Apochromatisch

Als Apochromat (griech. etwa für frei von Farben; engl. apochromatic lens) bezeichnet man ein optisches System, z. B. ein Objektiv, bei dem der Farbfehler weitestgehend korrigiert ist. Im Gegensatz zu einem Achromaten wird nicht nur das primäre, sondern auch das sekundäre Spektrum korrigiert.

In der ursprünglichen Bedeutung ist ein apochromatisches Linsensystem so berechnet, dass die Schnittweite für drei Wellenlängen (Farben) im sichtbaren Bereich übereinstimmt, während beim einfacheren Achromaten die Übereinstimmung für nur zwei Wellenlängen gefordert ist. Auch für die übrigen Wellenlängen ergibt sich dann nur eine sehr kleine Abweichung der Schnittweite, und der Farblängsfehler ist somit sehr gut korrigiert.

Inhaltsverzeichnis

Funktionsweise

Die durchlaufenden Lichtstrahlen werden – abhängig von ihrer Wellenlänge – unterschiedlich stark von einer Linse gebrochen (siehe auch Dispersion) und treffen somit nicht genau auf demselben Punkt der Bildebene auf. Es entstehen Unschärfen und Farbsäume (siehe chromatische Aberration).

Die Konstruktion der achromatischen Linsensysteme beruht darauf, dass das Verhältnis von Brechzahl und Dispersion von verschiedenen Glassorten verschieden ist, was sich in verschiedenen Abbe-Zahlen ausdrückt. Wäre dieses Verhältnis gleich, gäbe es keine Möglichkeit, den Farbfehler von Linsensystemen auszugleichen. Der verbleibende Farbfehler eines Achromaten wird vom sekundären Spektrum dominiert.

Beim echten Apochromaten kann durch Einsatz von mindestens drei Glassorten auch das sekundäre Spektrum beseitigt werden. In dem dann noch verbleibende Rest des Farbfehlers dominiert das tertiäre Spektrum. Dafür muss man mindestens eine Linse aus Glas (oder anderem Material) mit besonderen Dispersionseigenschaften verwenden, wie Fluorit, Langkronglas (Fluorkronglas) und Kurzflintglas. Langkronglas besitzt eine hohe Teildispersion im kurzwelligen (blauen) Bereich des Spektrums, d. h. die Brechzahl ändert sich hier stark mit der Wellenlänge, verglichen mit seiner Teildispersion im langwelligen (roten) Bereich. Kurzflintglas hat hier hingegen eine relativ geringe Teildispersion. Solche speziellen Glassorten sind notwendig, um das sekundäre Spektrum zu beeinflussen. Bei gewöhnlichen Glassorten ist die Teildispersion eng mit der allgemeinen Dispersion (Abbe-Zahl) verknüpft. Wenn man nur solche Gläser verwendet, kann man das sekundäre Spektrum nicht wesentlich reduzieren.

Manchmal begnügt man sich mit einer erheblichen Reduktion des sekundären Spektrums, statt es völlig zu beseitigen. Diese Linsensysteme werden manchmal Halbapochromate genannt, aber oft unterscheidet man nicht so genau und bezeichnet sie ebenfalls als Apochromate.

Astronomie

Der klassische Weg zur Verringerung des Rest-Farbfehlers von Linsenfernrohren, z. B. in der Astronomie, war die Wahl immer längerer Brennweiten (relativ zur Öffnung), erst der Wunsch nach kompakteren und lichtstärkeren Teleskopen (f:8 oder kürzer), führte zur Nachfrage nach den wesentlich teureren Apochromaten. Dieser besteht dann meistens aus drei Linsen, die an einer oder zwei Kontaktflächen verkittet sind.

Für größere Fernrohre ist es jedoch preisgünstiger, statt eines Apochromaten auf Spiegeloptiken überzugehen, die keinen Farbfehler aufweisen.

Mikroskopie

Da Mikroskop-Objektive für höhere Vergrößerungen immer mit großer Öffnung (numerische Apertur) arbeiten um die nötige Auflösung zu erzielen, ist der Farbfehler hier besonders störend und die Entwicklung apochromatischer Objektive durch Zeiss galt als großer Fortschritt. Für die Mikroskopfotografie kommen weitere Anforderungen wie die Ebnung des Bildfeldes auch in den Randbereichen hinzu; Objektive, die dies leisten, heißen Planachromaten und Planapochromaten und wurden 1938 bei Zeiss erfunden.

Fotografie & Spektive

In der Fotografie werden Objektive mit (teilweise) korrigiertem sekundären Spektrum häufig mit der Abkürzung „APO“ gekennzeichnet. Dabei handelt es sich vor allem um höherwertige, lichtstarke Teleobjektive. Insbesondere beim Fotografieren mit Offenblende wird dann eine merklich gesteigerte Abbildungsqualität erzielt. Diese Fotoobjektive sind aber selten (falls überhaupt) echte Apochromate. Die vollständige Korrektion des sekundären Spektrums ist nur dann sinnvoll, wenn auch die übrigen Abbildungsfehler ähnlich gut korrigiert werden. Dies würde aber einen extrem hohen Aufwand erfordern. Ein solches Objektiv wäre kaum zu bezahlen, und seine Abbildungsqualität könnte in der Praxis auch kaum genutzt werden.

Hersteller wie Zeiss, Leica, Swarovski, Nikon, Kowa u.a. haben Spektivreihen im Programm, welche ebenfalls mit der APO-Technologie ausgestattet sind. Diese Spektive sind ein wenig schwerer als die baugleichen Geräte ohne APO, kosten aber deutlich mehr. Die bessere Farbqualität macht sich jedoch auch hier bezahlt, und ist bei astronomischen Beobachtungen nahezu unerlässlich.

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