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Aufbau von Spiegelobjektiven und Spiegellinsenobjektiven
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Spiegellinsenobjektiv 10/1000mm mit Streulichtblende
Bild 1: Spiegellinsenobjektiv 10/1000mm mit Streulichtblende
(im Vordergrund zum Vergleich ein 4,0/200mm)

Allgemeines

Als Spiegellinsenobjektiv oder katadioptrisches Objektiv bezeichnet man ein Objektiv, welches aus Spiegeln und Linsen aufgebaut ist. Im Gegensatz dazu kommen in reinen Spiegelobjektiven keine Linsen zum Einsatz. Letztere sind als Fotoobjektive jedoch absolut unüblich; trotzdem werden Spiegellinsenobjektive fälschlicherweise oft als Spiegelobjektive bezeichnet. Dadurch, daß der Strahlengang gefaltet ist, ist die Baulänge solcher Objektive deutlich kürzer als ihre Brennweite. Dadurch kann man sie vorteilhaft als  Teleobjektive einsetzen. Das in Bild 1 gezeigte Maksutov-Cassegrain-Spiegellinsenobjektiv ist mit einer Streulichtblende ausgestattet. Das Objektiv selbst ist trotz der riesigen Brennweite deutlich kürzer; es endet von links gesehen an der ersten umlaufenen Rille (blauer Pfeil). Es gibt unzählige technische Ausführungsformen, die sich u.a. dadurch unterscheiden, wo die Linsen angeordnet sind und wo der Strahlengang aus dem Objektiv ausgeleitet wird. Bei Teleskopen für die Astronomie, die vorzugsweise als Spiegel- oder Spiegellinsenobjektiv gebaut werden, erfolgt dies gern seitlich, während bei Fotoobjektiven eine Ausleitung entlang der optischen Achse üblich ist. Spiegellinsenobjektive für Fotozwecke unterscheiden sich von Teleskopen dadurch, daß sie eine Einstellschnecke zum Einstellen der Entfernung besitzen und zusätzlich ein seitenrichtiges Bild ergeben. Teleskopen fehlt oft beides, weil eine zugunsten eines einfacheren Aufbaus seitenverkehrte bzw. auf dem Kopf stehende Darstellung in der Astronomie unerheblich ist und die Fokussierung nur einmal "auf Unendlich" eingestellt werden muß. Fotoobjektive in Spiegellinsentechnologie kann man daher auch für astronomische Beobachtungen bzw. Aufnahmen verwenden, umgekehrt astronomische Teleskope aber nicht als Fotoobjektive.
Spiegellinsenobjektiv 10/1000mm von vorne betrachtet
Bild 2: Spiegellinsenobjektiv 10/1000mm von vorne betrachtet



Aufbau von Spiegelobjektiven und Spiegellinsenobjektiven

Ein Parabolspiegel wirkt wie eine ideale Linse, weil er Lichtstrahlen ohne die unvermeidlichen  Linsenfehler in einem Punkt fokussieren kann. Der große Nachteil eines Objektivs mit einem einzigen solchen Spiegel ist, daß das Bild wie in Bild 3 dargestellt vor dem Spiegel entsteht. Man kann dort zwar ein Stück Film oder einen Bildsensor positionieren, aber eine komplette Kamera würde aufgrund ihrer Abmaße sich selbst im Bild stehen und eine Abbildung komplett verhindern.

Prinzip eines Spiegelobjektivs

Bild 3: Prinzip eines Spiegelobjektivs

Außer bei Verwendung "nackter"elektronischer Bildsensoren ist dieses Prinzip wenig geeignet, weil bei nicht sehr großem Spiegeldurchmesser entweder die Kamera oder der Beobachter das Bild komplett abschattet. Bei Teleskopen leitet man daher das Strahlenbündel vor dem Brennpunkt seitlich aus dem Tubus des Teleskops heraus, siehe Bild 4. Der dazu notwendige Planspiegel verringert zwar aufgrund der unvermeidlichen Abschattung die Fläche für das eintreffende Licht und verringert damit die Lichtstärke, aber durch diese als Newton-Teleskop bekannte Konstruktion wird die Beobachtung eines Objekts durch den Bediener überhaupt erst möglich. Auch für Astrofotografie ist dieses Prinzip geeignet, wobei die Kamera seitlich im rechten Winkel zur Beobachtungsrichtung montiert wird.

Newton-Spiegelteleskop

Bild 4: Newton-Spiegelteleskop

Für die normale Fotografie ist dieses Prinzip nicht sonderlich gut geeignet, weil die Kamera nicht in der optischen Achse des Objektivs montiert werden kann sondern im rechten Winkel und auch noch relativ weit vorn in der Nähe der Eintrittsöffnung. Eine solche Objektiv-Kamera-Kombination wäre sehr unpraktisch. Man kann aber aus der Not eine Tugend machen: Man kann wie bei dem obigen Teleskop einen zweiten Spiegel verwenden, diesen aber so positionieren, daß er das Strahlenbündel nicht im rechten Winkel aus dem Objektiv ausleitet sondern nach hinten durch den Hauptspiegel, der dazu im Bereich der optischen Achse mit einem Loch versehen werden muß. Um die Spiegelfläche des Umlenkspiegels und damit die Abschattung zu reduzieren, kann man einen Konvexspiegel verwenden, der die Lichttrahlen ein wenig divergieren läßt, wodurch man ihn weiter vorn montieren kann. Dadurch verlängert sich zwar die Baulänge des Objektivs im Vergleich zu einem Planspiegel aber auch die Brennweite des Objektivs. Diese als Cassegrain-Teleskop bekannte Konstruktion ist in Bild5 dargestellt.

Spiegelobjektiv für die Fotografie (Cassegrain-Teleskop)

Bild 5: Spiegelobjektiv für die Fotografie (Cassegrain-Teleskop)

Leider ist die Herstellung von Parabolspiegeln in der notwendigen Genauigkeit schwierig, weshalb diese teuer sind. Viel einfacher herstellbar und damit deutlich billiger sind sphärische Spiegel, deren Oberfläche exakt kugelförmig statt wie eigentlich erforderlich parabolisch ist. Die dadurch hervorgerufene sphärische Aberration ist entweder so klein, daß sie keine Rolle spielt (bei sehr lichtschwachen Objektiven), oder man korrigiert sie durch den Einsatz von zusätzlichen optischen Elementen. Eine solche vorteilhafte Konstruktion, die bei zahlreichen Spiegellinsenobjektiven für fotografische Anwendungen Verwendung findet und sehr populär ist, trägt nach seinem Erfinder die Bezeichnung Maksutov-Objektiv oder Maksutov-Cassegrain-Objektiv. Hierbei korrigiert eine recht dicke, gekrümmmte Glasplatte einen großen Teil der durch den sphärischen Hauptspiegel verursachten Bildfehler. Bei manchen der zahlreichen Abwandlungen dieser Konstruktion wird diese Platte durch eine ganz schwache Zerstreuungslinse ersetzt. Der Umlenkspiegel (oft Fangspiegel genannt) kann wie in Bild 6 dargestellt eine andere Krümmung besitzen als die Korrekturplatte, was eine bessere Korrektur ermöglicht aber den Fertigungsaufwand erhöht. Bei einfacheren Ausführungen besitzt er die gleiche Krümmung wie die Korrekturplatte und ist dann auf dieser direkt aufgedampft.

Maksutov-Cassegrain-Objektiv
Bild 6: Maksutov-Cassegrain-Objektiv

Bei allen Spiegelobjektiven und Spiegellinsenobjektiven ist es sehr schwierig, eine verstellbare Blende zu installieren, weshalb darauf üblicherweise verzichtet wird. Gängige Spiegel- bzw. Spiegellinsenobjektive können daher nicht abgeblendet werden. Wie bei den meisten Superteleobjektiven befinden sich Brennweite und Lichtstärke in einem Bereich, in dem man ohnehin nur selten den Wunsch verspürt, abblenden zu wollen, sondern eher aufblenden möchte, um eine in Anbetracht der großen Brennweite ausreichend kurze Belichtungszeit zu erzielen.


Besondere Eigenschaften von Spiegellinsenobjektiven

Spiegellinsenobjektive haben im Vergleich zu konventionellen Linsenobjektiven gleicher Brennweite den Vorteil, eine kurze Baulänge zu besitzen und leicht zu sein. Gleichzeitig sind sie deutlich billiger als vergleichbare Linsenobjektive. Zumindest einige hochwertige Vertreter der Spiegellinsenfraktion besitzen zusätzlich eine hohe Abbildungsqualität, was aber bei weitem nicht auf alle Objektive dieser Bauart zutrifft. Spiegel- und Spiegellinsenobjektive besitzen jedoch leider auch einige eklatante Nachteile. Einer ist, daß sie sehr streulichtanfällig sind, weshalb eine Streulichtblende bei vielen Modellen zum Lieferumfang gehört. Ein anderer Nachteil ist ihr Bokeh. Darunter versteht man die Form der Unschärfekreise, die normalerweise scheibchenförmig sind. Wegen des zentrisch angeordneten Umlenkspiegels besitzen alle Spiegellinsenobjektive eine ringförmige Eintrittsöffnung, und so ist es auch nicht verwunderlich, daß die Unschärfekreise ebenfalls ringförmig sind, was mitunter zu ungewohnt aussehenden Bildresultaten führt. Auch die Fertigungsqualität ist nicht immer optimal, speziell was den Hauptspiegel angeht. Einen dicken und massiven Glasblock (wie in den Schemata weiter oben angedeutet) leistet sich kaum ein Hersteller. Die oftmals verwendeten dünnen Spiegel verspannen sich leicht in der Fassung und verschlechtern so die Bildqualität.

Wie schon erwähnt besitzt aus physikalischen Gründen kein industriell hergestelltes Spiegellinsenobjektiv eine verstellbare Blende. Eine bei guten Lichtverhältnissen wünschenswerte Erhöhung der Schärfentiefe durch Einstellen eines größeren Blendenwerts ist damit unmöglich. Will man die Belichtungszeit verlängern, um Bewegungsunschärfen zu erzielen, muß man auf Graufilter zurückgreifen. Da Spiegellinsenobjektive keine veränderliche Blende besitzen, entfällt auch die Mechanik zur Blendeneinstellung incl. der Übertragung zur Kamera und die Springblende. Spiegellinsenobjektive mit Autofokus gab es ohnehin nie. Dies spart einerseits auf der Fertigungsseite Kosten, andererseits gibt es außer der Befestigung (also dem Kamerabajonett) keine Schnittstelle zur Kamera, die verschiedene Kamerahersteller bekanntlich leider stets zueinander inkompatibel ausführen. Der positive Effekt ist abgesehen von der einfacheren und damit billigeren Mechanik, daß man nicht nur auf das Angebot des jeweiligen Kameraherstellers beschränkt ist, sondern ein beliebiges Spiegellinsenobjektiv mit M42- oder T2-Anschluß mittels eines Adapters ohne jegliche Funktionseinschränkung an seiner Kamera benutzen kann. Wenn Sie die Wahl haben, sollten Sie ein solches mit T2-Anschluß kaufen, da bei diesen der erforderliche Kameraadapter fest installierbar ist und damit de facto das Objektiv das richtige Kamerabajonett besitzt, während ein M42-Adapter bzgl. Montage und Demontage eine eher fummelige Lösung ist.

Aufgrund der genannten Nachteile sind Spiegellinsenobjektive nicht gerade die erste Wahl. Allerdings sind sie meistens ein gutes Stück billiger als Linsenobjektive gleicher Brennweite und gleicher Lichtstärke. Darüberhinaus sind sie deutlich leichter und handlicher. Spiegellinsenobjektive sind zwar ab ca. 250 mm Brennweite erhältlich, aber im Vergleich zu Linsenobjektiven dieser Brennweite besitzen sie keine nennenswerten Vorteile. Die meisten Modelle besitzen daher eine Brennweite von 500 oder 600 mm. In diesem Brennweitenbereich sind einigermaßen lichtstarke Linsenobjektive meistens schon recht teuer, und man kann Spiegellinsenobjektive als vergleichsweise preiswerte, aber leider oft qualitativ schlechtere Alternative zu diesen ansehen. Es sind aber auch solche mit 800 oder 1000 mm und sogar 2000 mm (z.B. Pentax 13,5/2000 mm) verfügbar, und es gab sogar welche mit begrenzt veränderbarer Brennweite sprich Zoom. Zumindest gebraucht sind solche Objektive für den Amateurfotografen mit begrenztem Budget die nahezu einzige Möglichkeit, ein Objektiv in diesem Brennweitenbereich zu erwerben, das eine noch akzeptable Lichtstärke besitzt. Es gibt auch sehr einfach gebaute Linsenobjektive wie z.B. die  Beroflex Wundertüten, die ebenfalls keine Springblende besitzen und mit dem universellen T2-Anschluß ausgestattet sind. Bei 500 mm Brennweite und einer Lichtstärke von 1:8,0 sind sie eine gute Alternative zu Spiegellinsenobjektiven mit gleichen Eckwerten. Es sind jedoch auch Spiegellinsenobjektive mit einer Lichtstärke von 1:5,6 erhältlich, für die keine preiswerte Alternative in Form eines einfachen Linsenobjekivs gibt. Bei zunehmender Brennweite geht die Schere immer weiter auseinander zugunsten der Spiegellinsenobjektive.
  

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