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).


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!


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:


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:


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:


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:


Bild 1: Sonnenaufgang nach nächtlichem Schauer. Quelle: fotosaurier


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.


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


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


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


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


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.


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


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


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

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


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.

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

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


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:

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


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:


Bild 17: Rosenblüte nach einem Schauer – Quelle: fotosaurier


Bild 18: Rosenblüte nach leichtem Schauer – Quelle: fotosaurier


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


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.


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

(Anmerkung Ende 2023: seit 2020 hat es in unserem Garten keinen „Altweibersommer“ gegeben)

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:


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!


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.


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


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


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!“:


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:


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:


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.


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).


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


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?


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


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 konstant, 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.


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 jeder 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


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?):


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.


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).


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


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

In Beschreibungen werden die Mangin-Spiegel oft 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!


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


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.


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


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.


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


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 noch höheren 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).


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.


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


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

Minolta AF 500f8

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„.

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.


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. (War ich ein Hehler?) 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 sobald es passt 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;


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.


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:


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:


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:


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:


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).


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 bei den letzten drei Bilder für mich ähnlich überzeugend.


Bild 6: Dahlie


Bild 7: Rose


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.


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.


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


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“ Spiegeloptik 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 Bildfehler 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 Menschen hinter der „Kamera“ standen! 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/

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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:


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.



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 verschiedene 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 Milligramm (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


My Crazy Lenses / Meine sehr speziellen Objektive: Focal-Length 40 mm / Die Brennweite 40 mm – Part I

40 mm/45 mm (or 43 mm) is one of my very favorite focal lengths: in fact it corresponds very close to the diagonal of the 35 mm still photo format!

… and it is the perfect focal length for street photography – and it may be the best, which can happen to you for all situations in which you have just one focal legth to choose, which means: you have no choice really …

The first camera, which very early „socialized“ me for Single Lens Reflex Cameras was the Contaflex II with Tessar 45mm f2.8 of 1953.


It was the time before the German photo industry „suddenly“ collapsed and when the local camera dealer still could repair a Contaflex II mechanically just within a day! (And there was nothing else really but mechanics – you will not seriously call a Selen photosensitive cell „electronics“?!)

This history may have strongly influenced me in my preference for this focal length – but you may also find one thousand good reasons for this focal length, which is the „real normal focal length = the diagonal of the 24 x 36-format“ indeed: longer than 35mm, shorter than 50mm.

In early times most of the point-and-shoot-cameras with fixed (built-in) normal lenses had 38mm to 45mm lenses … and there are still some today.

In fact this focal length was ALWAYS present in the photo industry for system cameras – and I own some of them:

Tessar 45mm f2.8 as fixed lens in the Contaflex II of 1953
„New“ Tessar 45mm f2.8 for Contax/Yashica-Mount – a 1983 design based on new glass
MD-Rokkor 45mm f2.0 – a pancace-type standard lens for Minolta SRT cameras of 1978
Minolta M-Rokkor 40mm f2.0 with Leica-M bayonet  (for the 1973 „CL“ Leica/Minolta)
Olympus 40mm f2.0 – an ultra compact pancake design of 1978 for OM cameras
Planar 45mm f2.0 for Contax G1/G2 of 1994

… and the modern available to-date lenses:
Fujinon 27mm f2.8 pancake design for APS-format X-trans sensors (correspond. to 43mm)
Panasonic 20mm f1.7 for Micro Fourthirds (corresponds to 40mm at FullFormat)
Batis (Distagon) 40mm f2.0 for Sony E-Mount (FullFormat) of 2018
Sigma 40mm f1.4 for Sony-E-Mount (FullFormat) of 2018
Fujinon 50mm f3.5 for Fujifilm GFX50/100 with sensor 44mm x 33mm

From this list of 11 lenses you can make the conclusion how important this focal length is to me!

… and there is an interval of 65 years in making betweeen all of these lenses!

There are other famous historical lenses, which are not available to me:

I once owned a Nikkor 45mm f2.8 pancake-lens of 1977 on the Nikon F3M – it was a just average Tessar design. The Pentax DA 45mm f2.8 Limited is famous (a Gaussian!). As far as I know, Canon never played around with something like that … nor did Leica! What a pitty!
There is as far as I know also a modern Voigtländer lens 40mm f2.0, which I never tried! As it is an „Ultron“-design (and also includes an aspherical lens) it should also be of top notch performance. About the Voigtländer Nokton 40mm f1.2 aspherical I know nothing but that it probably is a „Distagon“-type lens as my Batis is …

Now here is my odd couple of the week:

–> look at the Olympus 40mm f2.0 pancake vs the Sigma 40mm f1.4 !

Bild 1 / picture 1: Olympus OM 40mm f2.0 und Sigma 40mm f1.4 – David and Goliath?

The Olympus 40mm f2.0 is a modified (6 lens – 6 groups!) double Gauss design – but extremly sophisticated due to the extremely short physical length combined with a very respectable speed of 2.0 at a length of 26mm and weight of 146 grams – Filter diameter 49 mm … and the close-focusing ability to 0.3 meters in spite of its compactness! You must however consider, that the OM is made for an SLR: that means, to put it on the same mirrorless Sony-E-Mount-Camera, the adapter adds another 28 mm. But in spite of that – the optical construction is actually pressed into the 26 mm length – including space for a filter-thread… Sitting on my Olympus OM 3Ti camera body it is as perfect package!

The Sigma 40mm f1.4 DG HSM / Art for E-Mount is a monster weighing 1,200 grams and stretching over a length of 157mm. It is composed from 16 lenses, which are stacked nearly face-to-face in the volume of the assembly – including all types of modern glasses  … and even one aspherical lens! And it uses 82mm diameter filters … You could call this a „stretch-limousine“ of modern photo-technique … When you put it on a Sony A7R you feel crazy – and in the street everybody thinks, you are peeping into the crowd with a super-telephoto! That is somewhat embarrassing.

And no: it has NO tripod-thread somewhere near the lens+camera-center-of-gravity. So you have to balance the massive lens on one hand while you take care of that tiny miniaturized camera at the near end of it…

Could there be any rational sense in the making of the Sigma-Monster? Serving exactly the same purpose on the camera: taking a picture with an angle of view of circa 57 degrees?

O.k., lets try:

The lens has a very high speed – I do not know personally any other 40mm-lens with f1.4 so far  – at least for FullFormat. (There has been a 40mm f1.4 for Olympus Pen HalfFrame-Cameras in the nineteen-sixties and yes: there is even a Voigtländer Nokton 40mm f1.2 now for 35mm) … and this Sigma is the best photographic lens I know at present for 35mm-format (independent of focal length and brightness)  – a fact that might justify even the price … Beware: this is my personal ranking – nothing more nor less.

The optical qualitiy of the lens is overwhelming … I instantly saw the brilliant performance of this lens – just through the finder of my Sony camera! An extraordinary situation! At f1.4 !!!

So now let us look at the resolution facts measured with IMATEST. For this I use generally the Sony A7RM4. How much better is the super-ambitioned super-modern Sigma against the antique Olympus gem of 1978?

The spreadsheet shows some other historical and modern lenses for comparison purpose.

(Remark: As I cannot measure resolution with a fixed lens in an analog camera like the Contaflex II, I chose a typical 50mm-Tessar of the nineteen-fifty/sixties from Zeiss-Ikon for the first comparison-position. The „old“ Tessar from 1961 is what you expect from it (based on 1902 invention by Paul Rudolph): good anastigmatic design but a little bit soft.


Bild2 / picture 2: Resolution, edge-profile width, distortion and  CA for a group of 40/45mm-lenses for 35mm-FullFormat (In the same range of FoV – 56 degrees –  I added data for the corresponding Fujinon 27mm-lens for APS-sensor format of X-H1 and the 50mm-lens for 33x44mm-Format of GFX)

(Bemerkung zu der hier neu hinzugefügten Spalte 4 – „Kantenschärfe“: das ist die Breite des Übergangs an einer standardisierten Hell-Dunkel-Kante von 10% bis 90% (in Bildmitte) – siehe untenstehendes Bild 2

Remark in reference to the column 4 width of „edge-profile“: this is the width of the transition from white to black at a standardized edge between 10% and 90% of brightness (in the center) – see picture 2 below, upper graph:


Bild 3 / picture 3: Edge profile (10-90% rise – upper picture) and MTF-curve (lower) for Sigma 40mm f1.4 fully open (f1.4). Absolute perfect performance! Remarkable MTF-result: MTF is stunning 0.403 at Nyquist-frequency and drops slowly stopping down! Excelent lenses like the Batis 40mm f2.0 start at 0.3 and reach 0.35 at optimum f-stop (f4.0).

Note: in this comparison I left out the potential options for 40-45mm focal length in zoom-lenses! This is a focal length, which is available in many zoom lenses, of course. And once you are using zoom-lenses, this is a viable option, too. But it would have led to an epic length of the article (adding about the same number of zoom-lenses to the test-field of fixed focal-lengths …)

The optical quality-results of the Sigma 40mm f1.4 / Art (on the 62 MP Sony A7R4 –  Nyquist frequency: 3.168 LP/PH):

  • At f1.4 the weightet mean resolution of MTF30 over full frame is 93% Nyquist-frequency (center 102%, corner 78%)
  • 10-90% rise of edge profile is 0.96 pixels at f1.4 – which is lowest at this f-stop
  • MTF at Nyquist-frequency is 0.403 at f1.4 – going down to 0.34 at f5.6.
  • Center resolution is max. at f2.0 with 110% Nyquist-frequency (3.472 LP/PH)
  • weighted mean resolution is max. at f5.6 with 99% Nyquist-frequency
  • at this f5.6 f-stop the corner-resolution (average over 4 corners!) reaches 88%
  • The differences of resolution between f2.0 and f8.0 are irrelevant under practical photographical aspects: 3.017 – 3.141 LP/PH weighted average over the full frame!
  • Distortion is -0.01% to -0.1% – at most f-stops around 0.05% – let’s say: „ZERO“
  • Lateral Chromatic Aberration (CA) is max. 0.1 mostly ca. 0.03 pixels around f5,6
  • Autofocus is excellent!
  • Due to the high image-contrast, manual focusing is very easy, fast and precise with this lens!

(LP/PH means: Line pairs per picture hight – picture hight für Sony A7R4 is 6336 pixels.)

Conclusion: The Sigma 40mm f1.4 is a highly convincing lens opticaly and in build quality. A bit closer focusing range would have been nice for its price (like the Batis 40f2.0 – and even the pancake OM-40mmf2.0 focuses closer!) – the handling on the Sony mirrorless camera is a serious task … I cannot recommend to put the camera with this lens on a tripod for day-to-day-work – just using the tripod-thread of the camera-body! (For my IMATEST test-frames it worked just o.k.). I would recommend to use this lens on a massive and solid D-SLR to be really happy with it! Personally I would use it for Street Photography and for Architecture – if there were not the handling restrictions.

And what about the optical merits of the compact side of the „Odd Couple„? —- The Olympus OM 40mm f2.0?

The merits are fantastic – even in comparison to modern lenses – especially under the aspect of its compactness. I was very amazed, when I read, that the lens was considered by Olympus as a low-cost alternative to other standard lenses (entered at just below 80 Dollars!). In spite of that (and the quality!) there were not so many sold … (good for the price on the second hand market – eh-yes, good for the seller only!).

This lens was designed just a few years before the exciting new glass-types (like ED-glass) entered the industry – delivered from 1978. In the center it is just about 3% behind the Batis – even open at f2.0. In the corners it starts low – typical for the time (see the MD 45mm f2.0). Stopped down to f8 it improves dramatically in the corners (at 90% of the FOV!) – resolving ca. 7% close to the corner performance of the Batis 40mm. This resolution-perfomance of the OM 40mm f2.0 is much better than it could be used practically on the normal analog film-emulsions of the 1970s times (or even today) – with good contrast at the same time.

The price, this Olympus OM-lens has to pay for its compactness is obviously the distortion (at -1.5% still really acceptable for the time) and the CA – twice as big than contemporary „standard-Lenses“ and 20 times larger than typical today (not to forget both properties could be corrected afterwards today as well!).

Stopped down this ultra-compact Olympus OM-gem  40mm f2.0 reaches results in practical picture-taking, which use the resolution of the 62 MP mirrorless sensor seriously! Look at the two comparison-shots of a Montbretia-colony below, which are taken free-hand, manual focussing. The depth of the scene allows to judge, where the sharpness-plane really is. And with a large number of similar objects you have the chance, to hit one of these with the focus-point exactly. At least you can tell: no – it is not the lens, which is not sharp: it is you, who focused wrong …

I chose a „nature-scene“, because in this you have the chance, that below the larger structure of the object there is still a sub-structure … and below that another sub-structure … and so on! The picture of a bicycle-frame does not offer too much of that … I did focus at the stamens of the highest upright blossoms near the center. (Natural sunlight came from the right side.)


Bild 4 /picture 4: The scene for the comparison shot – here with Olympus OM 40mm f2.0 at f8  – distance ca. 0.9 m (on Sony A7R4) – MANUAL focussing

Following are sections at 100%-view-level (no corrections made on the data-file):

Here with the Sigma-lens I exactly hit the target, which I focused (blossom in the middle of the three) – on a big screen you see the wonderfull plasticity of the stamens-details even on this level of enlargment. Red is a difficult colour and the contrast within the blossom-leaves is very low.


Bild 5 /picture 5: Detail of this scene – here with Sigma 40mm f1.4 at f8 (H:1325 pixel)

Next is taken with the Olympus OM 40mm f2.0: the focus sits about one cm more in front compared to the Sigma-shot: here it is the right blossom with stamens – nearly as sharp as with the sigma. I had not noticed, that a wasp had settled on the Montbretia flower – exactly in the focal plane …!


Bild 6 / picture 6: Detail of the scene with Olympus OM 40mm f2.0 at f8 (H: 1300 pixel)

Next picture:  Look how the insect pops out from the picture with the Olympus OM-lens at 0.9 meters focusing distance, with a surprising plasticity even at 100% viewing-enlargement (see picture 7) – even the fine hairs on the insects body starting to show.


Bild 7 /picture 7: Detail of a second shot with the wasp taken with Olympus OM 40mm f2.0 at f8 (height: 763 pixel) – at 100%-enlargement (picture taken at distance 0.9 meters!)

Conclusion: if you like to stay nearly „invisible“ in the street (where corner-resolution rarely matters!) and if you are well used to and experienced with manual focusing (MF), this more than 40 years old Olympus lens-design still is a valid option to use – even on the Sony A7R4! My copy still is clear and contrasty (obviously!). Near the center, the detail-resolution is really comparable to the Sigma monster-lens stopped down (f5.6 … 8.0). The merits of the Sigma-lens are its phantastic performance between f1.4 and f2.8 and into the corners – at practically zero distortion and CA!

The closest modern competitor to the Sigma 40mm is the Batis 40mm f2.0 (Distagon), which is just slightly behind the Sigma in every single optical property – fortunately it is also somewhat behind in price … and very-very-much lower in weight. As mentioned already it focuses very close! In practical picture-taking situations, you would probably not be able to tell which picture is made with the Sigma and which with the Zeiss-Batis – if close focusing is not part of the game…

The optical properties of all the other historical lenses in the comparison show very well the typical development in optical quality of standard-lenses over the time since just shortly after World War II (from 1953 – when I was 8 years old).

Two of these lenses ar made not for SLRs but for Rangefinder-Cameras, with the typical short distance between the rear of the lens and the film/sensor (rear focus). Especially at wider field of view this leads to light-rays, hitting at very flat angles onto the picture-plane. That is no problem with analog film – but a desaster with digital sensors!

These RF-lenses are the Minolta-M 40mm f2.0 (for Leica-M-Mount, coming with the Minolta CL in 1973) and the Planar 45mm f2.0 for the legendary (Autofocus!) Contax G1/G2 – early 1990s. Both are suffering severely under the oblique-ray-problem on the Sony-Sensor leading to very low corner-resolution in my measurements! This does not reflect the real performance on analog film!

The Planar 45mm f2.0 was famous as one of the best standard-lenses of its time – and I can confirm, that there is no such corner-resolution issues on analog film with my Contax G2. Interesting, that the issue vanishes stopped down to f8. Together with the Sonnar 90mm f2.8 on the Contax G2 you had one of the best lens-sets  of the 90s (plus autofucus!) on one of the most beautiful cameras EVER… That you could additionally have a crazy HOLOGON 16mm f8 on this camera makes it even more remarkable.

Sensational is the „New Zeiss Tessar“ 45mm f2.8 for Contax SLR – an extreme pancake-lens  (length 16mm !) based on the new glass-types of the early 1980s. In this Zeiss has extended the performance of the famous 4-lens-Triplet (invented 1902) to the level of the best double-gauss designs (Olympus 40mm and Contax-G-Planar 45mm). Only the edge-profile-sharpness did not arrive at the level of the Gaussians. It was also edited as aniversary-lenses for both Contax-aniversaries 1992 (60th) and 2002 (70th) – the latter one together with the Contax Aria: a much beloved combination, which I owned once.

Stopped down (to f8-f11) it nearly reaches the performance of the modern Batis 40mm! This lens was very expensive for a 4-lens design (starting at DM 698,00 – later € 449,00)! Due to this probably not too many should have been sold – however, still today it is legendary! The legend is justified by the measured data.

The Angénieux-Zoom 45-90mm f2,8: I could not resist to put this first Photo-Zoom of Angénieux (designed ca. 1964 – delivered exclusively for Leica SL/Leica R from 1968 to 1980!) into this comparison. The reason: in the 1960-70s in Germany, the so called „German doctrine“ was common sense, which says: „No zoom-lens can ever reach the performance of a fixed-focal-length lens!“ I can testimony this myself: that is what I thought at that time, too. And it was unfortunately confirmed, after we bought the first cheap zoom-lenses for amateurs.

For the professional cine-lens sector, this was not true any more since 1956/1960 – when Pierre Angénieux launched the first 4x-cine-zoom-lenses in production … and 10x-zooms since 1964. (More details about this in my article about Pierre Angénieux – a detailed analysis about his photo-zooms will follow soon in this blog.)

Look at the resolution-data of the 45-90mm-Zoom at 45mm: it reaches 96% of Nyquist-frequency on the 62 MP-Sony in the center. It is on par with fixed-focals of that time – and even wide open it surpasses them in the corners!

Finally I put in at the end of the comparison list, the (in my opinion) most under-rated Fujinon-X pancake-lens 27mm f2.8 (corresponding to 43mm at full-frame). It reaches 125% Nyquist at f4.0 on the Fujifilm H-1 (24 MP), has low distortion and perfect CA and corner-sharpness values. It is a bit soft in the corners wide open. Perfect for street-photography!

Berlin, 7. August 2020

fotosaurier – Herbert Börger

P.S.: I personally own all lenses and cameras, about which I am writing here in my blog. There are no lenses, which the maker or distributer has given to me for free or temporarily. And as you see, there is no advertisement in my blog… and I do not ask for other „support“ from you than that you tell me, if you have found an error. Of course, you are welcome to share your own experience with us in comments.

PPS: Parallel to the Sony A7R4 I shot the same scene with the 50mm f3.5 lens on the Fujifilm GFX100 (also stopped down to f8.0) – which corresponds exactly to the 40mm focal lenth on 24x36mm. See the following detail of the Montbretia blossoms – here again the rightmost blossom with stamens is exactly in the focal plane. The structueres are recorded here even with higher smootheness and plasticity, which is the advantage of the 100 MP sensor, an excelent algorithm and a very good lens as well, which resolves up to 5.051 LP/PH (at f5.6) in the center!


Bild 8 / picture 8: Detail of same scene with Fujinon 50mm f3.5 on Fujifilm GFX100 at the same distance of 0.9 meters. (height: 1439 pixel)



Die Rand-/Ecken-Auflösung historischer SLR-Objektive (Test-Targets)

Beim „Neustart“ der Foto-Objektiv-Produktion direkt nach dem 2. Weltkrieg lag die Rand-/Ecken-Auflösung typischer Objektive für das Kleinbildformat im Bereich von 300 … 400 … 500…600 Linienpaaren je Bildhöhe von 24 mm (entsprechend ca. 25 … 32 … 40 … 50 Linien/mm), während  diese Objektive in der Bildmitte (auch bei Offenblende) über 3.000 LP/PH liefern können. („Bildhöhe“ engl. „picture height“ – daher LP/PH in der IMATEST-Software!) Bei den damals neuen Retrofokus-Weitwinkelobjektiven konnten bei offener Blende die Auflösungswerte in den Ecken auch bei 200 LP/PH oder darunter liegen (entspr. 17 Linien/mm).

Das sind nüchterne Zahlen – der Fotograf „denkt“ aber in Bildstrukturen! Ihn interessiert, was er SIEHT.

Was bedeutet dieser Auflösungsabfall von der Bildmitte zu Rand/Ecke für die praktische Fotografie?

Zunächst möchte ich dieser Frage an reproduzuierbar verfügbaren ebenen Bildstrukturen in einem Testbild für Auflösungsmessungen nachgehen, in dem man außer dem allgemeinen Schärfeeindruck auch Erscheinungen wie (Rest-)Astigmatismus und Farbfehler beurteilen kann.

40 L/mm am Rand galten bei Fotoobjektiven der 1950/60er Jahre bereits als „sehr gut“. In den 50er Jahren erreichten Objektive nach den Stand der Technik am Rand ganz selten Werte über 50 … 60 Linien/mm nach den damaligen Tests auf üblichen, feinkörnigem und normal bildgebenden Filmemulsionen, wie sie auch vom Normal-Fotografen verwendet wurden. In der Bildmitte gemessen erreichte die „analoge“ Kombination Objektiv/Film selten Werte oberhalb 90 L/mm.  Auf Spezial-Platten mit hoch-auflösenden Emulsionen – ausgewertet unter dem Mikroskop – konnte man aber auch damals durchaus bis zu 500 Linien/mm messen, was „digital“ 6.000 LP/BH entsprechen würde.

Der Bild-Sensor in der hier verwendeten  Sony A7Rm4 erreicht 3.184 LP/PH (60,2 MP).

Schon in den ersten 25 Jahren des 20.Jh. konnte mit den ausgereiften Anastigmaten in der Bildmitte („axial“) praktisch „beliebig hohe“ Auflösungen erreicht werden und es standen dafür auch geeignete Glassorten zur Verfügung. Man betrachte die mit IMATEST ermittelte Auflösungskurve (über dem Bildradius aufgetragen) des 1923er Ernostar 100mm f2.0 bei nahezu voller Öffnung (f2.8) an der 60MP-Sony-Kamera:

Bild 1: Kantenprofil, MTF-Kurve in der Bildmitte und Auflösung (LP/BH) über Bildfeld des Ernostar 100 f2.0 bei Blende 2.8

Es ist ein 4-Linser mit vier einzel stehenden Linsen – ohne Vergütung! Dafür erscheint Kantenprofil und MTF-Kurve sehr gut. Aber die Auflösungskurve über dem Abstand von der Bildmitte (100% auf der Abszisse entsprechen einem Bildkreis von 21,5mm Radius!) zeigt einen beängstigenden „Absturz“ von über 2.600 LP/BH auf ca. 300 LP/PH an Rand/Ecken!

Hier die Situation dreißig Jahre später – dazwischen liegt der 2. Weltkrieg:

Bild 2: Angénieux 90mm f2.5 von 1951  – Auflösung Rand/Ecken liegt bei 400/600 LP/PH – bei f2,5 – immerhin leicht verbessert

Die deutlich größere Verbesserung gegenüber dem Ernostar zeigt sich erst abgeblendet:

Bild 3: Ernostar 100f2.0 (links) und Angénieux 90f2.5 (rechts), jeweils abgeblendet auf Blende 11 (optimale Blende)

zwar hat sich das Ernostar noch einmal auf olympische 3.000 LP/PH in der Mitte gesteigert (was 93% der Nyquist-Frequenz der verwendeten Kamera entspricht!) aber am Rand bleibt es bei 700-800 LP/PH (allerdings: immerhin verdoppelt).

Das Angénieux 90mm f2,5 erreicht nun aber über die gesamte Bildfläche gemittelt 2.789 LP/PH.

Machen wir noch einmal einen Sprung 30 Jahre weiter in das Jahr 1987. Die Entwicklung neuer, leistungsfähiger Glastypen hat nun weltweit neue Voraussetzungen geschaffen und war die Voraussetzung für das folgende typische Ergebnis am Beispiel einer anderen Optik-Legende:

Bild 4: Leitz Apo-Macro-Elmarit 100mm f2.8 volle Öffnung Blende 2.8 – die extrem nach unten streuenden Messpunkte im rechten Bild stammen von der linken-unteren Ecke des Bildes, in der die Auflösung lokal dramatisch abfällt – die Ursache kenne ich nicht (ein Leitz Apo sollte eigentlich keinen so großen Zentrierfehler haben…).

Dank der neuen Gläser ist das Apo-Macro-Elmarit nun „offenblendentauglich“ – obwohl Kantenprofil und MTF-Kurve in der Bildmitte sehr ähnlich den Kurven des über 60 Jahre älteren Ernostar 100mm f2,0 sind! Abgeblendet, bei optimaler Blende (5,6) ist der Mittelwert der Auflösung über das gesamte Bildfeld des Apo-Macro-Elmarit (2.907) dann gerade mal 120 LP/PH höher als der Wert des „ollen“ Angénieux – und die Maximal-Auflösung des Apo-Macro-Elmarit in der Bildmitte ist abgeblendet nicht höher als beim Ernostar ….

Noch eine für seine Entstehungszeit sehr bemerkenswerte Eigenschaft des Angénieux 90mm f2.5 sticht hervor – der sehr niedrige Farb-Fehler (CA):

Angén90f2,5_f11+Apo-Macro-Elmarit100f2,8_Radial_Vgl Kopie
 Bild 5: Achtung: unterschiedliche Nullpunktlage und Maßstäbe in den Ordinaten!

Auf sehr geringen Niveau ähnlich Apo-Macro-Elmarit bei blau, dreifach so groß bei rot! Aber immer noch ein Drittel vom Contarex-Sonnar 85mm – zehn Jahre später. Einen Kompromiss musste Angénieux aber seinerzeit offensichtlich eingehen, um das zu erreichen: eine relativ hohe Verzeichnung von -1,2% gegenüber +0,4 beim Ernostar und +0,17 beim Apo-Macro-Elmarit.

Man kann also sagen:

der Fortschritt in der optischen Technologie lieferte für die Foto-Objektive überwiegend verbesserte Randauflösung bei Offenblende bei gleichzeitig verbesserter Farbkorrektur, Verzeichnung und erhöhtem Kontrast und verbesserter Streulichtresistenz bei niedrigen Frequenzen – letzteres nicht zuletzt durch die dramatisch verbesserte Beschichtungs-Technologie.

In diesem Link finden Sie Vergleiche des Angénieux 90mm mit weiteren Objektiven über den gesamten Zeitraum 1923 – 2015.

Ich schließe aus meinen vielen Messungen an historischen Objektiven aller Epochen, dass man ab Anfang der 1970er Jahre, den extremen Randabfall der Objektive bei Offenblende schrittweise reduzieren konnte – bereits 1977 gibt es ein Beispiel eines quasi „Ideal-Objektivs“ im Bereich Kurztele (Porträt): das VivitarSerie1 90mm f2,5 Macro! (Mit Einschränkung bei der Streulichtfestigkeit…)

Bei wesentlich größeren Bildwinkeln war das natürlich wesentlich schwieriger und gelang bei Weitwinkelobjektiven entsprechend später mit immer höher- und niedriger-brechenden Gläsern – und im Extremfall (großer Bildwinkel und hohe Lichtstärke) zuletzt erst mit dem Einsatz asphärischer Linsen.

Was bedeuten aber nun die niedrigen Rand-Ecken-Auflösungen bei den frühen historischen Optiken in den Bildstrukturen?

Fangen wir mit einer reproduzierbar beleuchteten, ebenen Objekt-Situation an, in der wir auch diese Auflösungswerte messen: dem detailreichen Test-Chart, das wir abfotografieren. Die Beschreibung der Testmethode finden Sie in diesem Link.

Das ist das Test-Bild, hier durch das Angénieux 90mm f2.5 bei voller Öffnung fotografiert.

Bild 6: Imatest-Test-Chart SFRplus, fotografiert im Kleinbild-Format 3:2

Der Abstand zwischen den oberen und unteren schwarzen Balken ist 783 mm im Original.

Die Analyse-Software von IMATEST verwendet übrigens nicht die kleinen Rosetten, die in die dunklen Quadrate eingebettet sind, sondern die Seitenkante der Quadrate, die um 5.71° VERDREHT sind. Mehr erfahren Sie in dem oben aufgeführten Link.

Das Übersichts-Bild soll Ihnen ein Gefühl davon vermitteln, wie fein die Rosetten-Details sind, wenn man ein Bild im normalen Betrachtungsabstand ansieht.

Hier das Detail eines Quadrates mit Rosette in einer Größe, die der Betrachtung des mit der 60MP-Kamera aufgenommenen Bildes bei „100%-Betrachtungsmaßstab“ entsprechen würde (d.h. 1 Bildschirmpixel entspricht 1 Kamerapixel) – wenn Sie das Quadrat auf Ihrem Bildschirm mit ca. 22cm Kantenlänge sehen.

Dies ist das Quadrat genau im Zentrum:

Bild 7: Zentrales Target-Quadrat, 100%-Ansicht (966 x 966 Pixel) Angenieux 90mm f2.5 bei Blende 2.5 – laut Analyse beträgt die Auflösung des Objektivs hier 2.500 – 2.700 LP/PH (sagittal/meridional) – 100%-Ansicht bei 60 MP!

Folgend nun der entsprechende Ausschnitt in der oberen-rechten Ecke (wegen der sichtbaren Verzeichnung von -1,2% sind die Qadrate in der Mitte und in der Ecke nicht genau gleich groß!):

Bild 8: Target Nr.3 (obere rechte Ecke),, 100%-Ansicht (966 x 966 Pixel) Angenieux 90mm f2.5 bei Blende 2.5 – laut Analyse beträgt die Auflösung des Objektivs hier im Mittel 560 LP/PH 

Die Vignettierung (im Mittel über alle Ecken 2 f-stops) hat hier natürlich noch einen bedeutenden Einfluss auf das visuelle Betrachtungsergebnis! Es fällt allerdings sofort auf, dass trotz der hohen Vergrößerung fast keine Farbsäume zu sehen sind – allenfalls ein sehr kleiner roter Schimmer, wie vom CA-Diagramm zu erwarten ist.

Das folgende Bild zeigt dasselbe Detail, auf das ich nun die Vignettierungs-Korrektur von ca. zwei Blendenwerten angewendet habe, wie man Sie mit Photoshop oder als kamerainterne Korrekturmaßnahme durführen könnte:

Bild 9: Target Nr.3 (obere rechte Ecke), 100%-Ansicht (966 x 966 Pixel) Angenieux 90mm f2.5 bei Blende 2.5 – Vignettierung kompensiert. Meridional ca. 400, sagittal ca. 600 LP/PH

Hier erkennt man drei Dinge:

  1. Die 560 LP/PH-Auflösung liefern tatsächlich noch klare Bildstrukturen – wenn auch „weicher“
  2. Die Farbreinheit der Abbildung bestätigt sich – allerdings erkennt man einen leichten generellen Gelbstich hier in der Bildecke
  3. Man erkennt sogar den Unterschied zwischen ca. 400 LP (meridional) und ca. 600 LP (sagittal) in den Rosetten-Details: die Ringe sind in der Bild-Diagonale von links oben nach rechts unten erkennbar „kantenschärfer“!

Die Struktur ist „weicher“ wiedergegeben – aber dennoch deutlich und mit gutem Kontrast sichtbar.

Beachten Sie bei diesen Bildern bitte: es handelt sich um die 100%-Darstellung des 60 MP-Bildes!

Anmerkung: In Imatest-Diagrammen wird der angelsächsischen Nomenklatur folgend „meridional“ meist als „tangential“ bezeichnet (tangential = meridional) diese Kuven sind durchgehend gezeichnet, die sagittale Auflösungskurve gestrichelt.  In MTF-Diagrammen der Fa. Zeiss ist die Zuordnung umgekehrt: gestrichelt meridional und durchgezogen für sagittal

Kritischer ist diese Situation bei Weitwinkel-Objektiven, bei denen Farblängsfehler und Astigmatismus an Rändern und Ecken eine deutlich größere Rolle (wegen der viel größeren off-axis-Winkeln) spielen.

Wir betrachten das folgend an von 24/25mm-Retrofokus-Objektiven „der ersten Stunde“ (1957/71):

Angénieux wahrte seinen zeitlichen Vorsprung konsequent und brachte seine „Retrofocus“-Weitwinkel-Brennweiten in schneller Folge auf den Markt: 35mm f2.5 in 1950 (6-Linser) vorgestellt und in kleinen Mengen geliefert (ab 1953 Großserie!), 28mm f3.5 (6-Linser) ebenfalls ab 1953, 24mm f3.5 (8-Linser) ab 1957. (Besonderheit: danach wurde von Angénieux niemals wieder eine Neuberechnung dieser Foto-Optiken herausgebracht sondern diese Optiken bis 1971 unverändert geliefert und das Segment der Festbrennweiten dann völlig eingestellt.

Bei diesen frühen Weitwinkel-Objektiven ist bei Offenblende die Auflösung noch deutlich niedriger als bei dem 90er Objektiv. Bei dem Angénieux Retrofocus 24mm f3.5  liegt die Auflösung in den Ecken bei 310-354 LP/PH (sagittal) und  ca. 600 LP/PH (meridional) bei den Einzelwerten – der Ecken-Mittelwert beträgt 328 LP/PH:

Bild 10: Angénieux 24mm f3.5 bei Offenblende – Auflösung über Bildfeld der sagittalen Strahlenbündel

Sehen wir uns das Target Nr.5 in der rechten unteren Ecke an (sagittal mit 345 LP/PH gemessen – meridional mit 560 LP/PH):

#Target RU_Angén24f3,5_f3,5
Bild 11: Angénieux 24mm f3.5 bei Offenblende f3.5 – Target Nr. 5 – rechte untere Ecke (Vignettierung kompensiert) – sagittal 345 LP/PH – meridional 560 LP/PH


Trotz der deutlichen Rest-Fehler ist die Struktur noch deutlich erkennbar, wenn auch richtungsabhängig. Der sagittale Wert entspricht 29 L/mm. Die visuelle Auswirkung des Farbfehlers ist – trotz des hohen CA von 8 Pixel! – auf die Farbsäume begrenzt.

Das Nachbar-Target (Nr. 21) links davon hat 500 LP/PH sagittal und 502 LP/BH meridional – also frei von Astigmatismus, aber mit CA von ca. 4,5 Pixeln:

Bild 12: Angénieux 24mm f3.5 bei Offenblende f3.5 – Target Nr. 21 – links von der rechten unteren Ecke (Vignettierung kompensiert) – sagittal 500 LP/PH – meridional 502 LP/PH

Folgend sehen wir das entsprechende Auflösungs-Diagramm des Zeiss Jena Flektogon 25mm f4.0 (1959):

Bild 13: Flektogon 25mm f4.0 bei Offenblende – Auflösung über Bildfeld der sagittalen Strahlenbündel

Angesichts des in den Ecken „noch“ bei 301 LP/PH liegenden Mittelwertes (gilt für sagittale und meridionale Strahlen) liegen hier die sagittalen Einzelwerte Rand/Ecken bei erschreckend niedrigen 104 – 222 LP/PH.

Sehen wir uns den Linken Rand (Mitte) mit sagittal 222 LP/PH / meridional 610 LP/PH an (Target-Nr.10):

#Target LRmitte10_corr_Flektogon25f4,0_f4,0
Bild 14: Flektogon 25mm f4.0 bei Offenblende f4.0 – Target Nr. 10 – linker Rand, Mitte (Vignettierung kompensiert) – sagittal 222 LP/PH – meridional 610 LP/PH

Hier ist die Struktur schon sehr weich aber deutlich zu erkennen – kräftiger Rest-Astigmatismus, aber sehr geringer Farbfehler. Es ist schwer zu sagen, wie diese Situation analog auf Film gemessen worden wäre: 222 LP/PH entsprächen 18,5 Linien/mm… das wäre wohl nicht mehr als gut bewertet worden.

Nur wenige mm weiter nach außen am Target 17 (rechter Rand ein Taget nach unten) liegt die Auflösung bei sagittal 160 LP/PH und meridional bei 591 LP/PH:

Bild 15: Flektogon 25mm f4.0 bei Offenblende f4.0 – Target Nr. 17 – rechter Rand, eins unter Mitte (Vignettierung kompensiert) – sagittal 160 LP/PH – meridional 591 LP/PH

Hier bricht im sagittalen Sektor der Struktur der Kontrast endgültig ein – fast schon verschwommen und man erkennt, dass noch weiter rechts am äußersten Rand (es fehlen noch 4mm bis zum Rand) der Kontrast noch einmal dramatisch absinken wird.

In der Ecke oben rechts (Target Nr. 3) mit 104 LP/PH sagittal, 338 LP/PH meridional:

Bild 16: Flektogon 25mm f4.0 bei Offenblende f4.0 – Target Nr. 3 – Ecke oben rechts (Vignettierung kompensiert) – sagittal 104 LP/PH – meridional 338 LP/PH

Man kann die Struktur nur noch erahnen – die extrem niedrige sagittale Auflösung und der hohe Rest-Astigmatismus lösen die Bildstruktur auf – obwohl die Chromatische Aberration mit ca. 1,6 Pixel nur ein Fünftel der CA bei dem Angénieux 24mm in der Ecke ist.

Betrachten wir im direkten Vergleich das entsprechende Objektiv von Zeiss-West, das 3 Jahre später heraus kam und eine Blende lichtstärker ist – Distagon 25mm f2.8 (für die Contarex 1961):

Bild 17:

Auch hier liegen die sagittalen Werte am Rand bei Offenblende f2.8 unter 200 LP/PH.

Ich zeige folgend die beiden Targets Nr.10 (linker Rand, mitte)  und Nr.5 (rechte untere Ecke):

Bild 18: Zeiss Distagon 25mm f2.8 bei Offenblende Target 10 (linker Rand mitte) – Vignettierung korrigiert

Hier beginnt bei sagittal 195 LP/PH die Bilddefinition sich durch eine Kombination eines starken Rest-Astigmatismus (meridionaler Wert: 917 LP/PH) und des Farbfehlers aufzulösen – der Kontrast ist schwach.

Bild 19: Zeiss Distagon 25mm f2.8 bei Offenblende Target 5 (rechte untere Ecke) – Vignettierung korrigiert

In der Ecke sagittal 185 LP/PH mit starkem Rest-Astigmatismus findet sich nur noch in einem sehr schmalen meridionalen Sektor eine klar definierte Struktur (mit 379 LP/PH) mit niedrigem Kontrast.

In dieser Gruppe der FRÜHEN Retrofocus-Objektive mit 24 oder 25 mm Brennweite (Angénieux, Carl Zeiss Jena Flektogon und Zeiss-Ikon Distagon) gibt es ein viertes (1963) aus Japan: Topcon Topcor 2,5cm f3.5, das unter diesen Optiken herausragt:

Bild 20: Topcor 2,5cm f3.5 – sagittale Auflösung bei Offenblende im gesamten Bildfeld (443 … 618 LP/BH)

Der Mittelwert der (sagittalen und meridionalen) Rand-/Ecken-Auflösungswerte beträgt hier 683 LP/PH. Das folgende Bild zeigt die Struktur von Target Nr.5 in der rechten unteren Ecke:

Bild 21: Topcor 2,5cm f3.5 bei Offenblende, Target Nr.5  – untere rechte Ecke bei sagittal 587 LP/PH (meridional 914 LP/PH) – also mit mäßigem Rest-Astimatismus – Vignettierung korrigiert

Bei diesem Auflösungs-Niveau  (mit mäßigem Astigmatismus und geringem Farbfehler (CA-Wert in der Ecke 1,5 Pixel!) liegt nun eine klare Bildstruktur vor – nur deutlich weicher als im Bildzentrum.

Dieses Objektiv ragt damit in der Bildqualität deutlich aus dem Feld der zeitgenössischen „Superweitwinkel“ zwischen 1957 und 1963 hervor.

Sehen wir uns noch den nächsten Qualitäts-Schritt am Beispiel des Minolta MD W-Rokkor 24mm f2.8 an:

Minolta MD W-Rokkor 24mm f2.8 Offenblende f2.8 – Target Nr.5 (untere rechte Ecke) – CA mit 3 Pixel deutlicher als beim Topcor – Vignettierung korrigiert

Der Kontrast liegt hier deutlich höher mit einem Durchschnittswert der Auflösung Rand/Ecken von 1002 LP/PH.

Schließlich die gegenwärtige moderne Referenz – das Zeiss Distagon 25mm f2.0:

Bild 23: Zeiss Distagon 24mm f2.0 Offenblende f2.0  –  Target Nr.3 (obere rechte Ecke) – sagittal 1.206 , meridional 1.897 LP/PH und CA von 0.5 Pixeln

Das Objektiv ist mit der Auflösung bei Blende 2.0 in der Ecke mit durchschnittlich 1.517 LP/PH visuell kaum noch von der Bildmitte zu unterscheiden (Vignettierung auch hier korrigiert!).

Man sieht an diesen Beispielen deutlich, dass außer dem meßtechnischen Wert der Auflösung die Rest-Bildfehler die visuelle Wirkung wesentlich mit beeinflusst. Wobei man den Eindruck hat, dass ein größerer Farbfehler sich ggf. weniger zerstörerisch auf den Bildkontrast auswirkt als ein starker Rest-Astigmatismus.


Man sieht, dass 200-300 LP/PH als Untergrenze einer bildgebend noch brauchbaren Auflösung gelten können (s. Bild 14), wenn Rest-Astigmatismus und Farbfehler im mäßigen Grenzen bleiben. Der absolute Auflösungswert entscheidet in diesem Bereich allerdings nicht alleine über das bildliche Ergebnis. Genauso entscheidend ist der Korrekturzustand – also die anwesenden Rest-Linsen-Fehler. Allgemein sind diese historischen Objektive in der Rand-/Ecken-Auflösung ab ca. 400 – 600 LP/PH als gut zu bezeichnen (s. Bilder 11, 12 und 21) – mit gewissen Abstrichen beim Kontrast.

Ab Anfang der 1970er Jahre werden Auflösungs-Werte in den Ecken um 1.000 LP/PH bei Offenblende auch bei Weitwinkelobjektiven erreicht, womit zumindest in der Analog-Fotografie hervorragende Ergebnsise möglich waren.

Moderne Objektive erreichen dank asphärischer Linsenflächen hervorragend ausgeglichene Ergebnsise auch bei Offenblende über das gesamte Bildfeld – auch bei sehr großen Bildwinkeln (s. Bild 23).

Copyright Fotosaurier, Herbert Börger, Berlin, 14. März 2020










Die Qualität historischer Angénieux Foto-Objektive – 1. Festbrennweiten, 1b. Retrofocus-Weitwinkelobjektive, C. 24mm f3.5

Zu Leben und Werk von Pierre Angénieux finden Sie bei mir einen eigenen Text hier: Pierre Angénieux -. Sternstunden der Foto-Optik.

Die Optik mit Festbrennweite 90mm behandle ich hier.

Die Optik mit Festbrennweite 35mm behandle ich hier.

Die Optik mit Festbrennweite 28mm behandle ich hier.

C – Angénieux Retrofocus 24mm f3,5 (R61) von 1957: Mein Exemplar ebenfalls mit Alpa-Anschluss.

Beim Einführungstermin behielt Angénieux auch hier die Nase vorn. Es ist nun ein 8-Linser mit acht frei stehenden Einzellinsen. Das negativ brechende Vorderglied besteht nun aus 4 Einzellinsen!

Rechts neben dem Angénieux 24mm f3.5 steht hier das ein Jahr später erschienene Topcor 2,5cm f3.5 – damit möchte ich den (mir) unbekannten Optik-Konstrukteur ehren, der offensichtlich Fähigkeiten besass, die selbst über die des legendären Angénieux weit hinaus reichten! Und dies war nicht sein einziger Coup… Darüber werde ich in einem speziellen Topcon-Artikel in Kürze berichten.

Auch bei diesem weltweit ersten Retrofokus-Weitwinkel für Kleinbild SLR mit über 80° Bildwinkel hatte offensichtlich die Verzeichnungsfreiheit allerhöchste Priorität für Angénieux, die nun bei fast Null liegt. Bis heute habe ich nichts vergleichbares gesehen. Für diesen Aspekt nahm man offensichtlich wiederum die relativ hohe Chromatische Aberration in Kauf – die aber auf demselben Niveau liegt, wie das zeitgenössische Canon-Meßsucher-Objektiv 25mm f3.5!

Um es gleich vorweg zu nehmen: auch bei diesem Objektiv legt Angénieux wieder einen Stand der Technik vor, der erst Anfang/Mitte der 1970er Jahre maßgeblich übertroffen wird ( mit Ausnahme der singulären Ausnahme-Optik von Topcon!) – dementsprechend wird es auch bis 1971 in dieser Form geliefert.

Dagegen gestellt:

  1. Canon Rangefinder (M39) 25mm f3,5 (1956)
  2. Carl Zeiss Jena Flektogon 25mm f4,0 (1959)
  3. Topcon Topcor 2,5cm f3,5 (1959)
  4. Zeiss für Contarex Distagon 25mm f2,8 (1961)
  5. Minolta MD Rokkor 24mm f2,8 (1971 – auch von Leica übernommen!)
  6. Olympus OM 24mm f2,0 (1973)
  7. State-of-the-art: Zeiss Distagon (Batis – E-Mount) 25mm f2,0 (2016)
  8. Extra: Zoom Sony (E-Mount) 12-24mm f4,0 bei 24mm

Hier der Auflösungsvergleich als Tabelle:



Vergleichskandidaten v.l.n.r.:  Angénieux 24mm f3.5  –  Zeiss Jena Flektogon 25mm f4.0    –   Contarex Distagon 25mm f2.8 – Minolta MD 24mm f2.8 – Olympus OM 24mm f2.0 davor das winzige Canon Rangefinder 25mm f3.5 mit M39-Gewinde

Achtung: Der Vergleich mit dem Meßsucher-Kameraobjektiv von Canon (25mm f3.5) krankt bezüglich der Auflösung Rand/Ecken sicher an der Situation, dass bei (allen) diesen M39-Weitwinkel-Optiken wegen der kurzen hinteren Schnittweite am Digitalsensor die Strahlen zu flach auf den Sensor auftreffen. Diese Objektive sind nicht im vollen Bildformat „digitaltauglich“.

Bemerkung: Für das Minolta MD W-Rokkor 24mm f2.8 habe ich am 10.03.20 die Auflösungsdaten und Messkurven aktualisiert! Da das Objektiv einen größeren Bildwinkel als die anderen 24er des Vergleichs hat, war die automatische Positionierung der Meßzonen mit den anderen 24/25ern nicht vergleichbar und die Messung wurde wiederholt.

Ein Jahr nach der Einführung des 24er durch Angénieux bringt ISCO (Göttingen, BRD) 1958  das Westron/Westrogon 24mm f4.0 auf den Markt. Dahinter steht eine Geschichte: der Optik-Konstrukteur Rudolf Solisch, der mit Dr. Harry Zöllner zusammen das erste Flektogon 35mm entwickelt hatte, war direkt nach der Patentanmeldung 1953 in den Westen gegangen und taucht hier bei ISCO als Erfinder des Westron 24mm f4.0 auf (das Westron 28mm f4.0 erscheint erst 1961!). Ich besitze es nicht.

Zeiss Jena selbst braucht noch ein Jahr länger, um 1959 das Flektogon 25mm f4.0 auf den Markt zu bringen (andere Quellen nennen 1960). Es ist ein 7-Linser. Leider ist der sagittale Strahl in der äußersten Bildecke „unterirdisch“ bei Offenblende – sonst ist das Objektiv ganz ordentlich. aber schnell vom Stand der Technik überholt – so wurde es 1967 ersetzt.

Ebenfalls 1959 kam von Topcon das RE Auto-Topcor 2,5cm f3.5 heraus. Möglicherweise ist diese Optik in Europa zunächst nicht weiter aufgefallen – die Brennweite wurde sogar noch in cm graviert, was den 50er Jahre-Ursprung beweist! Es hat ebenfalls noch die charakteristische relativ große Negativ-Meniskus-Frontlinse – es ist das Objektiv rechts neben dem Angénieux auf dem ersten obigen Foto. Es gibt zu der Optik (im Lieferumfang) einen Filtersatz, der rückseitig eingeschraubt wird (und es muss immer ein Filter im Strahlengang sein!).  Es wurde für die Topcon RE gebaut und hat somit eine Automatik-Blende, die aus dem Kamera-Inneren betätigt wird! Ich kenne den Linsenaufbau nicht. Alle Auflösungs-Daten sind senstionell für die damalige Zeit (s. Tabelle).

Die Zeiss-Konkurrenten 25mm
Die Zeiss-Konkurrenten 25 mm Ost/West

Für das Distagon 25mm f2.8 an der Contarex nimmt sich Zeiss Ikon Zeit bis 1961 – und es ist bei Offenblende und abgeblendet etwa gleichauf mit dem Flektogon 25mm – aber auch nicht besser. Der Aufbau hat hier schon das strikte Prinzip von Grundobjektiv und in großem Abstand davor gesetztem negativ brechenden Frontglied verlassen. Der Frontdurchmesser ist entsprechend kleiner.

Nikon ging von Anfang an diesen Weg zu Objektiven, denen man das „Retrofokus“ nicht mehr auf den ersten Blick ansieht. Die Nikon F wurde vor allem wegen der weiteren Verwendung der früheren symmetrischen Weitwinkel-Designs mit kurzem Abstand zum Film mit der Möglichkeit zum Verriegeln des Spiegels in der oberen Lage ausgestattet. Man nahm sich dann Zeit bis 1967 – und legte mit dem Nikkor-N 24mm f2.8 ein „integriertes“ Retrofokus-Design vor, das kompakte Weitwinkel ermöglichte. In diesem Falle mit 52mm Filtergewinde! Die optische Qualität im Vergleich zu den anderen Kandidaten ist mir nicht bekannt.

Dieser Weg setzte sich konsequent fort, wovon die beiden 24er von Minolta und Olympus zeugen. Das Minolta MD Rokkor-X 24mm f2.8 (VFC) von 1971 ist das legendäre Weitwinkel (das auch von Leitz für die Leica R adoptiert wurde). Es liefert tatsächlich ein gewaltiger Fortschritt im Kontrast bei niedrigen Frequenzen (MTF-Kurve!) und im Kontrast an Rand/Ecke.  Es ist ebenfalls gut in der Verzeichnung und deutlich besser in Chromatischer Aberration.

In meinen Vergleichsmustern sehe ich mit dem legendären Olympus OM 24mm f2.0 im Jahr 1973 einen gravierenden Fortschritt in der Auflösung bei Offenblende und hoher Lichtstärke.

Das gegenwärtige Zeiss Distagon „Batis“ 25mm f2.0 für die Sony E-Mount Kameras nutzt nun endgültig die Leistung des 60 MP-Sensors in vollem Umfang.

Auch in diesem Vergleich ist zu sehen, dass man heute – bei Begrenzung der Lichtsärke (hier auf f4.0) die beste Qualität auch mit einem Zoom-Objektiv erreichen kann. Das Sony G 12-24mm f4.0 ist dabei sogar relativ kompakt.

Hinweis: Mein Ziel in dieser Darstellung ist es nicht eine vollständige Darstellung der Geschichte einer Objektiv-Klasse für SLR, sondern die Gegenüberstellung von vergleichbaren zeitgenössischen und nachfolgenden Objektiven zu den Angénieux-Optiken. Das geschieht an Beispielen, die mir selbst zur Verfügung stehen. Die Abwesnheit von Nikon-Canon-Pentax-Optiken ist rein zufällig entstanden. Der Schwerpunkt des Artikels liegt auf den ganz frühen Optiken.

Wie sich die niedrige Ecken-Auflösungen – verglichen mit der Auflösung im Zentrum – auf die bildliche Darstellung von Strukturen auswirkt, kann man in diesem Blog-Beitrag sehen:

Das Prüf- und Mess-Verfahren kann man im diesem Blog-Beitrag nachlesen:

Fotosauriers optisches Testverfahren für Objektive mit IMATEST


Angénieux Retrofocus 24mm f3.5 bei Offenblende (oben) und optimaler Blende 11 (unten) – Kantenprofil, MTF-Kurve und Auflösung über Bildkreisradius


Zeiss Jena Flektogon 25mm f4.0 bei Offenblende (oben) und optimaler Blende 16 (unten) – Kantenprofil, MTF-Kurve und Auflösung über Bildkreisradius


Topcor 2,5cm f3.5 bei Offenblende (oben) und optimaler Blende 11 (unten) – Kantenprofil, MTF-Kurve und Auflösung über Bildkreisradius


Contarex Distagon 25mm f2.8 bei Offenblende (oben) und optimaler Blende 11 (unten) – Kantenprofil, MTF-Kurve und Auflösung über Bildkreisradius


Minolta MD W-Rokkor-X 24mm f2.8 bei Offenblende (oben) und optimaler Blende 11 (unten) – Kantenprofil, MTF-Kurve und Auflösung über Bildkreisradius


Olympus OM 24mm f2.0 bei Offenblende (oben) und optimaler Blende 11 (unten) – Kantenprofil, MTF-Kurve und Auflösung über Bildkreisradius


Zeiss Batis (E-Mount) 25mm f2.0 bei Offenblende (oben) und optimaler Blende 5,6 (unten) – Kantenprofil, MTF-Kurve und Auflösung über Bildkreisradius

Copyright Fotosaurier, Herbert Börger, Berlin, 10. März 2020