Genau wie das menschliche Auge fängt ein Fernglas Licht auf und leitet es weiter. Ein System von Linsen und Prismen lässt ein vergrößertes Bild entstehen, das wir sehen können.
Die Objektivlinse des Fernglases fängt das Licht ein und bündelt die Strahlen in einem Brennpunkt. Das so entstandene Zwischenbild wird durch die Okularlinse vergrößert. So kann man entfernte Objekte, auch bei schlechten Lichtverhältnissen, gut sehen. Die große Objektivlinse fängt deutlich mehr Licht ein als das menschliche Auge.
Wie das Fernglas genau funktioniert, erklären wir im folgenden Artikel.
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Die Linsen
Betrachten Sie beispielsweise ein Reh durch das Fernglas. Die vordere, dem Tier zugewandte, Linse des Fernglases heißt Objektivlinse. Durch diese Linse fallen die Lichtstrahlen, die von dem Objekt (dem Reh) ausgehen.
Die Objektivlinse ist immer eine konvexe Linse, eine Sammellinse. Die Sammellinse bricht die einfallenden Lichtstrahlen nach innen und sammelt sie im sogenannten Brennpunkt, im Inneren des Fernglases.
Das gesammelte Licht tritt aus diesem Brennpunkt durch die Okularlinse wieder aus. Okularlinse heißt die hintere, dem Auge zugewandte, Linse. Das Okular besteht aus einem oder mehreren Linsen, die wie eine Lupe wirken.
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Auf dem Okular befindet sich ein heller Bereich, die Austrittspupille. Hier fällt das Licht aus dem Fernglas ins Auge. Der Wert der Austrittspupille wird in mm angegeben. Ist er zu klein, reduziert sich die einfallende Lichtmenge ins Auge. Man erhält ein dunkles Bild (Vignettierung).
Ist er zu groß, kann die Lichtmenge nicht mehr genutzt werden. Dann ist das Bild zu hell. Die Austrittspupille soll nie über 7 mm liegen, das ist der Pupillenwert eines jungen Menschen in der Dämmerung.
Bei älteren Menschen sinkt dieser Wert ab, die Pupille weitet sich im Dunkeln nicht mehr so stark und man sieht schlechter.
Wie entsteht ein Bild?
Wie funktioniert die Bildkonstruktion bei optischen Linsen? Optische Linsen bestehen aus Glas und sind konvex oder konkav geformt. Fällt das Licht auf die Linse, tritt es von einem dünneren Medium (Luft) in ein dickeres Medium (Glas) über. An diesem Grenzübergang kommt es zur Lichtbrechung. Das Licht, das im oberen Teil auf die konvexe Linse trifft, wird nach unten gebrochen. Beim Austritt aus dem Medium Glas in das Medium Luft, wird das Licht wieder nach unten gebrochen.
Am unteren Ende der Linse passiert das Gleiche, aber der Lichtstrahl wird nach oben gebrochen.
Jeder Lichtstrahl wird beim Durchgang durch die Linse also zweimal gebrochen: einmal beim Eintritt, einmal beim Austritt. Bei einer Sammellinse treffen sich all diese Lichtstrahlen hinter der Linse in einem Punkt, dem Brennpunkt.
Zur Bildentstehung bei einer Sammellinse gibt es drei Regeln:
- Ein Lichtstrahl, der parallel zur optischen Achse der Linse läuft, wird gebrochen und geht anschließend durch den Brennpunkt der Linse. Man spricht von einem Brennpunktstrahl. Der Brennpunkt ist der Punkt, in dem sich alle Lichtstrahlen, die durch die Sammellinse gehen, treffen.
- Licht kann von beiden Seiten durch eine Linse hindurchgehen, deshalb hat jede Linse zwei Brennpunkte. Einen Brennpunkt vor und einen hinter der Linse. Fällt ein Lichtstrahl durch den Brennpunkt, der vor der Linse liegt, dann wird dieser Lichtstrahl anschließend zu einem Parallelstrahl. Er verläuft parallel zur optischen Ebene der Linse.
- Geht ein Lichtstrahl durch den Mittelpunkt der Linse, verändert sich seine Richtung nicht.
Alle drei Lichtstrahlen gehen durch die Linse und schneiden sich im Brennpunkt. Es entsteht ein Zwischenbild.
Dieses Zwischenbild, im Inneren des Fernglases, ist das Objekt für die zweite Linse, das Okular. Die Okularlinse wirkt wie eine Lupe. Eine Sammellinse wirkt als Lupe, wenn sich das Bild innerhalb ihres Brennpunkts befindet.
Die Okularlinse übernimmt die Lichtstrahlen aus dem Brennpunkt der Objektlinse. Die Lichtstrahlen gelangen ins Auge, werden im Auge gebündelt und landen auf der Netzhaut.
Jetzt lässt sich das Gehirn täuschen. Das Gehirn geht immer von einer geradlinigen Ausbreitung des Lichts aus. Es verlängert die eingefallenen Lichtstrahlen gedanklich zurück, bis sie sich schneiden.
In dieser geradlinigen Verlängerung vermutet das Gehirn den Ausgangspunkt der Lichtstrahlen – in unserem Fall das Reh. Dieses Bild gibt es jedoch nicht, es ist ein virtuelles Bild.
Die Prismen
Das Zwischenbild, das im Brennpunkt der Objektivlinse gebildet wird, steht auf dem Kopf und muss wieder aufrecht gestellt werden. Das geschieht nicht durch die zweite Linse, die Okularlinse. Denn diese wirkt wie eine Lupe und dreht das Bild nicht.
Zwei Prismen stellen das Zwischenbild wieder aufrecht. Sie stehen im 90° Winkel zueinander und reflektieren das Licht zweimal. Durch diese zwei Reflexionen erscheint oben, unten, rechts und links wieder korrekt.
Das Porroprismen-System ist wohl das älteste Prismen-System bei Ferngläsern. Das Dachkantprismen-System erlaubt eine wesentlich schlankere und nutzerfreundlichere Bauweise.
Fazit
Ein Fernglas ist ein komplexes Instrument. Ein scharfes, helles und farbtreues Bild hängt von der Qualität der Linsen und Prismen ab. Von der Verarbeitung, aber auch dem Material. Beispielsweise geht Licht beim Durchgang durch die Linsen durch Reflexion verloren. Die Linsen werden deshalb speziell beschichtet („vergütet“). Das erhöht den Transmissionswert, wie viel Licht durch die Linsen fallen kann.
Die Glasqualität ist wichtig. Optisches, hochreines Glas verursacht weniger Aberrationen, also Fehler in der Bildqualität. Sphärische Aberrationen entstehen, wenn die Linse die einfallenden Lichtstrahlen nicht in einer zentralen Stelle bündelt. Das beeinträchtigt Klarheit und Schärfe des Bildes.
Chromatische Aberrationen entstehen, wenn Licht unterschiedlicher Wellenlänge (unterschiedlicher Farbe) verschieden stark gebrochen wird. Das führt zu Farbsäumen am Bildrand in Grün, Rot, Blau oder Gelb. Hochwertiges Glas verhindert die Bildung von Farbsäumen.
Prismen sind relativ dicke Gläser und schlucken Licht. Bei sehr gutem Glas ist dieser Transmissionsverlust gering, das Bild bleibt hell.
Weitere häufig gestellte Fragen zum Thema
Wie schaut man durch ein Fernglas?
Nehmen Sie das Fernglas fest mit beiden Händen, manche Gläser haben spezielle Fingermulden. Wenn Sie kein Brillenträger sind, führen Sie erst die Dioptrienkorrektur durch.
Stellen Sie die Augenmuscheln ein, dass es für Sie bequem ist. Die Entfernung der zwei Okulare können Sie über die Brücke einstellen. Das Sehfeld des rechten und linken Auges musss sich überlappen, sodass Sie nur einen Kreis sehen.
Halten Sie das Fernglas dicht vor das Gesicht, fokussieren Sie das Objekt. Heben das Glas vor die Augen, ohne den Blick zu wenden. Die Scharfstellung erfolgt über das zentrale Fokussierrad.
Warum vergrößert ein Fernglas?
Weil das Fernglas aus einem Linsensystem aufgebaut ist, das entsprechend zusammenarbeitet. Die erste Sammellinse, die Objektivlinse, fängt das Objekt im Brennpunkt als Zwischenbild ein. Die zweite Sammellinse, das Okular, wirkt wie eine Lupe und vergrößert das eingefangene Zwischenbild. Möglich wird das durch eine entsprechende Anordnung der Linsen.
Wie entsteht ein Bild im Fernrohr?
Die Lichtstrahlen fallen durch eine geschliffene, konvexe Objektivlinse. Diese Sammellinse bricht die Lichtstrahlen, sodass sie sich in einem Brennpunkt treffen. Im Brennpunkt entsteht ein reelles Zwischenbild. Prismen richten das umgekehrte Zwischenbild auf. Seine Strahlen fallen dann durch das Okular, das wie eine Lupe wirkt, ins menschliche Auge. Man sieht ein Bild.
Wie weit kann ich mit einem Fernglas schauen?
Das hängt ab von der Vergrößerung und den Lichtverhältnissen. Mit einem Fernglas der Vergrößerung 10 wirkt ein Hirsch in 100 m Entfernung, als stünde er 10 m von dir entfernt. Wie weit Sie tatsächlich sehen, hängt ab von der Vergrößerung und Qualität des Glases, sowie den Lichtverhältnissen.
In einem Fernrohr werden unterschiedliche Linsen miteinander kombiniert. So schafft es das Fernrohr, die Sterne und Planeten aus weiter Entfernung hier unten scharf abzubilden.
