Bestimmen der binokularen Justierung

Die Bestimmung der Genauigkeit der binokularen Justierung erfolgt zumeist auf der Okularseite des Fernglases. Damit wird die wirkliche Schiefstellung der Achsen erfaßt, auf die sich die Augen einstellen müssen, um Doppelbilder zu vermeiden. Auf der Objektivseite des Fernglases müssen diese Winkelfehler noch um den Faktor der Vergrößerung kleiner sein. Daher erfordern Ferngläser mit hoher Vergrößerung zum Beispiel für astronomischen Gebrauch oder binokulare Aussichtsfernrohre hohe technische Anstrengungen, diesen Gleichlauf der optischen und mechanischen Achsen zu erzielen.

Preiswerte Gläser werden mitunter mit vergrößerten Bereichen angeboten, da sie nur zur gelegentlichen und kurzzeitigen Nutzung gedacht sind. Professionelle Gläser sollten solche Zugeständnisse nicht aufweisen.

Unter Umständen kommt eine deutliche Abweichung von der Parallelität in eine ausgewählte Richtung dem Empfinden des Nutzers entgegen, jedoch sind typische Konsequenzen einer schlechten Justierung eine schnelle Ermüdung, Unwohlsein oder Kopfschmerzen oder das gänzliche Unvermögen, die beiden Teilbilder zur Deckung zu bringen.

Die binokulare Justierung erfolgt im Fertigungsprozeß des Fernglases als einer der letzen Arbeitsschritte mit auf das Fernglas zugeschnitten Prüf- und Justiermitteln durch Doppelexzenter-, Prismen- oder Okularjustierung. Aber auch mechanische Lösungen im Bereich der Knickachsen sind bekannt. An welcher Stelle die Justierung eingeleitet wird hat Auswirkungen auf die Größe der Justierbewegung, um einen bestimmten Justiererfolg zu erreichen. So ist die Justierwirkung bei einer Objektiv- oder Prismenverschiebung doppelt so groß, als wenn die Okulare gegenüber dem restlichen Gerät verschoben werden.

Binokulare Justiergeräte verfügen über eine Halterung, mit der die Knickachse des Fernglases in die Prüfeinrichtung eingespannt werden kann. Diese mechanische Achse wird als Basis genommen, um den Gleichlauf der optischen Achsen unabhängig von der einzustellenden Pupillendistanz zu machen. Für eine optimale Handhabung ist zum Beispiel bei einer Doppelexzenterjustierung das Fernglas so gehaltert, daß die Objektive nach oben zeigen und somit gut zugänglich sind. Der notwendige Prüfstrahlengang wird entsprechend gefaltet. Zur ergonomischen Nutzung verfügen diese Geräte zudem oft über eine Schirmprojektionseinrichtung. Ein derartiges Gerät ist im Hintergrund des Bildes zu sehen.

Zur Prüfung des erreichten Justierzustandes sind einfachere und zugleich universell einsetzbare Prüfmittel erforderlich. Hier wird meist ein verstellbarer Tisch verwendet auf den der Prüfling aufgelegt wird, wie im Vordergrund zu sehen.

Auf Grund der unterschiedlichen Festlegungen für die zulässigen Abweichungen bei der binokularen Justierung ist es kaum möglich ein festes Justierfeld zu definieren.

Für die Prüfung ist es nötig, daß eine Fernrohrhälfte des Prüflings zum Strahlengang der Prüfeinrichtung ausgerichtet werden muß. Das ist, bedingt durch die doch sehr unregelmäßige Form der Außengeometrie von Ferngläsern, bei der Bestimmung des Gleichlaufs der Achsen über die verschiedenen Einstellmöglichkeiten der Pupillendistanz - minimale, 65 mm und maximaler Knickabstand - recht aufwendig.

Deshalb sollte bei einem universellen Prüfmittel die Prüflinge mit der Objektivseite auf einen Tisch gestellt werden. Typischerweise sind alle bekannten Ferngläser so gestaltet, daß sie in dieser Weise abgestellt werden. Diese Anordnung erfordert jedoch einen senkrechten Aufbau der Prüfeinrichtung. Ein weiterer Vorteil ist der, daß weniger Standfläche benötigt wird. Ein Nachteil kann sein, daß die Prüfeinrichtung auf die unterschiedlichen Größen des Prüfers eingestellt werden müssen oder der Tisch verschiebbar sein muß. Auch ist ein senkrechter Einblick ergonomisch nicht optimal. Diese Aspekte sind bei der Gestaltung der Prüfeinrichtung zu beachten.

Für eine Prüfeinrichtung zur Bestimmung des Zustandes der binokularen Justierung ist ein Kollimator mit beleuchteter Strichplatte erforderlich, der auch bei einem Porroprismenglas mit vergrößertem Objektivabstand beide Objektive gleichzeitig abdeckt. Deshalb wird in der DIN ISO ein Wert von mindestens 160 mm gefordert. Es ist jedoch für die Prüfung funktionell ausreichend, wenn nur kleine Sicheln der Prüflingsobjektive abgedeckt werden. Deshalb kann praktisch auch ein kleinerer Wert ausreichend sein. Alternativ werden zwei zueinander sehr gut ausgerichtete Einzelkollimatoren verwendet. Die Probleme des exakten Ausrichtens der Zielmarke in Position und Orientierung kann jedoch mit einem Kollimator großer Öffnung umgangen werden.

Üblicherweise haben spezielle Kollimatoren eine sehr hohe optische Qualität und einen dementsprechenden Preis. Das ist aber für diese Prüfung nicht entscheidend. Da zudem mit monochromatischem Licht geprüft wird, genügt jedes handelsübliche Fernrohr.

Unter Beachtung der Zentralabschattung sollten gerade Spiegelteleskope sehr gut für diese Aufgabe geeignet sein, da sie für die geforderte Öffnung eine sehr geringe Baulänge aufweisen.

Für die Bestimmung der binokularen Justierung gibt es ab auch Fertiggeräte. Bekannt ist das Gerät von Fujinon, das aber nicht den Vorgaben der DIN/ISO entspricht und ein Prismenglasprüfgerät von Möller-Wedel Optical (http://www.moeller-wedel-optical.com/Products/G_opt_binocular.htm), das aber auch recht kostenintensiv ist.

Das Prismenglasprüfgerät wird als das ideale Werkstattgerät zur Prüfung und Justierung von Doppelfernrohren auf Parallelität der optischen Achsen beschrieben. Wie zu erkennen ist, wird das Fernglas mit den Objektiven nach oben auf der Knickachse gehaltert, was für die Justierung der Objektive mittels Doppelexzenter sehr praktisch ist. Wenn jedoch eine Vielzahl unterschiedlicher Modelle geprüft werden soll, ist das unzweckmäßig, da für fast jedes Gerät eine individuelle Halterung bereitgestellt werden muß.

Außerdem können geprüft werden:

Die Parallelität der optischen Achsen der Kollimatoren beträgt 15 arcsec. Die Bildaufrichtung der Toleranzstrichplatte des Aufsatzfernrohres wird mit kleiner ±30 arcsec angegeben.

Das Aufsatzfernrohr befindet sich auf einem Justiertisch mit einer Ebenheit von 5 µm. Zur Vereinfachung wird ein monokulares Fernrohr verwendet, das auf diesem Tisch zwischen den Prüflingsrohren verschoben wird. Durch die Verkippung des Tisches kann eine Seite auf Null justiert und die andere gemessen werden.

Anstatt des hier verwendeten Doppelkollimators kann auch ein großes Spiegelteleskop verwendet werden, daß mit einer Kreuz-Strichplatte in der Bildebene und einer kleinen Beleuchtung an Stelle des Okulars versehen wird. Gegebenfalls muß noch durch eine Zusatzoptik (Shepleylinse) die Brennweite verkürzt und dadurch das Sehfeld vergrößert werden.

Zusätzlich werden dann noch ein Doppeljustierfernrohr und ein justierbarer Tisch zur Aufnahme des Prüflings entweder aus entspiegeltem Glas oder mit einem Lochmuster sowie ein Trägergestell benötigt. Das Ganze soll als Standeinrichtung aufgebaut sein, die wenig Grundfläche benötigt, aber trotzdem Raum läßt, auch größere binokulare Fernrohre zum Beispiel Aussichtsfernrohre zu prüfen. Diese Halterung kann mit Alu-Profilen in einem ansprechenden Erscheinungsbild verwirklicht werden.

Bei dem Tisch ist zudem wichtig, daß er ein präzises Schwenken und Kippen des Prüflings um etwa 3 Grad quer zur optischen Achse ermöglicht, um das Fernglas zum Kollimator und zum Prüffernrohr auszurichten. Dadurch das der Prüfling auf die Objektive gestellt wird, ergibt sich von Haus aus eine gute Ausrichtung und sowie Grundgenauigkeit bei wiederholten Messungen. Zusätzliche Prüflingsaufnahmen sind nicht erforderlich.

Das Doppeljustierfernrohr muß ebenfalls durch eine Schwenk- und Kippvorrichtung auf den Kollimator ausgerichtet werden können. In diesem Gerät wird zudem eine Strichplatte vorgesehen, mit der die Genauigkeit der Bildaufrichtung durch Vergleich bestimmt werden kann.

Eine einfachere Prüfeinrichtung für die binokulare Justierung kann folgendermaßen aufgebaut werden.

Ein Binokularansatz wird in umgekehrter Strahlrichtung verwendet. Der Ansatz wird mit seiner Okularseite auf die Okulare des zu prüfenden Fernrohres aufgesetzt. Die Bilder der beiden Fernrohrhälften werden im Binokularansatz überlagert und bei Betrachtung durch die einzelne Öffnung des Ansatzes kann der Versatz festgestellt werden. Damit das aber auf Grund des langen Strahlenganges durch den Binokularansatz auch gut funktioniert, muß in die beiden Öffnungen je ein Objektiv eingesetzt werden, die im Bereich der Austrittsöffnung des Binokularansatzes je ein, also zwei einzelne, Bilder erzeugen. Diese können durch Verwendung von Filtern gegebenenfalls auch noch unterschiedlich farbig sein. Um die Größe des Fehler zu bestimmen, müßte in der Bildebene noch eine Strichplatte zum Beispiel mit konzentrischen Ringen befestigt sein. Diese Strichplatte und die erzeugten überlagerten Bilder werden mit einem Okular betrachtet, das in die einzelne Öffnung des Binokularansatzes eingesetzt wird und an dem der Augenfehler des Prüfers in Bezug auf die Strichplatte ausgleichen werden kann.

Natürlich hat auch so ein Binokularansatz einen eigenen Fehler bezüglich der binokularen Justierung. Die angesetzten Objektive müssen deshalb durch geeignete Möglichkeiten beim Aufbau des Prüfmittels einmal in Bezug auf Schnittweite und Bildlage justiert werden, um den Fehler des Prüfmittels selbst auf nahe Null zu bringen. Darum wird es auch sinnvoll sein, einen festen Augenabstand einzustellen. Die unterschiedlichen Pupillendistanzen des zu prüfenden Fernglases werden durch die Größe des Objektivs abgedeckt.

Die praktische Prüfung sieht dann so aus, daß man das Fernglas auf einen markanten und kontrastreichen Beobachtungspunkt (Turmspitze, Antenne) oder einem Kollimator, am besten auf einem Stativ oder auf einer Auflage bzw. Tisch, ausrichtet und dann mit dem an die Okulare angehaltenen Prüfmittel die Größe des Versatzes (in Höhe und Seite) der beiden (farbigen) Einzelbilder des Beobachtungspunktes ermittelt.

Diese vergleichsweise einfache Prüfmöglichkeit bietet gegenüber der weiter oben vorgestellten natürlich wenig Handhabungskomfort ist aber klein, gut mitzuführen und kann schnell eine brauchbare Aussage liefern. Und sie kann jederzeit in einen festen Aufbau eingesetzt werden, wenn ein stabileres Handling gewünscht wird.