Apochromat

Als Apochromat (griech. etwa für frei von Farben; engl. apochromatic lens) bezeichnet man eine spezielle optische Konstruktion, die Farbfehler reduziert oder beseitigt.

In der ursprünglichen Bedeutung war ein apochromatisches Linsensystem so berechnet, dass der Strahlengang für drei Wellenlängen (Farben) im sichtbaren Bereich übereinstimmt, während beim einfacheren Achromaten die Übereinstimmung für zwei Wellenlängen gefordert ist.

Das apochromatische Kriterium heißt, dass die Optik alle Lichtfarben in einen gemeinsamen Brennpunkt bringt, die Dispersion des Gesamtsystems also unter die Wahrnehmungsschwelle fällt.

Funktionsweise

Die durchlaufenden Lichtstrahlen werden – abhängig von ihrer Wellenlänge – unterschiedlich von einer Linse gebrochen (Dispersion) und treffen somit nicht präzise auf demselben Punkt der Bildebene auf. Es entstehen Unschärfen, gepaart mit Farbsäumen. Der Farbfehler ist proportional zur Blendenöffnung.

Die Konstruktion der apochromatischen und achromatischen Linsensysteme beruht darauf, dass das Verhältnis von Brechungsindex und Dispersion in verschiedenen Materialien verschieden ist. Wäre dieses Verhältnis gleich, wie ursprünglich angenommen, gäbe es keine Möglichkeit, den Farbfehler von Linsensystemen auszugleichen.

Der verbleibende Farbfehler eines Achromaten wird sekundäres Spektrum genannt. Durch Einsatz eines dritten Linsenmaterials wird auch dieses sekundäre Spektrum beim echten Apochromaten zum Verschwinden gebracht.

Verwendet werden Gläser mit recht extremen Eigenschaften, wie Langkronglas (Fluorkronglas und Kalziumfluorid) und spezielles Kurzflintglas.

Durch moderne Materialien wie Fluorit-Glas und "ED" (extreme low dispersion) Glas kann das sekundäre Spektrum auch mit einer an sich nur achromatischen Konstruktion stark verringert werden. Diese Linsensysteme werden manchmal Halbapochromaten genannt.

Astronomie

Der klassische Weg zur Verringerung des Rest-Farbfehlers von Linsenfernrohren 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.

In der Astronomie wird meist eine Kombination von drei Linsen mit verschiedenem Brechungsindex als Apochromat verwendet.

Die Linsen sind an ein oder zwei Kontaktflächen durchsichtig verkittet - was gleiche Größe und Krümmung und daher höchste Präzision in der Herstellung erfordert. Durch eine spezielle Berechnung der verschiedenartigen Glassorten kann man die bei einfachen Linsen auftretenden Farbsäume vermeiden - und zwar im Gegensatz zum Achromat nicht nur für Licht von zwei Wellenlängen, sondern über fast den ganzen Bereich des Spektrums. Für Fernrohre ab einer bestimmten Größe ist es jedoch günstiger, statt eines solchen aufwendigen Linsensystems auf Spiegeloptiken überzugehen.

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 apochromatische Objektive häufig mit der Abkürzung APO gekennzeichnet und vor allem in höherwertigen Tele- und Weitwinkelobjektiven eingesetzt; insbesondere beim Fotografieren mit Offenblende wird dann eine merklich gesteigerte Abbildungsleistung erzielt.

Leica hat eine Spektivreihe in seinem Programm, welches ebenfalls mit der APO-Technologie ausgestattet ist. 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.

Siehe auch

Weblinks

Fototechnik | Optik