Triplet - CaF2 / Fluorphosphat - Apochromate
Der klassische Apochromat besteht üblicherweise aus drei Linsen (Triplet). Durch die höhere Linsenzahl und eine im Vergleich zum Dublet größere Auswahl an Glastypen ergeben sich mehr Freiheitsgrade, die eine verbesserte Korrektion der Abbildungsfehler zulassen.
Die Entwicklung des dreilinsigen, ölgefügten apochromatischen Objektivtyps mit einer Mittellinse aus Flußspat geht auf James G. Baker zurück, der dieses Objektivdesign erstmals 1963 vorgestellt hat, wodurch Baker damit auch "Urvater" des CaF2-Triplet-Apochromaten aus Jena bezeichnet werden kann. Bereits 1943 entstand der erste Prototyp aus Kalziumfluorid und den beiden Außengläsern BK7 und K10 von SCHOTT® Baker, James G.: Planetary Telescopes, Applied Optics, Vol. 2, No.2, Februar 1963, S. 111-129 (13.12.2017).
Farblängs- und Gaussfehler
Fluorphosphat- und auch CaF2-Triplet-Apochromate weisen einen spektralbereichsbezogenen Farblängs- und Gaussfehler (chromatische Variation des Öffnungsfehlers) auf, der bei größeren Öffnungen und lichtstärkeren Öffnungsverhältnissen die polychromatische Punktverteilungsfunktion (PSF) stört.
Dies führt dazu, daß die klassischen Triplet-Apochromate die Apochromasiebedingung lediglich in einem eng begrenzten visuellen Spektrum (üblicherweise von 436nm - 656nm bzw. von 480nm - 707nm) erfüllen.
Sie sind aber nicht in der Lage, in dem z.B. für die CCD-Astronomonie wichtigen Spektralbereich von 365nm bis 1014nm beugungsbegrenzt abzubilden. Dieses Ziel wird erst mit vierlinsigen Polychromaten erreicht.
Luftspalt vs. Ölfügung
Vorteile der Ölfügung gegenüber luftspaltgefügten Objektiven sind u.a. ein schnelleres Erreichen des thermischen Gleichgewichtes, Schutz der inneren Glasflächen vor Feuchtigkeit und Verschmutzung, eine höhere Transmission des optischen Systems sowie eine bessere Resistenz gegenüber Schockbelastungen.
Design-Beispiel CaF2-Triplet-Apochromat 150/1200
Ein Fluorit-Triplet-Apochromat ist als Zwei- oder Dreimedienversion realisierbar. In der Zweimedienversion wird die mittig angeordnete Flußspatlinse von den beiden Außenlinsen aus demselben optischen Glas umschlossen. Bei der Dreimedienversion sind es zwei unterschiedliche Gläser.
Unser Ausführungsbeispiel ist ein ölgefügter Fluorit-Triplet-Apochromat als Dreimedienversion mit 150mm freier Öffnung und 1200mm Brennweite, der im visuellen Spektralbereich von 436nm bis 707nm eine sehr gute apochromatische Korrektion besitzt, wie der Verlauf der Strehl-Zahl in Abhängigkeit der Wellenlänge zeigt:
Strehl-Zahl eines Fluorit-Triplet-Apochromaten mit 150mm Öffnung und 1200mm Brennweite (436nm - 707nm)Der CaF2-Triplet-Apochromat 150/1200 hat im Wellenlängenbereich von 436nm bis 707nm einen polychromatischen Strehl von 0,97. Der maximale Fokusshift beträgt 53µm bzw.±0,002%.
Design-Varianten von Fluorit-Triplet-Apochromaten im Wellenlängenbereich von 436nm bis 707nm (Auswahl)
D1
(mm)
(mm)
f2
(mm)
(mm)
D/f3
Sp4
CFS5
(%)
(%)
80
480
f/6
0,96
±0,004
100
630
f/6,3
0,96
±0,003
130
920
f/7,1
0,96
±0,003
150
1200
f/8
0,97
±0,002
180
1620
f/9
0,97
±0,004
200
1800
f/9
0,97
±0,004
1 D…Öffnung
2 f…Brennweite
3 D/f…Öffnungsverhältnis
4 Sp…Polychromatischer Strehl
5 CFS…Chromatischer Fokusshift