ROBOT – Wer hatte die Idee? Kilfitt oder Berning? Zwei Ahnenforscher kommen gemeinsam zu neuen Erkenntnissen …

von Herbert Börger und Jürgen Bahr, im April, 2021

ZUSAMMENFASSUNG und NACHTRAG eingefügt am 19. Mai 2021

Wir haben eine etwas langatmige Erzählform (einen Dialog) für unsere Recherchen zum Thema gewählt. Deswegen ist es sicher sinnvoll hier eine kurze ZUSAMMENFASSUNG voran zu schicken (wir danken dem einen ungeduldigen Leser, der uns auf den Mangel hinwies – den wir hiermit versuchen zu beseitigen!):

Es gibt zu wenige völlig sichere primäre Quellen zu dem Thema, um die Frage „Kilfitt oder Berning“ mit absolut letzter Sicherheit zu entscheiden. Aber: wir haben systematisch alle verfügbaren Quellen analysiert und sind zu dem Schluss gekommen,

dass mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit Heinz Kilfitt bereits den integrierten Federmotor in seiner Kamera vorgesehen hatte, als er mit H.-H. Berning zusammen traf.

Dabei handelt es sich sozusagen um einen „Indizienbeweis“.

„Der Robot“ – die Kultkamera der 1930er und 1940-60er Jahre, die sogar noch bis 2001 gebaut wurde und als Prinzip bis heute in anderem technischen Gewand fortlebt: als Verkehrs- oder Banken- bzw. Raumüberwachungs-System (heute Teil von Jenoptik).

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Fig. 1: aus dem Berning-Familienalbum – Bild und Text zeigen in den frühen 50er Jahren den ersten Einsatz eines Robot in einem Polizeiwagen für die Jagd nach Geschwindigkeits-Sündern! – Quelle: freundlicherweise zur Verfügung gestellt von Jürgen Bahr.

Für alle, denen der Name der Kamera („Der Robot“) nichts sagt: es war die erste im Kameragehäuse „motorisierte“ Kleinbildkamera (Format 24mm x 24mm) die ein tüftelnder (gelernter!) Uhrmacher namens Heinz Kilfitt unmittelbar nach dem Erscheinen der Leica (ab 1926) erdacht und manuell bis zum Prototypen 1931 realisiert hatte. Die Kamera konnte schließlich ab 1935 tatsächlich in großen Stückzahlen geliefert werden. Wenn Sie jetzt 9 Jahre von der Idee zum lieferfertigen Produkt lange finden: Barnack hatte für die Leica 12 Jahre gebraucht!

Die Geschichte der Entstehung dieser Kamera wurde mehrfach erzählt (siehe Literaturhinweise) und basiert grundlegend darauf, dass der „Tüftler“ Kilfitt einen Fabrikantensohn mit mittlerer Reife namens Hans-Heinrich Berning traf, der in der Idee dieser Kamera seine Erfüllung als Unternehmer fand und deswegen nicht zum Playboy werden musste …

Wie um alle derartige Kult-Artikel mit starker Fan-Gemeinde rankten und ranken sich Legenden und Histörchen um die Erfinder und Macher.

Eine der hervorstechendsten Legenden war beim „ROBOT“ jene, dass Heinz Kilfitt die Kamera zwar grundlegend konstruiert hatte, der Unternehmer H.-H. Berning aber die Idee für den Federmotor gehabt haben soll, der ja das eigentliche Unterscheidungs- und Erfolgsmerkmal dieser Kamera gegenüber anderen Kameras war.

Diese Legende ist das Thema dieses Artikels.

Es wird hier ein sehr „spezielles“ Thema im Zusammenhang mit einer großartigen und erfolgreichen Kameraentwicklung besprochen: hatte der Kamerakonstrukteur Kilfitt die (ursprüngliche) Idee für den Federmotor-Antrieb in der ROBOT-Kamera – oder war das sein Geschäftspartner, Geldgeber und zukünftiger ROBOT-Unternehmer H.-H. Berning? Verschiedene Quellen behaupten ausdrücklich das eine oder das andere.

Das klingt jetzt sehr engstirnig – vor dem Hintergrund einer darauf folgenden 85-jährigen erfolgreichen Unternehmens-Geschichte (bis heute).

Wenn man allerdings bedenkt, dass genau diese Eigenschaft als erste Kleinbildkamera mit integriertem Motorantrieb ihren nachhaltigen Erfolg ausmachte, ist der Punkt schon etwas prominenter.

SCHNITT!

Vorgeschichte, erzählt von Herbert Börger: Am 30. April 2018 wies mich mein heutiger Co-Autor Jürgen Bahr in dem von uns beiden genutzten Ahnenforschungs-Portal darauf hin, dass in meinem Stammbaum das Datum einer Person, die wir beide in unseren Stammbäumen führen, fehlerhaft sei. Aus der Tatsache, dass wir diese EINE Person BEIDE  im Stammbaum haben, folgte sogleich der logische Schluss, dass wir IRGENDWIE verwandt sein müssten. Wir telefonierten kurzerhand miteinander und versprachen uns Aufklärung. Das Gespräch war sehr lebhaft und wir kamen auf unser Leben zu sprechen. Ich erwähnte, dass ich mich intensiv mit Fotografie und Technik befasse. Darauf erwähnte Jürgen Bahr, dass er mit der Gründer-Familie der ROBOT-Herstellerfirma verwandt sei. Es machte da noch nicht „Klick“ in meinem fotoaffinen Synapsen – aber es blieb hängen. (Ich steckte damals gerade sehr tief in meiner Angénieux-Forschungsphase.)

Wie es im Leben oft geht: trotz großem Interesse aneinander trat eine längere Kommunikationspause ein. Bis zu dem Zeitpunkt, als ich in meine „Kilfitt-Forschungsphase“ eintrat – und da machte es mit Verzögerung sehr heftig „Klick“: was hatte Jürgen Bahr da erzählt? Die ab 1934/35 als ROBOT an den Markt gebrachte Kamera hatte doch Heinz Kilfitt entwickelt! Sozusagen das erste Gesellenstück des begnadeten Konstrukteurs!  Im Dezember 2020 nahm ich den Kontakt spontan wieder auf – räumlich behindert durch die COVID-19-Pandemie, denn sonst hätten wir uns sicher sofort getroffen – wir sind ja beide Ruheständler.

Es stellte sich heraus: Jürgen Bahr ist der Schwiegersohn des ROBOT-Gründers Hans-Heinrich Berning (H.-H.B.) – seine Frau war die älteste Tochter des erfolgreichen Unternehmers, der die von Heinz Kilfitt (H.K.) erfundene Kamera mit dem legendären Federwerk-Motor (für Verschluss-Spannung und Filmtransport) Markt- und Produktions-reif machte und bis in die 1960er Jahre das Unternehmen dahin entwickelte, dass es auch nach seinem Ausscheiden und durch die Phase des „Zusammenbruchs“ der westdeutschen Kameraindustrie um 1970 herum nachhaltig und erfolgreich Bestand hatte – bis heute. (Worin sich mir übrigens eine starke Analogie zum Unternehmer Pierre Angénieux aufdrängte – und ja: beide Firmen sind heute immer noch erfolgreiche und eigenständige Abteilungen in großen Konzernen!).

Die Eigenschaften des Produkts, die Entwicklung der ROBOT-Kameras, die unglaublich breite Modellpalette und der Weg des Unternehmens ist ausführlich und detailliert dokumentiert in Büchern, Zeitschriftenartikeln, Websites etc. Da besteht für Informationshungrige wirklich kein Mangel.

Mir fiel allerdings bei meinen detaillierten Recherchen auf, dass es gegensätzliche Darstellungen in einem ganz besonders wichtigen Punkt gibt:

Folgt man den Darstellungen der „Kilfitt-Seite“ (z.B. das Kilfitt-Buch von PONT oder der 75-Jahre Jubiläums-Firmenschrift der Firma robot visual systems) so bestand Kilfitts Erfindungsleistung im vollständigen Kamerakonzept der Kleinbildkamera mit allen wichtigen Merkmalen einschließlich Federmotorantrieb – auch wenn unbestritten ist, dass der Prototyp, den Heinz Kilfitt bis 1931/32 erstellt hatte, tatsächlich den Federmotor noch nicht enthielt. (… und nicht einmal das auf der Leipziger Messe 1934 vorgestellte Vorserienmodell enthielt das Federwerk!)

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Fig. 2a: Der Ur-Robot – und tatsächlich hier mit dem Federmotor ab 1935 geliefert. Später wurde er dann zur Unterscheidung „ROBOT I“ genannt. Eine solche Bezeichnung findet sich auf diesen Kameras natürlich nicht – Quelle: fotosaurier – Repro eines Firmenprospektes
Einige Fotos von HHB - Robot-Doppelportrait
Fig 2b: Der ROBOT II (Blitzkontakt auf Vorderseite und geänderter Sucher – nicht schwenkbar) mit zwei verschiedenen Standardobjektiven – Quelle: Archiv-Bild im Besitz von Jürgen Bahr

Folgt man der ROBOT-Berning-Seite (z.B. dem Buch von Hans Grahner oder der ROBOT-Website von Michael Ensel und anderen) so hatte H.K. nur die Basis-Kleinbildkamera erfunden und als die beiden (Kilfitt/Berning) 1932 zusammen kamen, soll H.-H.B. die entscheidende Idee des Filmtransportes mittels Federmotor beigetragen haben.

Allerdings ist die Darstellung auf der Kilfitt-Seite der Website www.robot-camera.de widersprüchlich. Dort steht wörtlich in aufeinanderfolgenden Sätzen Folgendes:

(Zitat) „Das Kleinbildformat hatte neue Möglichkeiten eröffnet, mit einer Uhrwerkkamera – so Kilfitts Überlegung – könnten Aufnahmen in ausgesprochen dynamischem Stil gemacht werden. Die Idee für den Robot war geboren. (Absatz) Mit Hilfe von H.H. Berning, der Geld und die Idee mit einem Federwerkmotor beisteuerte, wie schon in der Geschichte zum Robot näher erläutert, gelang Kilfitt die Entwicklung seiner automatischen Kleinbildkamera im Format 24×24 mm …“

Hier stoßen also die Gegensätze schon innerhalb einer einzelnen Quelle aufeinander.

Das Problem ist: trotz intensivster Suche vieler kluger Köpfe war bisher keine primäre Quelle zu diesem Thema gefunden worden – nur Behauptungen, indirekte Zitate und Meinungen.

Mich als Ingenieur und ehemaligen Unternehmer störte sehr bald, dass die Hypothese der Berning-Idee für das Federwerk unlogisch erschien – aber dazu später.

Der Leser kann sich sicher vorstellen, dass das Treffen eines Familienmitgliedes des Unternehmers H.-H.B. in Person von Jürgen Bahr in mir Hoffnung aufkeimen ließ … findet sich die Primär-Quelle doch noch, mit der die Frage endgültig entschieden werden kann?

Der Dialog zu dem Thema zwischen uns beiden fand pandemiebedingt per e-Mail-Austausch statt. Diesen weitläufigen Austausch von Informationen, Dokumenten und Recherche-Ergebnissen haben mein Co-Autor Jürgen Bahr („JB„) und ich („HB„) hier gemeinsam in ein „virtuelles Gespräch“ zusammengefasst. Die Inhalte des Dialogs sind authentisch – allerdings liegen zwischen den einzelnen Teilen des Dialogs in Wirklichkeit oft mehrere Wochen der Recherche und des Studiums von Unterlagen.

„Wer hatte die Idee?“ – ein Dialog.

HB: Lieber Herr Bahr, ich bin auf der Suche nach primären Informationen zu der Frage, wer hatte die Idee zum fest in das Gehäuse integrierten Federmotor bei der Entwicklung der „ROBOT“-Kamera? In der Literatur ist das Thema umstritten. Sie sind ein Schwiegersohn von Hans-Heinrich Berning. Was hat man darüber in der Familie erzählt? Kann es irgendwo noch Original-Unterlagen geben, aus denen hervorgeht, wie es tatsächlich war? Was wurde in der Familie Berning über Heinz Kilfitt erzählt?

JB: Meine Frau, Eva-Maria Berning, wurde geboren ein Jahr nach dem Beginn der Zusammenarbeit zwischen HHB, wie ihr Vater in der Familie genannt wurde, und Herrn Kilfitt. der ja die Firma wieder verließ als sie fünf Jahre alt war. Das ist keine gute Voraussetzung für persönliche Erinnerungen zu Firmenangelegenheiten. Leider ist meine Frau schon 2016 verstorben. Auch der einzige Berning-Sohn, Peter Hans-Heinrich Berning ist nun gerade in 2020 auch gestorben. Er war Ingenieur und der Einzige, der nach dem Verkauf der Firma (1963/64) noch eine Zeit lang in der Firma gearbeitet hatte.

Als die Firma nach dem Krieg (1946/47) praktisch aus dem Nichts wieder aufgebaut wurde, war meine Frau ein Teenager – die Menschen hatten andere Sorgen, als längst überholte Vorkriegsgeschichten zu besprechen: man blickte nach vorne! Und das waren ja fast abenteuerliche Verhältnisse, in der alliiert verwalteten Tri-Zone – es gab keinen „Deutschen Staat“ – eine Firma wieder aufzubauen. Seit 1941 war fast nur noch für die deutsche Luftwaffe gefertigt worden (Kameras, die in Jagdflugzeuge und Bomber eingebaut wurden um die Einsatzerfolge zu dokumentieren). Die gesamte Fertigung war aus dem von den Bombardierungen bedroten Rheinland in die Oberlausitz bei Zittau verlegt worden. Restbestände der Luftwaffen-RoBoT’s waren zunächst das einzige, was man hatte. Die Fertigungsmaschinen waren in den Wirren des Kriegsendes verloren gegangen. Dennoch gelang bereits 1947 ein Neustart der Fertigung – unter anderem, weil die Firmengebäude in Düsseldorf (ohne die Maschinen) wenig beschädigt waren. Wer blickt in dieser Situation zurück?

Die Firma strebte schnell auf große Erfolge zu – das folgende Bild zeigt die gute Stimmung dabei Anfang der 1950er Jahre:

Bundespräsident Heuss -Fotokina 1952 bei RoBoT Kopie
Fig. 3: Bundespräsident Theodor Heuss besucht den ROBOT-Photokina-Stand (vermutlich 1952) – auf dem Bild links von Heuss: H.-H. Berning, der seiner Tochter Eva-Maria (der späteren Ehefrau von Jürgen Bahr) die Hand auf die Schulter legt. – Quelle: Originalfoto im Besitz von Jürgen Bahr (mit freundlicher Genehmigung)

Von meiner Frau (Eva-Maria Berning) und meiner Schwiegermutter wurde – wenn sich das Gespräch über RoBoT entwickelteüber Herrn Kilfitt in der Familie nie gesprochen. Es ist meines Wissens heute niemand mehr da, den man diesbezüglich als Zeitzeugen fragen könnte. Interessant finde ich auch, dass nach Sichtung von Fotos aus der Gründungszeit der Firma, Herr Kilfitt nicht auf einem einzigen Foto zu endecken ist. Er schwebt sozusagen wie ein Geist darüber.

Die überlieferten Aussprüche aus der Familie bewegten sich meist in einem gewissen „anekdotischen“ Rahmen – wie zum Beispiel HHB’s Lieblings-Spruch: „Der „RoBoTist die einzige männliche Kamera der Welt“ – das scheint zu stimmen, ist aber relevant und vermittelbar nur in der deutschen Sprache, also der Sprache in der „die Kamera“ weiblich und „der Roboter“ männlich ist – im angelsächsischen Sprachraum sind die alle sächlich … und damit etwas umständlich zu vermitteln.

Ich habe mich immer sehr für Robot interessiert und auch Kontakte zu den Robot-Sammlern und -Forschern gepflegt. Aber letztlich bin ich davon ausgegangen, dass die bei den Herren Hans Grahner, Dr. Beltermann und Peter Lausch beschriebene Version – nämlich dass mein Schwiegervater die entscheidende Idee beigetragen haben soll – stimmt.

HB: Damit haben Sie meiner ursprünglichen Hoffnung auf neue Quellen nun einen sehr schnellen Garaus bereitet. Gibt es irgendwo noch Dokumente, die man heranziehen könnte – haben Sie Kontakte zu der heutigen Nachfolgefirma?

JB: Nachdem mein Schwiegervater die Firma verkauft hatte (1963/64) ging das Unternehmen ja 35 Jahre lang durch mehrere Zwischenbesitzer-Hände, ehe es 1999 im Jenoptik-Konzern landete. Die Archive sind irgendwann vernichtet worden – oder eben immer ein Stück mehr untergegangen. Das hat man versucht zu erforschen. Es soll nichts mehr da sein.

Meine Frau und ich – und auch noch andere Familienmitglieder (unter anderen ihre jüngste Schwester Veronika nebst Ehemann sowie einer meiner Söhne) – waren zur 75-Jahr-Feier der Firma Robot (nunmehr Tochter-Firma von Jenoptik in Monheim am Rhein) eingeladen. Das war unser letzter Kontakt. Meine Frau wurde da im Laufe der Feier über Ihre Erinnerungen an die Firma befragt. Vielleicht gibt es darüber noch eine Aufzeichnung bei der Firma?

Im Jahr 2002 tauchten bei der Auflösung von Räumen der OBECO ( moderne Kurzfassung des früheren Firmen-Namens „Otto-Berning & Co.“ des Vaters von HHB und Großvaters meiner Frau) einige Unterlagen aus der Anfangszeit der Robot-Firma auf. Die habe ich hier und will diese gerne einmal sichten.

Was veranlasst Sie denn, an der Geschichte mit der Federwerks-Idee zu zweifeln?

HB: Ich bin Physiker und Ingenieur. Zweifeln – sogar an eigenen Erkenntnissen – ist unsere zweite Natur in diesem Berufsfeld. Man braucht Beweise. Erschwerend ist hier die Lage: die Geschichte erscheint mir nicht logisch:

Wenn Sie ein gelernter Uhrmacher wären (wie es Herr Kilfitt war – und schon sein Vater war Uhrmacher!) – bräuchten Sie dann einen technisch nicht ausgebildeten Laien, der Sie auf die Idee bringt, dass ein FEDERWERK ein technisches Gerät antreiben könnte? Klar: es ist nicht ausgeschlossen, dass Berning der war, der auf diese Idee kam – aber es erscheint nicht besonders wahrscheinlich.

Ich liste hier kurz die Reihe der Fakten auf, aufgrund derer es mir unwahrscheinlich vorkommt, dass die Federwerks-Idee ursprünglich von Berning beziehungsweise NICHT von Kilfitt stammte:

  1. Die eben genannte Tatsache, dass Kilfitt gelernter Uhrmacher war … alle Uhren jener Zeit wurden von Federwerken angetrieben. Fünf Jahre hatte er alleine an der Kamera getüftelt.
  2. Bekannt und nicht bestritten ist, dass das Merkmal „Schnelligkeit“ bei seiner angestrebten Erfindung von Anfang an ganz im Vordergrund stand. Auch wurde schon ganz am Anfang der Begriff „automatisch“ verwendet – und die Belichtungsautomatik konnte damals noch nicht gemeint gewesen sein.
  3. Kilfitt arbeitete vor dem Kontakt zu Berning in einer Firma in Berlin, in der Fotoapparate, aber auch Filmkameras verkauft wurden, während das Medium Film geradezu einen Boom erlebte – auch Barnacks Leica war bei der Wahl des 35mm-Filmmateriales ja von den verfügbaren Film-Grundmaterialien (Meterware) ausgegangen. Die dort zu erwartenden riesigen Produktions-Mengen verhießen ein günstiges Filmmaterial für die Kleinbildkamera. Kilfitt ging aber mehrere Schritte weiter: Er verwendete für seinen 1931er Prototypen einen Verschluss-Typ, wie er für Filmkameras eingesetzt wurde: den Rotationsverschluss. Alle Filmkameras jener Zeit (nachdem niemand mehr die Handkurbel drehen mochte …) hatten aber als Antrieb des Filmstreifens einen FEDERMOTOR. Es liegt mehr als nahe, dass der bei Kilfitt auch VORGESEHEN war. Vor allem aber hatte der Prototyp auch schon die sehr komplizierte mechanische Steuerung für einen „Freilauf“ des Filmbandes beim Weitertransport fast ohne Reibung. Das hätte man für einen Weitertransport des Filmes von Hand bekanntlich nicht gebraucht. Auch war die Koppelung von Weitertransport und Verschluss-Aufzug schon detailliert vorgesehen, was zu diesem Zeitpunkt (vor 1931) noch nicht bei allen Fotoapparaten selbstverständlich war.
  4. Stellen wir uns das Zusammentreffen der beiden Männer H.-H. Berning und Heinz Kilfitt vor: Berning war von Kilfitts Idee so begeistert, dass er auch Vater (Otto) und Onkel (Hermann – der gleichzeitig sein Schwiegervater war) leicht von dem Projekt überzeugen konnte – das waren gestandene Geschäftsleute, die sicher nicht die Angewohnheit hatten, ihr Geld für Spinnereien in einer Branche, die ihnen fremd war, aus dem Fenster zu werfen. Was hätte an einer Kamera, an der im Grunde gegenüber der Konkurrenz nur etwas WEGGELASSEN war – kein Entfernungsmesser, kein Quer- und Hoch-Format (gut: etwas kompakter war der Apparat) so begeisternd sein können, dass ein sehr junger Mann ohne Fachkenntnisse sein Schicksal und ein rheinländischer Geschäftsmann sein Geld hinein steckt? Das kann ich mir nicht vorstellen.
  5. Last but not least: tatsächlich war Kilfitts Prototyp als Kleinbildkamera im Vergleich sehr kompakt – und wenn man den Prototyp von 1931 mit dem „ROBOT I“ (der damals natürlich nur ROBOT hieß …) mit dem Federmotor darin vergleicht, haben diese Kameragehäuse exakt die gleichen Dimensionen. Ich kann mir schwer vorstellen, dass es gelingen konnte in einem ohnehin schon zierlichen Gehäuse NACHTRÄGLICH einen – auch tatsächlich anforderungsgerechten – Federmotor (samt ergonomisch funktionsgerechtem Aufzugsrad!) zu integrieren, ohne einen Millimeter mehr in Länge-Höhe-Breite zu brauchen. Diesen letzten Punkt führt auch besonders P.-H. Pont in seinem Kilfitt-Buch an.

Ehrlich gesagt habe ich mich schon sehr amüsiert, wie hier das Klischee so zutraf, wie man es im Allgemeinen erwarten würde:

Die „ROBOT/Berning-Fraktion“ (Sammler, Forscher und auch die Wikipedia-Berning-Seite) vertritt die Legende der Berning-Erfindung beim Federmotor; die „Kilfitt-Fraktion“ (Sammler, Forscher und Autoren) vertritt den Standpunkt der Kilfitt-Gesamterfindung.

Während es im Web unterschiedliche Lesarten dazu gibt, hat HHB’s  jüngste Tochter Veronika in ihrer privatschriftlichen Familien-Chronik über die Entstehung der Firma RoBoT dieses Detail nicht erwähnt.

Ich finde das so wunderbar exemplarisch, dass es mich reizt nachzusehen, ob man das grundsätzlich klären könnte. Da keimte mit einem Kontak zur Unternehmer-Familie natürlich Hoffnung auf.

Herr Bahr, was hat man denn in der Familie zu dem Punkt erzählt?

JB: In der Familie galt wohl weitgehend die Auffassung, dass die Federwerks-Idee von HHB stammte – vielleicht war das auch von den Sammler-Forschern beeinflusst. Und man hörte es wahrscheinlich auch gerne. Warum sollte man das hinterfragen – klingt doch schön aus Sicht der Nachfahren! Ich kann mich aber an keine einzige familieninterne Aussage erinnern, dass HHB tatsächlich irgendwann gesagt haben soll, dass in Wahrheit ER die Idee mit dem Federmotor hatte.

HB: Da wir offensichtlich bisher noch keine Primär-Quelle zu dieser Frage besitzen, werde ich mich jetzt erst einmal auf die Kilfitt/Berning-Patente zum ROBOT konzentrieren: das sind schließlich per se Primär-Dokumente, die sich nicht nachträglich manipulieren lassen. Das Patentwesen ist in Europa schließlich seit über 150 Jahren sehr wohl geordnet und dokumentiert. Ich habe da auch genug Erfahrung, um das selbst recherchieren zu können und bin gespannt, ob wir daraus etwas schließen können.

Es wäre schön, wenn Sie an den im Jahr 2002 aufgetauchten Dokumenten dran bleiben könnten.

SCHNITT – so wurde es dann gemacht: beide Autoren haben erst einmal ihre Recherche-Hausaufgaben gemacht.

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Fig 4: Pause beim Recherchieren der ROBOT-Unterlagen – Quelle: fotosaurier

Gut sechs Wochen später schickte ich Jürgen Bahr das Ergebnis meiner Patentrecherche zu, zunächst zusammenfassend in Form einer Tabelle:

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Fig. 5: Alle Kilfitt/Berning-Patente laut DEPATISnet, die sich zwischen 1931 und 1938 auf den ROBOT bezogen haben. In den Spalten Erfinder und Anmelder habe ich strikt die Angaben aus der dortigen Bibliographie verwendet – source: fotosaurier

Und so ging der Autoren-Dialog weiter:

HB: Hallo, Herr Bahr. Ich habe meine Patentrecherche abgeschlossen. Dazu habe ich mich des digitalen Deutschen Patent-Portals „DEPATISnet“, des Europäischen „espacenet“ und auch direkt der nationalen „Canadian Patent Database“ bedient. Dabei habe ich sowohl alle Berning-Patente als auch alle Kilfitt-Patente gesichtet, die sich von 1931 bis 1938 (Ausscheiden von Kilfitt aus der Firma Berning) auf die Kamera bezogen haben. Die Tabelle habe ich Ihnen inzwischen zugeschickt.

JB: Das habe ich mir angesehen und ich habe eine Frage: warum sind bei den englischen Patentanmeldungen keine Erfinder genannt?

HB: Das liegt offensichtlich an dem – zumindest damaligen – britischen Patentsystem, das meines Wissens erst ab 1977 international harmonisiert wurde. Kilfitt selbst ist in der Bibliographie als Anmelder (und damit Patentinhaber) benannt. Im GB-Patent erklärte sich damals der Erfinder persönlich im Text der Patentsbeschreibung (Patent-Specification), wie im folgenden Bild zu sehen ist:

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Fig. 6: Titel-Ausschnitt aus dem zweiten Britischen Patent – Quelle: Europäisches Patentportal „espacenet“

Daher müsste bei den GB-Patenten, die beide mit dem Text „I, Heinz Kilfitt, …“ beginnen – mit dem Unterschied, dass im älteren Patent GB 411 347 die Scheibenstraße in Düsseldorf als Adresse genannt ist – ebenfalls Kilfitt als ERFINDER genannt werden.

Ich will hier kurz dieses Recherche-Ergebnis aus meiner Sicht interpretieren:

Vor 1931 hat Heinz Kilfitt nach meiner Recherche keine Patente für die Kamera angemeldet. Ich kenne auch keine Aussagen, mit welchen Ankündigungen der endgültigen Ausstattung Kilfitt den anderen Kamerabauern den Prototyp angeboten hat.

Alle deutschen Patentanmeldungen (6) wurden von Fa. Otto-Berning & Co, Schwelm, (in dieser väterlichen Firma war das RoBoT-Entwicklungs-Büro in Düsseldorf, Scheiben-Str. eine externe Abteilung) angemeldet und nennen Heinz Kilfitt als alleinigen Erfinder. Patentrechtlich (es ist ja ein Persönlichkeitsrecht) ist diese Tatsache sehr wichtig. Man kann ja auch mehrere Erfinder nennen.

Bis Februar 1934 (also bis kurz vor der öffentlichen Vorstellung des ROBOT mit Motorantrieb auf der Messe und in Zeitungsanzeigen) taucht das Federwerk nicht EXPLIZIT in den (deutschen und internationalen) Patenten auf.

Die Nennung des Erfinders Heinz Kilfitt als alleinigen Erfinder stärkt Kilfitts rechtliche Position gegenüber der Firma Berning. Auch wenn H.-H. Berning selbst noch in diesen Dingen unerfahren gewesen sein sollte: für den Geschäftsbetrieb und das Kaufmännische haben Vater (Otto) und Onkel (Hermann) ja klugerweise anfangs eine schützende Hülle über den jungen Firmengründer gespannt – und beide Senioren waren in ihren Firmen erfahren in Patentdingen, die sicher auch von einer Anwaltskanzlei unterstützt und beraten waren. Immerhin ging es hier um viel Geld!

Ab Februar 1934 wird das Federwerk in den Patenten offen gelegt. Das ist völlig im üblichen Rahmen: man vermeidet die Beschreibung einer Kern-Erfindung, die die Erfindung für den Markt besonders interessant macht, bevor das Produkt sowieso öffentlich vorgestellt oder geliefert wird. Der Grund: ab der „Offenlegung“ der Patentschrift (1 Jahr nach der Anmeldung) kann die Konkurrenz „mitlesen“ und gegebenenfalls eigene „Umgehungslösungen“ suchen oder finden, um die Neuheit zu kontern.

Diese Alleinerfinder-Position Kilfitts bleibt bei den Patenten ab 14./15.2.1934, in denen das Federwerk offen gelegt wurde, uneingeschränkt erhalten. Wäre die Basis-Idee des Federwerks tatsächlich primär von H.-H. Berning gewesen, wäre es eine erstaunliche Schwächung der rechtlichen Position der EIGENEN Firma gegenüber Kilfitt gewesen, dann NICHT Berning als Mit-Erfinder der Kamera zu nennen. Das geschah aber nicht.

Das würde auch dann gelten, wenn die „Idee“ des Federwerk-Filmtransportes in einer mündlichen Besprechung initiativ als „Idee“ durch Berning eingeflossen wäre. dabei muss man ja sagen: als Anmelder hatte die Firma Berning die Macht und die Kontrolle über den Inhalt und die Rechte aus der Anmeldung.

Also ist aus den Grund-Aspekten des Patentrechtes allein nahezu sicher davon aus- zugehen, dass Kilfitt das Federwerk seinerseits bereits im Basis-Paket der Kamera-Ausstattung vorgesehen hatte. Aber eine absoluter Beweis ist auch dies nicht, denn:

Selbstverständlich konnten die rechtlich-wirtschaftlichen Verhältnisse zwischen Kilfitt und der Firma Berning bzw. dem Gründer H.-H. Berning VERTRAGLICH ZUSÄTZLICH und anders geregelt sein – durch Anstellungsverträge, gesonderte Verträge über das geistige Eigentum und dessen Nutzung und auch durch den Gesellschaftervertrag der Fa. Berning, da ja H. K. auch Gesellschafter (40%) gewesen sein soll.

Auf privatschriftlicher Vertragsbasis könnte also dennoch im Grunde alles offen sein – ohne Kenntnis dieser Verträge kann man das Thema rechtlich-wirtschaftlich nicht abschließend beurteilen.

Trotz dieser Einschränkung hat nach der Patent-Lage – unter Annahme eines allgemein üblichen Geschäftsgebarens der Beteiligtenmit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit Heinz Kilfitt die Federmotor-Idee gehabt.

JB: Welche Rolle können die ausländischen Patentanmeldungen in diesem Zusammenhang spielen?

HB: Zur Frage „Wer hat die Idee gehabt“ spielen die aus meiner Sicht zunächst keine Rolle.

Ich habe meine Schlussfolgerung aus den deutschen Patentanmeldungen gezogen, weil diese fast bei allen ausländischen Anmeldungen auch als Priorität genannt und eingetragen sind – mit Ausnahme des Kanadischen Patentes. Das spielt – wie das Schweizerische Patent – wahrscheinlich eine Sonderrolle, mit der ich mich hier aber gar nicht befassen möchte. Diese beiden Anmeldungen haben vermutlich mit den ursprünglichen Erfinderrechten gar nichts zu tun – die waren ja jeweils längst dokumentiert.

JB: Welche Rolle könnten sie gespielt haben?

HB: Das wird jetzt rein spekulativ! Die Kanadische Anmeldung hat Herr Kilfitt im September 1934 auf sich als Anmelder/Patentinhaber UND Erfinder getätigt. Davon muss Berning nicht unbedingt etwas gewusst haben. Sie enthält übrigens die umfangreichste und detaillierteste Beschreibung der Kamera sogar bis hin zu Zubehördetails!

Und schon davor, im Juli 1934, hatte Firma Berning eine Anmeldung in der Schweiz getätigt, ohne Kilfitt als Erfinder zu nennen – bzw. mit der Nennung der Firma als Erfinder. Sowas ist ja rechtlich bei uns heute auch möglich – besonders bei Arbeitnehmer-Erfindungen. Die Erfindung MUSS ja an die Firma übertragen werden, wenn die sie beansprucht.

Der Interpretations-Spielraum ist da groß. Es könnten quasi „Rückfall-Patentanmeldungen“ sein, die jeweils für den Fall gemacht wurden, dass in der Geschäftsbeziehung der Partner etwas schief ginge. Es kann genauso gut zwischen den Partnern vereinbart und abgesprochen gewesen sein. Ich habe keine Informationen darüber gefunden.

JB: Ihre Schlüsse aus der Patentlage wirken überzeugend auf mich. Ich bin bisher noch nicht zu einer gründlichen Auswertung des kleinen Aktenfundes aus Schwelm im Jahr 2002 gekommen. Ich sende Ihnen die Papiere jetzt einfach zu und wir besprechen dann gemeinsam, ob sich daraus neue Aspekte ergeben.

SCHNITT – so wurde es gemacht und eine Woche später meldete ich mich nach der interessanten Lektüre der Unterlagen, die Herr Bahr mir geschickt hatte wieder:

HB: Der Original-Aktenfund aus dem Jahr 1934 lieferte leider keine neuen Erkenntnisse in Bezug auf die Frage der Federmotor-Idee. Das interessanteste Fundstück in dem Konvolut, das Sie mir zugeschickt haben, ist diesbezüglich die Kopie des Interviews mit H.-H. Berning im „Südkurier“ (Konstanz) vom 14.11.1981, 17 Jahre nach seinem Rückzug  aus und Verkauf der Firma ROBOT. Diese Interview kannte ich bisher nicht.

In diesem Zeitungsartikel, der das Interview summarisch zusammenfasst und nicht im Interview-Wortlaut wiedergibt, findet sich folgende Passage über die Entstehung des ROBOT (Sie hatten mir ja die Stelle extra angestrichen):

Interview-Südkurier-14.11.1981

Fig. 7: Ausschnitt aus dem Bericht über das H.-H. Berning-Interview am 14.11.1981 im Südkurier, Konstanz – Quelle: fotosaurier , Repro nach einer Kopie der Zeitung

Mir erscheint das hier fast grotesk, dass Herr Berning hier den Namen des „Tüftlers“ – nämlich Kilfitt, der die Grundlage seines Unternehmer-Wohlstandes geschaffen hatte – unterdrückt, ihm aber in der Sache selbst alle Ehre gibt: die Erfindung einer Kamera, die Filme selbständig transportiert.

Ich gehe einmal davon aus, dass dieser Text von HHB inhaltlich autorisiert erschienen ist. Wie sehen Sie das?

JB: HHB war alles andere als naiv, er galt als sehr guter, gewiefter – ja sogar sehr cleverer – Geschäftsmann. Unter dieser Annahme, dass dieser Artikel im Südkurier im Detail autorisiert war, ist das für mich persönlich das „letzte Puzzlestück“ in dieser Recherche, das das Bild vervollständigt:

Fazit – Ja, Kilfitt hatte von Anfang an die Idee des Federmotors im „ROBOT“.

Hätte H.-H. Berning ausgerechnet die Idee für das WICHTIGSTE Merkmal für den Erfolg des Produktes selbst gehabt – er hätte diesen Umstand historisch nicht einfach so untergehen und Spekulationen anheim fallen lassen … Und – mal ehrlich – wäre Kilfitts Leistung ohne dieses Hauptmerkmal 40% der Anteile an der Firma Wert gewesen (die H.K. ja gehabt haben soll!)?

Ich habe auch noch einmal gründlich nachgedacht: aber es scheint keine lebende Personen mehr zu geben, die man darüber hinaus heute noch fragen könnte. Haben Sie einmal versucht, in der Kilfitt-Familie nach Spuren zu suchen?

HB: Gut, dass Sie das ansprechen, Herr Bahr. Nein, ich habe das meinerseits nicht mehr versucht. Der Grund: Patrice-Hervé Pont, der ja ein kundiger und begnadeter Rechercheur in der Foto-Historie ist, hatte das anscheinend für sein KILFITT-Buch, das 2010 in französischer Sprache erschien, versucht. Er schreibt auf Seite 6 des Buches, dass die Familie Kilfitt leider nicht zur Bereicherung seines Buches („enrichir la documentation“) beitragen wollte. Wir haben meiner Meinung nach nicht das Recht, Privatpersonen wiederholt in einer solchen Angelegenheit zu kontaktieren, wenn bekannt ist, dass sie das nicht wünschen.

Allerdings: Wenn jemand dieses liest, der zu dem Thema etwas beizutragen hat, dann würde ich mich freuen, wenn er sich melden würde: entweder über die Kommentar-Funktion oder die Kontaktadresse im Impressum.

JB: Das ist ein gutes Schlusswort.

HB: Dann sind wir am Ende dieser Reise angekommen, die wir ein halbes Jahr lang gemeinsam gemacht haben. Es war spannend – und ich habe dabei viele Erkenntnisse gewonnen und es sind so viele neue Fragen aufgekommen, dass ich sicher noch einmal auf das Lebenswerk von H.-H. Berning aus anderen Blickwinkeln zurück kommen werde.

Berlin/Radolfzell, im April 2021

NACHTRAG:

Nachdem wir unsere Geschichte veröffentlicht hatten, haben wir die klassischen ROBOT-Chronisten in Deutschland (Hans Grahner, Michael Ensel und Dr. Beltermann) und auch weitere Foto-Historica-Experten nach ihrer Meinung dazu befragt (mit Pont und  Bellon haben wir leider noch keinen Kontakt herstellen können).

Der entschiedenste Einwand kam danach von Hans Grahner, der uns mitteilte, er könne in unseren Argumenten keinen endgültigen „Beweis“ sehen. An dieser Stelle möchten wir darauf hinweisen, dass wir in unserem Text selbst festgestellt haben, dass trotz der Stärke der gefundenen Indizien dies kein „endgültiger Beweis“ sein könne und vielleicht nie sein werde, solange keine neuen primären Quellen auftauchen. Also nennen wir es ab jetzt einen „Indizienbeweis“.

Herr Grahner wiederholte die bekannten Argumente für seine Sicht der Dinge, und er machte außerdem per Mail an uns eine überraschende Mitteilung: er habe 1985 im Zuge der Recherchen für sein erstes ROBOT-Buch mit Herrn H.-H. Berning ein Interview geführt, in dessen Verlauf Herr Berning festgestellt habe, dass er die entscheidende Idee des Federwerks beigetragen habe – Herr Kilfitt habe nur die Konstruktion dazu durchgeführt. Die Idee alleine sei eben nicht patentfähig (stimmt!), deshalb sei Herr Kilfitt patentrechtlich der alleinige Erfinder (dieser Standpunkt ist im gegebenen Zusammenhang allerdings nicht korrekt – eine Begründung steht am Ende dieses Textes).

Der genannte Zeitpunkt für das Interview war ein Jahr vor H.-H. Bernings Tod und vier Jahre vor dem Erscheinen des ersten Buchs von Hans Grahner (ROBOT – Geschichte und Technik, Aachen, 1989). Nach erneuter sorgfältigster Überprüfung dieses Buches und auch des zweiten, 2002 erschienenen, Sammler-Buches stellen wir fest, dass ein solches Interview in beiden Büchern nicht als Quelle genannt wird. Das ist bedauerlich, denn es wäre bei der extrem dünnen Primär-Quellen-Situation in diesem Falle für alle Interessierten eine wichtige Information gewesen, die wir nun – quasi beiläufig – 36 Jahre später erhalten.

Es soll nicht der Eindruck entstehen, dass wir Herrn Grahners neue Information für unglaubwürdig halten – es ist nur so, dass wir Herrn Bernings Aussage nach dem umfangreichen Indizien-Check für wahrscheinlich unzutreffend halten, nachdem Herr Berning vier Jahre vorher (14.11.1981) im Interview mit dem Süd-Kurier sich entgegengesetzt zitieren ließ – und der Inhalt dieses Interviews damals auch zeitnah veröffentlicht wurde.

Nun haben wir auch noch zusätzlich das Interview zum 80sten Geburtstag von Heinz Kilfitt im Münchner Merkur zu berücksichtigen, in dem Kilfitt die Idee des Motorantriebs klar für sich beansprucht, und das die ROBOT-Nachfolgefirma (robot visual systems im Jenoptik-Konzern) in der Jubiläums-Schrift „Den Augenblick festhalten“ zum 75sten ROBOT-Firmen-Jubiläum 2008 zitiert mit dem Satz: „Es wäre schön, … wenn es eine Kamera gäbe, die man beim Fotografieren am Auge lassen könnte, ohne sie jedes Mal beim Filmtransport wegnehmen zu müssen.“

In dieser internen Firmen-Denkschrift (ohne ISBN-Nr. – das 135seitige Buch liegt uns vor) wird die Entstehung der Kamera sehr sachlich und konsequent so beschrieben, dass damit Heinz Kilfitts vollständiges Konzept einer motorisierten Kamera umgesetzt wurde. Wir sehen darin einen ähnlich sachlich-logischen Umgang mit der Materie, wie wir ihn uns auf die Fahne geschrieben haben.

Um es noch einmal zusammen zu fassen: es sind heute insgesamt 4 Interviews bzw. Zeitungsartikel zwischen 1978 und 1985 bekannt. Zwei Interviews mit Heinz Kilfitt (Münchner Merkur 1978 und Salzburger Nachrichten 1980), in denen dieser die Idee des Federmotors für sich beansprucht, was durch die gesamte uns bekannte sachliche „Indizienlage“ gestützt wird. Von zwei Interviews mit H.-H. Berning (Südkurier, 1978 und mit H. Grahner, 1985) spricht dieser im ersteren Kilfitt die Federwerks-Idee zu (dass der zusammenfassende Zeitungstext das Gespräch korrekt wiedergibt und autorisiert war ist ebenso wahrscheinlich wie die Möglichkeit, dass er im Wortlaut nicht autorisiert gewesen wäre) – im zweiten Interview, das Hans Grahner kürzlich als seine Quelle offenbarte, soll er die Idee für sich beansprucht haben. Eine Autorisierung dafür seitens H.-H..Berning ist auch hier nicht vorliegend bekannt. Zu diesem Zeitpunkt war Heinz Kilfitt bereits verstorben – das Erscheinen des ersten Buches von H. Grahner (1989) haben beide Herren nicht erlebt.

Tatsächlich müssen wir wohl damit leben, dass über den „Indizienbeweis“ und Wahrscheinlichkeits-Aussagen hinaus keine absolut sichere  Aussage mehr möglich sein wird. Glücklicherweise gibt es aber zwei Lebenswerke, die in ihrer jeweiligen Art und Größe davon unbeeinflusst Bestand haben werden:

  • das Lebenswerk des begnadeten Konstrukteurs Heinz Kilfitt, das bei Weitem nicht nur aus ROBOT bestand,
  • und das Lebenswerk des erfolgreichen Unternehmers H.-H. Berning, das in großer Nachhaltigkeit bis heute fortgeführt wurde und Bestand hat.

Leider muss man aus dem Verlauf der bekannten Ereignisse schließen, dass das gemeinsame Werk am Anfang beider Laufbahnen die Menschen nicht dauerhaft zu Freunden werden ließ. „Unkomplizierte Charaktere“ waren wohl beide nicht – aber das spielt hier keine Rolle, beweist in der Sache nichts – und geht uns auch nichts an …

Das Literaturverzeichnis wurde dem neuen Stand entsprechend bereits ergänzt und korrigiert, wo es nicht korrekt war.

P.S. – zur Rolle des Erfinders im patentrechtlichen Sinne:

Ein Patent ist ein persönliches Recht (Privileg). Es muss einerseits eine Neuheit in seiner Art darstellen („Die Idee“) und andererseits realisierbar sein: die offenbarte „Konstruktion oder das Verfahren“ müssen ausreichend nachvollziehbar dargelegt werden.

Richtig ist, dass eine bloße „Idee“ – ohne die Anleitung zu Ihrer Realisierung – nicht patentfähig ist. Die schönste Konstruktion nützt jedoch auch nichts, wenn die entsprechende „Idee der Neuheit“ nicht dahinter steht – also die Idee, die aus dem besonderen Konstrukt ein patentwürdiges Ding macht. Es ist also falsch, dass nur die Konstrukteurs-Tätigkeit als Erfinder-Eigenschaft zählt.

Es ist absolut unglaubwürdig, dass ein Unternehmer auf seinen anteiligen Erfinderstatus verzichten würde, da er damit seine rechtliche und wirtschaftliche Position dramatisch schwächen oder verschlechtern würde. Wer täte das – vor allem, wenn er selbst Anmelder und Inhaber des Patents ist. Das können wir uns – speziell bei den gestandenen Kaufleuten der Berning-Familie – nur schwer vorstellen.

Literaturverzeichnis:

  1. Verschiedene persönliche Mitteilungen durch Herrn Jürgen Bahr von Dez. 2020 bis April 2021.
  2. Website „www.robot-camera.de“ von Michael Ensel
  3. Hans Grahner, ROBOT – Geschichte und Technik, Eigenverlag, 1. Auflage, Aachen 1989 (ohne ISBN-Nr.)
  4. Hans Grahner, Robot – Das Sammlerbuch, Eigenverlag, 1. Auflage 2002, Aachen (ohne ISBN-Nr.)
  5. Artikel von Dr. Beltermann in Photografica Cabinett, https://www.cabinett.de/heft-7/
  6. Blog-Artikel „Robot Royal III“ – 2. Teil in Website „KAMERAS“ von Peter Lausch, https://www.lausch41.com/robotroyal2.htm
  7. Patrice-Hervé-Pont, Kilfitt / Zoomar, 2010, Club Niepce Lumière, Ecully (F), ISBN 978-2-953-1991-4-7
  8. Patentliteratur aus den digitalen Archiven DEPATISnet, espacenet und Canadian Patent Databases
  9. Artikel im Münchner Merkur zum 80. Geburtstag von Heinz Kilfitt, 1978 – zitiert in Nr. 13 dieses Literaturverzeichnisses
  10. Artikel über Heinz Kilfitt in Sonderbeilage der Salzburger Nachrichten 31.3.1980
  11. Interview mit H.-H. Berning, Südkurier, Konstanz, vom 14.11.1981
  12. Mitteilung von Herrn Grahner im Mai 2021 über sein Interview im Jahr 1985 mit H.-H. Berning – wörtlicher Inhalt dieses Interviews ist nicht bekannt.
  13. Den Augenblick festhalten / Capture the Moment – Firmenschrift zum 75. Robot-Jubiläum der ROBOT-Nachfolgefirma robot visual systems, Monheim, 2002, Redaktion Sabine Preller (ohne ISBN-Nr.)

Bemerkung: es gibt natürlich viel mehr Literatur zum Thema ROBOT (siehe Literaturverzeichnis im Buch von Herrn Grahner), ich habe hier nur angegeben, welche Literatur beziehungweise Mitteilungen wir heran gezogen haben, um diesen Text zu verfassen.

 

My Crazy Lenses / Meine sehr speziellen Objektive – Focal length 24mm / Brennweite 24mm – FoV 84° – Part I

What was the real improvement in SLR-wideangle-lenses since the invention of the retrofocus principle over the last 65 years? Does my personal judgement from analog-film-days which lead to the definition of „legendary optics“ – which I kept in my lens-portefolio over that time – correlate with objective resolution-measurements? Here are my findings.

1 – Introduction

24mm focal length is a real milestone in spreading the field of the view in wideangle lenses, coming down from FL 35mm over 28mm. For the SLR-camera-user this age started with the appearance of the retrofocus lenses in the 1950s. Several designers came out with this optical principle within three years – with Pierre Angénieux earning the honours of being FIRST (in time and quality – 1950, 35mm f/2.5) in this disciplin.

This is a report about SLR-lenses for 35mm-still-foto-cameras with focal lengths (FL) between 23mm and 25mm.

This is a report about a number of legendary lenses, which I happen to own or could lend from a friend  („phothograf“), most of them being milestones of optical engineering in their respective design-periods.

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Fig 1: three of the very first historical retrofocus-lenses with FL 24mm and 25mm – source: fotosaurier

Over the decades of my own practical use of SLR-lenses (of nearly all makers-brands!) has lead me to an understanding of the quality for normal photographic use.

This collection of test candidates does NOT claim to be a COMPLETE collection of all design legends of 24mm/25mm. There is a large gap in time with prime-lenses between 1984 and 2015. That means: the legendary first historical aspherical lenses in this range are missing in the comparison. If I ever will be able to get hold of them for a test, I would update this article. The modern lenses tested for comparison are (of course) all aspherical types!

In spite of the fact, that important legendary lenses of the 1980s and 90s are missing here, this report allows to draw some interesting conclusions about important steps in optical lens-engineering, which finally lead to Ultra-Wideangel-Lenses which have uniform resolution and contrast over the complete field of view (FoV).

I have always looked for a method to show the quantitative progress in optical quality of photographic lenses over the nearly last 100 years – and I think I have found a good way to understand this progress with my new comparison-charts (Fig. 4 and Fig. 5 see below). What was surprising: the progress over time is independent of the lens-maker and brand. It is generated by a sequence of milestone-like innovations by singular design-legends, innovative calculation progress, creation of new glass-formulations and finally the lens-making-process – espacially allowing for the production of aspherical lens-surfaces! Once the innovation-step is basically made, it is spreading around the globe very quickly (typically within one or two years!).

There are few lenses, which stand out of the general quality-development curve, reaching a higher level of resolution earlier than most others – to be seen here mostly in Fig. 5:

ATTENTION: These measurements are made with USED lenses today, some of which are more than 60 years old! There are influences from ageing and wear (even abuse …) which have become part of the lens-properties when we measure them after long time. However, I only make measurements with samples of lenses, if the optics are clear and undamaged and the mechanics do not show excessive wear or abuse.

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Fig. 2: Starting with big-big negative front-meniscus-lenses (at left Angenieux Retrofocus 24mm f/3.5 and Zeiss Jena Flektogon 25mm f/4) the lens-designers soon learnt to reduce the front-lens diameter (at right: Distagon 25mm f/2.8 for Contarex and Olympus OM 24mm f/2,0), creating better results and generating lens-bodies, which were more acceptable  – source: fotosaurier

2 – Data section for 15 historical 24/25mm-prime lenses, 3 modern 23/25mm prime lenses and 4 modern zooms at 24mm-setting:

24er_all-physical-data_1
Fig. 3: Physical Data and resolution data  of all the tested lenses – the c/y-mount-Distagon of 1970 I could not measure stopped down. Therefor it is missing in the following comparison-diagrams. „Milestone-lenses“ are marked green – source: fotosaurier

Out of this Chart I have filtered two separate charts, showing the development of RESOLUTION over the decades.

Fig. 4 shows the center-resolution open aperture (blue) and stopped down to the aperture with the highest resolution (green) in the center:

23-25mm_Resolution_Center

23-25mm_Diagram_Center
Fig. 4: Center Resolution-values  of 21 Lenses at FL 23-25mm at open aperture (blue) and stopped down to optimum aperture (which means: the aperture at which the weighted mean over all the 46 measurement-places in the 24x36mm-frame is maximum. (The maximum center resulution-value of the individual lens may be higher.) In Fig. 3 you can look-up, which the optimum aperture is. – source: fotosaurier

The second chart is showing the corner-resolution at open aperture (blue) vs. the best resolution-value stopped down (green) in the corners (mean value over all four corners) – where „corner“ means a value of 88% – 92% of the full picture circle of the lens which is 21.5 mm radius:

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23-25mm_Diagramm_Corners_korr
Fig. 5: Corner Resolution-values  of 21 Lenses at FL 23-25mm at open aperture (blue) and optimum aperture (green, which means: the aperture at which the weighted mean of all the 46 measurement-places over the 24x36mm-frame is maximum. (The maximum corner resulution-value of the individual lens may be higher.) – source: fotosaurier

You see, that nearly all of the difference in resolution of historical top-notch wideangle-lenses for SLR is in the corners of the picture (and of course also continuously in-between center to corner areas). This is easy to understand, because the difficulties for lens-correction rise dramatically with the FoV, which is here 84 degrees corner to corner diagonally.

Besides the resolution, there are other important properties, which improved dramatically over these six decades of lens-engineering history:

a – Chromatic aberration (CA in pixel): It is very low in all these lenses in the center. It typically ranged between 4 and 8 pixels in the corners for the very first lenses of this type. It stayed around 2-3 over the time before aspherical lens-surfaces could practically erase it. Today with the best modern lenses, the value is close to zero (under 0.5) without camera correction and zero with correction.

Among the early lenses the Zeiss Distagon 25mm f/2.8 (though not really outstanding in resolution compared to the other early lenses) pops out, because it had already values of 2-2.5 pixel in the corners – together with the „unicorn“ Topcor 2,5cm f/3.5.

Please consider, that the CA-value in pixel for the same lens is the higher the smaller the pixel size of the sensor is  – here 1 pixel is 3.77 µm.

b – Linear distortion (%): distortion shows – from the beginning – the biggest differences between the legendary lenses of the different designers and brands. The designer has to do a compromise-job in each lens, balancing out the design between resolution, chromatic aberrations and distortions. 0,5 pixel is a very good CA-value even acceptable for acrchitectural work (though „zero“ would be better, of course), 0,75-1,0 pixel is a good compromise-value and 1.5 pixel just acceptable for alround use.

Looking at the spread-sheet Fig. 3, it is surprising, that Angénieux with the very first retrofocus-lens of this wide angle decided to go for nearly „ZERO“ distortion in his design! He had gone close to zero in the 35mm and 28mm-designs before that, too! Probably he wanted to give a statement of his art, because this was really difficult at that time … At the same time he accepted a somewhat higher CA of 7-8 pixels (corresponding to 0.03-0.04 mm). In my collection of top-notch lenses such a low distortion does not appear again before the modern Zeiss Batis Distagon 25mm f/2.0 – and only the legendary 1971 Minolta MD 24mm f/2.8 (including the VFC-Version) came very close with ca. 0.18-0.29% distortion in my measurements.

c – The close-focusing system: there are further innovations to consider, e.g. the lens-design for close focusing. Here one of the important innovations is the floating-element close focusing system – introduced 1971 by Nikon and Minolta first for wideangle lenses as far as I know. This is one of the early merits of the two 1971/75 24mm-Minolta-lenses.

3 – Conclusions:

3.1 Center-resolution:

Since the early days of geometrical optic lens-design with Petzval, Abbe and Seidel, lenses could be designed absolutely perfect for nearly unlimited image-quality (resolution and CA) „on-axis“, which means: in the center of the picture-field … And the  famous designers did it all the time – as soon as they used 4 or more elements in a photographic lens-system.

The first time, I found a proof for that, was with my resolution-measurements on Bertele’s first Ernostar 100mm f/2.0 from 1923 (a four-element-design WITHOUT COATING!). Compared to the legendary Leitz Apo-Macro-Elmarit 100mm f/2.8 from 1987, this lens achieved 98% of the resolution in the center – but only in the center! See my Ernostar-Bog-Article here. (This was the very first report in my photo-blog …)

So, it is not really surprising, what Fig. 4 is telling us: all top-notch lenses show a very high resolution level in the image center since the invention of the retrofocus wideangle design in the 1950s – and they are all on the about same level – though being historical lenses with up to 65 years of age on their back! The reason for that result is, of couse, that only legendary lenses of all brands are taken into the comparison! Maybe the Takumar-lens happens to be one of the weaker examples …

The Olympus OM 24mm f/3.5 „shift“ drops down somewhat against its neighbours. That is no quality issue: this lens has an image-circle diameter of 57mm for up to 10 mm shift! It came out 1984 long before Canon brought out its famous tilt-shift-lenses … Look at the corner-resolution result of this lens in Fig. 5 – it resolves extremely even over its FoV!

in this graph I marked two horizontal lines: one for the resolution of 2.000 LP/PH (linepairs per picture height), corresponding to the resolution of a 24 MP-sensor, which today is the de-facto-standard for  modern digicams. It normally has 4.000 by 6.000  pixels – and 4.000 pixels in the picture height, corresponding to 2.000 Linepairs. At the same time it is just (+15%) above the 21 MP which I estimate for the resolution of modern analogue (general purpose) film emulsions.

The other (upper) horizontal line marks the 3.184 LP/PH Nyquist-frequency of the Sensor in the Sony A7R4-digicam. This is physically the limiting resolution-value for the camera itself. Today, however, the software-algorithms in the camaras can generate structures in the picture, which are typically 15 – 20% higher in resolution, compared to the Nyquist-frequency. And they do this without creating an artificially looking „oversharpened“ picture! Good job!

This means:

All the legendary historical 24/25mm-retrofocus-lenses for SLR-cameras do out-resolve the modern 24 MP-Digicams in the center – mostly even with open aperture! And many of these lenses even come very close to (or exceed) the Nyquist-Frequency of my 60,2 MP digital camera.

Among the historical lenses two examples peek out a little bit (they peek out much more in the graph for the corner-resolution!):

The legendary 1959 Topcor 2,5cm f/3.5 exceeds the Nyquist-frequency of 3.184 LP/PH – and stopped down to f11 it is in the center the highest resolving of my 24/25mm-lenses until today. Together with the tremendous result of its corner-resolution it is one of the exceptional lenses, which I call my „UNICORNS„. Until today, I have not found any explanation for the astonishing early level of performance of this lens – how could that have been achieved? (15 years before the next-best Olympus-lens!) – and who did it? – and where did this person go afterwards, when Topcons innovative power faded out, to bring in her/his inginuity? (… to Olympus?). (This observation refers to other early Topcor-lenses al well!)

The other unicorn peeking out here is the Olympus OM 24 mm f/2.0 of 1973. In my lens-collection it is exceeded only by the 40 years younger Zeiss Batis 25mm f/2.0.

Referring to the zoom-lenses (set at FL 24mm) in this test: I just was curious, where the modern zooms would stand in such a comparison. We learn that the 1kg-Monster-Tokina 24-70mm zoom at 24mm has one of the best results – even at f/2.8 … in the center of the picture.

At the end of the line-up of 21 lenses I put the Fujinon-Zoom 32-64mm f/4 at 32 mm on the Fujifilm GFX100 (33x44mm – 102 MP), which corresponds to FL 26mm on „full-frame 35mm“. This shows, that for an essentially higher resolution in the picture-center, we today have to go to a larger sensor-format.

3.2 Corner-resolution:

Fig. 5 contains the important informations of this comparison-test. It shows, that step by step all the improvements in innovative design, glass-formulations and aspherical surface-generation were needed to bring finally the corner-resolution of the picture up on par with the center resolution at 24mm focal length, which is possible today – but only with the use of aspherical lens-elements!

In the graph for the corner-resolution I have added a third horizontal line, which marks the resolution at 50 Lines/mm – corresponding to 600 LP/PH. This is needed to judge the corner-resolution of the early historical lenses.

In the 1960s a wideangle-lens was rated „very good“, when it achieved a resolution of 40 Lines/mm (Modern Photography and others). I have written an article about this already here (in German).  Open aperture most super-wideangle-lense started open aperture in the range of 26 to 32 L/mm in the 1950s and 60s. Stopped down practically all the tested historical lenses surpassed the 40 L/mm-limit.

From 1958 on (ENNA) the stop-down corner-resolution rises continualy (with the exception of the two „unicorns“, already identified in Fig.4) until end of the 1970s,  it arrives close to the 2.000 LP/PH-level, which means: from now on the top-notch-lenses out-perform standard analogue fine-grain film (1977 Nikkor and 1984 Olympus). This last step was then achieved by the use of extraordinary dispersion glass-types.

The two „unicorns“ in this test arrive much earlier at this level: the Topcor 2,5cm f/3.5 out-performs analogue film already in 1959 and the 1973 Olympus OM 24mm f/2.0 exceeds this and comes close to todays modern aspherical lenses.

The modern aspherical prime-lenses are represented in my test by two very different samples:

There is the 23mm f/4 Fujinon, which originally is a GFX-lens – but in this test it is measured in the 24x36mm-Mode also with 60.2 MP on the GFX100, showing the state of the art for these modern aspherical lenses.

Just as I made my measurements for this test, the SIGMA i-Series 24mm f/3.5 arrived as a representative of a new thinking: no „impressive“ technical data   – but (hopefully) impressive preformance instead. The result shows: it achieves reference status on a 60.2 MP-sensor with corner-resolution at 85-95% of center-resolution, plus zero-distortion, zero-CA and very close focussing!

Also great news: modern zooms like the Sigma G 12-24mm f/4 – measured at 24mm – arrive now at this level of prime-lenses also in the corners!

As I had no samples of the early historical aspherical lenses in this test, we can not see, in which steps the aspherical lens surfaces moved the wideangle-performance in the picture-corners to the present level.

Maybe this gap can be filled out in some future times.

NOTE 1 – All resolution-values, which are published in this article, refer to MTF30 – what means: the point on the MTF-curve (see Fig. 7), which hits the 30% contrast value.

NOTE 2 – in Part II of this Article I will share some more informations about each individual lens (including pictures, MTF-curves and  lens-schemes).

Appendix: Method of measurement and definition of results

I use the set-up and software by IMATEST with the original IMATEST-Target. I use the large SFRplus-Setup-Image with a physical hight of 783mm bar-to-bar vertically. The distance from target to lens-flange is 0,97 meters. In this area 46 targets are analysed and I share MFT30-weighted-mean-resolution-values (all-over, center and corner), edge-sharpness, linear distortion and maximum lateral CA-values.

Resolution-values are given in Line-Pairs per Picture Height (LP/PH) – where the picture-height is always 24mm. Edge-sharpness is given in pixels (width 3,77 µm).

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Fig. 6: IMATEST test-target 783mm-bar-to-bar distance. Resolution is NOT measured in the small concentric targets, but at the outside-edges of the black boxes, which are tilted b ca. 5 degrees – source: fotosaurier.

For the measurement I used a SONY A7Rm4 with 60,2 MP-resolution which has a pixel-width of 3,77 µm. The theoretical resolution-limit of the sensor is 3.184 LP/PH (Nyquist Frequency).

The camera setting is used basic as delivered from factory at ISO100 and exposure-compensation of -0.7 stops, using out-of-camera JPEGs. All measurements are made with the identical camera-body (which is important for a precise comparison: I have used one other (earlier) body of this model in comparison, which gave resolution-values between 50 and 200 LP/PH lower than my own camera-body). The repeatability with this method I estimate at 2-2.5%, using ALWAYS manual focusing on the lens with maximum focusing enlargement (11.9-fold) in the camera-viewing-system. Measurement is repeated with re-focusing until a stable maximum resolution at open-aperture of the lens is found and then pictures of the resolution-target are taken with the focussing made wide open for all full down-stops of each lens.

Edge profile (edge-sharpness) is the width of the rise from 10% to 90% intensity at a dark-bright edge in the test target – measured in pixel (width 3,77 with the camera used) – Example shown here for the latest 24mm-prime-lens SIGMA i-Series 24mm f/3,5 – at open aperture f/3,5:

Edge+MFT_Sigma24f3,5
Fig. 7: Edge-profile (top) and MTF-curve (bottom) from the IMATEST software – here the perfect graphs for the brand new Sigma 24mm f/3.5 – at open aperture. I will publish these Curves for all the lenses in PART II of this article – source: fotosaurier

Cromatic Aberration (lateral in the picture-plane) is also measured in pixel separate for red against green and blue against green over the full picture field – in the spread-sheet I note the maximum value, which is in most cases for blue and for most historical lenses in the corners of the picture – sometimes however in the intermediate area.

For more details of testing read my special blog-Article here.

Copyright: Herbert Börger

Berlin, March/April 2021

Ice-Age in Berlin – Berliner Eiszeit

Berlin, Ferbruary 21, 2021

During February 2021 we received a new lesson about the difference between „Weather“ and „Climate“. During rising average-temperatures, accompanied by very mild winters normally, we experienced something, which in fact deserved the name of „WINTER“ with snow, accompanied by temperatures outside your front-door, which you used to know from your deep-freezer!

Water is a fascinating element, which again and again creates wonderworlds for photographers: and I am going to show here some of these wonders, using my „Gartenmikroskop“ („Garden-Microscope“), as I have done with liquid water last summer – see my blog-article „Nach dem Regen“.

For this winter I had hoped, that there would be the occasion to photograph the crystallized form of water in nature (hoarfrost – German: Raureif) – but there were no appropriate conditions here for hoarfrost this year.

Instead we got an impressive occasion to observe amorphous ice.

Here is a teaser-photo:

FrozenTorso_DSCF2125

Picture 1: I called this „The Frozen Torso“ – it is created by water from dewing snow, coming down from our roof. The sun has two important functions here: first dewing the snow and then creating the illumination for this picture…


NOTE: In my photography I only use natural ambient light. My pictures are out-of-camera with just minimal (necessary) adjustments of brightness, gradation-curve, color-dynamic and saturation to show the „real“ scene, which I have seen. My camera for this expedition is the GFX100 with the 120mm-Macro-lens.


In these days before 12.02.2021 (a nice panlindrome date!) we had -15 °C even at noon time with bright sunshine. the days before there had come down 25 cm of snow.

During a short noon-period with the sun perpendicular to the roof, melt-water was generated and was pouring out of the rainwater gutter – down the heavy steel-chain – refreezing directly on the ice-cold steel structure.

Tauwasser-dieAuflösung_Blog_DSCF2020

Pictuere 2: Melt-water running down the steel-chain fom the rainwater-gutter at -15 °C, creating a phantastic sculpture on the chain.

Eisaufstieg3_DSCF2020

Picture 3: Detail – process of „building“ the ice-sculpture.

In the following picture you see the the steel-chain, carrying the ice-sculpture, before it was completely enclosed

Eisige-Nordwand3A_BlogHk_DSCF2026

Picture 4: The golden colour of the steel-chain is real – in summer it is sprinklered with ground-water, which contains high amounts of iron and generates this nice „plating“ at the lower end of the chain. Reflexes and deflections of this chain-surface generate the „Whisky-on-the-rocks“ colour situation on some of the following pictures (and there I may have increased dynamic and saturation, to pronounce this …)

Close to the rainwater-chain there are standing a forsythia and a rose-bush.

The splashing around „undercooled“ melt-water is creating sculptures of their own in these:

ForsythiaEis_Blog_DSCF2004 Eisknospe_Blog_DSCF2011

Picture 5A and 5B: The forsythia-buds, which is dreaming in the ice here, are about to break open within three days from today (14 days after I took this picture), due to a dramatic temperature-rise of 30 K following the deep cold.

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Picture 6: Rosehips „on the rocks“. The blue is from cold, clean-white snow!

If I were a notorious photoshopper, I would have composed myself as a 30 mm tall climber on a rope into the icy „north-side“ of the sculpture …

Eismenagerie1F_Blog_DSCF2013

Picture 7: Freshly sculpered ice at the north-side during the freezing-process.

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Picture 8: … and here the promised „Whisky-on-the rocks“, deflecting the golden colour of the rainwater-chain – colour saturation set „high“.

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Picture 9A+B: Spacy formations, which are created in the first freezing period – surface still wet.

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Picture 10: Extremely dynamic ice-formations – drops still falling down from the rain-gutter…

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Pictures 11 A-C: Clear and deep ice against the sun.

Some sections in the ice looked like deep-sky objects straight against the sun:

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Picture 12: „Deep-sky object“

The sculpture boosted my phantasy in many different views.

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Picture 13: „Asteroid“

After another deep-freezing night and dry weather, the surface of the ice re-crystallized in the surface, which generated a completely different appearance: a matte skin with an opaque, shining body of the ice-sculpture.

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Picture 14 A+B: „Frozen Goliath“ – with a huge Nose and a moustache …

During the freezing-process the water-drops, which hit the growing ice-sculpture, did freeze so fast, that icicles grew in horizontal direction, where the splashing drops had a horizontal component of the dynamic momentum:

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Picture 15: Generation of an oblique icicle due to horizontal momentum of drops and very low temperature, which forces to freeze the water extremely quick.

This leads to such extraordinary details – seen at the next day:

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Pictures 16 A-C: 3D-Icicles

And under certain (natural) lighting conditions, the ice-sculpure can get the look of Metal …

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Pictures 17 A-C: „Frozen Metal Insects“ – this is Ice – Not Metal! I assure you again, that I use no digital filters and no HDR for these pictures – just natural ambient lighting and the fine-adjustment of gradation-curve, colour-dynamic and -saturation.

I hope, you enjoyed my trip through the ice-sculpture, which was created by a fancy mood of nature – and is gone by now since several days!

Copyright – Herbert Börger, fotosaurier – Berlin, 21.02.2021

Long Telephoto-Lenses and Temperature

Would you expect, that the optical performance of your photographic lenses can be seriously influenced by the operating temperature? Have you ever realized lack of sharpness in extreme environmental temperature conditions?

The simple answer is, of course, that within the specifications for use, given by the makers, there should be no such concern. But it is not that simple.

For amateur astronomers with their mostly very long telescope-focal-length optics (mirror or lens) this fact is very common:

before using the instrument in the clear and mostly cold winter-nights, you have to put the telescope early enough outside (shielded against due) to bring it into a thermal equilibrium with the ambient air at the time you start your observations. The reason: during essential temperature-changes of the optical components (mirrors, lenses) and their mounting devices, their surface-shapes and adjustment change and destroy the extremly precise optical alignment – until the thermal equilibrium is restored. The refractor-lenses may be mounted to allow for some thermal differences, but large mirrors have to be mounted and adjusted extremely precise, so that the cooling-down of the mount, that holds the mirror, may even generate mechanical tension on the mirror – and that generates optical distortions! So we should remind: the absolute temperatures are not the problem – but the thermal transition stages from warm to cold or opposite way!

This fact is also an important design aspect for telescopes: the preferred structure is „as open as possible“ to allow the air to circulate and to generate a good heat-exchange with the internal telescope structure to speed up this process. While the air gets colder during the night, the instrument’s optics can follow close enough to keep the temperature difference low.

There is an impressive document in the archives of the Mt. Wilson Observatory (near L.A., USA) describing the „first-light“-moment of the new 2,5 meter mirror telescope (Hooker-Telescope) on November 1, 1917 – use this link to the adventurous story! („First light“ is the moment, when somebody looks through the finished instrument for the first time.) Here the first-light moment at Mt. Wilson is described near the end of the long text in this link and shows, what a three hour cool-down time made to the optical properties of the 2.5 meter mirror, (which was made by George Willis Ritchey – and allowed for the detection of the expansion of the Universe by Edwin Hubble shortly after taking this telescope into service.).

Picture 1: 2,5 m (100 inch) Hooker-telescope on Mt. Wilson: just struts hold the mirrors to ease the circulation of air for for a fast achievement of  temperature equilibrium – source: Ken Spencer, CC BY-SA 3.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0>, via Wikimedia Commons

Many instruments in astronomy are closed assemblies, using a corrector-plate (Schmidt-system) or meniscus-lens (Maksutov-System) in the entry of the tube and the mirror at the rear-end (catadioptric telescope – see also my specific blog-article here.) The big disadvantage of these closed systems is the „inertia“ in cooling down due to the closed volume in the telescope tube. Therefore often slits around correctors and mirrors are placed, which allow for sufficient circulation of air through the tube – and even active ventilation is used to shorten the period to reach equilibrium. In some big modern telescopes, the mirror may even be actively temperature-controlled.

Picture 2: „Closed“-tube optical system Maksutov-Cassegrain-Teleskop – source: Wikipedia – Author: Halfblue – http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/.

Long telephoto-lenses for normal photography can not be open systems, because the lens-barrels definitely have to be tightly sealed to avoid the invasion of dust, humidity or corrosive gases.

This means, that you have to plan and prepare carefully to bring your equipment to ambient temperatueres in time to avoid these thermal problems. For photographic equipment this would equally refer to the situation, when you come from climate-controlled environment (e.g. hotels) into wery hot (and humid) areas. There is an additional problem, that in bringing cold equipment into hot-humid environment, there might be condensation of humidity on the lenses/mirrors.

This problem is even more delicate with catadioptric lenses (mirror/lens-systems often called just „mirror-lenses“ – in German „Spiegel-Objektive“). In these the surface-shape of the mirrors and the adjustment from mirror to mirror is extremely sensitive for the optical performance of the lens-systems.

I have to-date not realized this with focal lengths of up to 350 mm (though it might be also there to a certain dergree) – but this is definitely an important aspect for focal lengths between 500 mm and 1,000 mm or longer.

From which focal length on these problems may occur, will mainly depend of the type of optical system  – and of course the resolution of your cameras sensor!

Here I want to show you this effect with an example of a catadioptric lens of 800 mm focal length: the Vivitar Series 1 Solid Catadioptric 800mm f/11, used on the Sony A7Rm4 (60,3 MP, 35mm format – 3.77 µm pixel-pitch).

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Picture 3: Vivitar Series 1 Solid Catadioptric 800mm f/11 – source: fotosaurier

It was the first day this year with just sligtly above zero outside temperature (+2 degree Celsius) and very clear air. At ca. 1:15 p.m.I set out the 800mm f/11 lens on the tripod on the balcony and tried to focus on my favorite landscape test target: a roof-top at about 40 m distance.

The advantage of this target is, that it has large AND fine details, low contrast AND high contrast areas and – most important – a sufficient depth, so that I can detect focusing errors very well!

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Picture 4: Overview picture – complete field of view of the „roof-top“ landscape target in ca. 40 m distance taken with Sony A7Rm4 and Vivitar Series 1 Solid Cat 800mm f/11 – this is the „sharp“ picture after the cool-down period of the lens – source: fotosaurier

It was nearly impossible to meet the positive focus position – so I did the best guess and made the photo – and here is the 100%-crop around the focus-position, which is the first steel spring at the right side of the roof edge:

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Picture 5: The 67% detail of the focus-area (clamp and spiral-spring!) made 15 minutes after setting the lens outside. Best guess of focus, however, you will find no sharper point in front or behind – the distance scale on the lens says 50 meters in this non-equilibrium temperature situation – source: fotosaurier

At this point of time the lens internally is still on room temperature of about 21 degrees … starting to cool down for about 15 minutes, which it took me to set everything up and focus carefully – but desperately, becaus no really sharp focus was seen in high viewing-magnification.

I had focused using the maximum viewfinder enlagement in the Sony camera and was sure: this is not a really sharp picture. But I could not find a better focus. Picture 5 is a 67% crop of the image taken. And as the subject has some depth: no – there is no better focus to be seen on this picture in front or behind the plane of the spring.

I left the lens with camera in this position for three hours and refocused the lens: now I experienced a quite snappy focus – and you can see the same crop-area here:

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Picture 6: The 67% detail of the focus-area (refocused!) after additional 3 hours of the lens outside – source: fotosaurier

The gain in sharpness is damatical – and it exists over the whole field of view, not only in the plane of focus! Also out-of-focus areas show higher contrast now.

However, it connot be ignored, that this catadioptric lens in this picture does by far not use the potential 3,168 Line-Pairs per Picture Height Nyquist frequency of the cameras sensor. My estimate is, that we have here an MTF30 of about 1,100-1,200 LP/PH. So either the three hours of cool-down time were not yet sufficient – or the lens may be not better than this.

(The 1,200 LP/PH MTF30-resolution would correspond to 100 Lines/mm in older „analog“ data. Very good CATs in the 1970s had center-resolutions (measured on film) between 50 and 60 Lines/mm. This relation makes sense, as the difference (factor 0.6 lower for film!) may be owed to the effect of grain and the thickness of the emulsion.)

The „Solid Cat“ 800mm f/11 is a massiv piece of optics – the lens barrel is nearly completely filled with glass, as you see in the lens-scheme:

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Picture 7Lens-scheme of the Vivitar Series1 Solid Cat  – source: Perkin Elmer Patent application

It is an absolutly unusual mass of glass – so I would not exclude, that the cooling time should even be longer to reach the thermal equilibrium. My plan is, to make a sequence of photos taken in shorter intervals and over a longer time – as soon as the outside temperatures go down again.

I am not so happy with the fact, that I had to use landscape-scene-shots to demonstrate the performance of the lens, however, for 800mm focal length my IMATEST testing-arena is too short. Maybe I will make a parallel IMATEST-trial then with a 500mm CAT.

So, please, consider this as a first teaser for the topic which has shown clearly, that photographic lens performance may seriously suffer during the time, a lens is undergoing strong temperature-change and before equilibrium is reached.

I promise to come back with a more elaborate research-plan soon.

Herbert Börger

Berlin, December 4th, 2020

Aphorism of the day: Scientific research is most successfull, when it brings up more new questions than it has answered. (fotosaurier)

Copyright: fotosaurier

Nach dem Regen – unterwegs mit dem „Gartenmikroskop“

Der Schauplatz dieses Essays ist der Ziergarten, den meine Frau seit 2017 in Berlins Südosten  angelegt hat.

In den meisten Sommern bisher (3 von 4) herrschte große Trockenheit – wenn nicht gar Dürre! Ein Grundwasser-Brunnen und ein fein verästeltes Betropfungs- und Besprinkelungs-System verhinderten das Schlimmste. Wir haben seither immer  eine Flasche Schampus kalt stehen, die wir öffenen, wenn es so viel geregnet hat, dass der Boden vollständig nass wird. Da das lange Zeit fast nie geschah, haben wir manche Flasche dann eben aus Verzweiflung geleert … ehe sie verdunstet wäre!

Zumindest hat Regen bei uns den Charakter eines besonderen Ereignisses – und Außerirdischen von einem Regenplaneten wird sicher ganz besonders unser dämlich-seliger Gesichtsausdruck auffallen, den wir haben, wenn wir draußen stehen und uns die dicken Regentropfen ins Gesicht klatschen lassen. Das passierte nun endlich in diesem Jahr etwas häufiger.

Nach dem Regen verändert sich die Welt im Garten dramatisch: die Farben werden leuchtender und satter, weil einerseits Blütenstaub von den Pflanzen abgewaschen wurde und andererseits die Luft nun viel klarer ist. Außerdem wird das auf die Oberflächen der Pflanzen fallende Licht nicht nur diffus gestreut, sondern es sitzen Millionen kleiner Linsen auf den Blättern und Blüten, die Das Licht bündeln, beugen und brechen.

Kommt nun die Sonne heraus (möglicherweise erst nach Stunden) hat die Szene ihren großen Auftritt: Myriaden von Tropfen leuchten und glitzern … es ist ein optischer Rausch!

Aber wie soll man das fotografisch „erfassen“? Das „Ereignis“ selbst ist im mikroskopischen Bereich angesiedelt. Wie soll man da in einer Übersicht einer Garten-Szene einfangen, was der Mensch als Betrachter ja eigentlich erst in seinem Gehirn aus dem physikalischen Ereignis und der physiologischen Reizkette als „Impression“ komponiert?

An dieser Aufgabe arbeite ich noch. Ein erstes Ergebnis sehen Sie hier:

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Bild 1: Sonnenaufgang nach nächtlichem Schauer. Quelle: fotosaurier

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Bild 1a: Hier in einer Variante … Quelle: fotosaurier

Meine Sofortlösung lag in dem alten, bewährten Prinzip „pars pro toto“ – deutsch: der Teil spricht für das Ganze!

Ich lasse mich auf Augenhöhe an die pflanzlichen „Gartenbewohnern“ heran und studiere ihren äußeren und inneren Kosmos, in der Hoffnung, dass in der Summe der Bilder sich das GANZE im Betrachter zusammensetzt.

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Bild 2: Frauenmantel – der Pedant unter den Bodendeckern: versuche mal, ihm eine Lücke in den Perlenschnüren nachzuweisen … – Quelle: fotosaurier

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Bild 3: Polyantha-Rosenblüten – viele meiner Aufnahmen entstehen sehr früh am Morgen bei sehr flachem Streiflicht – Quelle: fotosaurier

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Bild 4: Rittersporn (Wildform) – diese Schönheit ist nur ca. 12 mm lang – Quelle: fotosaurier

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Bild 5: Lilie – diese Blüte hat ca. 100 mm Durchmesser – Quelle: fotosaurier

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Bild 6: Blatt des Phlox (rosa) hat die vermutlich niedrigste Oberflächenspannung in unserem Gartenreich – Quelle: fotosaurier

Wie und wo, sich Tropfen in welcher Gestalt auf Blättern, Stengeln und Blüten finden, hängt von physikalischen Größen ab (ja: und auch ein bisschen physikalische Chemie ist dabei…): Oberflächenspannung, Luftfeuchtigkeit, Temperatur, Geometrie bestimmen die Form und Größe des Wassertropfens und den Aufenthaltsort und schließlich bestimmen die physikalisch-optischen Brechungsgesetze des Lichts die Erscheinung.

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Bild 7:  Jeder einzelne Tropfen projiziert ein Bild der Pflanze selbst und der umliegenden Gartenlandschaft! Hier an der Hartriegel-Scheinblüte – Quelle: fotosaurier

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Bild 8: Am Wild-Rittersporn – die Kleinsten haben den größten Auftritt –  Quelle: fotosaurier

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Bild 9:  Bild des Gartens bis zum Horizont … in einem Wassertropfen am rosa Phlox – Quelle: fotosaurier

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Bild 10:  Wasser-Kugellinsen projizieren Brennpunkte des Sonnenlichtes auf das Blatt am Frauenmantel – Quelle: fotosaurier

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Bild 11: Das Blatt des Spier-Strauches trägt „Brillianten“ – Der Wassertropfen als Lupe vergrößert die Blatt-Härchen, auf denen der Tropfen schwebt – Quelle: fotosaurier

Die Vielfalt der Kompositionen, die sich daraus ergeben, ist – in Verbindung mit Jahreszeit, Tageszeit, Wetter und den Möglichkeiten des Fotografen oder der Fotografin – unendlich groß: Wenn Du in Deinem gesamten Leben an jedem Tag nur in Dein begrenztes Gärtlein gehst und fortografierst, wirst Du nie zweimal dasselbe Bild machen! (… ja eine Variante des berüchtigten Flusses  … !)

Wenn man sich dies alles lange genug betrachtet, kommt man unweigerlich zu dem Schluss: das passiert nicht nur alles passiv mit den Pflanzen – was da passiert, folgt auch einem Plan der Pflanze, die also eine Absicht verfolgt!

  • Die Blätter sollen die Wassertropfen in Richtung auf den eigenen Wurzelkreis ableiten;
  • Die Atmungs-Schlitze auf der Blattunterseite sollen nicht überflutet werden;
  • Die Blüte will ihren Blütenstaub trocken halten;
  • Es sollen Insekten zum Trinken nahe der Blüte angelockt werden.

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Bild 12: Blatt des Agapantus – leitet alles in seinen Wurzelstock – Quelle: fotosaurier

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Bild 13: Akelei-Blatt – Sie hält ihr Blatt perfekt trocken – Quelle: fotosaurier

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Bild 14: Blumenhartriegel – Trinkhalle für Insekten – Quelle: fotosaurier

Eine der offensichtlichsten physikalischen Einflussparameter ist die Oberflächenspannung, denn sie bestimmt sehr viele einzelne Eigenschaften der Tropfen:

  • Der Winkel, der sich zwischen der Blattoberfläche und der Tropfenoberfläche bildet,  bestimmt, wie der Tropfen uns als lichtbrechende „Linse“ erscheint: als perfekte Wasserkugel oder als flacher oberflächlich glänzender See.
  • Die Haltedauer der Tropfen an der Pflanze: bleibt der Tropfen fest sitzen bis er verdampft ist oder läuft das Wasser bei der leisesten Erschütterung ab?

In den nächsten beiden Bildern sehen wir eine Blüte, die ihre Strategie von der Phase der Knospe (hier viele fingerförmige Knospen als Rispe angeordnet!) zur Blüte drastisch ändert – es ist die Zuchtform der Montbretie:

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Bild 15: Knospen-Rispe der Montbretie – zieht sich das Wasser an, wie einen Handschuh!  – Quelle: fotosaurier

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Bild 16: Blütenrispe der Montbretie – hält ihr Pulver (=Blütenstaub …) trocken! – Quelle: fotosaurier

Die Knospen-Rispe zieht sich die Regennässe vollflächig über, wie einen Handschuh (sehr niedrige Oberflächenspannung). Die Blüte entfaltet sich mit hoher Oberflächenspannung zum Regenwasser und hält so die Tropfen auf sicheren Abstand zum duftenden Sekret in ihren Blütentrichtern.

Zu solchen Zwecken sind die Pflanzen Meister der Komposition von Oberflächentexturen und chemischen Molekülstrukturen, die die Wechselwirkung mit dem Medium H2O präzise nach ihren Bedürfnissen regeln.

Alle naturwissenschaftlichen Betrachtungen beiseite lassend, tauchen wir aber schließlich in einen schier endlosen Mikrokosmos der Formen, Farben und Lichtbeugungen ein – der schließlich in fast abstrakten Kompositionen hoher Suggestivkraft enden kann:

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Bild 17: Rosenblüte nach einem Schauer – Quelle: fotosaurier

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Bild 18: Rosenblüte nach leichtem Schauer – Quelle: fotosaurier

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Bild 19: Tulpenblüte nach einem kräftigen Schauer  – die Blüte hat sich unter dem Gewicht der Tropfen zur Seite geneigt – Quelle: fotosaurier

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Bild 20: Funkien-Blatt, vom Dauerregen „geflutet“ – Quelle: fotosaurier

Wassertropfen in der Natur können außer vom Regen auch von anderen Wetterphänomenen gebildet werden:

  • Tau
  • Nebelkondensation (nicht dasselbe wie Tau – sieht völlig anders aus!)
  • Rauhreif und schmelzendem Rauhreif

Das ist jeweils ein eigener Mikrokosmos – der jeder für sich neue Bilder schafft.

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Bild 21: Hier zur Erinnerung ein Bild mit Tropfen aus Nebelkondensation aus meiner Altweibersommer-Serie – Quelle: fotosaurier – Links: Altweibersommer2016, Altweibersommer2017, Altweibersommer2020

Aber auch Regen ist nicht gleich Regen! Die Bilder, die ich bisher gezeigt habe, stammen meist vom frühen Morgen oder Vormittag – nach einem nächtlichen Schauer. Das war hauptsächlich bedingt durch das hiesige Wettergeschehen im Berlin-Brandenburger Raum.

Nach zwei Tagen ununterbrochenem Landregen (den hatten wir 30./31.10.2020) sieht der Tropfen-Kosmos völlig anders aus:

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Bild 22: Rosenblätter nach Dauer-Landregen – Quelle: fotosaurier

Während nach kurzer Regendauer am Rosenblatt meist das Wasser völlig abperlt, und dann (kleinere) Tropfen am Blattrand nach unten anhängen, sitzen hier viele dicke Tropfen AUF dem Blatt. Den netten „Beifang“ (kleine Schnecke am Blattstiel, kaum größer als die Wassertropfen) nimmt man natürlich gerne mit: die habe ich erst auf dem Bild am PC entdeckt. So geht es auch oft mit Insekten, die sich unbemerkt und bereitwillig genau in der Schärfezone meiner Bilder aufhalten!

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Bild 23: Rosenstängel nach Dauer-Landregen – Quelle: fotosaurier

Auch beim Stengel der Rose ein ähnliches Bild: während nach Regenschauern die Tropfen ausschließlich unten am Zweig hängen, sitzen sie hier fast ausschließlich oben auf dem Stengel. Bei dieser Rosensorte ist sogar das Blatt jetzt schon völlig durchnässt – das Wasser perlt gar nicht mehr ab.

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Bild 24: Rosenknospen nach Dauer-Landregen – Quelle: fotosaurier

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Bild 25: Ausschnitt von Bild 18: wenn man ganz genau hinsieht, haben die Netze der Baldachin-Spinne die 2 Tage Dauerregen überlebt!- Quelle: fotosaurier

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Bild 26: „Regentropfenspieße“ bis zum Abwinken … mehr geht fast nicht in die Seggen-Blüte hinein – Quelle: fotosaurier

Wie ist meine Arbeitsweise bei dieser Art der Fotografie?

Alle Aufnahmen entstehen frei Hand – ohne Stativ. Das IBIS der Kamera hat einen wesentlichen Anteil am Erfolg – aber auch die benutzte Iso-Einstellung von 800, bei der ich die Dynamik des Sensors vollständig ausnutzen kann!

Nur relativ wenige meiner Regentropfenbilder entstehen im gezeigten Ausschnitt – sehr viele Bilder sind Ausschnitt-Vergrößerungen, teilweise bis dicht an die 100%-Darstellung. Sehr viele der gezeigten Kompositionen sind erst beim Durchmustern der 100 MP-Bilder entstanden. Die Nutzung der Fujifilm 100 MP-Kamera (GFX100) hat einen entscheidenden Anteil an der Entstehung dieser Bilder. Und der Zufall hat dadurch eine wichtige Rolle in meiner Regie bekommen! Ich will nicht verhehlen, dass das Durchforschen der mikroskopischen Welten in den 100 MP-Bildern ein Vergnügen ganz eigener Art ist.

Ich verwende dazu das Fujinon GF 120mm-Makroobjektiv  – und die Fähigkeit der Kombination von Digitalsensor und Objektiv, den Raum im Schärfebereich auch bei 100%-Vergrößerung noch sehr plastisch darzustellen, hat einen großen Anteil an dem Vergnügen! Die Kombination dieser Kamera und des Objektives nenne ich „mein Gartenmikroskop„.

Zum Schluss ein Tipp: es müssen nicht immer Myriaden von Wassertropfen sein, die ein beeindruckendes Bild erschaffen. Manchmal gilt auch: „Weniger ist mehr!“:

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Bild 27: Ein einzelner Tropfen an einer Dahlienblüte! – Wow! – Quelle: Fotosaurier

Und noch ein Tipp:

Für Werbefotos wird im Studio selbstverständlich die Methode angewendet, die Pflanzen, Früchte (und Menschen?) mit der Sprühflasche anzusprühen. Ich kann Hobby-Fotografen nur davon abraten: man sieht den Unterschied zu natürlichem Regen, Tau etc. (ich verrate nicht, woran man es sieht! Sie kommen sicher selbst darauf …).

Ich mache das nicht … ebenso wie ich nie mit einem Blitz arbeite – nur mit natürlichem Tageslicht!

Aphorismus des Tages: Der Fotograf kann das Wetter nicht ändern – aber er kann etwas draus machen (fotosaurier)

Copyright fotosaurier, Herbert Börger, 10. November 2020

 

 

 

Katadioptrische Foto-Objektive – Teil III

Teil III: Katadioptrische Foto-Objektive von 1946 – heute.

(Teil I finden Sie hierTeil II hier.)

Die Erkenntnisse aus Teil II führen zu dem Schluß, dass für die ab den 1950er Jahren aufkommenden katadioptrischen Foto-Objektive aus den vielfältigen, bereits für Astro-Anwendungen bekannten „katadioptrischen Dialyten“ (Brachymediale) abgeleitet wurden, von denen einige schon bis zu 150 Jahre bekannt waren und unter denen Maksutov eine spezielle Variante ist.

Eine kurze Geschichte der Katadioptrischen Foto-Objektive:

Mit dem starken Aufkommen der Spiegel-Linsen-Objektive in den 1960-70er Jahren bildeten sich spezielle Konstruktionsmerkmale heraus, die in dieser Form bei astronomischen Fernrohren meist nicht zu finden sind:

a) Außer der Tatsache, dass die Foto-Optiken sehr robust und hermetisch dicht gebaut sind, wurde zunehmend auf die Bohrung im Primärspiegel verzichtet! Das bedeutet, dass die Strahlen, die vom Sekundär-Spiegel zurück geworfen werden, nicht mehr durch eine Öffnung im Hauptspiegel zur Kamera bzw. Filmebene gelangen, sondern durch einen unverspiegelten zentralen Bereich der Spiegelfläche durch das Glas des Spiegelkörpers treten.

Das bedeutet, dass der Innenbereich der Optik zwischen den beiden Spiegeln noch besser hermetisch abgeschlossen ist. Es bedeutet gleichzeitig, dass der zentrale Bereich des Spiegelkörpers auch noch als brechendes Linsenelement im Strahlengang einbezogen ist. Dieser Bereich bildet dann oft zusammen mit 1-3 weiteren Linsen den Sub-Apertur-Korrektor im Strahlengang nach dem Sekundärspiegel. Er muss aus Linsen-Glas allerhöchster Güte bestehen, da dieser Bereich des Hauptspiegels – im Falle eines Mangin-Spiegels – dreimal von jedem Lichtstrahl durchlaufen wird!

b) Immer häufiger treten nach 1965 Mangin-Spiegel auf, was ja der Grundkonfiguration des Hamilton-Teleskopes entspricht. Zuerst finden sich Primärspiegel als Mangin-Typ, bald auch beim Sekundärspiegel bzw. in beiden Positionen gleichzeitig oder auch nur beim Sekundärspiegel. Wie wir oben gesehen haben (Hamilton-Teleskop) ist der Mangin-Spiegel bereits ein Grund-Element des kadadioptrischen Dialyts – für sich genommen ist er meines Wissens nie als Teleskop oder Astrokamera verwendet worden.

Bild 1: Mangin-Spiegel – Quelle: Wikipedia – Autor: not known – https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/

Neben der Wirkung als Element der optischen Rechnung liefert der Mangin-Spiegel zwei weitere Vorteile für das Foto-Objektiv:

  • Die an der polierten Glasfläche anliegende reflektierende Spiegeloberfläche ist in der Mikro-Oberflächenstruktur wesentlich glatter als eine aufgedampfte Aluminium-Schicht auf ihrer „offenen“ Seite, die auch noch mit einer transparenten Schutzschicht (meistens Si02) überzogen werden muss.
  • Die Verspiegelungs-Schicht ist gegen den Zutritt von korrosiven Gasen, Feuchtigkeit etc. perfekt geschützt und behält langfristig seine uneingeschränkte Wirkung. Dies alleine wäre schon ein ausreicheder Grund, um diese Bauweise zu bevorzugen!

c) Foto-Objektive katadioptrischer Bauart benötigen zur Abschirmung gegen Falschlicht rohrförmige Blenden um den Zentralen Strahlen-Durchlass im Zentrum des Primärspiegels (nach vorne in Richtung des Sekundärspiegels) bzw. um den Sekundärspiegel herum (in Richtung Hauptspiegel), um die Kamera vor einfallendem Falschlicht zu wchützen. Auf dem folgenden Linsenschnitt sind die Tubus-Blenden und das Problem des Falschlichtes gut zu erkennen:

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Bild 2: Linsenschnitt mit Abschirmtubus-Blenden gegen „Falschlicht“am Olympus Zuiko Reflex 500mm f/8 (in diesem Bild ist der Lichteintritt rechts!) – Quelle: Olympus Produktbeschreibungs- und Spezifikationsdatenblatt zum Objektiv

An diesem Bild kann man gut erkennen, dass ohne diese beiden Blenden Lichtstrahlen durch die ringförmige Apertur-Öffnung (rechts) direkt und ohne Reflexion an den Spiegeln auf das Zentrum des Hauptspielgels und damit auch in die Kamera gelangen könnten! Eine Gegenlichtblende vor dem Objektiv kann das nur dann sicher verhindern, wenn die Gegenlichtblende extrem lang wäre – was natürlich dem Objektiv-Konzept widerspricht …

Die Existenz dieser rohrförmigen Blenden im zentralen Bereich hat Auswirkungen auf die sog. Obstruktion – also die Abschattung der Lichtstrahlen im Zentrum der Apertur:

Bei Strahlenbündeln, die vom Bildfeldrand schräg in die Optik einfallen, werfen die Tubusblenden einen Schatten auf den Hauptspiegel. In der Folge ist nicht mehr die gesamte Ringförmige Spiegelfläche „aktiv“. Sie ist in der Breite des Blendentubus unterbrochen. Man kann das bei geeigneter Bildstruktur an den außerfokalen Apertur-Ringbildern von Lichtreflexen sehen, wie folgend in dem absichtlich unscharf gestellten Aufnahme des Hausdaches gut zu erkennen ist:

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Bild 3:Tubusblenden-Schatten“ bei den außerfokalen Unschärferingen im Randbereich mit dem Olympus OM Zuiko Reflex 500mm f/8: unten-links und -rechts sieht man die kleinen „Packman-Ringe“ – die Öffnung weist zum Bildzentrum hin. – Quelle: fotosaurier

d) Die große Korrektor-Linse in der Lichteintritts-Apertur dient immer auch gleichzeitig als Tragstruktur für den Sekundärspiegel. Wie im Teil I ausführlich beschrieben wurde, führt die „Obstruktion“ durch den Sekundärspiegel im Strahlengang zu einer Kontrastverringerung des Beugungsbildes 1. Ordnung. Aber wenigstens werden durch das Fehlen von Tragspinnen die dadurch verursachten Beugungs-Spikes in den Bildern einer Punktlichtquelle vermieden, wie sie beim normalen Newton und Cassegrain auftreten.

Meine persönlichen MEILENSTEINE katadioptrischer Foto-Objektive (CATs):

Vorbemerkung: die Einordnung bestimmter Objektive als „Meilenstein“, die ich hier vornehme, ist rein SUBJEKTIV und basiert auf meinem – begrenzten – Wissen bzw. meiner Erfahrung. Mir ist bewusst, dass andere Fotografen und Beobachter zu etwas anderen Schlüssen kommen können, die ihrer eigenen Erfahrung entsprechen.

An dieser Stelle möchte ich noch einmal ins Gedächtnis rufen, dass in den 1950er bis 70er Jahren gegenüber „langen“ Teleobjektiven (>200mm Brennweite) nicht nur Kompaktheit (Baulänge) und geringes Gewicht für die „CATs“ sprach, sondern vor allem die Freiheit von Farbfehlern (Chromatische Aberration, „CA“) – im Verhältnis zum Preis! Es gab zwar in den 1970ern bereits die ersten farbreinen Telekanonen mit Fluorid-Linsen – aber zu einem extrem hohen Preis unter Verwendung eines sehr empfindlichen Materials. Den Preis konnten/wollten sich sicher wenige Amateurfotografen leisten. So bin ich überzeugt, dass die „Blüte“ der katadioptrischen Teleobjektive hauptsächlich vom Amateur-Segment getragen war.

Darüber, warum die katadioptrische Objektivbauform fast völlig wieder verschwunden ist,  werde ich am Ende dieses Artikels einige (begründete) Vermutungen anstellen.

Hier nun mein kurzer Überblick auf die Zeitskala und die Entstehungsgeschichte geschlossener katadioptrischer Systeme, die als Foto-Objektive geeignet waren oder spezifisch dafür gebaut wurden.

Ich führe hier auch die mir bekannte Grundlagenentwicklungen ebenfalls im Zeitstrahl mit auf, damit die zeitliche Dimension mit einem Blick sichtbar wird.

Ich führe dann Foto-Objektive auf, die aus meiner Sicht Meilensteine der Entwicklung solcher Optiken darstellen. Dies ist keine vollständige Beschreibung dieses Objektiv-Segmentes! Ich versuche derzeit Informationen über alle jemals gelieferten Photo-CATs zu sammeln und hoffe in einigen Monaten eine fast vollständige Liste veröffentlichen zu können.

Fast alle bekannten katadioptrischen Teleobjektive wurden für das Kleinbildformat gerechnet. Einige wenige zeichneten Mittelformat 6×6 oder 6×7 aus: Carl Zeiss Jena Spiegelobjektive 500mm und 1.000mm, Kilfitt 500mm und 1.000mm und Pentax 6×7 1.000mm f8 – soweit mir bekannt ist.

1814

Grundlagen-Erfindung (Astronomie) des Katadioptrischen Dialyts (auch „Brachymedial“ genannt) durch Hamilton und darauf folgend eine  große Reihe von Varianten und Weiterentwicklungen.

Hier der Link zu Hamiltons GB-Patent Nr. 3781.

Bis in jüngerer Zeit hat eine italienische Firma tatsächlich noch Hamilton-Teleskope/-Kameras für astronomische Zwecke geliefert (Ceravolo).

1930

Grundlagen-Erfindung (Astronomie) der Schmidt-Korrektor-Platte – daraus entstanden Schmidt-Kamera und Schmidt-Cassegrain-Teleskop

1940/41

Grundlagen-Erfindung (Astronomie) des Maksutov-Korrektor-Meniskuslinse – daraus entstanden das Maksutov-Cassegrain-Teleskop – genau betrachtet ist es aber eine Sonderform des katadioptrischen Dialyts.

ab 1945

Maksutov-Cassegrain 3,5″ f/12-Teleskope – Lieferung großer Stückzahl des Teleskops an sowjetische Schulen, gebaut (anfangs) vermutlich in Nowosibirsk. Wenn Sie wissen wollen, wie das Schul-Teleskop aussah, folgen sie bitte diesem Link zu einer sehr kompakten Biografie Maksutovs auf Prabook. Dort sehen Sie ein Bild von D. Maksutov mit „seinem“ Schul-Teleskop vor ihm auf dem Schreibtisch. Mit ähnlicher Spezifikation wurde es in Polen als „PZO“ hergestellt und in der DDR von Zeiss als „Telementor„. Diese Geräte wurden auch (da sie Devisen brachten!) in den Westen verkauft.

Bemerkenswert ist, dass die Motivation, ein extrem robustes und haltbares sowie wartungsarmes Fernrohr für Schulen zu schaffen, bei Dimitri Maksutov zu der ursprünglichen Idee für das Meniskus-Tesleskop-Design führte. Ich sehe darin ein Beispiel, dass auch das Streben nach Gemeinwohl zu hervorragenden Innovationen führen kann!

In diesem Link zu „cloudynights.com“ fand ich weitere interessante Fotos des polnischen PZO-Instruments.

ab 1954

QUESTAR Maksutov-Cassegrain-Teleskop 3,5″ (in Großserie gefertigt bis heute)

Klassisches Maksutov-Cassegrain, Brennweite 1280mm f/14.4 (Spezifikation ab 1961) – wurde und wird auch als Teleskop-Tubus („Field-Model“ oder „Birder“) mit Okular- oder Kameraanschluss geliefert.

Ein Kult-Klassiker der Amateur-Astronomie. Aber auch die NASA soll einige beschafft haben …

Bild 4: Questar-3,5″-Teleskop mit ausgezogener Taukappe – Quelle Wikipedia, Autor:Hmaag – https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0

ab 1936 bis in die 1960er Jahre

wurden mindestens in Deutschland (Zeiss), Japan (Nikon) und Russland (GOI) und USA (Kodak) große semi-transportable (meist katadioptrische) Spiegelobjektive für militärische und satellitengestützte Anwendungen entwickelt. Diese waren ausschließlich vom Maksutov-Typ und hatten Brennweiten von 1.800mm – 8.200mm. Viele Informationen dazu gibt es im Übersichtsartikel von Marco Cavina in diesem Link. Auf diese umfangreichen Erfahrungen konnten sich die Optik-Unternehmen dann nach dem 2. Weltkrieg bei der Entwicklung von katadioptrischen Wechselobjektiven für Spiegelreflex-Kameras stützen.

vor 1958

Erste Maksutov-Cassegrain-Teleobjektive für SLR von LZSO, Sowjetunion: MTO 1.000mm f/10.5  und MTO 500mm f8 – erhielten eine Goldmedallie auf der EXPO in Brüssel 1958.

Ich weiß nicht, wann genau diese Maksutov-Cassegrain auf den Foto-Markt gebracht wurden. Es muss noch unter der strengen Überwachung von Dimitri Maksutov selbst gewesen sein, der ja bis 1964 lebte. Gibt es Leser, die da weiter helfen können?

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Bild 5a: MTO-500mm f/8 – Quelle: fotosaurier

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Bild 5b: MTO-1.000mm f/10 – Quelle: fotosaurier

Das archaische Design und die solide Bauweise führten dazu, dass die Optiken (bis heute) von Fotoamateuren liebevoll als „Russentonnen“ bezeichnet werden. Herstellerbezeichnungen waren und sind MTO, Arsenal, Rubinar. Nicht immer waren die Optiken leider in der Qualität konstantd, was oft an verspannt eingebauten Spiegeln gelegen haben soll. Ein Bericht dazu (Dr. Wolfgang Strickling) finden Sie hier.

1959/1961Nikon bringt nach den russischen MTOs bereits 1959 sein erstes CAT mit ehrgeizigen Daten auf den Markt, das Reflex-Nikkor 1.000mm f/6.3 – und bereits 1961 folgt ein Reflex-Nikkor 500mm f/5. Ab den frühen 1970er bis in die 2000er Jahre bietet dann Nikon kontinuierlich das „Reflex-Nikkor-Trio“ 500 f/8 + 1.000 f/11 . 2.000 f/11 an. Viele Details findet man in dem Artikel von Marco Cavina – für die Liebhaber der italienischen Sprache! Die 2.000mm f11 wurden demnach alle von 1971 bis 1975 in zwei Versionen gefertigt. Das eklärt wohl zur Genüge, warum Ihnen das 2.000er CAT so selten in „freier Wildbahn“ begegnet.

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Bild 6: Reflex-Nikkor C 500mm f/8 – Quelle: fotosaurier

1961Carl Zeiss Jena

stellt das katadioptrische „Spiegelobjektiv“ 500mm f4,0 auf der Leipziger Messe vor (Entwickelt ab 1955 von Dr. Harry Zöllner, W. Dannenberg. (Kurze Zeit später kommt auch ein Spiegelobjektiv 1.000mm f5,6, die sog. „Stasi-Kanone“, hinzu). Die Optiken sind für Mittelformat 6 x 6 gerechnet und geliefert worden!

Frei zugängliche Darstellungen von Linsenschnitt, Auflösung und MTF-Kurven stehen mir bisher zu diesen Optiken nicht zur Verfügung. Allerdings gibt es einen fabelhaften synoptischen Artikel von Marco Cavina, in dem das Jena-Spiegelobjektiv 500mm f/4.0 und das Mirotar f/4.5 im Detail ausführlich beschrieben und verglichen werden.

Bereits 1941 hatten bei Zeiss die Konstrukteure Robert Richter und Hermann Slevogt ein CAT-System (Richter-Slevogt-Teleskop) entwickelt und angemeldet, das dem kurz vorher in GB angemeldeten „Houghton-Teleskop“ (s. Teil II) ähnelt. Wahrscheinlich wussten beide Gruppen damals im Krieg nichts voneinander.

Auf diese Entwicklungen von 1941 geht offensichtlich dieses Carl Zeiss Jena-Spiegelobjektiv zurück.

Cavina äußert in seinem Artikel die Vermutung, dass die optische Leistung des Jena-Objektivs nicht an das folgend beschriebene, kurz danach heraus gekommene Objektiv von Zeiss Oberkochen heran kommt, da es vermutlich als IR-Fernobjektiv für Aufnahmen auf IR-Schwarzweißfilm entwickelt wurde.

In dem Blog „Zeissmania“ (Teil II) finden sich einige Aufnahmen,die der Autor selbst mit dem Zeiss Jena 1.000 f/5.6 gemacht hat (Website der Burgenländischen Amateurastronomen BAA).

1963Zeiss Oberkochen (West)

stellt das MIROTAR 500mm f/4,5 vor und fertigt 200 Exemplare für Contarex.  Zeiss-Konstrukteure sind Helmut Knutti und Alfred Opitz. Später wird noch einmal ein kleines Los speziell mit dem Kyocera-Contax-Anschluss (c/y) gefertigt. Etliche nagelneue Contarex-Objektive wurden (lt. Marco Cavina) auch im Werk auf  c/y umgerüstet. Ab 1975 liefert Zeiss ein MIROTAR 1.000mm f5,6 und fertigt 20 Exemplare. (Alle Mirotare sind für Kleinbild-Format gerechnet.)

Mirotar 500mm f4,5_strahl

Bild 7: Linsenschnitt des Zeiss Mirotar 500mm f4.5 – Maksutov-Design mit zwei Korrektur-Menisken aber noch kein Mangin-Spiegel – Quelle: Datenblatt Fa. Zeiss

Spezifikations-Datenblätter von Zeiss mit Linsenschnitten finden Sie hier und hier.

Dies ist ein Vertreter der „Maksutov-Fraktion“, noch mit durchbohrtem Primärspiegel.

Zeiss verwendet hier noch keinen Mangin-Spiegel! Für das benötigte große Bildfeld des Kleinbild-Formates und dem großen Öffnungsverhältnis von f/5.6 ist ein einfacher Maksutov-Meniskus allerdings nicht ausreichend als Korrektor bei höchsten Ansprüchen. Daher verwendet Zeiss davor noch einen zweiten (umgekehrten) und sehr dicken Meniskus – eine Lösung, die auch Maksutov selbst für die großen astronomischen MAK-Kameras in Chile und im Südkaukasus bereits verwendet hatte.

Das Mirotar 500mm f4.5 gilt als Referenz-CAT im Kleinbild-Bereich. Im Artikel von Marco Cavina ist die MTF-Kurve – im Vergleich mit anderen APO-Objektiven und dem 500mm f/8 von Zeiss – dargestellt: sie ist allen anderen Optiken weit überlegen.

vor 1964Canon

stellte für die Olympiade in Tokyo drei CATs der Superlative zur Verfügung, die wohl weniger in den Amateurfotografen-Sektor passten, aber umso bemerkenswerter sind:

  • Canon TV-800 f3.8
  • Canon TV-2.000mm f11
  • Canon TV- 5.200mm f14

Sie haben richtig gelesen – kein Druckfehler! Ich habe keine Ahnung, in welchen“Stückzahlen“ Canon diese Optiken gefertigt hat. Sie wurden also offensichtlich mit Vidicon für das Fernsehen eingesetzt. Hier findet man in einem weiteren Artikel von Marco Cavina (auf Italienisch) mehr Informationen darüber.

1965 – Der US-Photodistributor „Spiratone

beginnt ein Maksutov-Cassegrain-Objektiv 500mm f/8 – gefertigt bei LZOS in der Sowjetunion – im Westen zu liefern. Es bekommt in Fotozeitschriften sehr gute Testergebnisse. Später (jedenfalls VOR 1983) kommt ein katadioptrisches Spiegelobjektiv 300mm f5.6 hinzu.

1965 bis 1980 – dies ist die Periode,

in der JEDER Kamera- oder Objektiv-Hersteller ein oder mehrere Foto-CATs heraus brachte.

Binnen kürzester Zeit war es Standard, dass die Original-Hersteller (Nikon, Canon, Pentax, Minolta, Yashica) mindestens zwei CATs in seinem Programm anbot: alle hatten ein 500mm f/8 CAT zu bieten, sowie am langen Ende entweder 800mm f/8 (Minolta) oder 1.000mm f/10 oder f/11. Es kamen auch einige 1.200mm- und  2.000mm-Optiken auf den Markt. Wie schon gesagt, arbeite ich an einer möglichst vollständigen Übersicht. Pentax  brachte zusätzlich zu seiner Kleinbild-Linie ein Reflex Takumar 1.000mm f/8 für Mittelformat (die Pentax 67) heraus. Das gab es meines Wissens sonst nur bei Zeiss Jena und Kilfitt.

Eine Ausnahme bildete Olympus, wo man zögerte um erst 1982 ein einziges aber sehr kompaktes Zuiko Reflex 500mm f/8 heraus zu bringen (s.u.).

Die Leica CATs „MR-Telyt-R“ waren Minolta-Objektive in einem Leica-Design.

Die „echten“ Fremdobjektiv-Hersteller („3rd-party-lenses“) reagierten ebenfalls sehr schnell: anscheinend allen voran SIGMA, die sehr früh (Datum?) ein super-lichtstarkes 500mm f/4.0 heraus brachten. Ich fand einen Bericht eines amerikanischen Fotofreundes, der diese Optik in einem völlig  verwahhrlosten Zustand  fand und mit seinen eigenen Bordmitteln „aufarbeitete“ (Respekt!). Schließlich stellte er fest, dass es nicht so schlecht gewesen sein kann.

Sigma hat dann über die Jahrzehnte den größten „Zoo“ von katadioptrischen Brennweiten auf den Markt gebracht. Dabei auch die eher ungewöhnlichen Brennweiten 400mm und 600 mm. Ich hatte einmal ein 600er Sigma-CAT, das mich aber nicht voll überzeugen konnte.

Dabei waren natürlich auch Tokina und Tamron mit eigenen katadioptrischen Designs – wobei man feststellen muss, dass die 1979/81 erschienenen Tamron 500mm f/8 und 350mm f/5.6 an die Spitzengruppe der (späteren!) Objektive von Olympus und Zeiss heran kamen. Das Tamron 500 f/8 CAT war sogar noch etwas kürzer und leichter als das 1982 erschienene Olympus 500 f/8. Bild und Linsenschnitt hier auf der Adaptall-2-Website. Beim 350er Tamron ist die aufschraubbare Gegenlichtblende (unbedingt benutzen!) praktisch genau so lang, wie das Objektiv selbst.

Makinon war ein weiterer echter japanischer Fremdobjektiv-Hersteller mit meist recht guten Produkten.

In Europa/Deutschland gab es nun ab 1972 keinen ernst zu nehmenden SLR-Hersteller mehr. Es gab allerdings noch berühmte Fremdobjektiv-Hersteller, allen voran Kilfitt/Zoomar. Legendär ist das Kilfitt-Zoomar Sports-Reflectar 500mm f/5.6 (Ende der 1960er), detailliert beschrieben hier auf der Pentaconsix-Website – und hier das 1970 vorgestellte Kilfitt/Zoomar Sports-Reflectar 1.000mm f/8 beide gerechnet für Mittelformat und mit dem Kilfitt WE-Adaptersystem auch an vielen Kameras verwendbar.

Eine unübersehbare Menge von Handelsmarken boten eine große Zahl von CAT-Varianten sehr billig an. Meines Wissens war 1965 zeitlich der früheste Spiratone, USA (siehe oben) – bei dem man auch wusste, wer der Hersteller war (MTO bzw. LZSO in Russland). Bei den anderen habe ich keine Ahnung, wer der Hersteller gewesen sein kann. Mir ist – ausser dem besagten Spiratone – keines bekann, das durch eine besonders hohe optische Qualität aufgefallen wäre.

1975 VivitarSeries1 Solid CAT 800mm f11 und 600mm f8

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Bild 8: Vivitar Series 1 Solid Cat 800mm f/11 an der Sony A7RIV (ohne Gegenlichtblende)- Quelle: fotosaurier

Anfang der 1970er Jahre las ich über ein neu veröffentlichtes Patent von Perkin Elmer über eine sogenannte „Solid Catadioptric Lens“ – d.h. ein Spiegellinsen-Objektiv, das quasi „aus einem einzigen Glaszylinder“ bestehen sollte (gelesen möglicherweise bei Herbert Keplers „Kepler on the SLR“ in Modern Photography?):

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Bild 9: Skizze aus der Patent-Anmeldung Perkin Elmer „Solid-Cat“ von 1967, erteilt 1970. Quelle: US-Patentanmeldung US3547525A

Diese Optik sollte extrem kurz bauen – ich war begeistert. Einige Jahre später erfuhr ich schließlich in der „Modern Photography“, dass dieses Objektiv als Vivitar Series 1 Optik 800mm f/11 tatsächlich am Markt erschienen sei.

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Bild 10: Linsenschnitt VivitarSeries1 Solid-Cat 800mm f/11. Er liegt erstaunlich nahe am ursprünglichen Entwurf! – Quelle: Patent Perkin Elmer Patent Patent application

Da war sofort klar, dass ich das irgendwann haben müßte – was dann noch einige Jahre gedauert hat… Über die Geschichte der Vivitar Series 1-Optiken wird irgendwann separat zu berichten sein. Für uns waren diese Objektive damals in den 1970er Jahren eine Offenbarung – und die meisten davon besitze ich noch bis heute!

Die beiden Solid-Cats (600mm und 800mm) bauen extrem kurz – sind aber deutlich schwerer als die sonst gängigen CATs am Markt.

Erst Jahrzehnte später stieß ich dann auf die spezielle Geschichte dieses Objektivs, das mich so fasziniert hat. in den Archiven der „SPIE“ findet sie sich in Form eines Interviews mit dem Konstrukteur dieses Objektivs, Juan L. Rayces (1918 – 2009). Darin enthalten auch ein Foto des Konstrukteurs mit seinem Objektiv auf dem Stativ – am belebten Strand! (Heute wohl nicht mehr denkbar…)

Auch Perkin Elmer lieferte Exemplare diese Objektivs unter der eigenen Marke (und auch Spezialausführungen an die NASA).

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Bild 11: Solid Cat-Ausführung 800mm f/11 unter Perkin-Elmer-Eigenmarke – Quelle: fotosaurier

Was unter der Marke „Vivitar Series 1“ wirklich geschah: die Fertigung lief 1975 an – wurde aber nach 3 Monaten wieder gestoppt, weil Vivitar feststellte, dass es für ein Amateur-Objektiv zu teuer war. Daher gibt es wohl tatsächlich nur eine relativ geringe Stückzahl von Objektiven weltweit (obwohl es damals heftig – auch in Deutschland – beworben wurde).

1978Minolta RF Rokkor 250mm f5.6

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Bild 12: Linsenschnitt Minolta RF Rokkor-X 250mm f/5.6 – Quelle: Datenblatt Minolta

In Beschreibungen werden die Mangin-Spiegel of als „Innovativer Schritt“ an sich hervorgehoben – was ja, wenn man von katadioptrischen Dialyt (von 1814!) ausgeht, nicht richtig ist. Auch ist die Bezeichnung eines „Rumak“, die ich schon gelesen habe, nicht wirklich zutreffend: Rumak würde einen Maksutov-Typen bezeichnen, der – nach Rutten als Rutten-Maksutov benannt – nicht den verspiegelten Fleck auf der Rückseite des Meniskus als Sekundärspiegel nutzt, sondern einen auf ein Podest auf dem Meniskus montierten Cassegrain-Sekundärspiegel. Aber diese Optik ist überhaupt kein Maksutov-Typ.

Diese Optik hat einfach ein hervorragendes Brachymedial-Design – insbesondere unter Berücksichtigung der kurzen Brennweite und extrem kurzen Baulänge von 58mm (ohne Gegenlichtblende).

Wie bei allen CATs ist die Benutzung der Gegenlichtblende dringend empfohlen!

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Bild 13: Minolta RFx Rokkor 250mm f/5.6 (ohne Gegenlichtblende) – Quelle: fotosaurier

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Bild 14: Größenvergleich RF Rokkor zu lichtstarkem Normalobjektiv (Olympus OM 50mm f/1.2 – das ist aber das kompakteste unter den f/1.2-Normalobjektiven. Mein heutiges Sony GM-50mm f/1.4 hat das ungefähr 3- bis 4-fache Volumen des RF Rockor …) – Quelle: fotosaurier

Das RF-Rokkor 250mm f/5.6 eröffnete damit Ende der 1970er Jahre noch einmal ein neues Brennweiten-Segment für katadioptrische Objektive mit einem wirklich großen Wurf in jeder Hinsicht – optisch wie geometrisch! Vielleicht lag es auch in der Luft? – umgehend tummelten sich in diesem Segment die Fremdobjektiv-Hersteller („Third-Party“) aber interessanterweise folgte keiner der großen Kamerahersteller Minolta in dieses Segment (meines Wissens …). Ich halte den Brennweitenbereich (250-350) für sehr sinnvoll, da  der „Durchschnitts-Fotoamateur“ mit dem Mmanuell-Fokussieren von 500er-Objektiven schon mal leicht überfordert ist – siehe meine Bemerkungen am Ende des Artikels.

Die Brennweite 250mm hat sich dabei nur einer der Fremdobjektivhersteller mal „zugetraut“. Vertrieben wurde das Produkt wohl nur über Handelsmarken – in Deutschland als „Berolina 250mm f/5.6“ bekannt, anderswo auch unter „Focal“ etc. Mir ist nicht bekannt, wer da der Konstrukteur bzw. Hersteller war. Die optische Qualität ist eher bescheiden und die Optik ist auch wesentlich größer als das RF Rokkor (fast so lang wie das Olympus Reflex 500mm f/8).

Die anderen Optiken lagen alle im Bereich von 300mm (f/4.5 bis f/6.3) oder 350mm f/5.6 (Tamron – sehr gute Optik!) – dabei war sogar ein russischer Maksutov-Typ (Rubinar) und auch Astro-Hersteller wie Celestron haben das probiert. Auch die Handelsmarke Spiratone war hier wieder dabei (viel gelobt!).

1978/79Celestron (Schmidt-Cass.) 750 f/6.3 und Questar (MAK) 700mm f/8

Dies sind Versuche, aus dem Astro-Geräte-Segment heraus reine Foto-Teleobjektive anzubieten (was ja mit dem russischen MTO früher schon mal sehr gut gelungen war – bis heute!).

Celestron  (1978) war das einzige reinrassige Schmidt-Cassegrain-Objektiv, das an den Foto-Markt gebracht wurde. Es verschwand ab 1986 wieder.

Das Questar-Gerät (1979) war als „lichtstarker Maksutov-Typ“ auch nicht lange am Markt.

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Bild 15: CAT-Teleobjektiv „Celestron 700“ 700mm f/8 – Quelle: fotosaurier

Qualitativ hochwertig und hervorragend gebaut – aber der Foto-Markt funktioniert eben anders als die „Astro-Nische“.

1982 – Olympus OM Zuiko Reflex 500mm f/8

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Bild 16: Das kompakte Olympus Zuiko Reflex 500mm f/8 an der „zierlichen“ OM4Ti (Gegenlichtblende eingeschoben) – Quelle: fotosaurier

Ich hebe dieses 500er CAT besonders hervor, weil es praktisch keine Fehler hat – außer dem Fehlen des Stativanschlusses, der allerdings dem Olympus-Konzept widersprochen hätte! Sein auffälligster Vorteil ist der hervorragende Bildkontrast, der das (sehr feinfühlige!) Fokussieren leicht macht – selbst ohne Fokusvergrößerung an der digitalen Systemkamera. Das Bild „springt“ geradezu in die Schärfezone. In mittleren Entfernungen ist die Bildstruktur („Rendering“) – auch des Hintergrundes! – sehr schön. Auch die ausziehbare Gegenlichtblende ist sehr praxisgerecht.

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Bild 17: Beispiel des schönen Renderings beim Olympus OM Reflex Zuiko 500 f/8 – Quelle: fotosaurier

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Bild 18: Linsenschnitt Olympus OM Reflex Zuiko 500mm f/8 (Lichteintritt von rechts! – Gegenlichtblende eingeschoben) – Quelle: Datenblatt Olympus

Zusammen mit dem Minolta AF Reflex 500 und dem fast 20 Jahre später erschienenen Mirotar 500mm f/8 ist es das beste 500er-CAT das ich persönlich und praktisch kenne. Beide Spiegel sind Mangin-Spiegel. Das Auffälligste ist, dass hier ALLE optischen Elemente in nur zwei Gruppen um die beiden Spiegel zusammengafasst sind! Es ist das CAT mit der geringsten Zahl von Glas-Luft-Flächen. Ich vermute, dass dies ein Teil des Geheimnisses des hervorragenden Bildkontrastes ist.

Bei meinen jüngsten Messungen mit einer Nyquist-Frequenz des Sensors von 3.168 LP/BH messe ich beim Zuiko-Reflex ca. 1.500 LP/BH (entsprechend 125 Linien/mm) in der Bildmitte – in der äußersten Ecke bei ca. 860 LP/BH. Ich gebe die Auflösungswerte für 30% Kontrast an (wie meistens üblich …) Für die damalige analoge Fotografie waren das Werte, die noch über der praktischen Filmauflösung lagen (zumal mit ISO 400-Filmen – oder nochhöheren ISO-Werten!).

Deutlich kompakter als diese Optik ist meines Wissens nur das Tokina 500mm f/8 – aber das spielt in der optischen Qualität eine Liga darunter. Auch das Tamron 500mm f/8 ist etwas kürzer – man muss aber eine Gegenlichtblende aufschrauben, die fast so lang ist wie das Objektiv selbst!

1982/83Vivitar Series 1 450mm f4.5

Hier ist die Datierung ganz sicher:  Oktober 1982 wurde das Objektiv auf der Photokina in Köln vorgestellt. Ab 1983 wurde es meines Wissens ein Jahr lang gefertigt. Es gibt dazu auch noch einen 2-fach-Telekonverter, der speziell für die Optik gerechnet ist und direkt am T2-Gewinde angeschlossen wird.

Diese Optik hat nichts mit den früher gelieferten Vivitar Series 1 „Solid Cat“ zu tun!(Das war vereinzelt angenommen worden …)

Dies ist die wohl (bisher) exotischste katadioptrische Foto-Optik, die es tatsächlich an den Markt geschafft hat! – Eindeutig ein Fall für  die Rubrik „My Crazy Lenses“ – demnächst hier in diesem Blog

Das Design stammt von der Optik-Designfirma OPCON Associates, die der ehemalige Perkin-Elmer Mitarbeiter Ellis Betensky 1969 mit zwei anderen Partnern (Melvin Kreitzer und Jacob Moskovich) 1969 gegründet hatte – und die bis heute existiert (seit 1996 ohne Betensky).

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Bild 19: Vivitar Series 1 450mm f4.5 (Länge 150mm – ohne die Gegenlichtblende) an der Olympus OM – Quelle: fotosaurier

Nach intensiver Suche habe ich schließlich das Patent für dieses katadioptrische Objektiv gefunden: US-Patent 4523816 angemeldet 1983 für Vivitar. Anders als oft zu lesen, ist als Erfinder Melvin Kreitzer eingetragen und nicht nicht Ellis Betensky. Die Bilder „Fig.3 und Fig.4“ sind durch klicken auf „Full Pages“  (am linken Rand) einzusehen.

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Bild 20: Grobe Linsenschnitt-Skizze aus dem US-Patent 4523816 für das Vivitar Series 1 450mm f/4.5 – entspricht sicher nicht in allen details dem endgültig hergestellten Objektiv – es fehlt z.B. die nach vorne abschließende dünne Planglasscheibe (s. FIG-4) – Quelle: US-Patent 4523816

Der EXOT besitzt vier höchst innovative Besonderheiten:

a – Der (sehr dicke!) Front-Korrektor L1 besteht laut Spezifikations-Claims aus PMMA-Kunststoff („Acryl-Glas“).

b – Der Korrektor L1 hat auf der Vorderseite eine asphärische Fläche! … also eine Art „verkappte-Schmidt-Platte“?

c – Das System besitzt eine Innenfokussierung durch Verschiebung der Korrektor-Linsengruppe G2. Dabei ändert sich die Brennweite des Objektivs in Naheinstellung.

d – das vordere Kunststoff-Korrektorelement L1 ist an der Objektiv-Vorderseite durch eine dünne planparallele Glas-Scheibe geschützt (fehlt in Fig.3 – angedeutet nur in Fig.4 des Patentes).

Weitere Informationen zu diesem Objektiv im Artikel in der Reihe „My Crazy Lensesdemnächst.

1989Minolta AF Reflex 500mm f/8

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Bild 21: Minolta AF Reflex 500 an der Sony A7RIV (mit Gegenlichtblende) – Quelle: fotosaurier

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Bild 22: Minolta Autofocus 500mm f/8 – Quelle Minolta Objektiv-Spezifikation

Minolta hat damit – 4 Jahre nach der Einführung der AF-SLR als erster weltweit und bis heute einziger Hersteller – etwas gemacht, was eigentlich als „unmöglich“ galt: Funktion eines zuverlässigen Autofokus bei Blende 8!  Ich hatte das Objektiv an der Dynax 7D und ich benutze es bis heute an der Sony A7RIV (mit Adapter LAEA4)  – das funktioniert hervorragend und sehr schnell auch noch bei schwachem Licht! Das Objektiv wurde auch lange Zeit noch mit dem Sony A-Mount ausgeliefert und ist in anscheinend fast beliebiger Menge und günstig am japanischen Gebrauchtmarkt zu erhalten – in Deutschland eher selten und viel teurer als in Japan!). Es ist auch eine meiner „crazy lenses„. (Bericht folgt in einigen Wochen!)

Der Aufbau benutzt zwei Mangin-Spiegel und ähnelt dem Design des Minolta RF 250mm f/5.6. In der Bildqualität spielt es absolut in der Oberliga – wegen der grundsätzlichen  Fokussier-Schwierigkeiten mit den manuell zu fokussierenden CAT-Objektiven ist der Autofokus für sich in der Praxis ein großer qualitativer Nutzen!

Ich halte es – zusammen mit dem RF Rokkor 250mm f/5.6 – für das unter heutigen Bedingungen an D-SLR und Spiegelloser Systemkamera nützlichste historische CAT – auch frei Hand einsetzbar für „normale Alltagsfotografie“. Die Klasse der manuell fokussierbaren 500er CATs ist sonst doch schon etwas für das Staiv!

1997Zeiss Mirotar (für Contax c/y) 500mm f8

Dies ist das letzte relevante 500er CAT (eines Originalherstellers), das auf den Markt kam – und es ist eines der Besten, das Zeiss nun als „Spätgebärende“ herausbrachte. Allerdings kann man den MFT-Kurven bei Marco Cavina entnehmen, dass es nicht an das überragende Referenzobjektiv 500mm f/4.5 heran reicht. (Ich finde: das ist keine Schande – ca. 800 Gramm treten gegen fast 4 kg an …)

Mirotar 500mm f8

Bild 23: Zeiss Mirotar 500mm f/8 von 1997 – Quelle: Zeiss Datenblatt

Dieses Objektiv hat nun alle Merkmale der „modernen“ CAT-Bauweise: Mangin-Spiegel und nicht durchbohrter Hauptspiegel. Es ist allerdings kein Maksutov-Typ mehr sondern eine Hamilton-Bauweise mit ausgeklügelten Sub-Apertur-Korrektoren. Der Mangin-Primärspiegel ist ungewöhnlich dick! Zusätzlich zu einer ausziehbaren Sonnenblende besaß das Objektiv einen sehr schlank gebauten drehbaren Stativanschluss – es war also in jeder Hinsicht  perfekt.

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Bild 24: Zeiss MIROTAR 500mm f/8 – Quelle: fotosaurier

Anfang der 2000er Jahre erschienen plötzlich viele nagelneue Mirotar-500mm f/8-Objektive zum Preis von 500 EUR im Angebot (unter halbem Listenpreis)! Es ging das Gerücht, dass ein ganzer Container mit diesen Objektiven geraubt worden sei – danach wäre das alles Hehlerware gewesen … Vielleicht hatte aber auch Zeiss nur wieder ein größeres Los vorweg gefertigt und versuchte die Ware rechtzeitig vor der Einstellung der Kyocera-Contax-SLR (2005) los zu werden – es fand also ein radikaler Abverkauf statt? Ich weiß nicht, was wirklich der Grund war – aber ich habe es gekauft. Im Vergleich zum Olympus-CAT habe ich damals festgestellt, dass beide Objektive gleichwertig an der Spitze des Wettbewerber-Feldes liegen (seinerzeit mit Vergleich auf Analog-Film festgestellt). Ich habe dann das Zuiko-CAT behalten, da es kompakter und leichter war. Bei einem Vergleich am aktuellen 63 MP-Digital-Sensor könnte sich heute allerdings herausstellen, dass eines der Objektive doch dem anderen überlegen ist, da unsere Vergleiche auf Analog-Film einen praktischen Grenzwert von ca. 100 Linien/mm besaßen – entsprechend 1.200 Linienpaare/Bildhöhe. Wie schon oben angemerkt liegt das Olympus-CAT am digitalen Sensor bei 1.500 LP/BH.

In der Zeit nach dem Jahr 2.000:

Nachdem Sony als letzter Anbieter das AF Reflex 500 (original Ex-Minolta!) eingestellt hat, gibt es meines Wissens kein CAT-Objektiv eines Original-Herstellers mehr am Markt.

Einige Fremdobjektiv-Hersteller (auch neuere wie Samyang) haben sehr preiswerte CAT-Objektive im Programm. Die weitaus meisten CATs, die heute herum geistern, werden unter Handelsmarken vertrieben. Man sollte von denen nicht zu viel erwarten. Darunter sind auch solche, die schon in den 1980/90er Jahren exakt so geliefert wurden – erkennbar z.B. an der identischen Ausführung der auffälligen Gummierung des Fokussier-Rings.

Gerade vor wenigen Wochen hat allerdings einer der renommierten Fremdobjektiv-Hersteller (Tokina) wieder ein neues CAT mit 400mm f/8 und T2-Anschluß neu auf den Markt gebracht.

Ist das der Beginn einer Renaissance?

Man wird sehen …

Warum sind die katadioptrischen Teleobjektive (CAT) nach der ersten großen „Welle“ (1965-1990) fast wieder verschwunden?

Auffallend ist, dass extrem viele der im Netz angebotenen CATs in ganz hervorragendem Zustand – oft neuwertig – sind. Das könnte bedeuten, dass sie kaum benutzt wurden. Das ist auch meine persönliche Meinung. Eine Ausnahme bilden überdurchschnittlich oft die „Russentonnen“.

a) Im professionellen Bereich wurden die frühen CATs wohl hauptsächlich wegen der farbreinen Abbildung eingesetzt. Dieser Vorteil fiel mit dem Erscheinen der Tele-Objektive mit ED-Glas ab ca. 1982 weg. Allerdings wurde dieses „Versprechen“ der Abwesenheit von Farbfehlern tatsächlich nur von den Spitzen-CATs am Markt eingelöst. Möglicherweise blieb noch der Grund eines federleichten, kompakten „Immer-dabei-Lang-Brennweiters“ erhalten, der für den Fall des Falles hinten in der Reportage-Tasche schlummern durfte.

b) Das manuelle Fokussieren mit den CATs geringer Öffnungsverhältnisse (f/5.6 bis f/11 !) war selbst für erfahrene Manuell-Fokussierer sehr schwierig. Die Hilfsmittel wie Schnittbildindikator oder Mikroprismenring fielen ab f/8 aus – es blieb meist nur das Fokussieren auf dem Mattglasbereich übrig! Bei professionellen Kameras gab es teilweise wechselbare Einstellscheiben für den SLR-Sucher. Aber ehrlich: wer legt sich zwischendrin ins Gras und fummelt eine Einstellscheibe raus und wieder rein …?

Es ist auch festzuhalten, dass mit sehr wenigen Ausnahmen gerade an preislich günstigen CATs das präzise Fokussieren – für das man eigentlich eine Mikrometer-Schraube gebraucht hätte! – sehr schlecht und grob gelöst war. Das dauert dann, wenn man immer wieder vorbei gedreht hatte … oder die Schärfeergebnisse waren eben unterirdisch!

c) Alle CATs waren mehr oder weniger Streulichtempfindlich, wenn man gegen die Sonne fotografierte. Wenn man den Effekt eines großflächigen „Flares“ nicht bildnerisch nutzen will, kann ich tatsächlich nur davon abraten.

d) Die Verschlusszeit: Hinzu kam der Punkt, dass man an Analog-Kameras mit typischerweise maximal ISO400-Film für ein 500mm-Objektiv doch eine tausendstel Sekunde für ein scharfes Bild gebraucht hätte – also gerade die kürzeste Verschlußzeit, die typischerweise in den 1960er Jahren zur Verfügung stand! Die Stative, die wir als Amateure damals hatten, waren auch für 500er Teles nicht wirklich geeignet.

Da die Dinger so kurz bauen, unterschätzt man unbewusst die Brennweiten-Wirkung auf das Verwackeln. Darüberhinaus hat das „Handzittern“ mit dem kurzen Griff ein großes Übersetzungverhältnis.

Im Grunde waren die weitaus meisten Amateure, die sich erstmals ein so langbrennweitiges Objektiv zulegten, unerfahren in der Nutzung und manuellen Fokussierung solcher wirklich langbrennweitiger Objektive. Mit Übung und Zähigkeit kann man da viel erreichen – aber das bedeutet nur eines: fotografieren – fotografieren – fotografieren!

e) Nun war da auch noch die Situation des großen Zeitverzuges zwischen Auslösen der Kamera und dem Vorliegen der Ergebnisse mit entwickeltem Film/Dias und Vergrößerungen – mit denen eventuell die Enttäuschung aufkam, dass die Ergebnisse einfach nicht scharf oder doch verwackelt sind. Da landete dann vermutlich ein großer Teil dieser zunächst attraktiv erschienenen Objektive in Schubladen und Vitrinen – bis heute: und warteten auf den Weckruf durch die hoch auflösenden, bis ISO3200 nutzbaren digitalen Systemkameras, die binnen Sekunden ein Feedback/Bildergebnis liefern?

Werden die Karten für die CATs mit den modernen Systemkameras heute neu gemischt?

Ich halte das durchaus für möglich, dass die wahre Zeit für solche Objektiv-Designs nun erst begonnen hat:

Mit der praktisch gut nutzbaren ISO-Empfindlichkeit bis zu 3.200 oder 6.400 und elektronischen Verschlüssen bis 1/40.000 Sekunde gibt es eine dramatisch verbesserte Ausgangslage.

Allerdings muss man sich immer bewusst machen, dass trotz der tollen Fokussierhilfen an digitalen Kameras das manuell Fokussieren dennoch eine echte Herausforderung bleibt – zumal der  jüngere Normalfotograf keine Routine im manuellen Fokussieren besitzen dürfte! Wenn man bei 500mm Brennweite und 11-facher Fokussiervergrößerung versucht zu fokussieren tanzt das Bild im Sucher wie beim Blick durch ein Objektiv mit 5,5 Meter Brennweite – mit etwas Pech verliert man sogar sein Ziel aus dem Auge … Da hilft nur ein Stativ!

Ein Autofokus wäre hier eine durchschlagende Verbesserung der Nutzbarkeit.

Anscheinend testet auch schon ein renommierter Fremdobjektivhersteller (Tokina) gerade den Markt mit einem nagelneuen CAT mit 400mm f/8. Aber auch manuell zu fokussieren …

Aufhorchen lässt dabei auch die jüngste Ankündigung der Firma Canon, nicht mit CATs aber mit neuen DO-Tele-Objektiven von 600mmund 800 mm mit Öffnungsverhältnissen von f/11 neu entwickelt für die Sensoren der spiegellosen Systemkameras mit AF und IS im Objektiv und ebenfalls sehr kurz bauend bzw. zum Transport zusammenschiebbar. („DO“ bedeutet „Diffraktions-Optik“ – das sind dünne, leichte Beugungs-Elemente, die Linsen ersetzen können. Canon testet diese Technik seit Jahrzehnten bei langen, lichtstarken Teleobjektiven.)

Bei der Benutzung von historischen CAT-Objektiven an den modernen Digital-Systemkameras muss man sich klar machen, dass die Optiken nicht für die Benutzung am digitalen Sensor berechnet wurden und nicht jedes CAT mit jedem Sensor harmoniert. Da kann es auch vorkommen, dass eine Optik an einer Sony Probleme zeigt, an einer Fujifilm- oder Olympus-Kamera aber nicht. Typische Probleme sind helle „Halos“ in der Bildmitte, niedrige Auflösung am Bildrand oder generell flauer Kontrast.

Viel Spaß beim Ausprobieren – ich werde in den kommenden Wochen über einige CAT-Sensor-Kombinationen in meine Rubrik „My Crazy Lenses“ berichten.

Herbert Börger, Berlin, 8. November 2020

 

 

Katadioptrische Foto-Objektive – Teil II

Teil II: Spiegel-Linsen-Systeme für die „normale“ Fotografie.

Für fotografische Tele-Objektive werden ausschließlich Kombinationen von Spiegeln und Linsen – sogenannte katadioptrische Systeme – eingesetzt.

ENTSTANDEN sind auch diese Optik-Systeme ursprünglich alle im Bereich der astronomischen Optik (s. Teil I).

Diese Spiegel-Linsen-Systeme sind für normale fotografische Aufgaben im terrestrischen oder sogar Nahbereich geeignet – aber natürlich auch für astronomische Anwendungen und auch für visuelle Beobachtung der erzeugten Bilder durch ein Okular – vorausgesetzt, dass die tatsächliche Umsetzung der Gerätekonzepte mit Auflösung und Kontrast auch die hohen Ansprüche für astronomische Geräte erfüllen!

Katadioptrische Systeme werden im normalen Foto-Bereich gegenüber reinen Linsen-Teleobjektiven wegen sehr geringer Baulänge und Gewicht geschätzt.

Der bedeutendste Unterschied der Foto-Optik (zum Einsatz als Wechselobjektiv an Systemkameras) gegenüber der astronomischen Optik ist, dass die Optiken hermetisch dicht abgeschlossen sein müssen. Ein Handhaben offener Spiegelsysteme als Wechselobjektiv im alltäglichen Einsatz wäre aus vielen Gründen undenkbar: Staubablagerung, Spritzwasser, Tau- und Belagsbildung, Beschädigung.

Das Scheitern des kommerziellen Projektes eines Nur-Spiegel-Schiefspieglers in den 1970er Jahren (Katoptaron) des deutschen Optik-Designers H.Makowsky mit einem völlig ofenen Spiegelobjektiv scheint diese Hypothes zu bestätigen. Das optische Konzept des Schiefspieglers (das es in dutzenden individuellen Varianten gibt) ist keinesfalls Schuld daran: es ist sehr erfolgreich und hoch geschätzt bis heute vor allem im Astro-Amateurbereich – aber auch bei wissenschaftlichen Anwendungen!

(Für astronomische Geräte gilt im Allgemeinen genau das Gegenteil bezüglich Offenheit: sie sind am besten so offen wie möglich, damit der Temperaturausgleich in die kälteren Nacht-Beobachtungszeiten hinein möglichst schnell und ohne Temperaturdifferenzen innerhalb des Gerätes vonstatten geht! Bei hermetisch geschlossenen Foto-Objektiven muss man sich der Gefahren durch Temperaturdifferenzen im Gerät für die optische Leistung deshalb immer bewusst sein!)

Rubrik III – das „Katadioptrische Dialyt“

Bevor wir uns den konkreten Fotoobjektiven zuwenden, müssen wir noch einen dritten Ausflug in die astronomische Optik machen. Der wird notwendig, wenn man sich die Linsenschnitte der verschiedenen katadioptrischen Foto-Objektive nur einmal flüchtig ansieht:

dabei fällt einem schnell auf, dass diese Systeme sich im Wesentlichen in zwei Gruppen unterteilen lassen:

Gruppe 1: Maksutov-Cassegrain-Systeme, leicht erkennbar an der nach vorne konkaven Frontlinse;

Linsenschnitt_Rubinar300mm_f4.5

Bild 1: Linsenschnitt Foto-Objektiv auf Basis Maksutov-Cassegrain mit Meniskus-Frontlinse und ohne Mangin-Primärspiegel (Rubinar 300mm f/4,5 – Lichteintritt links). Bei diesem guten Objektiv verläßt man sich wegen des relativ großen Bildwinkels nicht mehr alleine auf den Maksutov-Meniskus! – Quelle: Spezifikationsblatt des Herstellers

Gruppe 2: Ähnlicher Cassegrain-Grundaufbau wie Gruppe 1, aber die große Frontlinse, die das System nach vorne abschließt, ist kein Meniskus.

Mirotar 500mm f8

Bild 2: Linsenschnitt Foto-Objektiv der „Gruppe 2“ (Zeiss Mirotar 500mm f/8 von 1997), Lichteintritt links) – Quelle: Zeiss-Spezifikations-Blatt Mirotar 500mm f8

Die eventuell erwartete Gruppe auf Basis des Schmidt-Cassegrain-Prinzips existiert nicht – ich habe jedenfalls dafür nur ein Foto-Objektiv-Beispiel gefunden: das Celestron 750mm f/6.3. Ein elementares SC-System ohne zusätzlichen Sub-Apertur-Korrektor von 1978. Auch Celestron ist danach wohl bald wieder bei seinen „Leisten“ geblieben – den astronomischen Teleskopen – bis heute.

Schon die beiden frühen ersten „Zeiss-Boliden“ 500mm f/4.0 (Ost) bzw. f/4.5 (West) und 1.000mm f/5.6 – Ost und West – sind Stellvertreter der beiden Gruppen 1 und 2:

Das mit Vorstellung 1961 frühere Carl-Zeiss-Jena-„Spiegelobjektiv“ (Ost) ist ein Vertreter der Gruppe 2 mit zwei Linsen in der vollen Apertur, die nicht Menisken sind; man könnte es wohl am ehesten als Houghton-Cassegrain-Variante bezeichnen.

Das 1963 herausgebrachte Zeiss-Oberkochen-Mirotar (West) ist ein Maksutov-Typ (es hat sogar zwei-Meniskuslinsen in der vollen Apertur! (Linsenschnitt des 1000mm f5.6 in diesem Link).

Des Rätsels Lösung: die sogenannten katadioptrischen Dialyte!

Schon sehr lange war in der astronomischen Optik ein wesentlich grundlegenderes optisches System der Kombination von Linse und Reflektor bekannt: schon Newton soll darüber nachgedacht haben (!) aber erstmals schriftlich dokumentiert wurde es 1814 als Patent von F.W. Hamiltonheute bekannt als das Hamilton-Teleskop.

Damit war das Grundprinzip des katadioptrischen Dialyts (auch Brachymedial genannt) in der Welt. Es wird nach gut 200 Jahren immer noch stetig und erfolgreich weiterentwickelt – und es ist die Grundlage aller katadioptrischen Foto-Objektive.

In der einfachsten Form besteht es aus zwei Linsen: einer vorderen Sammellinse aus Kronglas (Lichteintritt) und einer hinteren Meniskuslinse aus Flintglas, deren hintere (konvexe) Fläche verspiegelt ist. Dieses hintere Element wird man mehr als 60 Jahre später (nach Mangins Erfindung für Scheinwerfer-Spiegel 1876) auch als „Mangin-Spiegel“ bezeichnen … obwohl er 1814 bei Hamilton längst da war – als katoptischer Teil des Hamilton-Teleskops.

Vom Grundaufbau von Hamilton habe ich keine Creative Commons Abbildung verfügbar, aber hier in der „telescope-optics“-Website finden sie das Bild und eine ausführliche Beschreibung und zusätzlich Informationen über Folgeentwicklungen: die Schupman-Wiedemann-Busack-Riccardi-Houghten-Honders-Terebizh-Teleskope bzw. -Kameras.

Das Maksutov-Teleskop ist demnach nur EINE spezielle Variante der katadioptrischen Dialyte! 

Maksutov hat seine Entdeckung der Meniskus-Korrektoren-Lösung selbst so beschrieben, dass ihm angesichts des Mangin-Spiegels die Idee kam, die Meniskus-Linse von der  (sphärischen) Spiegel-Fläche zu lösen und nach vorne zur Apertur zu verschieben. M. suchte nämlich nach einer Lösung für ein robustes, abgedichtetes Teleskop für Schulen, das kostengünstig in Massen herstellbar sein würde! Da lag es natürlich auf der Hand, die Möglichkeit eines verspiegelten Zentralflecks auf der Rückseite des Meniskus als Cassegrain-Sekundärspiegel zu überprüfen … was dann erfolgreich war. Ob er auch Lösungen untersucht hat, für den Primärspiegel die Mangin-Lösung beizubehalten, ist mir nicht bekannt. Er soll insgesamt 46 Systemvarianten durchgerechnet haben … Ob ihm das Hamilton-Teleskop damals bekannt war, weiß ich nicht.

Sieht man sich die verschiedenen Lösungsvarianten der katadioptrischen Dialyte im Detail an, entdeckt man z.B., dass die Bauweise der Korrektorlinsen im Houghton-Teleskop dem Linsenschnitt in den Carl Zeiss Jena „Spiegelobjektiven“ (1961) entspricht.

Bild 3: katadioptrisches Dialyt nach Houghton, diese Korrektor-Bauform wird offensichtlich im Zeiss Jena Spiegelobjektiv verwendet  – Quelle: Wikipedia – Autor: Rick Scott – https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

Gegenüber den „einfachen“ Frühformen reiner Spiegelteleskope verfolgte man beim katadioptrischen Dialyt von Anfang an zwei grundlegende Ziele:

  • Die Verwendung von ausschließlich sphärischen Flächen bei Linsen- und Spiegelflächen (Kosten! Massenfertigung! Genauigkeit!);
  • das Erreichen sehr großer Bildfelder mit hoher Bildgüte, z.B. für Astrographen-Kameras.

In der deutschen Wikipedia gibt es einen recht guten Übersichtsartikel über die katadioptrischen Dialyte – allerdings ohne Grafiken. Wer mehr Details braucht, dem empfehle ich nochmals die „telescope-optics“-Website.

Während in der Zeit vor dem 2. Weltkrieg bei astronomischen Teleskopen und Kameras bevorzugt asphärische Korrekturen zur Optimierung der Bildqualität zum Einsatz kamen (Beispiel: Ritchey-Chretien-Cassegrain!) wird in der jüngeren Zeit bevorzugt mit sphärischen Optik-Flächen gearbeitet. Terebizh argumentiert in seiner Veröffentlichung von 2007 damit, dass sphärische Flächen sehr viel präziser und reproduzierbarer hergestellt werden können (also nicht nur billiger sind). Die damit erzielte Bildqualität sei nachweislich besser. Hinzu kommt, dass man – spätestens ab den 1980er Jahren –  neuerdings wesentlich mehr Freiheitsgrade im Bereich der Linsen-Korrektoren mit neuen Glassorten und effizienten Beschichtungen hat.

Hier gehts zu Teil III – zu den Fotoobjektiven von 1946 bis heute.

Herbert Börger, Berlin, 31. Oktober 2020

 

Altweibersommer die DRITTE – 2020

(Alle Bilder Copyright fotosaurier 2020.)

Nach zwei knochen-trockenen Jahren (2018/19) im Raum Berlin hat dieser Herbst noch einmal genügend Feuchtigkeit gebracht, um einen Morgennebel zur richtigen Zeit zu produzieren.

Ohne die Nebel-Tautropfen – bei der richtigen Wetterlage – sieht man ja die Werke der Baldachinspinne kaum: den „Altweibersommer„. Am 1. Oktober war es endlich mal wieder so weit; zwar mit bescheidener Ausbeute aber immerhin sehr anregend und erkenntnisreich …

Anscheinend hatte der Tau auf den Spinnfäden schon lange gelegen bis ich das richtige „Foto-Licht“ hatte (Blitz kommt für mich nicht infrage!) – vielleicht hatten die Gespinnste auch schon vom Vortag gestanden, bis der Tau sie endlich sichtbar machte. Das Resultat sieht man auf dem ersten Bild: die „Perlenschnüre“ der Tautropfen sind nicht so regelmäßig wie sonst.

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Bild 1: Unregelmäßige Tautropfen-Ketten auf den Spinnfäden des Altweibersommers. 100%-Vergrößerung aus Bild 2.

Stellenweise sind sich einzelne Tautropfen zu größeren Tropfen zusammengeflossen – gleichzeitig sind (fast immer ÜBER den großen Tau-Perlen) Lücken in den Ketten entstanden.

Bei dem nächsten Bild hatte ich eine Assoziation – und dann ein Déjà vu:

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Bild 2: Ist dies der „Baldachin“ nach dem die Baldachinspinne ihren Namen bekommen hat? Oder auch: „Zu Ehren Frei Otto, dem Architekten des Münchner Olympiastadium-Daches!

Um ehrlich zu sein: meine erste Assoziation war ein Hochzeitskleid (wohl weil wir gerade eine Hochzeit in der engeren Familie hatten). Dann fiel es mir wie Schuppen von den Augen: genau das ist der „Baldachin“ nach dem die diese Gebilde produzierende Baldachinspinne ihren Namen haben könnte.

Etwas später hatte ich dann die Assoziation mit dem Dach des Münchner Olympiastadiums / Architekt Frei Otto – ausgelöst durch eine Kolumne von Götz Aly (Historiker in Berlin und Kolumnist der Berliner Zeitung)  in der er an den – kürzlich verstorbenen – Architekten Conrad Roland erinnerte. Conrad Roland seinerseits war Kollege von Frei Otto bei der Realisierung des Olympia-Daches. (Die Kolumne finden Sie hier.) Kurz danach erfand Conrad Roland dann derartige Seilstrukturen als Klettergerüste auf Spielplätzen – wo sie sich dann in den 1970er Jahren bis heute stark durchsetzten!

Deshalb widme ich das folgende Bild 3 Conrad Roland:

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Bild 3: „Zu Ehren Conrad Roland„, dem Erfinder der Klettergerüste aus gespannten Seilen.

Der Oleander ist neu in unserem Garten. Hier spannen vier Knospentriebe sozusagen ein Tetraeder auf – und die kleine Spinne hatte offensichtlich Probleme, aus dieser Geometrie wieder herauszufinden. Vielleicht ist das eine Analogie zu dem bekannten optischen Phänomen: egal aus welcher Richtung man mit einem Laser auf einen aus Glas geschliffene Tetraeder trifft: der reflektiert diesen Laserstrahl exakt in sich zurück (weshalb man mit dem auf den Mond aufgestellen Glas-Tetraeder den exakten Abstand des Mondes zur Erde messen konnte – über die Laufzeit des Lichtes hin und zurück!)

Möglicherweise finden Sie diese Assoziation etwas skurill?

Dann gehen wir doch einfach wieder zu den ästhethischen Aspekten – obwohl die Spinne natürlich keine Ahnung von unserer Ästhetik als Mensch hat …

Hier könnte die Spinne – angeregt von der klare Ästhetik der Oleander-Blätter (ja das haben Sie richtig erkannt: es sind Zweiecke!) zu einer schlichten und einfachen Struktur angeregt worden sein:

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Bild 4: Very basic – sehr minimalistisches Spinnweben-Design, passend zum Oleander-Blatt

Neu ist in diesem Jahr 2020 gegenüber Altweibersommer 2016 und Altweibersommer 2017 (Link zu den früheren Artikeln) noch, dass ich eine andere Kamera verwende: ein Fujifilm GFX100. Mit dem verwendeten Makroobjektiv 120 mm f/4 zusammen sind das „schlappe“ 2.481 Gramm am langen Arm (ohne Objektivdeckel!). Ich brauche nun kein Fitnessstudio mehr.

Über diese beeindruckende Kamera wird noch an anderer Stelle einmal ausführlich berichtet werden.

Ich nenne die Kombination auch „mein Garten-Mikroskop„. Mit 102 Mega-Pixel gibt es hier sehr große Reserven für Detailvergrößerungen und Details die man vorher durch den Sucher nicht gesehen hat. Hier ein Beispiel:

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Bild 5: Dieses Bild ist bereits ein Ausschnitt aus dem 102 MP-Bild von etwa einem Viertel der ursprünglichen Bildfläche.

Das folgende ist eine Teilansicht mit 100%-Vergrößerung (ein Pixel auf Ihrem Bildschirm entspricht etwa einem Pixel auf dem Kamerasensor).

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Bild 6: 100% Ansicht eines Ausschnittes aus Bild 5. Sensor-Empfindlichkeit ISO 800!

Der Sensor fügt dem Bild mindestens bis ISO 800 kein Rauschen hinzu – die Szene wirkt auch bei 100%-Vergrößerung noch überzeugend plastisch.

Ausser (kleinen) Nachjustagen an der Gradationskurve (meistens S-förmig) wurden die Bilder weder in Farbe noch in der Struktur nachbearbeitet (alle Parameter bei Aufnahme in Null-Stellung – Filmsimulation „Velvia“). Keinerlei Schärfung!

Das wirkt man bei den letzten drei Bilder für mich ähnlich überzeugend.

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Bild 6: Dahlie

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Bild 7: Rose

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Bild 8: … einfach ein paar Rosenblätter …

Herbert Börger

Berlin, 20. Oktober 2020

Katadioptrische Foto-Objektive und ihre „Vorfahren“, die Spiegelteleskope – Teil I

Spricht man heute in der praktischen Fotografie von „Spiegelobjektiven“ (Wechselobjektive an Systemkameras) dann sind es grundsätzlich sogenannte „katadioptrische“ Systeme, die zur Bilderzeugung nicht nur Spiegel sondern zusätzlich auch Linsen verwenden.

Derartige Abbildungssysteme gehen ursprünglich zurück auf das Spiegelfernrohr (reflecting telescope), das der Physiker Issac Newton 1668 erfand – das Newton-Teleskop. Er baute seinerzeit Geräte meines Wissens bis zu 6 Zoll (153 mm) Spiegeldurchmesser. Vom über 350 Jahre zurückliegenden Newton-Spiegelteleskop zu den katadioptrischen Fotoobjektiven der vergangenen 70 Jahre bis heute war es allerdings ein langer Weg.

Hier möchte ich für Fotoamateure, die die Entwicklung der astronomischen Fernrohre bisher nicht  so sehr im Blick hatten, eine knappe Übersicht über diese optischen Systeme geben – sowie im Teil II dann die daraus abgeleiteten Foto-Objektive beschreiben.

In der Reihe „My Crazy Lenses“ werde ich danach einige besondere katadioptrische Foto-Objektive aus meinem Fundus detailliert vorstellen.

Vorbemerkung: Mit Ausnahme einer einzigen Sonder-Bauform (s. „Schiefspiegler“) liegt bei allen Spiegelteleskopen (und katadioptrischen Systemen) der primäre Fokus (d.h. das Bild) vor dem Hauptspiegel – mitten im einfallenden Strahlenbündel. Da dort zwangsläufig die Filmkassette oder der sekundäre Fangspiegel sitzen müssen, wird daher das einfallende Strahlenbündel in der Mitte abgeschattet (man nennt das „Obstruktion„, d.h. Blockade). Das genutzte einfallende Strahlenbündel (Apertur) hat einen ringförmigen Querschnitt. Dieser Umstand verschlechtert theoretisch grundsätzlich die Auflösung des Reflektors gegenüber einem (perfekten – also apochromatischen) Refraktor (Linsenfernrohr) mit gleichem Durchmesser.

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Bild 1: Vorderansicht eines Spiegel-Linsen-Objektivs mit der typischen ringförmigen Einfallsöffnung für die Lichtstrahlen – Im Zentrum ist der Sekundärspiegel auf der Rückseite der Frontlinse befestigt (Obstruktion). (Quelle: fotosaurier)

Teil I – Astronomische Fernrohe.

Definition: Als „Optik“ bezeichnen wir hier das gesamte optische System, das ein Bild erzeugt, das man mittels Film, Videcon oder Digital-Sensor registrieren/aufzeichen kann oder auch visuell durch ein Okular betrachten kann. Bei einem „Fernrohr“ gehört das Okular, mit dem man das Bild im Fokus visuell betrachtet, NICHT zur bildgebenden Fernrohr-Optik.

Bildrechte: Alle Bilder stehen unter Copyright. Die Lizenzrechte sind in der Bildunterschrift angegeben.

Vorteile der Spiegel-Optik:

a. Die vom Spiegel erzeugten Bilder sind prinzipbedingt ohne Farbfehler (Chromatische Aberration), da die optischen Reflexionsgesetze für alle Lichtwellenlängen gleich sind – während es bei Linsen eine wellenlängenabhängige Dispersion gibt, die aufwändig „bekämpft“ werden muss

b. Die Spiegeloptiken sind billiger herstellbar als achromatische oder erst recht apochromatische Linsen-Objektive. Insbesondere für Amateurastronomen ist dies selbstverständlich der ausschlaggebende Grund – man kann ein Spiegelteseskop für ein Taschengeld erwerben oder gar selbst herstellen. Gute Linsenfernrohre mit vergleichbaren Aperturdaten gehen dagegen richtig ins Geld und sind sehr viel schwieriger herstellbar!

c. Große Öffnungdurchmesser (mehrere Meter Öffnungs-Durchmesser!) lassen sich technisch  ausschließlich mit Spiegeln realisieren. (Meines Wissens ist nach dem großen Hale-Refraktor mit 102 cm Apertur am Yerkes-Observatorium in USA von 1897 kein größeres Linsentelsekop mehr gebaut worden.)

d. Da in allen Spiegelsystemen außer dem Newton-Fernrohr und seinen Varianten (besonders auch der Schmidt-Kamera) der Strahlengang „gefaltet“ wird – also die Lichtstrahlen den Weg zwischen zwei Spiegeln insgesamt zwei oder drei mal durchlaufen ehe sie zum Fokus gelangen! – sind diese Geräte meist sehr viel kürzer gebaut als Linsenfernrohre („Refraktoren“).

Nachteile der Spiegel-Optik:

a. Spiegelobjektive haben einen festen Blendenwert – sie können nicht „abgeblendet“ werden. Wer sich entschieden hat, mit einem solchen Objektiv zu arbeiten, weiß das natürlich vorab. Dennoch erfordert es eine Anpassung der Arbeitsweise. Man muss eben auch wissen, dass man mit einer gewissen Schärfentiefe zurecht kommen muss und diese nicht mehr beeinflussen kann. Ich halte das aber nicht für gravierend: da die Spiegelobjektive sich ja nicht so sehr durch hohe Lichtstärke hervortun (f/4 ist ein Lichtriese in diesem Bereich, f/5,6-f/8 der Standard!) und die Brennweite nach kurzen Belichtungszeiten verlangt, ist „Abblenden“ wohl eher der seltenerer Wunsch. Wenn das Licht reduziert werden soll, werden für katadioptrische Objektive ja meist die ND-Filter im Strahlengang angeboten. Mit den Digitalkameras von heute haben wir außerdem nun den Vorteil, dass wir den ISO-Wert in sehr weitem Bereich variieren können, um die Belichtungssteuerung zu unterstützen (sogar ohne nennenswerte Bilddefinition zu verlieren).

Generell wäre aus Sicht eines astronomischen Instrumentes das Reduzieren des einfallenden Strahlenbündeldurchmessers kontraproduktiv, da damit die erzielbare Auflösung sinken würde. Deshalb ist der Weg über neutraldichte Filter der physikalisch sinnvolle.

b. Der größte Nachteil liegt in der „Obstruktion“ im Zentrum der  Öffnung, wie oben in der Vorbemerkung beschrieben. Das Spiegelobjektiv hat dadurch bedingt bei gleichem Öffnungsdurchmesser theoretisch eine geringere Auflösung im Fokus als ein Refraktor bzw. ein Linsen-Teleobjektiv mit höchster apochromatischer Korrektur! Auch die Kontrastwiedergabe ist dadurch reduziert. Dieser Nachteil wird ggf. dadurch kompensiert, dass das kostengünstigere (und sehr kurz bauende) Spiegelobjektiv mit entsprechend größerem Öffnungsdurchmesser verwendet wird, wodurch der Auflösungsverlust kompensiert werden kann. Das gilt nach dem oben Beschriebenen natürlich nicht für die Schiefspiegler.

c. Bei terrestrischem Einsatz als Teleobjektiv für normale fotografische Zwecke, entsteht ein weiterer Nachteil aus der Obstruktion. Wegen der ringförmigen Eintrittsöffnung für die Lichtstrahlen, entstehen außerhalb der Fokusebene nicht die bekannten Unschärfebilder eines Lichtpunktes in Form einer Kreisscheibe, die in ihrer Fläche weitgehend gleichmäßig hell ist, sondern ringförmige Unschärfebilder. Bei Anwendungen in der Astronomie tritt dieses Phänomen nicht auf, da alle Objekte – gleich ob sie 384.400 km oder 1 Millionen Lichtjahre entfernt sind  – praktisch „unendlich“ weit entfernt sind! Bei der Benutzung als Teleobjektiv bei normalen fotografischen Anwendungen sind aber selten alle Bildpunkte in einer Ebene, sondern es gibt auch Bereiche vor und hinter der Schärfeebene. In diesen treten leuchtende Punkte als die beschriebenen Ringe auf – normale Objekte bekommen als unscharfes Bild eine unruhige bzw. abstrakte Struktur. So wird ein Zweig im Hintergrund nicht einfach als ein „unscharfes Bild des Zweiges“ wiedergegeben, sondern er wird in zwei unscharfe Bilder aufgespalten, die sich überlagern. Das alles ist nicht immer bildnerisch schön.

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Bild 2: Außerfokale „Unschärfe-Ringe“ (von Reflexen – wie hier im Bild – und Lichtquellen) im Spiegel-Linsenobjektiv (Olympus OM 500mm f8). Über Ästhetik kann man streiten … Warum die Ringe in den Eckenbereichen nicht mehr geschlossen sind, werde ich im Teil II erläutern. Quelle: fotosaurier

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Bild 3: „Unruhiger“ Hintergrund im Bild mit dem katadioptrischen Objektiv (Minolta RF 250mm f5.6), verursacht durch die „Obstruktion“ – Quelle: fotosaurier

Rubrik I. Spiegel-Optiken für die Astronomie

Die reinen Spiegel-Optiken ohne zusätzliche Korrektur-Linsen sind praktisch fast ausschließlich auf den Einsatz bei (meist astronomischen) Fernrohren beschränkt. Ich werde sie hier dennoch ausführlich behandeln, weil sie sozusagen die „Mütter der gesamten Geräteklasse“ sind. Interessant ist der Umstand, dass innerhalb von nur vier Jahren um 1670 herum alle drei grundlegenden Spiegeloptik-Typen erfunden wurden – Typ 3a ist dabei nur eine (sehr wesentliche!) Verbesserung des Grundtyps 3.

Typ 1: Der Newton-Reflektor:

Der von Isaac Newton 1668 erfundene und realisierte einfache bildgebende Hohlspiegel (aus Metall oder verspiegeltem Glas … oder aus flüssigem Quecksilber) wurde zunächst ausschließlich für visuelle Beobachtungen eingesetzt. Der Fokuspunkt liegt am Lichteintritt in das Teleskoprohr – mitten im einfallenden Strahlenbündel. Um das Bild zugänglich für Beobachtungen zu machen, wird ein planer Fangspiegel unter 45° vor dem Primärfokus im Strahlengang platziert, sodass der Strahlengang unter 90° seitlich aus dem Fernrohrtubus herausgeführt wird. Der Fangspiegel erzeugt die Obstruktion – also die Abschattung in der mitte des Lichtbündels. Beim Newton-Teleskop ist die Obstruktion generell am geringsten von allen Spiegelfernrohr-Typen.

Bild 4: Newton Teleskop, Strahlengang. Dies ist – bis heute –  das beliebteste (und kostengünstigste) astronomische Fernrohr für Amateur-Astronomen. Den Hauptspiegel kann ein Amateur sogar selbst herstellen. (Qelle: Wikipedia – Autor Krishnavedala, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Mit Auftreten der Fotografie, wurde später oft anstelle eines 45°-Fangspiegels genau in der Fokusebene eine Filmkasette (für Planfilm oder Glasplatten) im Fernrohrtubus positioniert. Ein schneller Verschluss ist dazu meist nicht notwendig, da die Belichtungszeiten eher sehr lang sind! Das ergibt eine Newton-Astrokamera, die mit einem Leitfernrohr geführt werden muß.

Der ideale Newton-Reflektor besitzt einen parabolischen Hauptspiegel. Präzise geschliffen liefert er punktförmige Sternbilder in der Bildmitte. Die Bildfläche ist gekrümmt. Bei größerem Bildfeld erhebliche Koma. Es werden deswegen Okulare speziell für die Nutzung am Newton hergestellt, die Koma korrigieren.

Newton verwendete noch einen sphärischen Hauptspiegel, der allerdings das gesammelte Licht nicht in einem Punkt, sondern auf eine „Katakaustik“ verteilt als leicht unscharfe Scheibe darstellt. Auch die kleinen billigen Spiegelfernrohre in unserem Handel heute – mit Spiegeldurchmessern von 3 Zoll bis 4,5 Zoll – haben meist nur sphärisch geschliffene Spiegel. Bereits Gregory soll auf die Vorzüge des parabolischen Spiegels hingewiesen haben, der aber erst ab 1721 nachweislich von John Hadley mit den dafür benötigten Schleif-Polier-Methoden eingeführt wurde. Schnell entstanden dann große Instrumente mit über 1 m Durchmesser (W. Herschel). So hat tatsächlich das Spiegelteleskop nach Newton und Hadley der astronomischen Forschung die größten Fortschritte im 18./20. Jahrhundert ermöglicht.

Bild 4a: Hooker-Teleskop Mt.Wilson (Newton mit 2,5 Meter Spiegeldurchmesser) – von 1917 – 1949 das größte Teleskop der Welt – wie es mit der Entwicklung der Großteleskope weiter ging kann man hier lesen.

Der Parabolspiegel hat eine praktisch perfekte Abbildung in der Bildmitte. (Eine Begrenzung der Auflösung ist bei erdgestützten Instrumenten grundsätzlich der Luftbewegung/den Luftschlieren,  genannt „Seeing“, zuzuschreiben – weniger der optischen Qualität des Spiegels.) Allerdings ist der Newton für größere Bildfelder nur eingeschränkt nutzbar, da außeraxial Astigmatismus und vor allem Koma auftreten.

Mit Hadleys Innovation war der Weg des Newton-Reflektors aber noch längst nicht zuende:

Allerdings dauerte es dann noch einmal über 200 Jahre (!) bis das Newton-Teleskop mit einer optischen Innovation aufgewertet wurde: mit der Erfindung der asphärischen Korrektorplatte durch Bernhard Schmidt 1930 – die Schmidt-Platte. Die daraus resultierende Schmidt-Kamera wurde sofort zum bedeutendsten Instrument für die Durchmusterung des Sterenenhimmels weltweit. Das fehlerfreie Bildfeld ist dramatisch erweitert – der Spiegel darf sogar sphärisch bleiben! Die Schmidt’sche Innovation kann man gar nicht hoch genug einschätzen – und sie wurde erbracht von einem einzelnen Selfmade-Spiegelschleifer (mit einem abgebrochenen Studium …) – und nicht durch die systematische Forschung in großen Optik-Firmen wie Zeiss! Haarstäubend darüberhinaus: Schmidt erfand nicht nur die Form der asphärischen Platte, sondern das elegante Herstellverfahren gleichzeitig!

Bild 5: Schmidt-Newton-Teleskop, Strahlengang (Quelle: Wikipedia – Autor: Tamasflex, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Als Hauptspiegel kann ein Kugelspiegel verwendet werden.

Allerdings ist das dann kein reines Spiegelobjektiv mehr – und gehört in die Rubrik der katadioptrischen Systeme (s.u.).

Typ 2: Gregory-Teleskop:

1670 – zwei Jahre nach Newtons Erfindung – schlug der schottische Mathematiker James Gregory (*1638) eine „geradsichtige“ Spigeloptik aus zwei Hohlspiegeln vor:

Bild 6: Gregory-Teleskop, Strahlengang (Quelle: Wikipedia – Autor Krishnavedala, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Durch den Sekundärspiegel wird der Sekundärfokus durch eine Öffnung im Primärspiegel hinter den Hauptspiegel projiziert. Man blickt in die Richtung des Zieles – und das Bild ist seitenrichtig und aufrecht! Das erste Gerät wurde 1674 prakisch realisiert und bis ca. 1800 wurde diese Gerätebauweise sehr intensiv genutzt.

Nachteile sind: die wesentlich längere Bauweise als z.B. beim Cassegrain und der größere Sekundärspiegel, der die Obstruktion vergrößert.

Der Primär-Hohlspiegel ist parabolisch, der Sekundär-Hohlspiegel – VOR dem Primärfokus gelegen! – ist elliptisch. Primärfokus und Sekundärfokus liegen in den beiden Brennpunkten des Spiegel-Ellipsoids.

Der größte Vorteil des Gregory-Spiegelsystems für ein Fernrohr ist die Zugänglichkeit und Nutzbarkeit des Primärfokus bei eingebautem Sekundärspiegel. Dies führte dazu, dass auch bis in die jüngste Zeit das Gregory-Prinzip immer noch eingesetzt wird, z.B. bei dem wohl derzeit modernsten Spiegelteleskop weltweit: das deshalb auch zu Ehren des Erfinders gleich GREGOR-Teleskop genannte, 2012 in Betrieb genommene Solarteleskop des Kiepenheuer-Instituts für Solarphysik auf den Kanarischen Ineln. Hauptspiegeldurchmesser 1,5 m. Das Instrument ist vollgepackt mit Innovationen und nutzt (mit einem Tertiärspiegel hinter dem Hauptspiegel) die extrem gute simultane Zugänglichkeit zu dem Strahlengang dazu, ohne Umbau und gleichzeitig eine ganze Reihe von Analysengeräten durch ein Teleskop zu füttern. Der Hauptspiegel ist temperiert und besteht aus einer adaptiven Optik, die die störenden Einflüsse der Atmosphäre auf das Licht ausgleichen kann.

Beim großen Radioteleskop in Effelsberg wird das Gregory-Prinzip ebenfalls verwendet.

Newton- und Gregory-Teleskope sind vorrangig auf kurze Brennweiten und hohe Lichtstärken ausgerichtet.

Typ 3: Cassegrain-Teleskop:

Laurent Cassegrain (*1629) stellte das Teleskop 1672 vor.

Es ist ebenfalls geradsichtig und verwendet entsprechend eine zentrale Öffnung im Hauptspiegel, um den Sekundärfokus hinter den Hauptspiegel zu projizieren.

Der Primärspiegel ist wie beim Newton ein parabolischer Konkav-Spiegel. Der zwischen Primärfokus und Hauptspiegel liegende Sekundärspiegel ist ein hyperbolischer Konvex-Spiegel, dessen Brennpunkt im Primärfokus liegt. Dadurch ergibt sich eine sehr lange Brennweite bei sehr kurzer Bauweise!

Bild 7: Cassegrain-Teleskop, Strahlengang. (Qelle: Wikipedia – Autor: Krishnavedala, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0

Cassegrain-Spiegelteleskope sind auf längere Brennweiten bei typisch f/10 und größer ausgerichtet. Gerade wegen der kompakten Länge basiert wohl die große Mehrheit der modernen Spiegelteleskope auf der Bauweise. Das Prinzip erzeugt als reine Spiegeloptik nicht vernachlässigbare optisch Restfehler – besonders bei größeren Bildfeldern. Daher sind heute die meisten eingesetzten Cassegrain-Systeme katadioptrische Systeme, in denen asphärische Korrektoren (Schmidt-Platte) oder Linsengruppen die wichtigsten Fehler korrigieren: Öffnungsfehler, Koma und Bildfeldkrümmung – oder man setzt heute gleich auf den Typ 3a:

Typ 3a: Richey-Chrétien-Cassegrain-Teleskop

Der RC-Cassegrain-Teleskop (abgekürzt) wurde von George Willis Ritchey (*1864) und Henri Chrétien (*1879) Anfang des 20. Jahrhunderts aus dem Cassegrain-Grundtyp entwickelt. Die Schmidt-Platte war zu diesem Zeitpunkt noch nicht bekannt. Ziel war die Eliminierung der optischen Restfehler, die das nutzbare Gesichtsfeld des Cassegrain doch sehr deutlich einschränkten.

Die weitgehende Korrektur der wichtigsten Bildfehler  erfolgte durch die Optimierung der Asphären-Gestalten BEIDER Spiegel (zusammen mit dem Abstand).

Bild 8: Richey-Chrétien-Cassegrain-Teleskop, Strahlengang. (Quelle: Wikipedia – Autor ArtMechanik, http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

(Leider „Chrétien“ im Bild nicht korrekt geschrieben….)

Das Bildfeld des RC-Cassegrain-Systems kann bis zu 3-fach größer sein als das des Standard-Cassegrains.

Dabei blieb die Bildfeldkrümmung bestehen, da sie mit Spiegeln alleine nicht eliminiert werden kann – dazu wurden in der Folge Bildfeldebnungs-Linsensysteme hinter dem Sekundär-Spiegel verwendet – aber diese RC-Systeme gehören dann zu den katadioptrischen Systemen.

Diese Entwicklung war entscheidend für die Zukunft des Cassegrain-Systems: alle bedeutenden Großteleskope sind heute RC-Cassegrains – ebenso das erfolgreiche Hubble-Weltraumteleskop (2,4 m Durchmesser)!

Ein kurzer Exkurs zu den bemerkenswerten Erfinderpersönlichkeiten Ritchey und Chrétien:

Beide Männer waren geniale Optik-Ingenieure – wenn auch mit total unterschiedlichem Hintergrund.

Der Amerikaner Ritchey war ein handwerklich begnadeter Optik-Ingenieur, der in Zusammenarbeit mit dem berühmten Astrophysiker Hale z.B. die beiden großen Spiegelinstrumente für das Mount-Wilson-Observatorium baute (1,5 m und 2,5 m). Nach einem Zerwürfnis mit Hale zog er sich zunächst zurück, wurde aber aufgrund seines Weltruhmes als Instrumentenbauer nach Frankreich gerufen, wo er zusammen mit Chrétien (wohl um 1920 herum sieben Jahre lang) an Cassegrain-Spiegelsystemen arbeitete. Chrétien war seinerseits ein genialer Mathematiker und Optiker auf der wissenschaftlich-mathematischen Seite. Gemeinsam lösten sie die Bildfehler-Probleme des Cassegrain-Teleskops – nachhaltig, wie man heute weiß!

Chrétien war darüber hinaus der Erfinder des Breitbildverfahrens (Anamorphot-Optiken / Cinemaskop – wofür er kurz vor seinem Tod noch einen Technik-Oskar erhielt) und er war der Mentor von Pierre Angénieux! – hier schließt sich für mich ein Kreis: sehen Sie meine Texte zu Leben, Werk und Produkte von Pierre Angénieux.

Nach beiden Männern sind Mondkrater benannt – nach Richey auch ein Marskrater – nach Chrétien ein Asteorid.

Typ 4: Schiefspiegler – englisch als TCT bezeichnet: „Tilted Component Telescope“

Ich habe schon erwähnt, dass für lichtstarke astronomische Instrumente im Amateurbereich vorwiegend Spiegelinstrumente – besonders das Newton Teleskop – eingesetzt werden. Dabei spielt die Herstellbarkeit im Selbstbau eine große Rolle.

Immer wieder haben sich aber engagierte Amateure nicht damit abfinden wollen, dass die Auflösung (auf der Achse!) der Geräte durch die erhebliche Obstruktion (vor allem beim Cassegrain!) stark beeinträchtigt wird.

Schon Wilhelm Herschel hatte im Newton-Teleskop mit einem gekippten Hauptspiegel experimentiert, bei dem das Bild ohne Fangspiegel im Strahlengang seitlich außerhalb des Fernrohrtubus betrachtet werden konnte. Er konnte aber die dabei auftretenden großen Bildfehler nicht überwinden.

Typ 4a: Kutter-Schiefspiegler

Bild  9: Schiefspiegler nach Anton Kutter. (Quelle: Wikipedia – Von User:Eudjinnius – Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2116871)

Typ 4b: Jolo-Schiefspiegler

Bild 10 : Der Jolo-Schiefspiegler – Quelle: Wikipedia – Von Gengeli – Eigenes Werk, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11277032

Typ 4c: Multi-Schiefspiegler

Multischiefspiegler_EP0964283A1_Wolter Kopie

Bild 11: Multi-Schiefspiegler nach Wolter: Drei Spiegel, wobei der 2. Spiegel 2-mal benutzt wird! – Quelle: EP0964283A1

Viele der Designer von Schiefspieglern sind kundige und erfahrene Amateur-Astronomen, die ihre Geräte selbst bauen. Es darf aber nicht der Eindruck entstehen, dass das Schiefspiegler-Prinzip in der wissenschaftlichen Astronomie keine Rolle spiele: es ist zwar ein „Exot“ aber es wird, wenn das sinnvoll ist – bis heute sogar bei Großteleskopen eingesetzt:

So wurde mit dem „Leviathan“ des 3. Earl of Ross in Irland von 1845 an immerhin die Spiralstruktur ferner Galaxien entdeckt! Bis 1917 war es mit 1,8 m Spiegeldurchmesser das größte je gebaute astronomische Instrument – und ein Schiefpiegler. Das größte – gerade in Betrieb genommene – Sonnenteleskop auf Hawaii (DKIST – Apertur 4 Meter!) ist ein Schiefspiegler – und jetzt natürlich mit adaptiver Optik! Und es wird geplant, am mit 6 Meter Apertur (f/1.5) größten Zenith-Spiegel-Teleskop in Kanada (LZT) eine Schiefspiegler-Option zu installieren um das normalerweise nur 24 Bogenminuten betragende Bildfeld auf +/-23° zu erweitern! Der Spiegel ist ein rotierender Topf, in dem flüssiges Quecksilber einen Parabolspiegel-Fläche bildet.

Bild 12: Der parabolische Newton-6 m-„Spiegel“ aus flüssigem Quecksilber des LZT in Kanada – am Winkel der aufsteigenden Streben sieht man, wie nah der Sensor im Spiegelfokus ist: Öffnungsverhältnis f/1,5 !!! Quelle; Wikipedia – Autor: NASA – Lizenz Gemeinfrei

In diesem Wikipedia-Artikel bekommt man einen Eindruck, dass es da einen großen Zoo von verschiedensten TCT-Lösungsvarianten gibt. Auf dieser Web-Site kann sich informieren, wer an Details der geometrischen Optik interessiert ist.

Zum Schluss die Anmerkung, dass in den 1960/70er Jahren (eine genaue Datierung war mir bisher nicht möglich) einmal tatsächlich versucht wurde, ein reines Spiegelinstrument für normale Fotozwecke als Wechselobjektiv an SLR-Kameras auf den Markt zu bringen:

Es war ein Schiefspiegler mit der Brennweite 500 mm f/8 bzw f/11 (mit einstellbarer Blende und motorischer Scharfeinstellung!), der in  drei unterschiedlichen mechanischen Ausführungen als „Meta Makowsky Katoptaron TSE 1:8/500“ und „Geoma Katoptar TS 8/500 E“ oder „Telespect 500 1:11„angeboten wurde. Hier sieht man Details und Spezifikationen eines der Geräte. Die Geräte gingen wohl alle auf das 1968 erteilte Patent des Erfinders Makowsky zurück.  Tatsächlich war das Gerät in der Lichteinfall-Apertur völlig offen und enthielt nur zwei Spiegel, eine Fokussiereinrichtung und eine Blende. Ich las darüber einen Test, der wenig Begeisterung widerspiegelte. So weit ich weiß war das ein einmaliger und auch gescheiterter Versuch, ein reines Spiegelinstrument für normale Fotozwecke zu etablieren.

Fazit: Reine Spiegelobjektive sind ausschließlich astronomische Instrumente!

Jedenfalls ist mir keines von den oben dargestellten Spiegel-Optik-Typen als „echtes“ (und erfolgreiches) Foto-Objektiv bekannt, obwohl man natürlich damit auch fotografieren kann – und es am Sternenhimmel auch tut.

Will man die typischen Bildfehler wie Koma und Bildfeldkrümmung – insbesondere für große Bildfelder – bekämpfen, dann landet man schnell bei einem katadioptrischen System. Kein 1- oder 2-Spiegelsystem kann gleichzeitig alle Bildfelder und die Bildfeldkrümmung eliminieren. RC-Cassegrains und Schiefspiegler sind vermutlich das Beste, was ausschließlich mit (passiven) Spiegeln erreicht werden kann. Um noch weiter zu kommen, fügt man Linsen-Korrektoren hinzu.

Diese Aussage ist allerdings in den Zeiten der sog. „adaptiven“ Spielgeloptik teilweise überholt, jedenfalls für große Instrumente, bei denen der immense Aufwand der adaptiven und segmentierten Spiegel leistbar ist. Für unser eigentliches Thema – die Foto-Objektive – sind wir derzeit von diesem Thema aber noch sehr-sehr weit entfernt (was nicht so bleiben muss …).

Rubrik II. Katadioptrische Systeme für die Astronomie

Welche Gründe gab es dafür, die Spiegeloptik mit Linsen („Korrektoren“) zu ergänzen?

  1. Kombinationen aus Linsen und Spiegeln entstanden weitgehend mit dem Ziel, das Bildfeld der Fernrohre mit hoher Abbildungsgüte zu vergrößen. Die Abbildungsqualität eines Newton-Teleskops mit parabolischem Spielgel ist auf der Achse perfekt – aber das Bildfeld mit akzeptabler Abbildungsleistung ist nicht größer als 0,25°.
  2. Herstellung hermetisch geschlossener Geräte zum Schutz gegen Staub, Spritzwasser und korrosive Gase, die auf Dauer die Spiegelflächen angreifen und degradieren können.
  3. Mechanische Robustheit generell.

Korrektor-Linsen in Katadioptrischen Instrumenten können

a) die volle Öffnung (Apertur) ausfüllen (Schmidt-Platte oder Maksutov-Meniskus)

b) oder im hinteren Strahlengang auf die schlanker gewordenen Strahlenquerschnitte wirken – dann werden sie „Sub-Apertur-Korrektoren“ genannt

Wir werden später bei den Foto-Objektiven sehen, dass dort meist BEIDE Verfahren gleichzeitig eingesetzt werden, um befriedigende Ergebnisse zu erzielen.

Typ 5: Schmidt-Kamera auf Basis eines sphärischen Spiegels

Bild 13:  Die Apertur der Kamera ist der Durchmesser der Korrektor-Platte links. Der sphärische Spiegel ist stets deutlich größer. Länge ist zweimal die Brennweite. Die Bildebene ist sphärisch gekrümmt. Typisches Öffnungsverhältnis f/2.     Quelle: Wikipedia, Autor: ArtMechanik – http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/

Bild 14: Asphärische Form der Schmidt-Platte – Schnitt entlang des Durchmessers. Die genial-elegante Herstell-Methode fiel auch Bernhard Schmidt ein: die ebene Glasplatte wird mittels Vakuum vorgespannt und in diesem Zustand wird einseitig eine Fläche eingeschliffen und poliert: nach dem Entspannen der Platte ist die passende asphärische Kontur wie im Bild dargestellt entstanden. Quelle Wikipedia – Autor: Flying Jacket http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/

1930 erfunden vom deutschen Optik-Ingenieur Bernhard Schmidt. Die asphärische Korrektur-Platte korrigiert den Öffnungs-Fehler des Kugelspiegels. Großes Bildfeld, aber die Fokus-Ebene ist gewölbt! Dazu kann z.B. ein Planfilm auf eine spärisch geformte Aufnahme mit Vakuum angesaugt werden. Die Kamera hat cirka die doppelte Länge der Brennweite. Der Spiegel ist deutlich größer als die Korrektor-Platte bzw. die Apertur-Blende – abhängig von der Größe des Bildfeldes, das man auszeichnen möchte. Dies ist seit den 1930er Jahren das wichtigste Instrument, mit dem der Sternenhimmel weltweit systematisch durchgemustert wird. Beispiele sind die Hamburger Schmidt-Kamera (Fertigstellung 1954 – Planung ab 1937) mit Apertur 80 cm, das berühmteste ist wohl der große Schmidt-Spiegel am Palomar-Observatorium mit 1,22 m Öffnung und 1,8 Meter Spiegel (1948). Weniger bekannt dürfte den meisten das folgend dargestellte Instrument sein – in JENER Zeit (um 1960) war die Optik-Industrie der DDR konkurrenzfähig auf Weltniveau – wenn nicht führend:

Bild 15: Größte Schmidt-Kamera der Welt in Tautenburg, Thüringen, D (Alfred-Jensch-Teleskop) – Apertur 1,34 m, Spiegeldurchmesser 2,00 m f/2,0 (gut, dass ein Mensch hinter der „Kamera“ stand! Das stellt den Maßstab her …) – erstellt 1960 von Carl Zeiss Jena.

Bemerkung: das heute nach Schmidt benannte Prinzip war bereits 1924 vom finnischen Physiker Yrjö Väisälä entdeckt – aber wegen der sphärisch gekrümmten Bildebene wieder verworfen worden. V. hat später sub-aperture Bildebnungskorrektoren für die Schmidt-Kamera entworfen.

Typ 5a: Schmidt- Newton Teleskop

Bild 16: Schmidt-Newton Teleskop mit dem an der Schmidt-Platte angebrachten 45°-Fangspiegel. Quelle: Wikipedia – Von Szőcs Tamás Tamasflex – Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8622001

Die Öffnungsblende mit der Schmidt-Platte rückt hier wieder nahe an den Diagonalspiegel (VOR dem Brennpunkt). Der Vorteil des sehr großen Bildfeldes geht dabei größtenteils verloren, aber die Koma und Astigmatismus am Bildrand sind gut korrigiert. Das Bildfeld bleibt (ohne zusätzlichen Linsen-Korrektor) gekrümmt. Vorteil: mit der Korrektor-Platte als Träger entfallen die Beugungen an der Tragspinne für den Diagonalspiegel. Gleiches gilt für die folgende Cassegrain-Variante 5b).

Diese Version scheint es zur Zeit aber als kommerziell gefertigte Amateurinstrumente nicht auf dem Markt zu geben. Es werden wohl derzeit katadioptrische „Newton-Astrographen“ mit hoher Lichtstärke (um f/3) bevorzugt, bei denen alle Bildfehler inclusive Bildfeldkrümmung durch  „Sub-Apertur“-Korrektoren direkt vor dem Okular beseitigt werden. Dann auch nicht mehr ganz billig … (Hauptspiegel dann wohl meist hyperbolisch!)

Typ 5b: Schmidt-Cassegrain Teleskop

Bild  17: Schmidt-Cassegrain-Teleskop – Qielle: Wikipedia – Von Szőcs Tamás Tamasflex – Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8632917

Dies ist heute eines der am weitest verbreiteten Amateur-Instrumente (bis 16″ oder 20″ Apertur im Extremfall) mit Öffnungsverhältnisen meist um f/10 herum. Es ist weniger kurz bauend als das Maksutov-Cassegrain-Teleskop, hat aber dafür ein größeres fehlerfreies Bildfeld.

Typ 5c: Flat-Field-Kameras mit Schmidt-Platte (Lichtenknecker)

Auch als Zweispiegelsystem bezeichnet. Ein konvexer Sekundärspiegel wirft das Bild durch eine Hauptspiegelbohrung in den zugänglichen Bereich hinter dem Hauptspiegel. Das Bildfeld ist eben.

Typ 5d:Super-Schmidt-Kameras

Die Kreativität der Optik-Ingenieure im 20. Jh. war hier fast grenzenlos. Sehr viele Varianten wurden entwickelt, um immer leistungsstärkere Schmidt-Kameras zu schaffen, meistens mit Aperturen zwischen 500 und 800 mm und Öffnungsverhältnissen bis zu f/0,67 ! Es wurden zum Beispiel zwei Menisken hinzugefügt die die Schmidt-Platte zwischen sich einschlossen.

Hier finden Sie ein Beispiel – die Hewitt Camera mit 630 mm Öffnung und Spiegeldurchmesser von 864 mm (f/1, Bildfeld 10°), die man in England sogar heute offentlich besichtigen kann.

Diese Kameras wurden meistens für Kometen- oder Asteoridensuche oder Vermessung von Satellitenbahnen eingesetzt (woraus man Erkenntnisse über dias Gravitationsfeld der Erde gewinnen kann …).

Typ 6: Maksutov-Teleskop

Das heute als Maksutov-Prinzip bekannte System wurde um das Jahr 1941 gleich vier mal erfunden – und zwar nachweislich unabhängig voneinander, da wegen des 2. Welt-Krieges Wissenschaftler oft nichts von den Arbeiten anderer Wissenschaftler wussten: Dimitri Maksutov (Sowjetunion), Albert Bouwers (Niederlande), Kurt Penning (Deutschland) und Denis Gabor (Ungar, der Erfinder des Hologramms!). Alle verwenden die Meniskus-Korrektor-Linse auch als Träger des Sekundär-Spiegels in leicht unterschiedlichen geometrischen Konfigurationen mit dem Hauptspiegel.

Wenn man allerdings nachvollzieht, wie intensiv Maksutov bereits seit 1929 in der Sowjetunion an seiner Lösung gearbeitet hatte und dass er fast alle denkbaren Konfigurationen (46 aus seinen Unterlagen bekannte, berechnete Varianten) schon selbst durchgespielt hatte, erscheint die Ehrung seines Namens für dieses optische Prinzip durchaus angemessen! Außerdem ist er der einzige, der schließlich zuerst die Massenfertigung kleiner Maksutov-Cassegrain-Teleskope angestoßen hat und selbst eine große MAK-Kamera (700 mm Öffnung), das AZT-16 auf dem Cerro El Roble in Chile, bauen konnte (Doppelmeniskus-Korrektor, Apertur 700 mm, f/3, Spiegeldurchmesser 1 m). Ein Bild des Teleskops finden sie hier.  Ähnlich große Maksutov-Kameras gibt es auch im Hohen Kaukasus und auf der Krim.

Typ 6a: Maksutov-Newton Teleskop

Relativ preiswerte Variante (alle Flächen sphärisch!) mit einer für Maksutovs hohen Lichtstärke bei f/4 – f/5 und wegen der geringen Obstruktion durch den Sekundär-Diagonalspiegel hoher Kontrast. Allerdings nicht so kurz bauend wie die typischen Mak-Cassegrains (s. 6b)). Nachteil für Astro-Anwendung ist die geschlosene Bauweise, daher meis mit Schlitzen an der Korrektor-Meniskus-Peripherie ausgestattet.

Typ 6b: Maksutov-Cassegrain-Teleskop

Bild 18: Maksutov-Cassegrain-Teleskop, wird in dieser Konfiguration oft als Spot- oder Gregory-Maksutov-Cassegrain bezeichnet. Stammt aber genau so aus Dimitri Maksutovs Entwürfen – Quelle: Wikipedia – Autor: Halfblue – http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/.

Dies ist schlechthin DER Klassiker unter den astonomischen Amateur-Instrumenten – kompakt und stabil – mit Öffnungsverhältnis meist ab f/10 oder höher. Bereits ab 1945/46 wurden die Geräte unter D. Maksutovs kritischem Auge (mit Apertur 70 mm f/10) in der Sowjetunion in Massen produziert und an die Schulen des riesigen Landes geliefert! Kostengünstig (alle Flächen sphärisch) und stabil – und für den Einsatz in den Schulen war es Maksutov sehr wichtig gewesen, ein GESCHLOSSENES System zu schaffen, um Staub und Korrosion an den Spiegeln zu minimieren! Und das ist auch der Grund, weshalb es sich ab den 1950er Jahren weltweit als Foto-Teleobjektiv so stark durchsetzen konnte und noch bis heute gefertigt wird. Diese Hersteller liegen heute in der Ukraine und in Russland.

Ab 1954 wurden derartige Amateur-Instrumente, die auch als Teleobjektive für normale Fotografie geeignet waren, im Westen von der Firma QUESTAR geliefert (hier nenne ich ausnahmsweise einen Firmen-Namen eines Teleskop-Herstellers wegen des Pioniercharakters des Produktes außerhalb der Sowjetunion).

Typ 6c: Rutten-Maksutov-Cassegrain

Bild 19: Rutten-Maksutov-Cassegrain

Der Vorschlag des Niederländischen Optik-Designers Harrie Rutten  zielt darauf, dass für den Sekundärspiegel im Maksutov-System bis zu drei zusätzliche Freiheitsgrade möglich sind: a) ein anderer Krümmungsradius als die Rückseite des Front-Meniskus hat, b) möglicherweise noch eine Asphärisierung der Sekundärspiegelfläche, um die Bildfeldkrümmung und Koma zu verbessern und c) eine andere axiale Position der Sekundärspiegelfläche, wozu der Sekundärspiegel auf der Meniskus-Rückseite auf ein „Podest“ gesetzt wird.

Typ 7: Ritchey-Chrétien-Cassegrain mit Bildfeld-Ebnungslinse.

Bild 20: RC-Cassegrain-Teleskop mit Bildfeldebnungslinsen, die zwischen Sekundärspiegel und hinterem Fokus liegen – hier nicht dargestellt. Die Spiegelflächen sind Asphären, die weder parabolisch noch hyperbolisch sind. – Quelle: Wikipedia – Autor: ArtMechanic – http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/

Typ 8: Cassegrain-Typen mit „Sub-Apertur“-Korrektoren: Argunov, Klevtsov (nach Popov)

Hier sind Linsengruppen (direkt) hinter dem Sekundärspiegel eingesetzt, wobei der Sekundärspiegel meistens als Mangin-Mirror ein Bestandteil dieser Linsengruppe ist:

Bild  21: Klevtsov-Cassegrain-Teleskop – Quelle Wikipedia, Autot HHahn, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0

Typ 8: Kutter-Schiefspiegler mit keilförmiger Korrekturlinse

Bild 22: Kutter-Schiefspiegler mit keilförmiger Korrekturlinse

Bei Spiegeldurchmessern über 4 Zoll ist der Fehler aus der „Schiefstellung“ nicht mehr tolerierbar und es muss eine spezielle, schwierig herstellbare keilförmige Linse in den strahlengang eingebracht werden, die den Fehler korrigiert. Damit können Schefspiegler dann aber eine höhere Auflösung erreichen als die besten Apochromatischen Linsenfernrohre. Es gibt professionelle Hersteller dafür und die Geräte können prinzipiell ideal für Volkssternwarten sein – falls sie in die vorhandenen Kuppeln passen.

Es gibt eine Ausnahme bei den Spiegelbaugruppen, bei der es sich nicht um eine Erfindung  für die astronomische Optik handelt, sondern eigentlich um die Umkehrung einer Fernrohr-Optik: ein optisches Element, das aus einer annähernd punktförmigen Lichtquelle ein möglichst enges, parallel gerichtetes und daher weit reichendes Lichtbündel erzeugt – der Reflektor eines Such-Scheinwerfers bzw.  und Leuchtturm-Lichtes. Dies ist der „Mangin-Spiegel“.

Bild 23: Mangin-Spiegel in einem Suchscheinwerfer zur Erzeugung eines möglichst parallelen Lichtstahlen-Bündels, mit der Lichtquelle bei dem roten Kreuz im Brennpunkt des Spiegels. Die rückseitig verspiegelte negative Meniskuslinse korrigiert den Öffnungsfehler des Kugelspiegels. Quelle: Wikipedia – https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/

Hier geht es zu Die katadioptrischen Foto-Objektive – Teil II

Herbert Börger

Berlin, 18. Oktober 2020

Neues von unserer Garten-Spinne

Es bleibt aus den letzten Wochen folgendes Ereignis nachzutragen:

Am 18.07.2020 wurde ich morgens um 07:15 h in unserem Garten Zeuge eines erfolgreichen Rekordversuches unserer Gartenspinne:

Thekla2_12k

Bild 1: Langstreckenrekord unserer Chef-Gartenspinne am 18.07.2020 (Bild von 102 MP auf 12 MP heruntergerechnet) – Länge des Fadens: knapp 6 Meter  etwa 3 Meter über dem Boden.

Das war übrigens bei uns in diesem Jahr 2020 bisher der erste (und bis heute einzige) Morgennebel – und der war nur schwach ausgebildet! Hätte es den Nebel nicht gegeben, hätte ich dieses Werk der Gartenspinne nicht gesehen – denn was dort im Foto sichtbar wird, ist in dieser Form eine „Perlenschnur“ von Wassertropfen, die sich in dem Nebel an dem Spinnfaden in gleichmäßiger Größe und Abstand gebildet haben.

 

Altweiber-Morgennebel

Bild 2: Langstrecken-Rekord ihrer Ur-Großmutter am 06. Juni 2017, morgens um 7:10 – in dem Jahr war Morgennebel häufiger (Bild von 18MP auf 12 MP herunter gerechnet). Länge des Fadens: 4,5 Meter.

Das sind beeindruckende „Bauwerke“ – aber was stellen sie physikalisch wirklich dar?

Solche Fäden entstehen in einer winzigen bio-chemischen „Fabrik“ (d.h. „Drüse“) im hinteren Körperbereich der wenige Millimeter oder Zentimeter großen Spinne. Durch die Austrittsdüse wird das austretende Material durch die Bewegung der Spinne zum Faden geformt. Besonders Eindrucksvoll sieht man das, wenn eine Spinne sich „fallen“ läßt und dabei an ihrem Spinnfaden hängt. D.h. SOFORT nach dem Austritt des Materials ist der Faden hoch belastbar.

Damit nicht genug, kann eine Spinne die „Rezeptur“ des Spinnfadenmaterials kurzfristig dem Bauwerkszweck anpassen – sie kann bis zu sechs verschidene Fadeneigenschaften erzeugen. Bei der Spinne, die Radnetze herstellt, sind es zumindesten zwei sehr unterschiedliche Fadenarten:

  1. Tragfäden mit ca. 4 Mikrometer Durchmesser, die sehr steif und fest sind – E-Modul 10 GPa (Gigapascal) und Festigkeit 1.100 MPa (Megapascal) bei ca. 25% Dehnbarkeit bis zum Reißen. Mit ihnen ist das innere Radnetz an der Umgebund befestigt.
  2. Fangfäden mit etwa einem Zehntel des E-Moduls („weicher“) und der etwa zehnfachen Dehnung bis zum Reißen. Dise Fäden haben ca. 2,5 Mikrometer Durchmesser und sie tragen in ca. 0,1 mm Abstand klebrige Tröpfchen.

Damit spielt die Spinnenseide in der Oberliga unserer High-Tech-Synthetikfäden mit!

Ich gehe davon aus, dass die mehrere Meter langen, fest verankerten Fäden als Tragfäden hergestellt wurden. Welche physikalischen Eigenschaften hat das eindrucksvolle, 6m lange Bauwerk?

Der Literatur entnehme ich, dass die Dichte der Spinnenseide 1,3 Gramm/Kubikzentimeter beträgt.

Bei 4 µm Durchmesser und 6 m Länge wiegt der Spinnfaden 10 Mikrogramm (µg). Die Untersuchung der Wasserperlenkette, die daran hängt ergibt einen mittleren Durchmesser von 60 µm bei einem Tropfenabstand von 100 µm, d.h. auf 6 Meter Länge hängen 60.000 Wassertropfen am Faden – entspricht einem Gesamtgewicht von 6.000 Mikrogramm (6 mg). Also hat das Wasser, das den Faden erst „sichtbar“ macht, die 600-fache Masse des Fadens an dem es hängt! Besteht da nicht die Gefahr des Reißens? Der Spinnfaden würde erst bei einer Last von 0,013 Newton reißen. Das entspricht etwa dem 200-fachen des Gewichtes der Wassetropfen … oder dem 10-fachen des Gewichtes einer ziemlich „fetten“ Kreuzspinne!

Wenn das jemandem Ehrfurcht vor den Fähigkeiten unserer Planeten-Mitbewohner vermitteln würde, wäre der Sinn dieses Textes erfüllt.

Herbert Börger

Berlin, 20.07.2020