Re: Licht-Verlust pro Glas-Luft-Fläche
Guten Abend,
den Lichtverlust abzuschätzen, ist deshalb nicht ganz einfach, weil man dazu wissen müßte, ob und wie jede einzelne Glas-Luft-Grenzfläche (damit meine ich hier und im folgenden auch umgekehrt jede Luft-Glas-Grenzfläche) vergütet ist. Wenn Spiegel im Lichtweg sind, kommt es dort neben der Reflektivität der Verspiegelung auch noch auf eventuell zusätzlich aufgebrachte Schutzversiegelung und/oder Vergütung und das Alter an.
Entscheidend ist, daß nicht Verluste pro Linse, sondern wirklich pro Glas-Luft-Fläche gezählt werden. Denn die Linse selbst nimmt durch Absorption nur so wenig weg (Filter und Sonnenbrillen im Lichtweg ignoriere ich jetzt mal), daß man diese Verluste ignorieren kann. Aber beim Wechsel des Mediums (also von Luft zu Glas und umgekehrt) tritt ein mitunter recht beachtlicher Verlust durch Reflexion auf, der je nach Brechungsindex des Glases ohne Vergütung bei ungefähr 4 bis 5% liegt. Diese Reflexionen stellen aber nicht nur einen Verlust dar, sondern – was eigentlich viel schlimmer ist und nicht durch die oben in einer anderen Antwort empfohlene längere Belichtung kompensierbar ist – sie erzeugen vagabundierendes Störlicht (diffuses, kontrastminderndes Streulicht und zu Flecken oder Lichtpunkten geformte Geisterbilder). Nur die Reflexion an der ersten Glasoberfläche trägt nichts zu diesem Störlicht bei. Aber alle anderen Reflexionen können in der Summe die Bildqualität ganz schön absenken. Und deshalb werden bei höherwertigen optischen Geräten die an Luft (oder beim stickstoffbefüllten Spektiv oder Fernglas die an Stickstoff) grenzenden Glasflächen einfach oder mehrschichtvergütet.
Einschichtvergütungen können bei einer bestimmten Wellenlänge die Reflexion (wieder abhängig vom Brechungsindex des Glases) auf 0,5% und weniger vermindern, bei hohen Brechungsindizes und nur senkrechtem Lichteinfall sogar bis unter 0,01%, aber im restlichen Spektralbereich und für andere Einfallswinkel (die schon allein wegen der Krümmung der Linsenflächen unvermeidbar sind) auf 1,5% bis 2% ansteigen. Wenn man dann noch als Gewichtung die Empfindlichkeitskurve V-Lambda des Auges berücksichtigt, kann man über den gesamten sichtbaren Bereich Pi mal Daumen von etwa 0,5% bis 0,8% Durchschnittswert pro Glas-Luft-Fläche ausgehen.
Mit Mehrschichtvergütung läßt sich die Reflexion breitbandig über (beinahe) den gesamten sichtbaren Bereich auf sehr niedrige Werte reduzieren. Wieder kommt es auch auf den Brechungsindex des Glases, den Lichteinfallswinkel(bereich) und hier natürlich auch darauf an, wie hoch der Aufwand getrieben wird (z.B. nur 5 oder 10 oder mehr Schichten und wie gut für die jeweilige Glassorte und Krümmung der Linsenfläche optimiert wurde). Ein für die Praxis sicher brauchbarer Mittelwert dürfte bei 0,3 bis unter 0,1% liegen.
So, aber jetzt kommt ein vielleicht unerwartetes Problem. Man muß auch wissen, wie viele Glas-Luft-Flächen das Objektiv, die Barlow, das Okular und eventuell weitere optische Bauteile (z.B. Bino) haben. Ein dreilinsiges Objektiv kann maximal 6 (lauter einzeln stehende Linsen) und minimal 2 Glas-Luft-Flächen (alle drei miteinander verkittet oder durch Öl verbunden) haben. Öl- und Kittschichten zählen nicht, denn Öl und Linsenkitt haben ähnliche Brechungsindizes wie Glas und verursachen daher fast keine Reflexionsverluste. Ein z.B. 7linsiges Okular kann maximal 14 und minimal ebenfalls nur 2 Glas-Luft-Schichten haben (wobei der letztere Fall, daß alle 7 Linsen miteinander verkittet sind, in der Praxis wohl nicht vorkommen dürfte).
Nicht vergessen werden dürfen die schon eingangs erwähnten Spiegel- und evtl. auch noch Prismenflächen (inkl. Strahlteiler).
Und nun für alle, die sowas noch nie ausgerechnet haben, noch ein wichtiger Tip. Man darf nicht etwa alle Prozentwerte zusammenzählen, sondern muß statt der Reflexionsverluste in Prozent den Transmissionswert benutzen und alle miteinander multiplizieren.
Beispiel: Ein zweilinsiges FH-Objektiv (zwei einzelstehende Linsen mit Luftspalt) mit Einfachvergütung hat 4 Glas-Luft-Flächen, die wir mit je 0,6% Reflexionsverlust berücksichtigen wollen. Dann müssen wir statt mit 0,6% Reflexionsverlust mit einer Transmission von 0,994 (= 99,4%) rechnen, also 0,994·0,994·0,994·0,994 = 0,994ˆ4 = ca. 0,9762 oder ein Gesamt-Reflexionsverlust von 2,4%.
Wenn eine unvergütete Barlow mit vier Linsen in drei Gruppen (also 2 Linsen miteinander verkittet) benutzt wird, so sind das 6 Grenzflächen, aber mit je ca. 4,5%. Also muß gerechnet werden 0,955ˆ6 = ca. 0,7586 oder ein vergleichsweise großer Reflexionsverlust von 24,1%.
Nun komme noch ein 7linsiges Okular mit vielleicht zweimal zwei verkitteten Linsen, also 5 Linsengruppen und somit 10 Grenzflächen dazu. Hoffen wir bei so vielen Glas-Luft-Flächen, daß es an allen mehrschichtvergütet ist, so haben wir bei Annahme von 0,2% Reflexionsverlust pro Grenzfläche zu rechnen 0,998ˆ10 = 0,9802 oder ca. 2% Verlust.
Setzen wir schließlich den Verlust am Zenitspiegel (hochwertig, aber nicht dielektrisch beschichtet und noch neu) mit 10% an, so entspricht das (analog zur Transmission bei Linsen) einer Reflexion von 0,9.
Und nun wirken alle diese hintereinander angeordneten Bauteile gemeinsam, so daß wir erneut deren Transmissionswerte bzw. bei Spiegel den Reflexionswert miteinander multiplizieren müssen, also 0,9762·0,7586·0,998·0,9 = ca. 0,665, was einen Verlust von 33,5% bedeutet.
Wie man sieht, kommt da so einiges zusammen, was die „Lichtstärke“ des Systems deutlich herabsetzt, in diesem Falle so, als wäre der Objektivdurchmesser nur ca. 81,5% (Wurzel aus 0,665 = ca. 0,815) des wirklichen Durchmessers. Das gilt selbstverständlich nur für den Lichtverlust, also die reduzierte Helligkeit des Bildes, und reduziert nicht das Auflösungsvermögen!
Daß Mehrschichtvergütung wirklich viel bringt, sieht man an diesem Beispiel im Vergleich von Objektiv, Barlow und Okular. Obwohl das mehrschichtvergütete Okular aus sieben Linsen besteht, erzeugt es weniger Verluste durch Reflexion als das nur zweilinsige einfachvergütete Objektiv und sehr viel weniger Verluste als die unergütete vierlinsige Barlow. Also bitte darauf achten, daß vor allem die viellinsigen Komponenten (Okulare, Barlow) möglichst auf allen Glas-Luft-Flächen mehrschichtvergütet sind.
Es gäbe noch mehr dazu zu sagen, aber das sollte erst mal reichen, zumal es schon ein viel zu langer Text geworden ist.
MfG Walter E. Schön
