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Wissen

Linsenobjektive

Teleskoplinsen werden aus unterschiedlichen Materialien gefertigt. Aber welche gibt es und worin unterscheiden sie sich?

Die meisten Menschen verstehen unter einem astronomischen Fernrohr das klassische Linsenteleskop. Am vorderen Ende befindet sich die Objektivlinse, am hinteren Ende schaut man durch das Okular. Obwohl sie in der Forschung durch Spiegelteleskope verdrängt wurden, haben Linsenteleskope viele Fans unter Amateurastronomen.

Das wichtigste Bauteil eines Linsenteleskops ist die Objektivlinse. Genauer gesagt: die Objektivlinsen, denn jedes moderne Linsenobjektiv besteht aus mindestens 2 Linsen. Warum ist das so?

Achromaten: Kampf dem Farbfehler

Linsen haben gegenüber Spiegeln einen Nachteil: Sie leiden unter Farbfehlern, die als chromatische Aberration bekannt sind. Je nach Wellenlänge wird das Licht unterschiedlich stark gebrochen, blaues Licht stärker als rotes. Das Resultat: unschöne Farbsäume um Objekte, die man beobachten möchte, und reduzierter Kontrast.

Bei Achromaten nach Fraunhofer setzt sich das Objektiv aus einer sammelnden Vorderlinse aus Kronglas und einer zerstreuenden Hinterlinse aus Flintglas zusammen. Die Kombination unterschiedlicher Glassorten reduziert den Farbfehler und erhöht Kontrast und Farbtreue. 

Fraunhofer-Achromaten mit sorgfältig gewählten BK7-F2 Glaskombinationen sind als Einsteigerteleskope absolut ausreichend. Wenn die Ansprüche im Laufe der Zeit steigen, wird man sich mit hochwertigeren Apochromaten beschäftigen. 

Apochromaten: Spezialisten für höchste Abbildungsqualität

Apochromaten gehen einen Schritt weiter. Durch geschickte Auswahl der Glassorten trifft auch bei kurzbauenden Teleskopen das Licht von bis zur drei Wellenlängen einen gemeinsamen Brennunkt.

Mit Verwendung einer dritten Linse und teurer Sondergläser sind diese Top-Optiken nicht nur farbrein, sondern auch von Koma und sphärischer Aberration befreit. Um solche Super-Objektive realisieren zu können nutze die Konstrukteure unterschiedlicher Glassorten, ausschlaggebend sind dabei Brechungsindex und Abbe-Zahl.

Der Brechungsindex bezeichnet das Verhältnis aus der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum und der Lichtgeschwindigkeit in einem bestimmten Material bei einer bestimmten Wellenlänge. Die Abbe-Zahl eines Materials gibt die Schwankungen des Brechungsindex an, wenn sich die Wellenlänge ändert, die sogenannte Dispersion.

Je höher der Brechungsindex, umso stärker wird das Licht gebrochen, sodass die Linse weniger stark gekrümmt sein muss. Das reduziert die sphärische Aberration, dafür sind hochbrechende Gläser aber in der Regel teurer. Glasmischungen mit einer hohen Abbe-Zahl weisen eine geringere Farbdispersion auf und somit eine reduzierte chromatische Aberration.

Über 200 optische Glaskombinationen sind heute bekannt. Ein Großteil leitet sich aus den zwei wichtigsten Glasfamilien ab: Kronglas und Flintglas. In der industriellen Fertigung sind zahlreiche optische und materialspezifische Parameter relevant. Viele Hersteller bieten Gläser mit den gleichen Eigenschaften unter verschiedenen Handelsnamen an. Die meisten haben ihre Produkte und Prozesse mittlerweile umweltfreundlich gestaltet und verzichten z.B. auf die Beimischung von Blei und Arsen.

Spezialgläser für perfekte Bilder

Hier sollte man im Auge behalten, dass FPL-53 nicht dazu verwendet wird, die in einem Objektiv vorhandene chromatische Aberration gegenüber der Verwendung von FLP-51 zu verbessern, sondern vielmehr das Brennweitenverhältnis zu verringern – ein wichtiger Aspekt in der Astrofotografie, wenn es um kurze Belichtungszeiten und größere Gesichtsfelder geht. Ein FPL-51-Dublett-Refraktor könnte also ein Brennweitenverhältnis von 1:6,8 haben, während ein Teleskop mit derselben Öffnung unter Verwendung eines FPL-53-Dubletts ein Brennweitenverhältnis von 1: 6 oder 1: 6,25 benötigen würde. Erfahrungswerte zeigen, dass beide eine ähnlich niedrige chromatische Aberration aufweisen.

Triplett-Linsensysteme, die sowohl FPL-51 als auch FPL-53 verwenden, neigen dazu, die chromatische Aberration noch weiter zu reduzieren und somit eine noch schärfere Abbildung zu ermöglichen. Unterschiede in dieser Qualitätsklasse lassen sich nur noch durch Messungen auf optischen Bänken feststellen. 

Glassorte
Abbe-Zahl
Bemerkungen
Fluoritkristall (CaF2)
95,10
Sehr teuer, schwer zu verarbeiten, keine großen Linsendurchmesser
FPL-53 „Super ED“ - oder „FD“ -Glas von Ohara Inc./Japan
94,94
Kostengünstiger, chemisch stabiler und einfacher zu verarbeiten als Fluoritkristalle, nicht formstabil bei Temperaturänderungen
FPL-51 ED-Glas von Ohara Inc./Japan
81,54
Preiswerter und einfacher zu verarbeiten als FPL-53, chemisch sehr stabil, behält Form bei Temperaturänderungen besser als FPL-53 bei (Vorteil für Öffnungen über 110 mm)
FCD1 ED-Glas von Hoya K.K./Japan, H-FK61-Glas von CDGM/China
81,60
Sehr ähnlich zu FPL-51
N-BK7 (Schott AG), S-BSL7 (Ohara Inc./Japan), H-K9L (CDGM/China)
64,40
Borosilikat-Kronglas (Teil eines Standard Fraunhofer-Achromaten)
F2 (Schott AG)
36,60
Flintglas (Teil eines Standard Fraunhofer-Achromaten)
23.09.2020
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