Optische Grundlagen von Teleskopen - www.hobby-astronomie.com
Spiegelteleskope nutzen Hohlspiegel (je nach Typ sphärische oder parabolische Spiegel) um das Licht im Brennpunkt zu bündeln. Ein Beispiel aus dem Alltag sind ...
Okulare
Die Werte sind jedoch keine absoluten Zahlen, sondern theoretischer Natur: Die tatsächliche Grenzgröße eines Teleskops hängt von weiteren Faktoren ab. Zunächst sei hier die bereits erwähnte Obstruktion erwähnt. Beispielsweise hat ein Maksutov-Spiegelteleskop mit 90 Millimeter Öffnung eine etwas geringere Grenzgröße als ein Refraktor mit der gleichen Öffnung. Weitere Faktoren, die die Grenzgröße herabsetzen können sind der Reflexionsgrad der verwendeten Spiegel und die Transmission von Teleskop- und sogar der Okularlinsen. Vergleichstests belegen immer wieder, dass <anchor>Okulare</anchor> je nach verwendeter Glassorten die Grenzgröße merklich beeinträchtigen.
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# Okulare

Ein Okular ist im Endeffekt eine stark vergrößernde Lupe, mit der das Bild, das ein Teleskop im Brennpunkt erzeugt, betrachtet wird. Es versteht sich also von selbst, dass Okulare von sehr guter Qualität sein müssen, wenn das Teleskopbild ohne Qualitätsverluste betrachtet werden soll. Ein Optik-Entwickler meinte treffend: "Das Okular ist das halbe Fernrohr." Neben der optischen Abbildungsleistung gibt es Qualitätsunterschiede im Gesichtsfeld, Randschärfe, Kontrast, Einblickverhalten, Einsteckdurchmesser und der Transmission. Diese Punkte werden im Laufe des Artikels diskutiert. Ähnlich wie es bei Teleskopen nicht das ideale Gerät gibt und man den für seine Bedürfnisse geeignetsten Kompromiss finden muss, gilt dies ebenso für die Okulare: Alle guten Eigenschaften sind nie vereint, manche schließen sich sogar gegenseitig aus, wenn man Wert auf Spitzenleistungen in einer bestimmten Disziplin legt. Hier muss man die einzelnen Okulartypen vergleichen und den gewünschten Eigenschaften entsprechend wählen.

## Gesichtsfeld

Beginnen wir mit dem Gesichtsfeld. Hierbei ist das sog. Eigengesichtsfeld, auch scheinbares Gesichtsfeld genannt, gemeint, das man überblickt, wenn man durch ein Okular schaut, wenn es nicht an ein Teleskop angeschlossen ist. Schauen wir auf diese Weise durch verschiedene Okular-Typen, stellen wir fest, dass das Gesichtsfeld verschieden groß ist. Bei einigen befindet sich der Rand des Gesichtsfeldes schon ausserhalb des Einzugsbereiches des Auges, so als ob man aus einem Fenster schaut. Bei anderen ist dieses Feld so eng, als wenn man durch ein langes Rohr schaut. Dieser Effekt wird " Tunnelblick" genannt.

Neben diesem Qualitätskriterium, das vom Beobachtungsziel abhängt, ist die Kenntnis des Eigengesichtsfeldes wichtig, um das wahre Gesichtsfeld zu ermitteln, das man mit dem Okular an einem Teleskop erzielt. Das wahre Gesichtsfeld am Teleskop errechnet sich nach der Formel:

GF = SGF / V

(GF = wahres Gesichtsfeld am Teleskop; SGF = scheinbares Gesichtsfeld; V = Vergrößerung)

Das scheinbare Gesichtsfeld wird hierbei durch die in der Fokusebene liegende Feldblende, auch Gesichtsfeldblende genannt, begrenzt. Sie engt das Gesichtsfeld auf ein Maß ein, das die immer auftretende Randunschärfe weitgehend eliminiert. Würde die Feldblende entfernt werden, wäre der Gewinn an Gesichtsfeld nicht nutzbar, da die dort auftretende Randunschärfe eine brauchbare Beobachtung unmöglich machen würde. Um einen Tunnelblick zu vermeiden, ist die maximal sinnvolle Okularbrennweite vom gleichen Durchmesser wie der der Steckhülse. Dann entspricht der Feldblendendurchmesser dem der Steckhülse. Mit Okularen solcher Brennweite wird ein auf den Steckhülsendurchmesser bezogen größtmögliches nutzbares Gesichtsfeld erreicht.

Je nach Gesichtsfeld unterscheidet man die Okulare mit großen Feldblenden in Weitwinkel- und Superweitwinkel-Okulare. Okulare mit Gesichtsfeldern über etwa 50 Grad werden als Weitwinkel-Okulare bezeichnet (Abkürzung "WW" oder "WA" aus dem Englischen für Wide Angel). Ab ca. 65 Grad Gesichtsfeld spricht man von Super-Weitwinkel-Okularen (abgekürzt "SWW" oder "SWA" aus dem Englischen für Super Wide Angel). Okulare ab ca. 75 Grad Gesichtsfeld werden als Ultra-Weitwinkel-Okulare bezeichnet ("UWW" oder "UWA" aus dem Englischen für Ultra Wide Angel). Neue Entwicklungen brachten extreme Weitwinkel-Okulare mit Eigengesichtsfeldern von 100 Grad hervor. Hier ist das Gesichtsfeld bereits so groß, dass man es mit einem Blick nicht mehr komplett erfassen kann. Man muss die Pupillen bewegen, um das gesamte erfasste Gesichtsfeld zu sehen.

## Einsteckdurchmesser

Direkt im Zusammenhang mit dem Gesichtsfeld steht der Einsteckdurchmesser. Das ist der Außendurchmesser der Steckhülse des Okulars bzw. der Innendurchmesser des Okularauszuges oder Zenitspiegels. Derzeit sind Stechdurchmesser von 1 1/4 Zoll (31,8 Millimeter) und zwei Zoll (50 Millimeter) üblich. Früher war ein Steckmaß von 0,96 Zoll (24,3 Millimeter) gängig. Dieses gibt es heute nur noch vereinzelt bei billigsten Teleskopen. Von solchen Geräten sollte man dringend Abstand nehmen, da es hierfür auf dem Markt kein brauchbares Zubehör mehr gibt. Das Foto zeigt ein Zwei-Zoll-Okular (links) im Größenvergleich mit einem 1 1/4 Zoll-Okular (Mitte). Als Maßstab dient eine Streichholzschachtel.

Okulare

Es versteht sich eigentlich von selbst, dass das Gesichtsfeld bei geringen Vergrößerungen mit dem Steckdurchmesser zunimmt. Für Großfeld-Beobachtungen und zum Aufsuchen von Objekten werden deshalb gern Okulare mit zwei Zoll Einsteckdurchmesser verwendet. Der Nachteil dieser Okulare besteht darin, dass sie sehr teuer sind, wenn das Bild bis zum Bildfeldrand von guter Schärfe sein soll. Langbrennweitige Okulare mit zwei Zoll Steckdurchmesser sind auch relativ schwer und wiegen je nach Zahl der verbauten Linsen mehrere hundert Gramm.

Okulare mit 1 1/4 Zoll Steckdurchmesser gelten heutzutage als Standard. Für einen Großteil der Anwendungen sind ihre Gesichtsfelder ausreichend. Das gilt insbesondere für Weitwinkel- und Superweitwinkel-Okulare.

## Blenden und Innenschwärzung

Diese Merkmale sollen dazu dienen, den Kontrast des Okulars durch Streulichtunterdrückung zu erhöhen. Blenden stellen ein mechanisches Hindernis für Licht dar, und die Schwärzung soll Reflexionen so gut es geht unterdrücken. Bei den Blenden funktioniert dies recht gut, vorausgesetzt, sie sind korrekt positioniert und dimensioniert.

Die Innenschwärzung bezieht sich auf die Schwärzung der verbauten Komponenten allgemein und speziell auch auf die Linsenränder. Gerade im Segment der preiswerteren Okulare werden diese Schwärzungen nicht sorgfältig genug oder mitunter überhaupt nicht vorgenommen. Die Folge ist ein Kontrastverlust. Bereits die Schwärzung der Innenseite der Steckhülse ist von großer Wichtigkeit.

Reflexe im Okular

Die Abbildung zeigt eine mit Blitzlicht aufgenommene Aufnahme des Innenlebens eines typischen Plössl-Okulars. Man erkennt deutlich das reflektierte Licht in den schlecht geschwärzten Innenseiten der Steckhülse und der Gesichtsfeldblende: Bei guter Schwärzung wären diese Bereiche pechschwarz. Extrem sind die Reflexe im Filtergewinde ganz unten an der Öffnung der Steckhülse. Hier liegt blankes Metall vor. Bei Beobachtungen ohne Filter ist dies eine potentielle Streulichtquelle.

## Kontrast und Schärfe

Die Physik erlaubt es leider nicht, eine absolute Bildschärfe und Kontrast mit einem größtmöglichen Gesichtsfeld zu kombinieren. Grundsätzlich nehmen Schärfe und Kontrast geringfügig ab, je mehr Linsen im Okular verbaut werden (müssen). Einfache Okularkonstruktionen wie Orthos und Plössls liefern ein relativ kleines Gesichtsfeld, aber dafür in Verbindung mit passenden Teleskopen eine größtmögliche Schärfe und Kontrast auf der optischen Achse, jedoch eine geringe, aber sichtbare Randunschärfe.

Um große Gesichtsfelder oder einen angenehmen Augenabstand bei kurzen Brennweiten zu ermöglichen, bedarf es eines komplexen optischen Designs aus zahlreichen Linsen, meistens sechs oder mehr. Aufgrund der Streuung von Licht innerhalb jeder Linse führt dies zu einem geringfügigen Kontrast- und Schärfeverlust. Diese Okulare erreichen zwar eine sehr gute Schärfe über das gesamte Bildfeld, sie ist jedoch nicht ganz so gut wie die einfacherer Konstruktionen auf der optischen Achse. An Teleskopen mit langsamem Öffnungsverhältnis zeigen beispielsweise Ortoskopische Okulare ein etwas brillanteres, schärferes und kontrastreicheres Bild als Naglers (extreme Weitwinkel-Okulare).

Man muss also abwägen, welche Beobachtungsziele und welche Ansprüche an den Beobachtungskomfort man stellt, und muss sich dann einen entsprechenden Okularsatz zusammen stellen.

## Transmission

Die Transmission ist ein Maß dafür, wieviel Prozent des einfallenden Lichts eine Linse (Transmission in Bezug auf Material und Vergütung) bzw. eine Linsengruppe (Transmission in Bezug auf das gesamte Okular) passieren. Sie hängt von den verwendeten Glassorten, der Vergütung und der Dicke der Linsen ab. Bezieht man die Transmission auf das gesamte Okular, ist für die Transmission auch die Zahl der Linsen verantwortlich. Okularetypen mit wenigen Linsen haben zumindest rechnerisch eine höhere Transmission als solche mit mehr und dickeren Linsen.

Betreibt man Deep Sky-Beobachtung, ist diese Transmission von großer Wichtigkeit. Eine schlechte Transmission bei Okularen führt zu einer sichtbaren Herabsetzung der Grenzgröße. Dank der Verwendung hochwertiger Glassorten und Vergütungen wird auch bei aufwendigen Okularkonstruktionen eine hohe Transmission erreicht. Hier gibt es beträchtliche Unterschiede in der Qualität.

## Filtergewinde

Ein Filtergewinde ist in der Steckhülse aller Okulare eingearbeitet. Hier werden die ggf. benötigten Filter, wie Farb- und Nebelfilter, eingeschraubt. Leider gibt es hier in Einzelfällen das Problem, dass das okularseitige Gewinde und das des Filters nicht exakt passen. Mitunter lassen sich die Filter dann nur maximal eine Umdrehung einschrauben. In diesem Fall sollte man einen Umtausch in Erwägung ziehen. Beim Herausschrauben des Filters sollte die chromfarbene Steckhülse stets festgehalten werden, da sie sonst unter Umständen gelöst werden kann und sich dann aus dem Okular schraubt.

Okular mit eingeschraubtem Farbfilter

Die Abbildung zeigt ein Okular mit einem zur Planetenbeobachtung eingeschraubten Farbfilter. Okularsonnenfilter dürfen keinesfalls verwendet werden, da hier die Gefahr des Platzens mit sofortiger Erblindung besteht.

## Augenabstand und Bildqualität

Bei Okularen mit wenig Linsen, beispielsweise Plössls und Orthos, hat man bei kurzen Brennweiten das Problem, dass der Augenabstand extrem kurz wird. Mit sehr kurzen Brennweiten berührt man unweigerlich die Oberkante des Okulars und mit den Wimpern die Linse, so dass diese verschmiert. In kalten Nächten ist der direkte Kontakt mit dem ebenfalls kalten Okular sehr unangenehm. Zudem kann man in solchen Fällen das Gesichtsfeld kaum komplett überblicken, und Brillenträger sehen fast nichts, da man mit Brille nicht nah genug an die Okularlinse heran kommt.

Zur Lösung dieses Problems gibt es seit einiger Zeit Okulare, die trotz geringer Brennweite einen auch für Brillenträger angenehmen Augenabstand bieten. Diese optischen Eigenschaften sind nur möglich, wenn eine große Zahl von Linsen, je nach Bauart ca. sieben Stück, verwendet werden. Dies führt zu leichten Einbußen in der Transmission, Kontrast und Bildschärfe. Die Bildqualität ist dennoch sehr gut. Man muss auch bedenken, dass der unangenehme Einblick der kurzbrennweitigen typischen Planetenokulare, die auf eine maximale Kontrast- und Schärfeleistung ausgelegt sind, zu einem Konzentrations- und somit zu einem Wahrnehmungsverlust führt. Mein persönlicher Eindruck ist, dass solche Okulare mit großem Augenabstand ab ca. sechs Millimeter Brennweite und darunter die bessere Lösung gegenüber Plössls und Orthos darstellen.

Beobachter, die aufgrund eines Astigmatismus (Hornhautverkrümmung) eine Brille tragen, benötigen diese je nach Stärke des Sehfehlers entweder nur bei schwachen oder auch bei stärkeren Vergrößerungen bei der Teleskopbeobachtung: Je stärker der Astigmatismus im Auge, um so eher wird die Brille auch bei hohen Vergrößerungen, also kurzen Okularbrennweiten benötigt. In diesem Fall sind Okulare mit großem Augenabstand (ca. 20 Millimeter) unerlässlich, wenn man ohne Brille kein scharfes Bild erhält. Bei Okulartypen mit geringem Augenabstand (z.B. Plössls und Orthos) hat man mit Brille entweder ein extrem eingeschränktes Bildfeld, oder man sieht sogar gar nichts, da der Abstand Brillenglas - Auge größer ist als der Augenabstand des Teleskops.

## Sinnvolle Okularwahl allgemein und für Spezialanwendungen

Für den Einstieg, und wenn man alle Klassen von Himmelsobjekten beobachten möchte, sollten die Okularbrennweiten so abgestimmt werden, dass der gesamte Vergrößerungsbereich von der minimal sinnvollen bis zur maximal sinnvollen Vergrößerung mit vier Okularen gleichmäßig abgedeckt wird: Ein Okular zum Aufsuchen und mit möglichst großem Gesichtsfeld für großflächige Objekte, ein kurzbrennweitiges für die maximal sinnvolle Vergrößerung sowie zwei Okulare, die zwei Vergrößerungen ergeben, die gleichmäßig zwischen diesen Vergrößerungen liegen. Es empfehlen sich hierbei Okulare mit Gesichtsfeldern um 50 Grad, da diese als Allrounder ein günstiges Preis-Leistungs-Verhältnis darstellen.

Für großflächige Deep Sky-Beobachtungen sollte zu eher niedrigen und mittleren Vergrößerungen in Kombination mit einem möglichst großen Gesichtsfeld gegriffen werden. Die meisten Deep Sky-Objekte lassen sich bei diesen Vergrößerungen am besten beobachten. Hier haben sich Weitwinkelokulare und Super-Weitwinkel-Okulare bewährt. Ein zwei Zoll-Anschluss ist ebenfalls von Vorteil, aber teurer.

Für die Beobachtung von Sonne, Mond, Planeten und Doppelsternen sind mittlere bis hohe Vergrößerungen bei gleichzeitig hohem Kontrast erforderlich. Hier haben sich einfache Bauweisen, die eine größtmögliche Schärfe bieten, bewährt, bei sehr kurzen Brennweiten solche mit großem Augenabstand. Für die kleinen Planeten benötigt man kein großes Gesichtsfeld, und am Mond und bei den Planeten lassen sich aufgrund der besseren Schärfe- und Kontrastverhältnisse feinste Strukturen meiner Erfahrung nach mit solchen Okularen besser erkennen als mit Weitwinkelokularen mit komplexem Linsenaufbau.

Bei der Beobachtung mit Dobsons sollte unabhängig vom Beobachtungsobjekt ein möglichst großes Gesichtsfeld mit einer guten Schärfe über das gesamte Feld bis zum Bildfeldrand angestrebt werden. Das Objekt bleibt dann länger im nutzbaren Gesichtsfeld, und es muss nicht ganz so oft nachgeführt werden.

## Wichtige Bauarten und ihre Merkmale

### Kellner

Kellner-Okulare haben drei Linsen und sind damit die am einfachsten aufgebauten Okulare mit guter Bildqualität. Ihr Gesichtsfeld und Augenabstand sind jedoch mitunter unangenehm klein. Dafür haben sie eine gute Transmission. Die Bildschärfe ist sehr gut bei einem kaum sichtbaren Restfarbfehler. Am Mond habe ich mit diesen Okularen hervorragende Ergebnisse erzielt. Sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis bei Mond und Planeten an langsamen Öffnungsverhältnissen.

### Plössl

Plössls haben ein vierlinsiges, farbreines Optik-Design. Das Gesichtsfeld beträgt 50 Grad, bei 32 und 40 Millimeter Brennweite ca. 42 Grad. An Teleskopen mit f/8 und lichtschwächer sind es hervorragende Allround-Okulare mit dem wahrscheinlich besten Preis-Leistungs-Verhältnis. Nachteilig ist lediglich der unangenehme Augenabstand bei kurzen Brennweiten ab etwa sechs Millimeter.

### Orthoskopische Okulare

Orthoskopische Okulare, oft kurz "Orthos" genannt, gelten als die besten Mond- und Planeten-Okulare, wenn sie in Verbindung mit langsamen Öffnungsverhältnissen eingesetzt werden. Das Gesichtsfeld beträgt nur 40 Grad. Aufgrund eines abweichenden Design der vier Linsen gegenüber Plössls haben sie eine etwas bessere Schärfe- und Kontrastleistung auf der optischen Achse in Verbindung mit einer sehr guten Transmission. Auch abseits von selbiger ist die Bildqualität sehr gut. Ihr Augenabstand ist bei kurzen Brennweiten noch kürzer als bei den Plössls, so dass die Beobachtung mit solchen Brennweiten nicht mehr angenehm ist.

### Erfle

Erfle-Okulare sind eine Weiterentwicklung der Plössls und bestehen aus fünf bis sechs Linsen. Sie bieten größere Gesichtsfelder von ca. 65 bis 70 Grad bei gleichzeitig guter Korrektur des Bildfeldes. Der Augenabstand ist ebenfalls angenehmer. Das bekannte Panoptic ist letztendlich ein hochwertiges Erfle. Solche Okulare werden bevorzugt für Deep Sky-Beobachtungen, als Weitwinkel-Okular und für lichtstarke Teleskope um f/5 verwendet.

Dieses Gesichtsfeld ist der menschlichen Wahrnehmung angepasst. Wir nehmen mit bloßem Auge ein Gesichtsfeld von etwa 65 Grad bewusst wahr. Alles ausserhalb davon wird nicht mehr scharf und detailreich abgebildet. Das ist auch der Grund, weshalb man bei sehr großen Gesichtsfeldern die Pupillen bewegen muss, um den Rand des Gesichtsfeldes zu erkennen.

### Zoom-Okulare

Zoom-Okulare decken einen größeren Brennweitenbereich ab. Der Vorteil besteht darin, dass man mit weniger Okularen auskommt als bei Festbrennweiten. Das macht sie zu guten Reise-Okularen. Die Bildschärfe ist gut, jedoch haben sie noch relativ kleine Gesichtsfelder.

## Okularverträglichkeit

Nicht jeder Okulartyp kommt mit jedem Öffnungsverhältnis gleich gut klar. Generell gilt, dass mit der Lichtstärke eines Teleskops auch die Ansprüche an die Okulare (in Bezug auf das optische Design) steigen, wenn es eine gute Abbildung bis zum Rand ermöglichen soll. Lichtstarke Teleskope sind "okularkritisch". Der Grund hierfür liegt in einem bei schnellen Öffnungsverhältnissen verstärkt auftretenden Abbildungsfehler, der sog. Bildfeldwölbung. Das bedeutet, dass die Außenbereiche des Bildfeldes eine andere Fokuslage haben als die Bildmitte, sie befindet sich am Bildrand in Richtung des Fangspiegels versetzt. Die Bildebene ist also ähnlich wie eine Salatschüssel gekrümmt.

Hochwertige Okulare, die für solche Öffnungsverhältnisse gerechnet sind, korrigieren diese Bildfeldwölbung. Außerdem sind sie vom Okularastigmatismus befreit, der bei einfacheren Konstruktionen auftritt. Hier ist eine Beseitigung desselben nicht erforderlich, da er sich bei langsamen Öffnungsverhältnissen nicht störend bemerkbar macht.

Grundsätzlich ist jedes Okular-Design für ein bestimmtes Öffnungsverhältnis gerechnet. Allerdings kommen Okulare für hohe Lichtstärken mit lichtschwachen Teleskopen sehr gut zurecht, aber nicht umgekehrt. Exakt auf der optischen Achse bilden alle Okulardesigns unabhängig von der Lichtstärke des Teleskops scharf ab. Die oben beschriebenen höheren Ansprüche beziehen sich auf die Abbildung abseits der optischen Achse. Bei einfach konstruierten Okularen nimmt die Schärfe mit lichtstarken Teleskopen abseits der optischen Achse rapide ab. Je lichtstärker das Teleskop ist, umso kleiner ist dann das nutzbare Gesichtsfeld, da die Abbildungsfehler dann bereits dichter an der optischen Achse auftreten.

## Okularempfehlungen nach Lichtstärken

Unter Berücksichtigung der Okularverträglichkeit wird hier eine unverbindliche Empfehlung für Okulare abhängig von der Lichtstärke des Teleskops gegeben. Ich habe primär die Okulare von Markenherstellern berücksichtigt, die sich über Jahre oder gar Jahrzehnte hinweg bewährt haben. Der Grund ist die Qualitätsstreuung und teilweise relativ schnelle Änderung der Spezifikationen von Okularen des preiswerteren Sektors, speziell aus China.

- f/4: Nagler, Ethos, LVW

- f/5: Panoptic, Erfle, LVW, Hyperion, Speers Waler

- f/6: LVW, Hyperion, mit Einschränkung bereits Plössls und Orthos für Mond und Planeten, je nach persönlichem Anspruch an die Randschärfe

- f/8 und langsamer: Keine Einschränkung bezüglich des Okulartyps

Diese Empfehlungen sind keinesfalls als "Einkaufszettel" zu verstehen. Letztendlich hängt es vom individuellen Anspruch ab, welche Randunschärfen man zu Gunsten eines niedrigeren Preises noch in Kauf nimmt. Nach Möglichkeit sollte man die ins Auge gefasste Teleskop-Okular-Kombination vor dem Kauf bei anderen Sternfreunden testen. Schriftliche Aussagen nach dem Schema "Die Randschärfe ist ok." sind hier wenig aussagekrftig, da sie sehr subjektiv sind und vom Anwendungsgebiet und den persönlichen Ansprüchen abhängen.

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