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Optik: Achromatisch und Apochromatisch (APO)

Optische Grundlagen von Objektiven

2016 © Thomas Gade

Achromatisch und Apochromatisch




Ein weißer Lichtstrahl wird beim Durchgang durch ein Prisma in Regenbogenfarben aufgefächert. Dies nennt man Dispersion.

Beim Prisma werden zwei schräg zueinander stehende Glasoberflächen und das Glas dazwischen vom Licht durchwandert. Betrachtet man den Querschnitt von Linsen, sieht man, dass das Licht ebenfalls zwei schräg zueinanderstehende Glasflächen und das Glas dazwischen durchwandert. Deswegen wird es genauso gebrochen und aufgefächert wie vom Prisma.


Regenbogen. Dispersion durch Wassertropfen, die Sonnenstrahlen in Farben auffächern.

Unterschied zwischen achromatisch und apochromatisch (Apo)

Die ersten Objektive waren einfache Linsen. Sie wiesen diverse Abbildungsfehler auf. Dazu gehörten ausgeprägte Farbsäume an Kanten. Mitte des 18. Jahrhunderts entdeckte man, das Objektive aus der Kombination zweier Linsen aus verschiedenen Glassorten mit unterschiedlicher Auffächerung des weißen Lichts in Regenbogefarben (Dispersion) eine starke Reduzierung der Farbsäume ermöglichte und somit auch eine Erhöhung der Schärfe.

Die verwendeten Glassorten sind Kronglas und Flintglas. Ein zweilinsiges Objektiv mit einer Linse aus Kronglas und die andere aus Flintglas nennt man achromatisch. Das Objektiv ist ein Achromat.

In der richtigen Form und Kombination entwirft ein achromatisches Objektiv ein wesentlich besseres Bild als eine einzelne Sammellinse, aber Farbfehler werden nicht restlos beseitigt. Warum nicht?

Teilen wir der Einfachheit halber das gesamte Lichtspektrum in drei Farbanteile auf: Rot, Grün und Blau. Durch die Dispersion befinden sich die scharfen Bilder des roten Lichts, des grünen und des blauen nicht im gleichen Abstand hinter dem Objektiv. Praktisch ergeben sich dadurch Unschärfen und Farbsäume.

Mit dem sogenannten achromatischen Objektiv aus Kronglas und Flintglas bringt man das Bild zweier Farbanteile zur Deckung, was bereits eine erhebliche Bildverbesserung zur Folge hat.

Für eine noch bessere Abbildungsquaität sind andere Glassorten mit sehr geringer Dispersion nötig. Ein weißer Lichtstrahl, der durch sie gebrochen und gebeugt wird, fächert bei weitem nicht so stark in regenbogenartige Farben auf wie bei einer Glassorte mit starker Dispersion, die den weißen Lichtstrahl weit und bunt auffächert.

Apochromatische Abbildung durch Glassorten mit geringer Dispersion




Die Stärke der Auffächerung (Dispersion) ist abhängig von der Glassorte. Es gibt sogenannte 'Low dispersion' oder 'Extra low dispersion' Gläser, bekannt als LD oder ED Glas in Objektiven. Sie minimieren die Bildung von Farbsäumen bei sehr guten Objektiven auf ein kaum noch wahrnehmbares Maß.

Erst durch den Einsatz einer sogenannten 'low dispersion' Glassorte kann man bereits mit zwei Linsen ein Objektiv bauen, das schärfer ist als ein achromatisches Objektiv und nur noch kaum wahrnehmbare Farbsäume an kontrastreichen Kanten bildet.

Farbsäume

Noflexar 600mm
Foto mit Teleobjektiv ohne ED Glas
Farbsäume
Im Detail kann man die Farbsäume erkennen.

Achromaten

Für Feldstecher mit niedrigen Vergrößerungen sind achromatische Objektive völlig in Ordnung. Doch für hohe Vergrößerungen am Teleskop sind Öffnungsverhältnisse von 1:15 und mehr nötig, um störende Farbsäume an Kanten zu vermeiden. Das Öffnungsverhältnis ergibt sich aus dem Durchmesser des Objektivs und seiner Brennweite. Ein Objektiv mit einem Durchmesser von 60 mm und einer Brennweite von 900 mm hat ein Öffnungsverhältnis von 1:15.

Refraktor Vixen 80L. Zweilinsiger Achromat mit 80mm Öffnung und 1200mm Brennweite (1:15)

Das klassische Linsenfernrohr mit achromatischem Objektiv ist verhältnismäßig lang und dünn. Durch die Bauart ist die Hebelwirkung auf das Stativ und den Kopf / die Montierung beträchtlich. Deswegen zittert das Bild bereits bei geringer Berührung oder etwas Wind.

Apochromatischer Refraktor

Durch die Verwendung anderer Glassorten zur Herstellung von Objektiven, konnte man das sekundäre Farbspektrum, also die farbigen Säume an Kanten, erheblich reduzieren. Allerdings war die Produktion solcher Glassorten sehr teuer und dementsprechend auch die damit hergestellten optischen Produkte. Erst im Jahr 2003 kamen preisgünstige ED Objektive aus chinesischer Produktion auf den Markt. Beim apochromatischen Refraktor treten selbst bei hohen Vergrößerungen idealerweise keine Farbsäume auf. Dies vollständig zu realisieren ist praktisch kaum möglich, aber die sogenannten Apochromaten haben Objektive, die dies weitgehend erreicht haben.


Sky-Watcher ED80. Zweilinsiger ED Apo mit 80mm Öffnung und 600mm Brennweite (1:7,5)

Der Skywatcher ED Pro 80 ist viel kürzer als der klassische Vixen 80L mit gleicher Öffnung. Inzwischen werden mit zweilinsigen ED Objektiven Öffnungsverhältnisse von 1:6 angestrebt, um noch kompaktere Teleskope zu bauen.

Exkurs - Preisentwicklung

Jahr Marke Bezeichnung Typ Öffnung/
Brennweite
Preis
2000 Vixen ED80S ED Apo 80/720mm 2990 DM / 1500 €
2000 Vixen ED 102S ED Apo 102/920mm 4990 DM / 2500 €
2000 Vixen 80M Achromat 80/910mm 990 DM / 500 €
2011 Sky-Watcher Pro ED 80 ED Apo 80/600mm 350 €
2014 Sky-Watcher Pro ED 80 ED Apo 80/600mm 600 €
2015 Sky-Watcher Pro ED 100 ED Apo 100/900mm 850 €

Anhand der Tabelle kann man erkennen, dass ED-Teleskope im Jahr 2000 sehr teuer waren. Ab 2003 kamen unter bis dato unbekannten Marken sehr billige Teleskope auf den Mark, die zunächst und häufig ungerechtfertigt als Chinaschrott bezeichnet wurden, jedoch kann man seit 2014 ein starkes Ansteigen der Preise für ED-Refraktoren wahrnehmen. Dennoch sind sie erheblich billiger als vor 15 Jahren.

Der momentane Preisanstieg zeigt vor allem die Schwäche des Euro. Ferner muss man berücksichtigen, dass beim aktuellen Kauf eines ED-Refraktors in der Regel ein stabiler Koffer, ein 2" Zenitprisma, ein lichtstarkes Sucherfernrohr und zwei Okulare nebst Rohrschellen und Prismenschiene im Angebot enthalten sind.

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