Warum haben Militäroptiken mitunter gelbstichige Bilder?

Diese Frage soll an Hand des EDF 7x40, dem ehemaligen Armeefernglas der DDR diskutiert werden, das Ende der 70iger Jahre eingeführt wurde.

Im Rahmen einer umfassenden Felderprobung und anschließenden Auswertung mit einem größeren Kreis von Testpersonen und Dienststellen wurde die vorliegende konstruktiv-technologische Lösung ausgewählt und in die Serienfertigung überführt. Eine der entscheidenten Forderungen für die spezifische Anwendung in sicherheitsrelevanten Bereichen ist ein hoher Kontrast auch unter ungünstigen Sichtbedingungen, die bei einer professionellen Nutzung nicht ausgeschlossen werden können. Zu denken ist dabei an nebliges und diesiges Wetter oder auch an starke Refelxionen durch Schnee und Eis im Winterhalbjahr.

Dieser Forderung wurde entsprochen durch eine spezielle Glasauswahl in Verbindung mit entsprechenden Belägen, die den extremen Blauanteil des Lichtes partiell unterdrücken und den schädlichen UV-Anteil gänzlich absorbieren. Das führt auch zu einer merklichen Verlagerung der Farbanteile im Bild, die an einer Betonung des komplementären Farbbereiches zu erkennen ist, was leider oft abwertend als Gelbstich bezeichnet wird.

Diese Erfahrungen wurden nicht nur in diesem Gerät umgesetzt, sondern kommen auch in dem für die Nutzung im maritimen Bereich entwickelten NAUTIK-Fernglas, eine spezielle Ausführungsform des NOBILEM DF 7x50, zur Anwendung. Hier wird dieser Effekt nicht nur wegen seiner Kontraststeigerung bei Nebel angewandt, sondern wegen dem immer wichtigeren Argumentes des Schutzes vor schädlicher UV-Strahlung in Folge diffuser Reflexionen auf der Wasseroberfläche. Diese Vorteile können auch von Anwendern aus diesem Bereich bestätigt werden.

Diese Erkenntnisse der Physiologie des Sehens sind nicht neu und gelten nicht nur im Bereich der abbildenden Optiken sondern werden auch in der Lichttechnik genutzt. Ich möchte hier nur auf die zum Beispiel in Frankreich vorgeschriebenen gelben Hauptscheinwerfer an Kraftfahrzeugen verweisen, die bei Nebel eine bessere Sicht ermöglichen.

Es soll jedoch nicht verschwiegen werden, das eine allgemeine Anwendung dort nicht in Frage kommt, wo zumindest zeitweise die Farbe von Objekten bewertet werden muß und deshalb auf die Farbreinheit der Abbildung besonderes Gewicht gelegt wird, also bei Ferngläser mit dem Schwerpunkt der Anwendung in Ornithologie und Astronomie.

Der erreichte Transmissionswert für Tageslicht wird dadurch kaum beeinflußt, da die Transmissionswerte im blauen Bereich nur gering gewichtet werden und die Transmission beim Übergang zum grünen Spektralbereich schnell ansteigt.Die Kontraststeigerung kann auf verschiedenen Wegen erreicht werden:

Bei der Absorption entsteht der Effekt durch den zusätzlichen Einsatz von Gelbfiltern (wie auch aus der Fotografie bekannt) oder durch die Auswahl spezieller Gläser, die eine ähnliche spektrale Charakterisitik wie die gewünschte Filterscheibe haben und als optische Bauteile (Linsen oder Prismen) zum Einsatz kommen. Beim EDF 7x40 ist das der Fall. Die in den Originalgeräten eingesetzten Gläser sind strahlenresistent, das heißt sie werden durch Kernstrahlung nicht zerstört. Ein weitere Eigenheit einiger dieser Gläser besteht außerdem darin, daß sie eine dem gewünschten Gelbfilter ähnliche spektrale Kennlinie aufweisen, sodaß bei geeigneter Konstruktion ein zusätzliches Bauteil nicht erforderlich ist.

Bei der Methode der Reflexion wird die Bandbreite des Antireflex-Belages so gewählt, das durch die Kante im kurzwelligen Bereich der Blau- und UV-Anteil reflektiert wird. Praktisch heißt das, daß die Transmissionskennlinie dieses Belages in den langwelligen Bereich verschoben wird. Beim DOCTER NOBILEM DF 7x50 Nautic ist dieser strahlend blau erscheinende Belag direkt auf der Frontfläche des Objektives aufgebracht. Damit wird erreicht, daß der UV-Anteil gar nicht erst in das Gerät gelangt und der extreme Blauanteil in seiner Intensität reduziert wird.

In ihrem Ergebnis sind beide Varianten durchaus miteinander vergleichbar. Die Methode über die Reflexion ist mit modernen Beschichtungseinrichtungen einfacher anzuwenden. Dem Gesichtspunkt des Augenschutzes wird jedoch durch die Absorpion besser entsprochen, da eine außenliegende Schicht bei langem Gebrauch beschädigt werden und damit ihre Funktion verlieren kann.

Abschließend noch einige Bemerkung zur Farberscheinung von optischen Antireflexbelägen. Üblicherweise setzen alle Hersteller hochwertige Geräte bei Entspiegelungsschichten heute Mehrschicht-Beläge ein. Durch die Vielfalt der Kombinationen im Schichtenaufbau (Substratauswahl und Schichtdicke) sind Beläge auf die unterschiedlichsten Anforderungen anpaßbar. Zum Beispiel im militärischen Bereich auch auf den Schutz vor Laserstrahlung. Die Kennlinie für die spektrale Transmission eines konventionellen Entspiegelungsbelages ist aber nie völlig gerade für den gesamten sichtbaren Bereich sondern hat geringfügige Ungleichmäßigkeiten. Diese drücken sich dann als Farberscheinung des Belages aus. Das kann ohne Qualitätsabstriche sowohl schwach grünlich, violett oder bläulich sein. Die feststellbaren Unterschiede in der Transmission für eine Fläche sind dabei immer deutlich unter 1%.

Anders verhält es sich, wenn extreme Reflexionen angestrebt werden. Hier sei nur als Beispiel der "Firebird"-Belag oder der grüne Belag erwähnt, die von der Firma Steiner angeboten wurden und werden. Der grüne Belag reduziert dabei die Gesamtransmission des Gerätes um etwa 10% bei 550 nm, einem Wellenlängenbereich, in dem das Auge besonders empfindlich ist. Derartige Bemühungen sollten deshalb optisch begründbar sein und nicht nur einen Gimmeck darstellen.

Außer in Zusammenhang mit der UV-Unterdrückung/Kontraststeigerung werden bei den DOCTER-Produkten nur Breitband-Entspiegelungsbeläge eingesetzt, die auf maximale Transmission in einen großen spektralen Bereich optimiert sind. Auftretende Farbnuancen auch innerhalb einer Serie haben dabei keine technische Relevanz. Typischerweise werden die Objektive bei einem Fernglas vom Farbton her paarig ausgewählt.

Häufig sind Flintgläser die Ursache für gelbe Bilder. Beim EDF ist der "Gelbstich" bedingt durch das eingesetzte SF3R (R=strahlenresistent) vom Jenaer Glaswerk in der Negativlinse des Objektivs und der ersten Okularlinse.Die Strahlungsbeständigkeit wurde mit einer Dosis von 0,8 bis 1,2 x 104 R/h über eine Dauer von 10 Stunden geprüft, wobei die Richtung auf die Objektive parallel zur optischen Achse festgelegt war. Die Transmission sollte 2 Stunden nach der Bestrahlung mindestens die Hälfte des ursprünglichen Wertes (≥ 35%) betragen.

Der EDF 7x40 wird noch bei DOCTER in einer zivilen Version als DF 7x40 BGA produziert. Hierbei handelt es sich um ein robustes, wasserdichtes Allroundglas, bei dem die kritischen Gläser auf Drängen der Kunden durch nahezu farbneutrale Gläser von Ohara oder Hoya ersetzt wurden.