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Optische Kenngrößen

Die Vergrößerung
Das Sehfeld
Die Bildruhe
Lichtstärke und Bildqualität
Die Austrittspupille
Die Dämmerungszahl
Bildhelligkeit und Bildbrillanz
Die Bildschärfe oder Auflösung
Der Kontrast
Transmission und Vergütung  
Die Farbtreue


 

Die Vergrößerung

 

Vergrößerung und Objektivdurchmesser sind die markantesten optischen Kenngrößen und wichtigsten numerischen Merkmale eines Fernrohrs. Auf die Frage: „Was ist das für ein Glas?“ erhält man in der Regel eine Antwort wie „Ein 8 mal 30“ oder „Ein 3 bis 12 mal 56“. Die Vergrößerung eines optischen Instruments ist das Verhältnis zwischen der scheinbaren Größe (Größe des Bilds) und der wahren Größe eines Objekts.

 

Die Vergrößerung gibt an, um wievielmal ein Objekt näher erscheint. Ein 100 m entferntes Objekt wird durch ein 10fach-Fernrohr optisch so vergrößert, als ob es aus 10 m Entfernung mit dem bloßen Auge betrachtet würde.

 

Der Vergrößerungsmaßstab verläuft linear, so dass sich folgende Werte für ein 100 m entferntes Objekt ergeben:

 

 

Vergrößerung                       Scheinbare Entfernung durch Fernrohr

 

  2fach                                                50        m

  4fach                                                25        m

  6fach                                                16,6    m

  8fach                                                12,5    m

10fach                                                10        m

        

 

 

Schematische Darstellung der Vergrößerungswirkung

 

 

 

 

 

 

Sehwinkel

 

 

 

ist der Sehwinkel, unter dem ein Objekt G ohne optische Hilfsmittel gesehen wird.  ist der Sehwinkel, unter dem das Objekt im optischen Instrument erscheint. Je größer der Sehwinkel , desto größer sieht das Auge den Gegenstand.

 

Diese Abbildung basiert auf dem Bild Sehwinkel2.png aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. Das Bild ist gemeinfrei.

 

Die Vergrößerung ist eine Funktion des Sehwinkels.

Die Sehachse (S) ist die Linie vom Auge des Betrachters durch die Mitte des optischen Systems zum betrachteten Objekt (G). Je weiter dieses Objekt entfernt ist (oder je kleiner es ist), desto kleiner ist der Winkel, unter dem die Lichtstrahlen auf das Auge treffen und auf der Netzhaut ein entsprechend kleineres Bild erzeugen. Ein näheres (oder größeres) Objekt verursacht größere Strahleneingangswinkel und damit ein größeres Bild in unserem Auge. Dieser physikalisch-physiologische Sachverhalt wird im Fernrohr zur Erzeugung einer Vergrößerungsleistung umgesetzt, indem die flachen Eingangswinkel eines weit entfernten (bzw. kleinen) Objekts optisch vergrößert werden und dadurch – unter Ausnutzung der im Auge ablaufenden Prozesse – ein vergrößertes Abbild auf der Netzhaut erzeugt wird. Im System Auge/Gehirn bedeutet “näher = größer“ und „größer = näher“. Fernrohre vergrößern also nicht den Gegenstand, sondern den Sehwinkel. 

 

Die Vergrößerung hat unmittelbare Auswirkungen auf Sehfeld und Bildruhe. Wenden wir uns zunächst dem Sehfeld zu.

 

 

Das Sehfeld

 

Der Blick durch ein Fernrohr bietet dem Beobachter einen kreisförmigen Ausschnitt der Wirklichkeit dar.

 

Die Größe (Breite, Durchmesser) dieses Ausschnitts wird Sehfeld genannt. Gelegentlich wird auch der Ausdruck Gesichtsfeld hierfür verwendet. Dieser ist allerdings auch durch die augenärztliche Fachsprache belegt und beschreibt den Raum, der mit einem Auge ohne Augenbewegungen überblickt werden kann (Gesichtsfeldmessung mit Hilfe der Perimetrie).

Das Sehfeld wird in Metern angegeben und bezieht sich bei Ferngläsern und Spektiven auf 1000 m, bei Zielfernrohren auf 100 m. Die Sehfeld-Angabe von 114 m beim Fernglas LUGER DX 8 x 42 bedeutet also, dass beim Blick durch das Glas auf 1000 m Entfernung ein 114 m breiter Ausschnitt sichtbar ist.

Nicht nur bei Spektiv und Zielfernrohr, sondern auch beim Blick durch ein korrekt eingestelltes Fernglas bietet sich dem Beobachter ein einziges, kreisrundes Bild dar.

Jede Abweichung hiervon deutet darauf hin, dass der Augenabstand nicht korrekt eingestellt wurde. Diese Falscheinstellung muss unbedingt korrigiert werden, um höchsten Sehkomfort zu genießen und die optische Leistung des Fernglases voll ausschöpfen zu können.

 

Das Sehfeld kann auch in Grad angegeben werden (z. B. 6˚).  

 

Bei ansonsten gleichen optischen Daten ist das Sehfeld umgekehrt proportional zur Vergrößerung: Je höher die Vergrößerung, desto kleiner das Sehfeld.

Bei variabler Vergrößerungseinstellung wird die Sehfeldgröße für die kleinste und die größte Einstellung angegeben. Das Zielfernrohr LUGER PRO NA 3 – 12 x 56 hat z. B. die Sehfeldwerte 9,6 m – 2,5 m. Bei 12facher Vergrößerung ist auf 100 m ein 2,5 m breiter Ausschnitt sichtbar, bei 3facher Vergrößerung wächst dieser Ausschnitt auf 9,6 m an.

Die Abnahme des Sehfeldes mit zunehmender Vergrößerung wird an den folgenden Werten der LUGER DX-Reihe verdeutlicht:

 

 

                                             LUGER DX  8x42                 10x42             12x50

 

Sehfeld (m/1000 m)                         114m                105m              84m

 

Zum Vergleich der Wert für ein 80-mm-Spektiv mit 32facher Vergrößerung: Hier beträgt das Sehfeld 32 m, also deutlich weniger als bei einem Fernglas. Wird beim Spektiv LUGER XS (20 – 60 x 60) die Vergrößerungsleistung voll ausgenutzt, verringert sich das Sehfeld auf 11 m.

 

 Veränderung des Sehfeldes in Abhängigkeit von der Vergrößerung

 

 

Unsere Augen decken ein natürliches Sehfeld von ca. 180˚ ab. Das Zusammenspiel unserer zentralen und peripheren Sicht liefert uns also einen etwa halbkreisförmigen Ausschnitt der Umwelt. Durch die Verwendung eines Fernrohrs wird dieses Sehfeld  deutlich verringert. Schon ein augenseitiges Sehfeld von ca. 60˚ – gegenüber 180˚ natürlichem Sehfeld – wird als „Weitwinkel“-Sehfeld bezeichnet. Das „augenseitige Sehfeld“ (gegenüber dem „objektseitigen Sehfeld“), angegeben in Grad, wird durch den Austrittswinkel des optischen Strahlengangs vom Okular zum Auge bestimmt. Zur Erzielung dieses Weitwinkel- oder Panorama-Effekts kommen spezielle Weitwinkelokulare zum Einsatz. Der Begriff "Weitwinkel" ist wie folgt festgelegt: Objektseitiges Sehfeld (in Grad) multipliziert mit der Vergrößerung ergibt einen Wert gleich oder größer 60°.

Beispiel: 7° (objektseitiges Sehfeld) x 9 (Vergrößerung) = 63˚. Dieser Wert ist allerdings nur von relativer Aussagekraft, da er nur im direkten Vergleich zu einem „normalen“ – also einem Nicht-Weitwinkel-Glas – mit ansonsten gleichen optischen Kenndaten eine praktische Bedeutung erlangt. Mehr Aufschluss bringt ein Blick in die Tabellen: Bei Ferngläsern mit gängigen optischen Daten werden Sehfeldwerte im Bereich ab ca. 130 m als „Weitwinkelgläser“ bezeichnet. Bei Spektiven (mit mittleren Vergrößerungseinstellungen) liegt dieser Grenzwert bei etwa 40 m. Die Hersteller geben in der Regel deutliche Hinweise auf eine Weitwinkel-Auslegung.

 

 

 LUGER FX 8 x 40 Weitwinkel-Fernglas (Sehfeld 140 m).

Quelle: LUGER Katalog

 

Ein großes Sehfeld ist grundsätzlich erstrebenswert, da es einen besseren Überblick über das Gelände bzw. die jeweilige (jagdliche) Situation zulässt und das Auffinden von Punktzielen in unübersichtlichem Gelände erleichtert. Große Sehfelder bringen aber grundsätzlich das Problem von Unschärfe und nachlassender Brillanz in den Randbereichen mit sich. Dieser kleine Mangel sollte allerdings nicht überbewertet werden, da Detailbeobachtungen im Zentralbereich des Sehfeldes stattfinden. Die optische Güte des Randbereiches soll ordentliche Qualität aufweisen, muss aber nicht unbedingt das Niveau des Zentralbereiches erreichen. Hohe Schärfe, Brillanz und Klarheit bis in den äußersten Randbereich sind nur mit sehr hohem Aufwand erzielbar und daher mit hohen Kosten verbunden – ohne dass dadurch eine in der Praxis bedeutsame Auswirkung auf die Tauglichkeit des Fernrohrs erzielt würde. Diese Einschränkung ist selbstverständlich nur dann hinnehmbar, wenn sie sich auf den äußersten Randbereich beschränkt, der auch für qualitativ hochwertige Beobachtungen von untergeordneter Bedeutung ist. Gute Fernrohre zeichnen sich durch ein großes Sehfeld und gleichzeitig gute Bildqualität bis in den Randbereich aus.

 

 

Die Bildruhe

 

Wird ein Objekt mit bloßem Auge betrachtet, erscheint es meist ruhig. Diese scheinbare Bildruhe wird im Verbund Auge/Gehirn durch eine ständige unbewusste sensorisch-nervöse Kompensation bewirkt – obwohl sich Körper und Auge in quasi-ständiger Bewegung befinden. Beim Blick durch ein Fernrohr funktioniert dieser Ausgleichsmechanismus leider nicht mehr: Das Bild beginnt, instabil und unruhig zu werden. Ursachen hierfür sind

 

-       Handunruhe

-       Pulsschlag

-       Körperschwankungen

-       Zittern (körperliche Erschöpfung, Überanstrengung, altersbedingtes Zittern).

 

Die Auswirkungen steigen mit zunehmender Vergrößerung, da auch kleinere Bewegungen optisch verstärkt werden. Unter gleichen Bedingungen lässt eine 6fache Vergrößerung das Bild wesentlich ruhiger erscheinen als eine 10fache. Hier kann „weniger“ also „mehr“ bedeuten: Das weniger vergrößerte, dafür aber stabilere Bild bringt dem Betrachter mehr Nutzen als das stärker vergrößerte, dafür aber unruhige Bild. 10fache Vergrößerung bedeutet 10fache Beunruhigung des Bildes. Für den Freihandgebrauch wird bei Ferngläsern allgemein die 10fache Vergrößerung als kritische „Wackelgrenze“ angesehen. Der Bergwanderer, der nach anstrengendem Aufstieg mit noch jagendem Puls das Bergpanorama durch sein Fernglas bewundern will, dürfte mit einem 6- oder 8fach vergrößernden Glas besser bedient sein als mit einem 10- oder gar 12fachen.

 

Diese Abbildung basiert auf dem Bild Laliderer Wand von N HQ.jpg aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. Der Urheber ist Luidger.


Wer das herrliche Alpenpanorama (hier: Laliderer Wand, Karwendel) nach anstrengendem Aufstieg durch sein Fernglas genießen will, ist mit einer 6- bis höchstens 8fachen Vergrößerung gut beraten.

 

Abhilfe – oder zumindest Milderung – kann durch Stabilisierung oder Fixierung des Fernrohrs erreicht werden, also durch das „Anstreichen“ an einem Baum oder Pfahl, das Auflegen auf eine stabile Unterlage oder die Verwendung eines Stativs.

Spektive benötigen in jedem Fall ein Stativ oder zumindest eine sehr feste Unterlage. Wird ein Gewehr durch Anstreichen oder Auflegen stabilisiert, sind gewisse Regeln zu beachten, um einen sicheren Schuss zu gewährleisten (z. B. Hochschlagen der Waffe vermeiden). Entsprechende Unterrichtung wird in der Jäger- und Schützenausbildung und in Fortbildungskursen vermittelt. Einige Waffenhersteller gehen in ihren Handbüchern ebenfalls auf dieses Thema ein.

 

Bei variablen Zielfernrohren kann es oft hilfreich sein, eine niedrigere Vergrößerungseinstellung zu wählen.

Weitschüsse mit stark vergrößernden Zielfernrohren sind grundsätzlich problematisch. Das Ziel erscheint zwar größer und damit besser auffassbar, eine 12fache Vergrößerung bedeutet aber auch eine 12fache Beunruhigung des Bildes, was in diesem Falle die Unruhe des Absehens auf dem Ziel bedeutet. Bei nur 5 mm körperbedingter Abweichung von der Sehachse ergibt sich auf eine Schussentfernung von 200 m eine Abweichung (die gerne als „Zitterstreukreis“ bezeichnet wird) von 10 cm – zusätzlich zu allen anderen Einflüssen, die das Anbringen eines präzisen Schusses erschweren. Die Verdoppelung der Entfernung bedeutet ja die Halbierung der scheinbaren Größe des Zieles. Die dadurch als erforderlich empfundene höhere Vergrößerungseinstellung bedingt eine verstärkte Bildunruhe. Es liegt in der Entscheidung des Schützen, ob er eine niedrige Vergrößerung wählt (die ihm ein kleiner erscheinendes Ziel präsentiert), oder eine stärkere Vergrößerung, die ihm das Ziel zwar größer, aber auch „wackliger“ darbietet – oder ob er gänzlich auf den Schuss verzichtet. Der Jäger muss oft die Geduld aufbringen, zu warten, bis das Wild näher heran zieht. Denn eine Schussentfernung von 100 m gegenüber 200 m bedeutet die doppelte scheinbare Größe des Wildes bei einer gegebenen Vergrößerung.

 

 

Lichtstärke und Bildqualität

 

Die Austrittspupille

 

Das durch das Objektiv einfallende Licht wird im Fernrohr gebündelt und tritt durch das Okular zum Auge hin aus. Der Durchmesser dieser Austrittsöffnung wird als Austrittspupille bezeichnet. Ihre Größe wird ermittelt, indem der Objektivdurchmesser (in mm) durch die Vergrößerung geteilt wird. Ein Fernglas 8 x 56 hat somit eine Austrittspupille von 7 mm (56 : 8 = 7). Die Austrittspupille stellt praktisch die Verbindung zum Auge des Beobachters dar.

 

Wenn man gegen einen hellen Hintergrund auf das Okular blickt, ist die Austrittspupille als helle Scheibe erkennbar.

 

Die rechte Austrittspupille (4,2 mm) des LUGER DX 10x42 Fernglases.

Quelle: Eigene Fotografie


Das Erscheinungsbild dieses Scheibchens lässt Rückschlüsse auf die optische Qualität des Fernrohrs zu: Es muss hell, farbneutral und gleichmäßig rund sein. Abschattungen oder Farbstiche sind ein Hinweis auf minderwertige Prismen und/oder Linsen und lassen mangelhaften Kontrast und farbstichige Abbildungen erwarten.

 

Die Größe der Austrittspupille gibt Aufschluss über die durch das Fernrohr hindurchgehende Lichtmenge und ist einer der Werte, die für die Dämmerungstauglichkeit herangezogen werden können.

 

Beispiele für die Größe der Austrittspupille einiger ausgewählter Ferngläser:

 

  6 x 18            3          mm     

  8 x 25            3,1       mm

  8 x 30            3,75     mm

12 x 50            4,16     mm

  8 x 40            5          mm

10 x 50            5          mm

10 x 56            5,6       mm

  7 x 42            6          mm

  8 x 56            7          mm

  9 x 63            7          mm

  7 x 50            7,14     mm

 

 

 

Eine größere Austrittspupille bedeutet eine höhere Lichtstärke. Theoretisch sollen Austrittspupille und Augenpupille genau deckungsgleich sein. In der Praxis ist diese Forderung jedoch nicht zu erfüllen, da die Augenpupille ihre Größe laufend verändert und durch die Blickbewegungen ständig versetzt wird.

Die Größe der Austrittspupille des Fernrohrs muss also im Zusammenspiel mit der Größe der Augenpupille gesehen werden, die – durch den Irismuskel kontrolliert – für die richtige Bemessung der ins Auge gelangenden Lichtmenge zuständig ist.

Die maximal erreichbare Pupillenweite nimmt mit zunehmendem Alter deutlich ab.

 

 

Maximal erreichbare Weite der Augenpupille:    

                                                           

Alter                Tag                   Nacht

 

20                    4,7 mm           bis zu 8 mm

40                    3,9 mm           6             mm

60                    3,1 mm           4,1          mm

80                    2,3 mm           2,5          mm

 

 

Schon in mittleren Lebensjahren kann das Auge die Lichtmenge, die ihm von einer  großen Austrittspupille dargeboten wird, nicht mehr voll ausnutzen. Das erwachsene Auge kann die Pupille auf einen Durchmesser von höchstens 7 mm weiten, bei jungen Menschen kann dieser Wert 8 mm erreichen. Das Minimum, das bei sehr starkem Lichteinfall eingenommen wird, liegt bei ca. 1 mm.

Das oben als Rechenbeispiel angeführte 8 x 56 mit einer Austrittspupille von 7 mm ist somit ein gut geeignetes Nachtglas für Menschen in jungen und mittleren Jahren, da die angebotene Lichtmenge voll genutzt werden kann. In Kap. 4.1.2 wird mehr zu diesem Thema gesagt.

Auf keinen Fall sollte die Austrittspupille kleiner sein als die Pupillenöffnung des Auges, weil dann das Bild dunkler erscheinen würde. Unter diesen Bedingungen könnte es passieren, dass ein Objekt mit bloßem Auge gerade noch erkannt werden kann, durch das Fernglas aber nicht mehr. Eine etwas größer bemessene Austrittspupille hat zudem den Vorteil, dass sich die Augenpupille entspannt innerhalb der größeren Austrittspupille bewegen kann. Dies trifft insbesondere bei längeren Beobachtungszeiten zu. Weiterhin werden dadurch die Bewegungen abgedeckt, die das Auge bei längerem Beobachten über das beobachtete Objekt vollführt, um ein optimales Bild an die Retina zu liefern.

 

Bei Tage ist so viel Licht vorhanden, dass auch ein 8 x 30 fernglas (Austrittspupille 3,75 mm) in der Regel ein ausreichend helles Bild liefert.

 

Bei variabler Vergrößerung sind die Werte fließend, in den Tabellen wird in der Regel der größte und der kleinste Wert angegeben. Beim variablen Fernglas („Zoom“-) LUGER ZV 10 – 30 x 50 beispielsweise sind dies die Werte 5 – 1,67, also eine Austrittspupille von 5 mm bei 10facher Vergrößerung und 1,67 mm bei 30facher Vergrößerung.  

Mehr über Zusammenhang von Austrittspupille, Vergrößerung und Bildhelligkeit ist in Kap. 3.4.3 (Bildhelligkeit und Bildbrillanz) zu finden.

 

 

Die Dämmerungszahl

 

Die Dämmerungszahl ist einer der Werte, die als Anhalt für die Dämmerungsleistung herangezogen werden können. Sie ist eine rein rechnerische Größe, die etwas über das optische Leistungspotenzial des Fernrohrs in der Dämmerung aussagt. Die Dämmerungszahl ist kein Qualitätsmerkmal, das unmittelbare Rückschlüsse auf die Güte der Optik zulässt.

Die Dämmerungszahl wird ermittelt, indem die Wurzel aus dem Produkt von  Vergrößerung und Objektivdurchmesser (in mm) gezogen wird.

Beispiel 7 x 42:

7 x 42 = 294; √294 = 17,1; das 7 x 42 hat somit eine Dämmerungszahl von 17,1. Diese Zahl trifft auf alle 7 x 42-Ferngläser zu, unabhängig von der optischen Qualität. Gegenüber einem Laien kann es also irreführend sein, wenn man sagt: „Dieses 7 x 42 Fernglas hat eine Dämmerungszahl von 17,1.“ Zutreffend ist, dass alle 7 x 42-Ferngläser diese Dämmerungszahl aufweisen. Eine Dämmerungszahl von 17 oder höher wird normalerweise als Grenzwert für eine brauchbare Dämmerungsleistung angesehen.

 

 

Mit einer Dämmerungszahl von 21,1 und einer Austrittspupille von 7 mm eignet sich das LUGER DF 8 x 56 hervorragend für den Einsatz bei schlechten Lichtbedingungen.

Quelle: LUGER Katalog



Beispiele für die Dämmerungszahlen von Ferngläsern:

8 x 25:            14,1  

8 x 30:            15,5               

7 x 42:            17,1

8 x 56:            21,1

9 x 63:            23,8

 

 

Die Dämmerungszahl ist direkt proportional zur Vergrößerung. In den Tabellen wird in der Regel der Wert für die geringste und die höchste Vergrößerungseinstellung angegeben. Bei einem variablen Zielfernrohr 3 -12 x 52 beispielsweise ergeben sich Werte von 12,5 (bei 3facher Vergrößerung) und 25 (bei 12facher Vergrößerung).  

Am Beispiel der Spektive zeigt sich, dass die Dämmerungszahl für sich allein genommen nur geringe Aussagekraft über die tatsächliche Dämmerungsleistung hat. Ein 80-mm-Spektiv mit 32facher Vergrößerung hat eine Dämmerungszahl von 50 (!!!). Da es aber nur eine Austrittspupille von 2,5 mm hat, ist der Lichtdurchlass zum Auge so gering, dass die nutzbare Dämmerungsleistung wesentlich hinter den Erwartungen zurück bleibt, die der große Objektivdurchmesser zunächst vermuten lässt.

 

Die Dämmerungszahl hat weitgehend den früher verwendeten Wert Lichtstärke ersetzt. Die geometrische Lichtstärke gilt als Maß für die Helligkeit des Bildes. Sie wird ermittelt, indem das Quadrat aus dem Quotienten von Objektivdurchmesser und Vergrößerung errechnet wird (oder anders ausgedrückt: das Quadrat der Austrittspupille).                                                                                                   Beispiele:

8 x 56:

(56 : 8)² = 7² = 49. Ein 8 x 56 hat somit einen Lichtstärkewert von 49.

8 x 30:

(30 : 8)² = 3,75² = 14. Beim 8 x 30 ergibt sich ein Lichtstärkewert von 14.                

 

Im Gegensatz zur Dämmerungszahl ist die Aussagekraft dieses Wertes gering, weil durch die Berechnungsart die unmittelbare Vergleichbarkeit kaum gegeben ist (49 verglichen mit 14; die entsprechenden Dämmerungszahlen lauten 21,1 und 15,5, sind also aufgrund des engeren rechnerischen Zusammenhangs unmittelbar miteinander vergleichbar.

 

Neben den rechnerischen Grundlagen gibt es aber noch weitere Merkmale, die bei Auswahl und Bewertung von Fernoptik zu berücksichtigen sind.

Wer das Bild seines Fernsehers oder Computerbildschirms optimal einstellen will, weiß, wie schwierig es sein kann, Helligkeit, Farbe und Kontrast so aufeinander abzustimmen, dass das für ihn „passende“ Bild zustande kommt. Individuelle Präferenzen sorgen zudem dafür, dass manche Menschen etwas hellere Bilder mit weniger Kontrast mögen, andere dafür ein dunkleres Bild mit mehr Farbstärke und Kontrast als „angenehm“ empfinden. 

                   

 

Bildhelligkeit und Bildbrillanz

 

Fernrohre sollen ein möglichst helles Bild liefern, insbesondere unter ungünstigen Lichtverhältnissen. Die Helligkeit des Bildes kann darüber entscheiden, ob eine Beobachtung durch das Glas noch sinnvoll oder überhaupt möglich ist.

Wie oben dargestellt, sind die rechnerischen Werte nur bedingt geeignet, die tatsächliche Bildhelligkeit zu bewerten. Das Fernrohr ist kein Bild-,  Helligkeits- oder Restlichtverstärker. Es kann nur die Helligkeit bieten, die in der Umgebung eines Objekts tatsächlich vorhanden ist. Die Bildhelligkeit hängt nicht nur von der Umgebungs- und Objekthelligkeit ab, sondern, wie oben bereits ansatzweise erklärt, auch vom Verhältnis zwischen Austrittspupille und Augenpupille. Unser Auge regelt die Größe seiner Pupille (und damit der ins Auge gelangenden Lichtmenge) in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit. Bei Sonnenlicht ist unsere Pupille am kleinsten. Der Durchmesser der mittleren Tagespupille beträgt ca. 3 mm und ist somit kleiner als die Austrittspupille vieler Ferngläser (7 mm beim 8 x 56; 6 mm beim 7 x 42; 3,75 mm beim 8 x 30). Unter diesen Bedingungen erscheint die Helligkeit des Bildes bei allen drei Ferngläsern gleich (gleiche Qualität der optischen Elemente vorausgesetzt).  

 

Die Ferngläser der LUGER DA Reihe sind ein gutes Beispiel dafür, dass ausgezeichnete Bildbrillanz und –helligkeit nicht unerschwinglich teuer sein müssen.

Quelle: LUGER Katalog

 

In der Dämmerung und in der Nacht weitet sich die Augenpupille, um mehr Licht ins Auge gelangen zu lassen. Altersabhängig können bis zu 7 mm oder gar 8 mm erreicht werden. Wenn die Augenpupille einen größeren Durchmesser erreicht als die Austrittspupille des Glases (z. B. 6 mm Augenpupille gegenüber 3,75 mm Austrittspupille des 8 x 30), dann erscheint das Bild dunkler (als bei einer größeren Austrittspupille). An einem variablen Zielfernrohr (z. B. 3 – 12 x 56) kann dieser physiologisch-physikalische Zusammenhang anschaulich demonstriert werden: Wird, mit der geringsten Einstellung beginnend, die Vergrößerung in der Dämmerung allmählich erhöht, nimmt bei ca. 8 – 9facher Vergrößerung die Bildhelligkeit deutlich ab: eine Folge der immer kleiner werdenden Austrittspupille, die schließlich einen geringeren Durchmesser erreicht als die Augenpupille. Unter diesen Bedingungen ist dem Jäger mit einer geringen Vergrößerung also besser gedient als mit einer hohen.

Weiterhin sollte man wissen, dass bezüglich der Bildhelligkeit ein Unterschied von etwa 15% zwischen einäugigem und zweiäugigem Sehen besteht. In der Nacht kann dies bedeuten, dass ein Stück Wild durch ein 8 x 56-Fernglas (= zweiäugiges Sehen) noch deutlich zu erkennen ist, beim Wechsel auf das 8 x 56-Zielfernrohr (= einäugiges Sehen) aber „verschwimmt“ oder gar gänzlich verschwindet.

 

In der Physik wird Brillanz als eine physikalische Eigenschaft elektromagnetischer Strahlung beschrieben. Sie ist definiert als die Zahl der Photonen pro Fläche, Raumwinkel und Zeit innerhalb eines schmalen Wellenlängenbereichs.

 

Die vorstehende Definition basiert auf dem Artikel Brillanz aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.

 

Die Bildbrillanz kann als „Gemeinschaftsleistung“ von Schärfe, Kontrast, Transmission und Farbtreue angesehen werden. Schärfe bis in den Randbereich, hohe Transmissionswerte und beste Qualität von Kontrast und Farbtreue kennzeichnen ein brillantes Bild. Wie auch in anderen optischen Bereichen, muss eine gekonnte Abstimmung gefunden werden, ein gesunder Kompromiss zwischen Helligkeit und Kontrast. Eine Überbetonung der Helligkeit (hohe Lichttransmission) bringt Nachteile in der Dämmerung und bei ungünstigen Lichtverhältnissen – denn unter schwierigen Lichtbedingungen kommt hohem Kontrast ein besonderer Stellenwert zu, um ein brauchbares, verwertbares Bild zu bekommen. Ein Praxistest unter schlechten Lichtbedingungen gibt am ehesten Aufschluss darüber, ob ein Glas wirklich das im Prospekt versprochene „brillante Bild“ erbringt. Bei der Beobachtung von Sternen (oder entfernten künstlichen Lichtquellen) sollten keine Strahlen, Streifen oder Schweife auftreten, wenn das korrekt fokussierte Glas vom Objekt weg bewegt wird.

Aus dem oben Gesagten wird klar, dass Objektivdurchmesser, Vergrößerung, Austrittspupille, Dämmerungszahl, Sehfeld und Bildhelligkeit in engen Wechselbeziehungen zueinander stehen. Wer diese Zusammenhänge versteht, kann sein Fernrohr optimal einsetzen.

 

 

Die Bildschärfe oder Auflösung

 

Der Begriff Auflösungsvermögen beschreibt die Fähigkeit eines optischen Systems, kleinste Details eines Objekts scharf und präzise wiederzugeben. Man kann es auch als den minimalen Sehwinkel bezeichnen, unter dem zwei benachbarte Linien in einer bestimmten Entfernung noch getrennt wahrgenommen werden können. Je kleiner der Winkel, desto größer das Auflösungsvermögen. Bei Ermittlung des Auflösungsvermögens gemäß DIN-Vorschrift wird hierzu ein Testmuster benutzt, ähnlich dem Testbild eines Fernsehers oder Computerbildschirms.

 

Dabei muss ein Punkt noch als Punkt, eine Linie als Linie und eine zusammenhängende Struktur noch als solche zu erkennen sein. Ein Verschwimmen oder Ineinanderfließen einzelner Objektpunkte darf nicht vorkommen. Der Begriff Bildschärfe vermittelt somit einen größeren praktischen Bezug als die eher physikalisch-technische Bezeichnung Auflösung.

Erstklassige Bildschärfe geht mit erstklassigem Kontrast einher. Beide Eigenschaften basieren auf genauer Berechnung der Linsen und Prismen und verlangen nach hochwertigen Materialien und Produktionsverfahren.

 

In der Optik ist die Bildschärfe in erster Linie eine subjektive, eine „gesehene“ Leistung, die sich nicht – wie beispielsweise im Computer-Fachbereich durch einen „Pixel“-Wert – numerisch erfassen lässt. In der Fernoptik müssen Fernrohr und Auge – also Technik und Sehvorgang – perfekt aufeinander abgestimmt sein, um gute Auflösungsqualität zu erzielen. Beugungs- und Interferenzphänomene setzen dem Auflösungsvermögen allerdings Grenzen. Der Unterschied zwischen einem Fernrohr mit gutem und schlechtem Auflösungsvermögen kann sich zum Beispiel beim Beobachten einer dichten Hecke zeigen: Im schlechten Glas erscheint die Hecke als undurchdringliche Wand, ein gutes Glas dagegen kann die dichten Strukturen der Hecke besser auflösen, man kann in die Hecke hineinschauen und möglicherweise ein dort stehendes Stück Wild erkennen. In dieser Situation ist natürlich auch eine gute Kontrastleistung wünschenswert.

 

Eine gute Sehleistung der Augen ist die Voraussetzung für gute Bildschärfe.

Um Abweichungen von der Normalsichtigkeit und unterschiedliche Sehschärfen der beiden Augen auszugleichen, verfügen Fernrohre – abgesehen von einigen Spezial-Ferngläsern mit fester Fokussierung – über einen Dioptrienausgleich (mehr hierzu im Kapitel „Bedienung“). Gute Augen können durch nervöse Prozesse und das unbewusste Einbringen von Erfahrungswerten einen Mangel an Bildschärfe teilweise ausgleichen. Augen mit eingeschränkter Sehleistung brauchen aber unbedingt ein hochwertiges Fernrohr, da ansonsten eine weitere Verschlechterung der Sehleistung zu verzeichnen ist.

 

Ein einfacher Praxistest kann einen Anhalt dafür liefern, wie gut die Bildschärfe eines Fernrohrs ist. Wenn mit bloßem Auge (bzw. mit der richtigen Brille) bei einem ca. 10 m entfernten Objekt Einzelheiten deutlich zu erkennen sind, so sollten diese durch ein gutes Fernrohr mit 10facher Vergrößerung auf 100 m ebenfalls gut zu erkennen sein. Ist dies trotz sauberer Fokussierung nicht der Fall, kann bei diesem Fernrohr von guter Bildschärfe oder Auflösung nicht die Rede sein.

 

Die Ursachen hierfür können sein

-       Ungenauigkeiten in der Fertigung der Linsen oder Prismen

-       mangelnde Qualität des verwendeten Glases

-       zu große Fertigungs- und Einbautoleranzen.

 

Spätestens unter schlechten Lichtverhältnissen müssen Fernrohre im wahrsten Sinne des Wortes „Farbe bekennen“, weil unter solchen Bedingungen Mängel deutlich zu Tage treten.

 

 

Der Kontrast

 

Mit dem Begriff Kontrast wird das Verhältnis der Leuchtdichten benachbarter Flächen bezeichnet. Ein kontrastreiches Bild ist scharf und deutlich abgegrenzt – besonders bei Hell-Dunkel-Übergängen.

Starke Kontraste in der Natur sind z. B. auf Schneeflächen (Schwarzwild gegen hellen Schnee) zu beobachten. Schwache Kontraste dagegen entstehen bei „Ton-in-Ton“-Situationen, wie sie z. B. auftreten können, wenn sich ein rötlich-braun gefärbtes Stück Rehwild zur Tarnung instinktiv in einer Buschgruppe ähnlicher Färbung aufhält. Es ist mit bloßem Auge meist erst dann zu erkennen, wenn es sich bewegt oder Zweige durch sein Äsen in Bewegung versetzt werden.

Ein Grundprinzip der Tarnung (sowohl in der Tierwelt als auch im militärischen Bereich) besteht in der Vermeidung von Kontrasten. An die Stelle klar zu erkennender Strukturen und farblicher Abhebungen sollen Formen und Farben treten, die fließend ineinander übergehen.

Ein Fernrohr wird in hohem Maße danach beurteilt, wie es die vorhandenen Kontraste aufbricht. Beim Blick durch das Glas muss das Bild klar strukturiert sein,  seine Qualität muss vom Auge als angenehm empfunden werden.

Eine kontrastarme Abbildung wirkt matt, eintönig und farblos. Gute Fernrohre erbringen eine Abbildungsleistung, die starke Kontraste nicht weiter verstärkt und schwache nicht weiter verringert. Bei kontrastarmen Strukturen müssen die vorhandenen Kontraste möglichst deutlich herausgestellt werden.

Besonders in der Dämmerung ist ein kontraststarkes Bild von hohem Nutzen.

Die Wahrnehmung guten Kontrastes ist subjektiv. Wer ein kontraststarkes Fernrohr gewöhnt ist, wird an einem kontrastarmen Bild keine Freude haben. Wer noch keine Erfahrungen gesammelt hat, wird schlechten Bildkontrast vermutlich nicht sofort erkennen. Er sollte unbedingt mehrere Produkte unter gleichen Bedingungen vergleichen, um die Unterschiede zu erkennen.

 

 Relativ kontrastarmes Bild, das gleichzeitig eines der Grundprinzipien der Tarnung veranschaulicht. In der von Grün beherrschten Umgebung bilden lediglich Hände und Kopf des Jägers einen gewissen Kontrast. Ein gutes Fernglas wird trotz dieser Kontrastarmut ein gut strukturiertes Bild liefern, das die wenigen Kontraste klar erkennen lässt. Siehe hierzu auch das nächste Kapitel (Vergütung).

Quelle: Eigene Fotografie

 

 

Transmission und Vergütung  



Das vom lateinischen transmittere abgeleitete Wort „transmittieren“ bedeutet „hinüberschicken“ oder „durchleiten“. Transmission bezeichnet in der Optik die Durchlässigkeit für Licht, für die anteilige Lichtmenge, die „drüben“, also am Auge, ankommt.

Der Transmissionswert ist eine relative Größe, die sich auf die Lichtausbeute eines optischen Systems vom Lichteintritt bis zum Lichtaustritt bezieht. Hochwertige Fernrohre erreichen Werte um 90%. Bessere Werte sind beim heutigen Stand der Technik unrealistisch, da neben den natürlichen optischen Prozessen auch Fertigung und Zusammenbau unvermeidliche Lichtverluste mit sich bringen. Werden höhere Werte angegeben, können sie sich nur auf einzelne Linsen oder Linsengruppen beziehen.

Bei der Beurteilung von Transmissionswerten muss also auf die Bezugsgröße geachtet werden, die in der Regel das Gesamtsystem (das Fernrohr) sein sollte.

 

Gute Transmissionswerte sind das Ergebnis hochwertig polierter Glasoberflächen, deren optische Leistung zudem durch Vergütung und Entspiegelung weiter verbessert wurde. Vergütung und Entspiegelung gehorchen dem Interferenzprinzip. Interferenz ist ein physikalisch-optisches Phänomen, das bei Überlappung oder Überschneidung mehrerer Wellen auftritt. Abhängig von den Frequenzen, Amplituden und relativen Phasen der Wellen kann es zu Überlagerung (Superposition), zur Auslöschung (destruktive Interferenz) oder zur Verstärkung (konstruktive Interferenz) kommen. Optische Vergütungen verbessern die Transmissionsleistung und das Reflexionsverhalten. Ein Belag mit geringerer Brechkraft wird auf das Glas aufgebracht. Er ist von Material und Dicke her so ausgelegt, dass Interferenzen bei einer bestimmten Wellenlänge auftreten, so dass es zur Auslöschung unerwünschter Spiegelungen kommt. Durch Mehrfachvergütung (Breitbandvergütung) wird die Reflexion bei weiteren Wellenlängen verringert.

Diese so genannten „Dünnen Schichten“ werden in der Regel nach der CVD-Methode (Chemical Vapour Deposition, Chemische Gasphasenabscheidung) im Hochvakuum aufgebracht und müssen eine gleichmäßige Dicke aufweisen, um ihre volle Wirkung zu entfalten. Die Dicke der einzelnen Schichten liegt in der Größenordnung von Nanometern, die Gesamtdicke der Vergütung erreicht maximal einige hunderttausendstel Millimeter.

 

Die LUGER DIM-Vollvergütung wird allen Ansprüchen an eine moderne, hochwertige Vergütung Hinsicht gerecht. Abbildung: LUGER PRO-NA 1-4 x 26 Drückjagd-Zielfernrohr

mit Rotpunkt.

Quelle: LUGER Fotografie

 

 

Der Grund für das Aufbringen von Vergütungen ist in folgendem physikalisch-optischen Prozess zu finden:

Wenn ein Lichtstrahl auf transparentes Glas trifft, wird der weitaus größte Teil transmittiert, ein geringer Teil wird aber auch reflektiert.

Am Übergang zwischen Luft und Glas beträgt die Reflexion je nach Glassorte und Einfallswinkel 4 - 9 % des einfallenden Lichtes (als Mittelwert können 5% angesetzt werden). Beim Verlassen des Glases findet wiederum ein Reflexionsvorgang mit einem Lichtmengenverlust in etwa gleicher Größenordnung statt. In einem optischen System trifft diese – nun bereits um ca. 10% reduzierte – Lichtmenge nach dem Passieren der ersten Linse auf die nächste Linse, wo sich der Vorgang aufs Neue abspielt. Die reflektierten Lichtanteile stehen dem Auge nicht zur Verfügung und können daher nicht zur Bildhelligkeit beitragen. Diese Transmissionsverluste erreichen in einem fernoptischen Gerät erhebliche Ausmaße. In einem 6-Linsen-System mit unvergüteten Oberflächen gelangen nur etwa 55% der Eingangslichtmenge an das Auge (was einem Transmissionsverlust von ca. 45% entspricht). Die zur Bildkonstruktion erforderliche Lichtmenge ist somit deutlich reduziert. Zudem werden durch das Reflex- und Streulicht störende Überlagerungen verursacht, die unkontrolliert im optischen System umherwandern und die Bildgüte weiter verschlechtern. Dieser „verlustreiche“ und der Bildgüte abträgliche Prozess wird durch eine sorgfältig berechnete und ausgewählte Vergütung deutlich gemildert. 

 

Dieses Bild basiert auf dem Bild Reflexion.svg der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. Der Urheber ist Tim Hellwig.

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Bereits eine Einfachvergütung kann den Oberflächenreflex von ca. 5% auf unter 1% senken, durch Mehrfachvergütungen werden Werte um 0,2% erzielt. Somit steht ein deutlich höherer Anteil der Eintrittslichtmenge am Ausgang des optischen Systems zur Verfügung. Damit werden – unter Einbeziehung der  Einbauverluste – die oben erwähnten Transmissionswerte von ca. 90% im Gesamtsystem möglich.

Die Farbgebung einer Vergütung (grünlich, rötlich, bläulich) lässt nur sehr begrenzte Rückschlüsse auf deren Qualität zu. Jeder Optikhersteller hat sein eigenes Rezept, seine eigene „Zauberformel“ für Herstellung und Aufbringung der Vergütung. Dabei steht eine gewisse Bandbreite an geeigneten Substanzen und Mischungen zur Verfügung (Carbid, Nitrid von Titan oder Chrom, Eisenboride, Magnesiumfluorid etc.). Generell kann man sagen, dass einfach vergütete Linsen einen bläulichen Schimmer haben (Licht im blauen Spektrumsbereich wird noch reflektiert), wohingegen Mehrfachvergütungen (die auch diese Blaureflexe verringern) einen schwach grünlichen oder violetten Schimmer aufweisen. Da es aber Hersteller gibt, die durch gezielte Einfärbungen hochwertige Vergütungen vortäuschen, sind diese Anhaltspunkte nicht von großer Aussagekraft. Effekt-Verspiegelungen  können sich sogar nachteilig auf die Bildgüte auswirken.

Ein Praxistest, besonders unter Gegenlichtbedingungen, bringt im wahrsten Sinne des Wortes mehr Klarheit. Eine leistungsfähige Vergütung muss zu einem hellen, kontrastreichen und reflexionsarmen Bild beitragen.

Ein zusätzlicher Phasenkorrektur-Belag (P-Belag), der auf die Dachflächen der Dachkantprismen aufgebracht wird, bewirkt eine weitere Verbesserung von Transmission und Bildschärfe und eine Verringerung von störendem Reflexlicht.

Die Wirkung des P-Belages ist am besten bei Nacht und bei der Beobachtung hellerer Lichtquellen zu erkennen. Ohne P-Belag erscheinen die Lichtquellen sternförmig verstrahlt, mit P-Belag sind sie annähernd real abgebildet.

 

 

Spiegel und Linsen mit Vergütung.

Dieses Bild basiert auf dem Bild Coating-1.jpg der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. Der Urheber ist DrBob.

 

Abschließend sei noch angemerkt, dass Fernrohre auch ohne spezielle Vergütung für unsichtbares ultraviolettes Licht (UV) undurchlässig sind, da dieses aufgrund der verwendeten Glassorten und Glasdicken absorbiert wird.

 

Die Farbtreue 

 

Besonders in der Naturbeobachtung kommt der Farbtreue große Bedeutung zu. Der Wanderer will die farbenprächtige Landschaft in ihrem natürlichen Glanz erleben; der Jäger will das Wild in seiner jahreszeitlichen Färbung und nicht in einem durch Farbstiche verfälschten Abbild sehen. Bei der Beobachtung durch einfache Linsen werden dem Auge Farbsäume an den Objektkonturen präsentiert, die tatsächlich nicht vorhanden sind. Dieser unerwünschte und störende Effekt wird durch die Zerlegung des Lichtes in seine Farbanteile verursacht, da einfache Linsen das einfallende Licht teilweise in seine Spektralfarben zerlegen. Aufgrund der unterschiedlichen Wellenlängen der Einzelfarben kommt es zur Abbildung des Objekts in den Farben des Regenbogens. Dieser Effekt wird noch dadurch verstärkt, dass er, aufgrund der unterschiedlichen Wellenlänge des Lichts, bei verschiedenen Entfernungen auftritt. Selbst kleinste Abweichungen treten beim Blick durch das Fernrohr deutlich zu Tage. Wie schon in 2.2 (Prismen) erwähnt, können Achromate diesen Effekt für zwei Farben aufheben, Apochromate können drei Wellenlängen korrigieren (das aus dem Griechischen stammende Wort Apochromat kann übersetzt werden mit „frei von Farben“). Für beide Systeme ist besonders hochwertiges optisches Glas erforderlich. 

 

 

Die Grafik verdeutlicht, wie eine apochromatische Linse drei Wellenlängen auf eine gemeinsame Fokus-Ebene vereinigt (apochromatische Fokus-Verschiebung). Wavelength: Wellenlänge; Short-Wave Infrared Region: Kurzwellen-Infrarot-Bereich; Delta Focus in Inches: Fokus-Abweichung (in Zoll). Eine der drei Wellenlängen liegt außerhalb des sichtbaren Spektrums.

Dieses Bild basiert auf dem Bild Apochromatic focus shift.jpg der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. Das Bild ist gemeinfrei, der Urheber ist Mike I. Jones (JonesMI).

 

Die oben erwähnten Farbstiche entstehen, wenn das verwendete optische Glas aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung nicht alle Farbanteile gleichmäßig transmittiert. Eine hochwertige Vergütung der an der Lichtbrechung beteiligten Glas-Luftflächen sorgt für eine erhebliche Reduzierung der Reflexionen und ermöglicht zudem die Neutralisierung der durch das Glas hervorgerufenen Farbstiche.

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