7 mm bei Nacht und etwa 3 mm bei Tag, wobei dieser Wert mit zunehmendem Alter abnimmt. Wenn der Lichtkegel, der aus dem Fernglas austritt, größer ist als die Pupille, in die er eintritt, wird jedes Licht, das größer als die Pupille ist, verschwendet. Bei Tageslicht ist die menschliche Pupille in der Regel etwa 3 mm geweitet, was in etwa der Austrittspupille eines 7×21-Fernglases entspricht. Ein viel größeres 7×50-Fernglas erzeugt einen Lichtkegel, der größer ist als die Pupille, in die er eintritt, und dieses Licht wird tagsüber vergeudet. Eine zu kleine Austrittspupille bietet dem Beobachter auch eine schwächere Sicht, da nur ein kleiner Teil der lichtsammelnden Fläche der Netzhaut genutzt wird. Für Anwendungen, bei denen die Ausrüstung getragen werden muss (Vogelbeobachtung, Jagd), entscheiden sich die Benutzer für viel kleinere (leichtere) Ferngläser mit einer Austrittspupille, die dem erwarteten Durchmesser der Irisblende entspricht, so dass sie ein maximales Auflösungsvermögen haben, aber nicht das Gewicht der vergeudeten Blende tragen müssen.
Eine größere Austrittspupille macht es einfacher, das Auge dort zu platzieren, wo es das Licht empfangen kann; jeder Ort im Lichtkegel der großen Austrittspupille ist ausreichend. Diese einfache Platzierung hilft, insbesondere bei Ferngläsern mit großem Sehfeld, die Vignettierung zu vermeiden, die dem Betrachter ein Bild zeigt, dessen Ränder verdunkelt sind, weil das Licht von ihnen teilweise blockiert wird, und sie bedeutet, dass das Bild schnell gefunden werden kann, was wichtig ist, wenn man Vögel oder Wildtiere betrachtet, die sich schnell bewegen, oder für einen Seemann auf dem Deck eines stampfenden Bootes oder Schiffes. Ferngläser mit enger Austrittspupille können auch ermüdend sein, weil das Instrument genau vor die Augen gehalten werden muss, um ein brauchbares Bild zu liefern. Schließlich verwenden viele Menschen ihre Ferngläser in der Dämmerung, bei bedecktem Himmel und in der Nacht, wenn ihre Pupillen größer sind. Daher ist die Austrittspupille bei Tag kein allgemein wünschenswerter Standard. Aus Gründen des Komforts, der Benutzerfreundlichkeit und der Anwendungsflexibilität sind größere Ferngläser mit größeren Austrittspupillen eine zufriedenstellende Wahl, auch wenn ihre Leistungsfähigkeit am Tag nicht voll ausgeschöpft wird.
AugenabstandEdit
Der Augenabstand ist der Abstand zwischen der hinteren Okularlinse und der Austrittspupille oder dem Augenpunkt. Er ist der Abstand, den der Beobachter mit seinem Auge hinter dem Okular einhalten muss, um ein unvignettiertes Bild zu sehen. Je länger die Brennweite des Okulars ist, desto größer ist der mögliche Augenabstand. Bei Ferngläsern kann der Augenabstand zwischen einigen Millimetern und 2,5 Zentimetern oder mehr liegen. Der Augenabstand kann für Brillenträger besonders wichtig sein. Das Auge eines Brillenträgers ist in der Regel weiter vom Okular entfernt, was einen größeren Augenabstand erforderlich macht, um Vignettierungen zu vermeiden und im Extremfall das gesamte Sehfeld zu erhalten. Ferngläser mit kurzem Augenabstand können auch schwer zu benutzen sein, wenn es schwierig ist, sie ruhig zu halten.
NaheinstellgrenzeBearbeiten
Die Naheinstellgrenze ist der Punkt, auf den das Fernglas am nächsten fokussieren kann. Dieser Abstand variiert je nach Bauart des Fernglases von etwa 0,5 m bis 30 m. Wenn die Nahdistanz im Verhältnis zur Vergrößerung gering ist, kann das Fernglas auch dazu verwendet werden, Einzelheiten zu sehen, die mit dem bloßen Auge nicht sichtbar sind.
OkulareBearbeiten
Binokulare Okulare bestehen in der Regel aus drei oder mehr Linsenelementen in zwei oder mehr Gruppen. Die Linse, die am weitesten vom Auge des Betrachters entfernt ist, wird als Feldlinse bezeichnet, diejenige, die dem Auge am nächsten ist, als Augenlinse. Die gebräuchlichste Anordnung ist die von Carl Kellner im Jahr 1849 erfundene. Bei dieser Anordnung ist die Augenlinse ein plan-konkaver/doppelkonvexer Achromat (der flache Teil der Linse ist dem Auge zugewandt) und die Feldlinse eine doppelt konvexe Einzellinse. 1975 wurde ein umgekehrtes Kellner-Okular entwickelt, bei dem die Feldlinse ein doppelt konkaves/ doppelt konvexes achromatisches Dublett und die Augenlinse ein doppelt konvexes Singulett ist. Das umgekehrte Kellner-Okular bietet 50 % mehr Augenabstand und funktioniert besser bei kleinen Brennweitenverhältnissen und hat ein etwas größeres Sehfeld.
Weitwinkel-Ferngläser verwenden in der Regel eine Art Erfle-Konfiguration, die 1921 patentiert wurde. Diese haben fünf oder sechs Elemente in drei Gruppen. Die Gruppen können aus zwei achromatischen Dubletten mit einer konvexen Dublette dazwischen oder aus achromatischen Dubletten bestehen. Diese Okulare sind bei hoher Vergrößerung in der Regel nicht so leistungsfähig wie Kellner-Okulare, da sie unter Astigmatismus und Geisterbildern leiden. Sie haben jedoch große Augenlinsen, einen ausgezeichneten Augenabstand und sind bei niedrigeren Vergrößerungen bequem zu benutzen.