Okular

Plössl-Okular 32 mm

Ein Okular ist eine Linse oder Linsensystem, durch das man mit dem Auge (lat. oculus) in ein optisches System blickt.

Diese optischen Systeme sind zum Beispiel Ferngläser, Fernrohre/Teleskope oder Lichtmikroskope. In modernen optischen Systemen bereitet das Okular das in seiner Fokalebene stehende reale Bild (Zwischenbild) für das menschliche Auge auf. Im Teleskop nach Galilei befindet sich das Okular noch vor der Brennebene der Objektivlinse, so dass kein reales Zwischenbild entstand. In Verbindung mit der Augenoptik wird ein Bild auf die Netzhaut projiziert. Die Austrittspupille (AP) des Okulars muss auf die Eintrittspupille (EP) des Auges abgestimmt sein – idealerweise ist ihre Größe nicht größer als die der EP, da sonst Licht verschenkt wird. Außerdem sollte die Austrittspupillenschnittweite (der Augenabstand) groß genug sein, dass die Augenpupille an dieser Stelle positioniert werden kann. Ältere Okular-Konstruktionen erlaubten keine vollständige Anpassung an das Auge. Entweder lag die Austrittspupille zu dicht hinter der letzten Linse, so dass sie für Brillenträger ungeeignet waren oder sie machten keine vollständige Farbkorrektur.

Bestandteile

Augenmuschel

Die meisten Okulare haben auf der Kante der Augenseite einen Gummiring, der oft auch zurückgeklappt werden kann. Er hat zwei Zwecke: Er verhindert das Eindringen von Streulicht, welches die Beobachtung stört und er hilft durch seine Berührung den Kopf ruhig zu halten. Teilweise sind diese Augenmuscheln asymmetrisch ausgeführt, um die Außenseite des Auges noch besser vor Streulicht zu schützen.

Feldblende

Die Feldblende eines Okulars liegt in der Brennebene des Objektivs und begrenzt damit das sichtbare Gesichtsfeld. Bei einfachen Okularbauformen ist die Feldblende als Ring in der Okularsteckhülse und (vom Objektiv aus gesehen) vor den Linsen des Okulars sichtbar. Wenn die Feldblende eines Okulars entfernt wird, kann sich das scheinbare Gesichtsfeld vergrößern. Der Rand des vergrößerten Gesichtsfeldes wird dann allerdings durch Vignettierung abgedunkelt und meist nicht mehr scharf begrenzt sein. Um bei im Verhältnis zum Steckdurchmesser langbrennweitigen Okularen das maximale Gesichtsfeld zu erreichen, wird die Feldblende gelegentlich vom Hersteller weggelassen und somit die Steckhülse als Feldblende verwendet.

Die maximale Größe der Feldblende ergibt sich aus dem Steckmaß abzüglich der doppelten Materialdicke der Steckhülse.

Filtergewinde

Auf der Feldseite fast aller Okulare in den Größen 1,25 und 2 Zoll befindet sich auf der Innenseite am vorderen Ende der Steckhülse ein Gewinde, welches Filteradapter aufnehmen kann. Auch kann dort eine Barlow-Linse ohne deren hinterer Steckhülse eingeschraubt werden. Dies verringert den Verlängerungsfaktor der Brennweite, da der Abstand zum Okular nun viel geringer ist als vorgesehen. So kann man mit der Feldlinse einer Barlow mit 2-facher Vergrößerung einen Faktor von ca. 1,4-fach erreichen.

Da es jedoch keinen wirklichen Standard im Gewindedurchmesser und mehr noch in der Gewindesteigung gibt, kann es manchmal passieren, dass ein Filter oder sonstiges Zubehör nicht passt oder sich nur ca. 1 bis 2 Umdrehungen weit aufschrauben lässt.

Steckhülse

Die Steckhülse ist der feldseitige, vordere Teil des Okulars. Die Steckhülse verschwindet idealerweise vollständig im Okularauszug und wird dort von einer oder zwei Rändelschrauben oder von einem Klemmring gehalten. Die Außenseite der Steckhülse ist glatt, um ein klemmarmes Tauschen des Okulars zu ermöglichen. Die Innenseite hingegen ist absichtlich rau; Oft ist sie durchgängig mit dem Filtergewinde versehen und sie ist mit matter schwarzer Farbe abgedunkelt. Beide Maßnahmen verringern das immer entstehende Streulicht.

Befestigung am Teleskop: Okularauszug

Der Okularauszug nimmt das Okular eines Teleskops auf. Er ist am Tubus eines Teleskops dort angebracht, wo das gebündelte Licht seinen Brennpunkt hat und aus dem Teleskop austritt. Beim Newton-Teleskop ist dies oben seitlich am Tubus, beim Cassegrain-Teleskop und bei Fernrohren am hinteren Ende. In den Okularauszug werden die Okulare eingesteckt. An einem Stellrad kann man dann das Okular fokussieren, so dass die ggf. virtuelle Feldebene des Okulars mit der Brennebene des Teleskops übereinstimmt.

Eigenschaften

Verschiedene Okulare für Amateur-Teleskope;
v.l.n.r: 5 mm, 9 mm, 20 mm, 50 mm mit 2"-Steckmaß

Auflagemaß

Das Auflagemaß ist der Abstand von der Auflagefläche des Okulars zu seiner ggf. virtuellen Feldebene. Okulare unterschiedlicher Hersteller bzw. Typs haben unterschiedliche Auflagemaße. In der Praxis bedeutet dies, dass nach einem Wechsel des Okulars die Schärfe neu eingestellt werden muss. Dafür ist ein ausreichender Backfokus notwendig.

Augenabstand

Der Augenabstand ist definiert über die Entfernung des Schnittpunkts aller austretenden Bündel paralleler Strahlen (Austrittspupillenschnittweite) zur Augenlinse des Okulars. Bei sehr geringem Augenabstand können z. B. Brillenträger mit aufgesetzter Brille nicht mehr das volle Bild des Okulars überblicken. Auch können bei Okularen mit geringem Augenabstand die Wimpern die Augenlinse berühren und verunreinigen. Ein zu großer Augenabstand macht es jedoch schwierig den Kopf ruhig zu halten, da der Kontakt zum Okular verloren gehen kann und das Bild bei der geringsten Bewegung des Betrachters hin und her wandert. Einige Okulare bieten daher eine Verstellmöglichkeit an; es kann der hintere Okularrand herausgedreht werden, so dass das Auge das Okular berühren kann.

Der Abstand zur Augenlinse des Okulars darf nicht mit dem biologischen Augenabstand verwechselt werden.

Austrittspupille

1 reelles Bild, 2 Feldblende, 3 Augenabstand 4 Austrittspupille

Die Austrittspupille (AP) ist ein Maß für die scheinbare Größe des Abbildes der Aperturblende im Schärfepunkt. Ist die Austrittspupille des Okulars größer als die Öffnung der Iris des eigenen Auges, so geht „Licht verloren“, weil nicht alles Licht, das vom Objektiv gesammelt wird, in das Auge fallen kann. Ist die AP zu klein, begrenzt die Beugung an der Austrittspupille das Auflösungsvermögen des optischen Systems. Man spricht dann von einer „leeren Vergrößerung“, weil der nominale Vergrößerungsfaktor des optischen Systems größer ist als der kleinste Vergrößerungsfaktor, bei dem das gleiche Auflösungsvermögen erreicht wird. Bei einer zu geringen Austrittspupille des Okulars werden die Beugungserscheinungen durch die geringe AP dominant gegenüber der Bildinformation im Ortsraum. Die minimal sinnvolle AP liegt bei rund 0,5 mm.

Die Austrittspupille des menschlichen Auges ist die maximale Öffnung der Iris und sie lässt im Alter nach. So haben Kinder noch eine Austrittspupille von ca. 8 mm, Erwachsene um die 40 Jahre häufig nur noch eine AP von 6 mm.

Brennweite

Die Brennweite eines Okulars ist in Millimetern angegeben und bestimmt zusammen mit der Brennweite des Objektivs die Vergrößerung des optischen Gerätes, in dem es verwendet wird (je kleiner die Brennweite, desto höher die Vergrößerung). Hat ein Teleskop zum Beispiel eine Brennweite von 2000 mm und das Okular von 20 mm, so ergibt sich eine Vergrößerung von 100x (einhundertfach). Für die Vergrößerungsberechnung ergibt sich diese Formel:

$v=\frac{F_\text{Objektiv}} {F_\text{Okular}}$

Mit v = Vergrößerung und F_Objektiv der Objektiv- und F_Okular der Okularbrennweite.

Ist die Brennweite nicht bekannt, da z. B. keine Angaben auf dem Okular zu finden sind, kann sie ermittelt werden. Benötigt wird dazu:

• die Eintrittspupille EP des Instruments. Bei Teleskopen ist dies der freie Durchmesser der Frontlinse bzw. des Hauptspiegels.
• Die Austrittspupille AP (Messen der AP)
• und die Brennweite F_Objektiv des Instruments.

Alle Angaben in der selben Längeneinheit, üblich sind Millimeter.

$F_\text{Okular}=\frac{F_\text{Objektiv}\cdot AP} {EP}$

Durchmesser

Siehe Steckmaß

Wahres Gesichtsfeld bzw. Sehfeldzahl

Aus dem Durchmesser d der Feldblende und der Brennweite f des Fernrohrs kann das wahre Gesichtsfeld einer Teleskop-Okular-Kombination, also der Ausschnitt am Himmel, einfach berechnet werden:

$\text{wahres Gesichtsfeld wGF in } ^{\circ}=2 \cdot\arctan\left(\frac{d}{2\cdot f} \right)$

In der Lichtmikroskopie wird die Größe des beobachtbaren Bereichs mit der Sehfeldzahl angegeben.

Scheinbares Gesichtsfeld

Das scheinbare Gesichtsfeld bestimmt, wie "tunnelartig" der Blick durch das optische Instrument ist. Das Gesichtsfeld wird in Winkelgrad angegeben. Ein großes Gesichtsfeld lässt den Beobachter scheinbar tiefer ins Bild eindringen, weil es am Rand Objekte abbildet, die bei einem kleineren Gesichtsfeld abgeschnitten wären. Ab einem Gesichtsfeld von ca. 60° spricht man von einem Weitwinkelokular. Derzeit sind für Amateur-Teleskope Okulare mit Gesichtsfeldern von ca. 35° bis 100° verfügbar.

Das scheinbare Gesichtsfeld des Okulars kann nicht so einfach berechnet werden, da vor allem moderne Weitwinkel-Okularkonstruktionen zum Rand hin eine starke Verzeichnung aufweisen. Bei derartigen Bauformen befindet sich die Feldblende des Okulars oftmals im Inneren zwischen den Linsen. Wenn man die Verzeichnung nicht berücksichtigt, gilt:

$\text{scheinbares Gesichtsfeld sGF in } ^{\circ}=2\cdot \arctan \left (\text{Vergr.} \right) \cdot \tan\left(\frac{\text{wGF}}{2} \right)$

Barlow-Element am Okular

Steckmaß

Das Steckmaß ist der Außendurchmesser der Steckhülse des Okulars. Dieses Maß wird in Zoll angegeben. Üblich sind in der Amateurastronomie drei Steckmaße:

• 0,96", ist entweder von einem sehr einfachen Teleskop der untersten Preisklasse oder veraltet,
• 1,25", ist ein sehr verbreitetes Maß; es wird häufig für Okulare mit geringeren Brennweiten eingesetzt, sinnvoll sind Brennweiten bis 32 mm bei Plössls bzw. 25 mm bei Erfles,
• 2", ist ein Steckmaß für Okulare, üblicherweise mit besonders langer Brennweite ab 28 mm und höher.

Bei Okularauszügen mit 2"-Steckmaß liegt dem Okularauszug häufig ein Adapter zur Reduzierung auf 1,25 Zoll bei.

Bei einem Steckmaß von 1,25 Zoll beträgt der Innendurchmesser der Steckhülse ca. 30 mm; dies ist gleichzeitig die maximal mögliche Feldblende bei diesem Steckmaß. Da bei längeren Brennweiten der Blickwinkel immer größer wird, begrenzt der Innendurchmesser sinnvolle Okularbrennweiten auf die oben erwähnten 32 mm.

Vereinzelt findet man noch Okulare mit 31 mm Steckhülsendurchmesser, dem alten deutschen Steckmaß.

Vergrößerung

Siehe Brennweite

Okulartypen

Einlinsige-Okulare

Galilei-Okular 1 – Virtuelle Feldblende

• Galilei-Okular
  Das Galilei-Okular besteht aus nur einer bikonkaven Einzellinse und erlaubt keine Pupillenabbildung. Es wurde als erstes praktisch realisiert und wird heute überwiegend in billigen Geräten eingesetzt, um ein aufrechtes Bild zu erhalten. Jedoch kommt es auch in Optiken zum Einsatz, wo die Anforderungen an die Vergrößerung gering sind (z. B. Opernglas).

Kepler-Okular

• Kepler-Okular
  Das Kepler-Okular geht von einer bikonvexen oder plankonvexen Linse aus und erlaubt die Pupillenabbildung. Dafür ist das Bild auf dem Kopf. Das Bildfeld ist durch die Fehler einer Einzellinse beschränkt, es findet keine Farbkorrektur statt.

Mehrlinsige Okulare

Huygens-Okular

• Huygens-Okular
  Huygens hat durch Berechnungen bewiesen, dass im achsnahen Bereich durch Aufteilung der plankonvexen Linse in zwei Einzellinsen der Farbfehler berichtigt werden kann. Dieser Okulartyp findet immer noch Verwendung in preisgünstigen Geräten. Eine Variante mit einem oder zwei Menisken statt der Planlinsen hat etwas mehr scheinbares Gesichtsfeld und heißt Mittenzwey-Okular.

Ramsden-Okular

• Ramsden-Okular
  Das Ramsden-Okular wurde wahrscheinlich ohne Kenntnisse des Huygens-Okulars entwickelt. Es arbeitet auch mit zwei plankonvexen Linsen, doch ist hier die erste Linse umgedreht, sie zeigt mit ihrer planen Seite zum Objektiv. Das Okular hat ähnliche Eigenschaften wie das Huygens-Okular. Nur liegt eine Zwischenbildfläche auf der Planseite der ersten Linse, so dass sich Strichmarken für Messzwecke einsetzen lassen. Die Austrittspupille liegt auf der Planseite der Augenlinse, weshalb das Gesichtsfeld nicht vollständig zu überblicken ist. Durch Zusammenrücken der Linsen kann man das ändern, wobei aber die Achromasiebedingung nicht mehr erfüllt wird. Abhilfe: Kellner-Okular.

Kellner- und monozentrische Okulare

Kellner-Okular

• Kellner-Okular
  Das Ramsden-Okular wurde durch Carl Kellner dadurch verbessert, dass er die augenseitige Linse durch ein verkittetes Linsenpaar (Achromat) zur Farbkorrektur ersetzte.

Monozentrisches Okular

• Monozentrisches Okular
  Das Monozentrische Okular wurde von Steinheil etwa um 1880 erfunden. Es besteht aus einer symmetrischen bikonvexen Barium-Kronglaslinse, die von zwei Flintglasmenisken eingeschlossen wird. Wie beim Steinheil Aplanat haben die Linsenoberflächen einen gemeinsamen Mittelpunkt. Hier wird der Farbfehler vollständig berichtigt. Da die Linsen verkittet sind, ist es sehr Streulicht- und reflexarm. Der Augenabstand liegt bei dem 0,85-fachen der Brennweite, das scheinbare Sichtfeld bei 28º. Es ist für lichtstarke Teleskope ungeeignet.

Orthoskopische Okulare

Abbe Orthoskopisches Okular

• orthoskopisches Okular nach Ernst Abbe
  Dieses Okular besteht aus einer Feldblende, einer verkitteten Dreiergruppe und einer plankonvexen Linse. Das Okular korrigiert sehr gut durch die 4 Glas-Luft-Flächen. Die Dreiergruppe besteht aus einer bikonkaven Linse die von zwei bikonvexen Linsen eingeschlossen wird. Dieses Okular gilt als Standard für astronomische Beobachtungen.

König Orthoskopisches Okular

• orthoskopisches Okular nach Albert König
  Es besteht ebenfalls aus einer Feldblende und einer plankonvexen Linse auf der Augenseite. Die verkittete Zweiergruppe besteht aus einer plankonkaven und einer bikonvexen Linse. Die Bauweise spart eine Linse ein, verlangt aber hochwertigere Gläser. Ansonsten sind die Eigenschaften vergleichbar mit der Konstruktion nach Abbe.

Plössl- und Erfle-Okulare

Plössl-Okular

• Plössl-Okular
  Das Plössl besteht aus zwei gegeneinander gerichteten Achromaten, also zwei verkitteten Zweiergruppen zur Farbkorrektur. Die Farbfehler sind vollständig korrigiert. Die Leistung ist vergleichbar mit dem orthoskopischen Okular nach Abbe, während die Kosten kleiner sein können.

Erfle-Okular

• Erfle-Okular
  Die vom deutschen Optiker Heinrich Erfle erfundenen Erfle-Okulare bestehen aus drei Linsengruppen. Insbesondere ist zwischen zwei gegenüber liegenden Doubletts eine Sammellinse eingefügt. Es erscheint damit als eine Erweiterung des Pössl-Okulars um eine weitere Linse. Das "Erfle" gibt typischerweise ein scheinbares Gesichtsfeld von bis zu 68º und war damit das erste echte Weitwinkel-Okular. Die ersten Anwendungen erfolgten in Feldstechern und Periskopen. Das Erfle wird in der Ausführung als Fünflinser oft als Superplössl oder Ultima bezeichnet. Das Panoptic-Okular ist eine sechslinsige Ausführung.

Erfles neigen am Rand des Gesichtsfeldes zu Astigmatismus, einer "Kometen"-förmigen Verzerrungen von Lichtquellen. Außerdem kommen leicht interne Reflexionen vor ("Geisterbilder"). Dies macht Erfle-Okulare für die Beobachtung heller Objekte, z.B. von Planeten, in der beobachtenden Astronomie weniger geeignet. Sie eignen sich hingegen gut für lichtschwache, ausgedehntere Objekte wie offene Sternhaufen und Reflexionsnebel.

Erfle-Okulare sind vergleichsweise günstig herzustellen. Sie werden daher noch heute für die Amateur-Astronomie oder Weitwinkel-Ferngläser produziert.

Sechslinsiges Okular

ein weiteres sechslinsiges Okular besteht aus einem Plössl, das um eine verkittete Augengruppe erweitert wurde. Die letzte Gruppe besteht aus einer plankonvexen und einer plankonkaven Linse, wobei letztere nur eine ganz schwache Brechkraft aufweist.

Nagler-Okular

Ultra-Wide-Nagler-Okular, Typ 2

Nagler-Okulare

Das Nagler besteht aus 3 verkitteten Zweiergruppen und einer Plankonvexlinse. Die Nagler-Okulare werden als Weitwinkelokulare mit 82° scheinbarem Gesichtsfeld gebaut. Hohe Bildgüten werden nur mit Varianten mit asphärischer Fläche oder einer zusätzlichen 8. Linse erreicht. Diese Okulare sind auch an sehr lichtstarken Teleskopen einzusetzen, noch mehr als die Panoptic des gleichen Herstellers.

Zoom-Okulare

Zoom-Okulare sind noch in der Entwicklung. Sie sind noch von Fehlern behaftet und bilden meist nicht so gut ab wie Einzelokulare. Dafür decken sie u.U. den benötigten Brennweitenbereich ab. Für die Astronomie angebotenen Zoomokulare haben einen größten Zoomfaktor bis 3, man hat also bei minimaler Brennweite die dreifache Vergrößerung wie bei der maximalen.

Allerdings weisen die meisten Zoom-Okulare ein recht kleines Gesichtsfeld auf, welches mit sinkender Brennweite, also wachsender Vergrößerung allmählich steigt. Ein weitere Nachteil ist die fehlende Homofokalität, man muss deshalb nach Veränderung der Brennweite die Schärfe neu einstellen.

Des Weiteren gibt es noch erweiterte Typen mit asphärischen Flächen. Die Hyperbelflächen treiben, bedingt durch die Herstellprobleme, die Kosten hoch.

Weitere Linsenelemente

Barlowlinse

Barlowlinse (1,25 Zoll) ohne Distanzrohr

Die Barlowlinse wird zwischen Okularauszug und Okular montiert und verlängert die Brennweite des Objektivs. Das kommt im Hinblick auf die Vergrößerung und Austrittspupille einer Verkürzung der Okularbrennweite gleich, im Hinblick auf den Augenabstand allerdings nicht.

Siehe: Barlowlinse

Shapleylinse

Shapleylinse mit SC-Gewinde

Die Shapleylinse ist das Gegenteil der Barlowlinse: sie verkürzt die Brennweite des Objektivs. Siehe: Barlowlinse

Bildfeldebnungslinse

Bildfeldebnungslinse mit M-48-Gewinde

Sie wird auch Flattener genannt und ist eine Linse, hauptsächlich für die Astrofotografie eingesetzt wird. Sie ebnet bei Fernrohren das Bildfeld, welches normalerweise leicht gekrümmt ist. Durch diese Krümmung werden Sterne zum Rand hin immer unschärfer abgebildet. Der Flattener beseitigt diese Unschärfe; er selbst hat keine vergrößernde oder verkleinernde Wirkung, sondern er korririert das Bildfeld lediglich. Der Abstand zur Film- oder Sensorebene der Kamera ist allerdings vorgegeben und wird mit Zwischenringen erzeugt.

2-Zoll-Komakorrektorlinse

Komakorrektor

Der Komakorrektor ist wie der Flattener (Bildfeldebnungslinse) eine Korrekturlinse, jedoch speziell für Newton-Teleskope. Er korrigiert bei Parabolspiegeln die randseitigen Verzerrungen, welche wie der Schweif eines Kometen aussehen (daher der Name). Es gibt K. mit und ohne Brennweitenverlängerung, je nach Bauart.

Binokular-Ansatz

Binokular-Ansatz
1 Okular, 2 Ausgleichsstück, 3 Prisma, 4 Strahlengangteiler, 5 Gehäuse, 6 Barlowlinse

Binokular-Ansatz

Ein Binokular-Ansatz ist ein Strahlenteiler für beidäugiges Betrachten eines Objektes. An seinem hinteren Ende werden zwei identische Okulare eingesetzt. Binokulares Sehen bietet Vorteile; Insbesondere bei Mond und Planeten ermöglicht die Beobachtung mit beiden Augen das Erkennen von mehr Details. Die entspannte Beobachtung verhindert außerdem Ermüdungserscheinungen. Durch das erhöhte Gewicht gerät das Instrument jedoch leichter ins Schwingen, außerdem muss jedes Okular, mit dem beobachtet werden soll, doppelt angeschafft werden. Die eingebaute Barlowlinse verringert zwar den Backfokus, kann ihn aber nicht gänzlich ausgleichen, so dass ein B. nicht für jedes Teleskop bzw. jedes Okular geeignet ist. Durch die zusätzlichen optischen Elemente gehen außerdem sowohl Bildhelligkeit als auch Bildqualität zurück.

Weblinks

• Okularrechner/Teleskoprechner: Berechnung von Vergrößerung, Gesichtsfeld und Austrittspupille mit grafischer Ausgabe (Javascript erforderlich).

 Commons: Eyepieces – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien