Einige Informationen zu Okularen

Auf dieser Seite stelle ich einige elementare Informationen zu Okularen zusammen, insbesondere zu verschiedenen Okulartypen.

Hinweis: Einige nützliche Definitionen finden sich auf der Seite Kleines Astronomie-Glossar.

Was ist ein Okular?

Ein Okular ist der augenseitig (lateinisch oculus = Auge) optisch wirksame Teil eines optischen Systems, wie zum Beispiel eines Fernglases, Fernrohrs, Teleskops oder Lichtmikroskops. Ein Okular besteht aus einer einzelnen Linse oder aus einem Linsensystem. Okulare unterscheiden sich neben der Brennweite auch im Sehwinkel und Augenabstand (eye relief). (Nach: Okular – Wikipedia)

Als Beispiele für Okulare zeige meine aktuellen Okulare (Stand Mai 2017; ohne Fadenkreuzokular und 28 mm-Okular mit 2"-Anschluss):

Fotos: Obere Reihe (von links nach rechts): 4 mm und 7 mm UWA, 10 mm Sky-Watcher-Okular, 10 mm Explore Scientific-Okular; untere Reihe (von links nach rechts): 16 mm UWA, 25 mm Sky-Watcher-Okular, 24 mm TeleVue-Okular, 32 mm Plössl-Okular

Nicht gezeigt sind mein 12,5 mm Plössl-Fadenkreuzokular und das 28 mm-Okular mit 2"-Anschluß für den 6"-Newton-Tubus. Inzwischen hat sich meine Okularsammlung etwas verändert (siehe Seite Daten aller meiner Teleskope und Okulare).

Okulartypen

Hinweis: Die Beschreibungen auf dieser Seite sind der Seite "Okular" der deutschsprachigen Wikipedia-Version entnommen. Sie unterscheiden sich deshalb zum Teil deutlich vom Text der Engelfischs Seite, die der Seite "Eyepiece" der englischsprachigen Wikipedia-Version entnommen sind.

Name	Beschreibung*	Anzahl Linsen/ Bild- winkel	Besonderheiten, was wird besser, Anmerkungen*
Galilei-Okular	Besteht aus nur einer bikonkaven Einzellinse, wurde als erstes 1608 in Holland praktisch realisiert und von Galilei nacherfunden.	1	Erstes Okular überhaupt; erlaubt keine Pupillenabbildung (reelles Bild im Brennpunkt der Linse) und daher auch kein Fadenkreuz. Dies Okular wird heute überwiegend in billige Geräte eingesetzt, um ein aufrechtes Bild zu erhalten. Doch kommt es auch in Optiken zum Einsatz, wo nur eine schwache Vergrößerung gefragt ist - beispielsweise beim Opernglas.
Kepler-Okular	Besteht aus einer einfachen bikonvexen oder plankonvexen Sammellinse. Das Bild steht auf dem Kopf.	1	Erlaubt die Pupillenabbildung (reelles Bild im Brennpunkt der Linse); dadurch entsteht die Möglichkeit eines Fadenkreuzes. Das Bildfeld ist durch die Fehler einer Einzellinse beschränkt, es findet keine Farbkorrektur statt. Diese ist erst bei der Kombination von mindestens zwei Linsen möglich.
Huygens-Okular	In diesem Okular wird die einfache Okularlinse der Vorgängertypen durch ein System zweier plankonvexer Linsen im geeigneten Abstand ersetzt.	2 / 30°?	Huygens hat um 1670 durch Berechnungen bewiesen, dass sich die Farbfehler (chromatische Aberration) im achsnahen Bereich deutlich verringern lassen, wenn man die einfache Okularlinse durch ein System zweier plankonvexer Linsen im geeigneten Abstand ersetzt. Das optische Design des Huygens-Okulars gilt heute als überholt, weil man das Auge sehr dicht ans Okular führen muss. Auch lässt es nur ein recht kleines Gesichtsfeld zu, hat eine hohe Bildverzerrung (besonders bei Teleskopen mit kleiner Brennweite), noch restliche Farbfehler und ist auch nicht für den Einbau eines Fadennetzes geeignet. Dennoch werden die Okulare bis heute in billigen Teleskopen und Mikroskopen verwendet, weil die Herstellung vergleichsweise günstig ist.
Mittenzwey-Okular	Von Moritz Mittenzwey (Zwickau) im 18. Jahrhundert für Teleskope und Mikroskope entwickelt. Es ähnelt dem Huygens-Okular, hat aber statt der Planlinsen zwei Menisken (konkav-konvexe Linsen) im Abstand ihrer mittleren Brennweite. Die beiden hohlen (konkaven) Linsenflächen schauen nach hinten, dem Auge zugewandt. Zwischen der Feld- und der Augenlinse liegt die Brennebene mit einer Blende, die störende Reflexe von den Seitenwänden der Okularhülse bzw. des Fernrohrs verringert.	2 / bis zu 50°	Besitzt statt der Planlinsen zwei Menisken (konkav-konvexe Linsen) im Abstand ihrer mittleren Brennweite. Dadurch vergrößert sich das Gesichtsfeld auf bis zu 50°. Dies war das erste Okular mit größerem Gesichtsfeld. Die Mittenzwey-Bauart des Huygens-Okulars gilt heute als überholt, weil man das Auge dicht ans Okular führen muss. Es ist aber günstig herstellbar und wird deshalb noch durchaus in preiswerten Fernrohren und Mikroskopen verwendet.
Ramsden-Okular	Das Ramsden-Okular wurde von Jesse Ramsden (1735–1800) entwickelt, wahrscheinlich ohne Kenntnisse des Huygens-Okulars. Wie dieses hat es zwei plankonvexe Linsen, doch ist die erste Linse umgedreht, sie zeigt mit ihrer planen Seite zum Objektiv. Das Okular hat ähnliche Eigenschaften wie das Huygens-Okular.	2 / 30°?	Ähnlich dem Huygens-Okular; eine Zwischenbildfläche liegt auf der Planseite der ersten Linse, so dass sich für ein Fadenkreuzokular Strichmarken für Messzwecke einsetzen lassen. Die Austrittspupille liegt auf der Planseite der Augenlinse, weshalb das Gesichtsfeld nicht vollständig zu überblicken ist (günstiger ist hier das zur gleichen Zeit entwickelte Mittenzwey-Okular). Durch Zusammenrücken der Linsen kann man das ändern, aber dann ist die Achromasiebedingung nicht mehr erfüllt. Abhilfe bietet das Kellner-Okular.
Kellner-Okular	Das Ramsden-Okular wurde 1847 durch Carl Kellner dadurch verbessert, dass er die augenseitige Linse durch ein verkittetes Linsenpaar (Achromat) zur Farbkorrektur ersetzte. Die Feldlinse blieb eine einfache, bikonvexe Sammellinse.	3 / 40°...42°	Verbesserung des Ramsden-Okulars; verringert neben den Farbrändern die bei den damaligen Mikroskopen normalen Verzerrungen. In der Amateurastronomie gehörte das kostengünstige Okular bis in die 1970er-Jahre (und auch heute noch) zur Grundausrüstung einfacher Fernrohre.
Monozentrisches Okular	Das Monozentrische Okular wurde von Steinheil etwa um 1880 erfunden. Es besteht aus einer symmetrischen bikonvexen Barium-Kronglaslinse, die von zwei Flintglasmenisken eingeschlossen wird. Wie beim Steinheil-Aplanat haben die Linsenoberflächen einen gemeinsamen Mittelpunkt. Hier wird der Farbfehler vollständig berichtigt. Da die Linsen verkittet sind, ist dieses Okular sehr Streulicht- und reflexarm. Der Augenabstand liegt bei dem 0,85-fachen der Brennweite, das scheinbare Sichtfeld bei 28°.	3 / 28°	Der Farbfehler wird vollständig berichtigt. Da die Linsen verkittet sind, ist dieses Okular sehr Streulicht- und reflexarm. Für lichtstarke Teleskope ist dies Okular ungeeignet.
Orthoskopisches Okular nach Ernst Abbe	Dieses Okular besteht aus einer Feldblende, einer verkitteten Dreiergruppe und einer plankonvexen Linse. Die Dreiergruppe besteht aus einer bikonkaven Linse, die von zwei bikonvexen Linsen eingeschlossen wird.	4 / 40°	Dies Okular korrigiert sehr gut durch die vier Glas-Luft-Flächen.
Orthoskopisches Okular nach Albert König	Es besteht ebenfalls aus einer Feldblende und einer plankonvexen Linse auf der Augenseite. Die verkittete Zweiergruppe besteht aus einer plankonkaven und einer bikonvexen Linse. Die Bauweise spart eine Linse ein, verlangt aber hochwertigere Gläser.	3 / 40°	Die Eigenschaften dieses Okulars sind vergleichbar mit der Konstruktion nach Abbe. Dieses Okular gilt als Standard für astronomische Beobachtungen.
Plössl-Okular	Das von Simon Plößl erfundene Plössl-Okular besteht aus zwei gegeneinander gerichteten Achromaten, also zwei verkitteten Zweiergruppen zur Farbkorrektur.	4 / 50°...52°	Die Farbfehler sind vollständig korrigiert. Die Leistung ist vergleichbar mit dem orthoskopischen Okular nach Abbe, während die Kosten kleiner sein können. Heutzutage sind die meisten preiswerteren Okulare von dieser Bauart.
Weitwinkel-Okular	Als Weitwinkelokular wird ein Mikroskop- oder Fernrohr-Okular mit einem besonders großen scheinbaren Gesichtsfeld bezeichnet.	2-7 / 55°...80°	Während herkömmliche Okulare ein Gesichtsfeld von etwa 40 bis 45° besitzen, beträgt es bei Weitwinkelokularen zwischen 55 und 80° (bei speziellen Konstruktionen auch darüber). Das ergibt für das Auge ein angenehm weites Feld, das annähernd dem normalen Sehen entspricht. Es kann jedoch nur summarisch überblickt werden; für genauere Betrachtungen sind daher Augenbewegungen notwendig. Da ein Weitwinkelokular – insbesondere wegen der erforderlichen Randschärfe – mehr Linsen als ein normales Okular benötigt, ist es schwerer und in der Herstellung teurer. Siehe dazu die nachfolgenden Okular-Typen und das Mittenzwey-Okular
Erfle-Okular, Super-Plössl-Okular	Das vom deutschen Optiker Heinrich Erfle 1917 erfundene Erfle-Okular wurde aus dem Plössl-Okular weiterentwickelt und besteht aus drei Linsengruppen. Insbesondere ist zwischen zwei gegenüber liegenden Doubletts eine Sammellinse eingefügt. Es erscheint damit als eine Erweiterung des Plössl-Okulars um eine weitere Linse. Das Erfle wird in der Ausführung als Fünflinser oft als Super-Plössl oder Ultima bezeichnet. Als Super-Plössl ist es 5-linsig mit einem Gesichtsfeld von rund 60°, in einer Weiterentwicklung 6-linsig mit bis zu 68°.	5 / 60° (Super-Plössl), bis zu 68°	Das Erfle-Okular erreichte ein scheinbares Gesichtsfeld von bis zu 68° und war damit das erste echte Weitwinkel-Okular. Es wurde in Feldstechern, Teleskopen und nautischen Periskopen eingesetzt. Erfles neigen am Rand des Gesichtsfeldes zu Astigmatismus, einer ellipsenförmigen Verzerrungen von Lichtquellen. Außerdem kommen leicht interne Reflexionen vor ("Geisterbilder"). Dies macht Erfle-Okulare für die Beobachtung heller Objekte, z. B. von Planeten, in der beobachtenden Astronomie weniger geeignet. Sie eignen sich hingegen gut für lichtschwache, ausgedehntere Objekte wie offene Sternhaufen und Reflexionsnebel. Erfle-Okulare sind vergleichsweise günstig herzustellen. Sie werden daher noch heute für die Amateur-Astronomie oder Weitwinkel-Ferngläser produziert.
Panoptik-Okular, Sechslinsiges Okular	Das Panoptic-Okular (Hersteller: TeleVue) ist eine sechslinsige Ausführung des Erfle-Okulars. Ein weiteres sechslinsiges Okular besteht aus einem Plössl, das um eine verkittete Augengruppe erweitert wurde. Die letzte Gruppe besteht aus einer plankonvexen und einer plankonkaven Linse, wobei letztere nur eine ganz schwache Brechkraft aufweist.	6 / bis zu 68°	Ältere Panoptik-Okulare von TeleVue haben ein scheinbares Gesichtsfeld von 65°.
Nagler-Okular	Das Nagler (Hersteller: TeleVue) besteht aus 3 verkitteten Zweiergruppen und einer Plankonvexlinse.	6-7, 8-9 / 80°...82°	Die Nagler-Okulare werden als Weitwinkelokulare mit 80...82° scheinbarem Gesichtsfeld gebaut, brauchen dafür aber 6 bis 7 Linsen. Hohe Bildgüten werden nur mit Varianten mit asphärischer Fläche oder einer zusätzlichen 8. Linse erreicht. Bei Verwendung asphärischer Linsen kann die Abbildungsgüte am Rand an die gewohnte Abbildungsqualität herangeführt werden. Diese Okulare sind auch an sehr lichtstarken Teleskopen einzusetzen, noch mehr als die Panoptic-Okulare des gleichen Herstellers.
Superweitwinkel-Okular	Ethos (Hersteller: TeleVue)	??? / 100°...110°	Zur Zeit die Okulare mit dem größten Bildwinkel

*) Nach Wikipedia (Okular); **) Huygens-Okular (Wikipedia); ***) Mittenzwey-Okular (Wikipedia); +) Ramsden-Okular (Wikipedia)

Einige Bildwinkel aus Helmut Naumann, G. Schröder, Martin Löffler-Mang: Handbuch Bauelemente der Optik: Grundlagen, Werkstoffe, Geräte, Messtechnik, Carl Hanser Verlag (Google Books) ergänzt (oder verifiziert).

Vergrößerung bei verschiedenen Okularbrennweiten

Berechnung der Vergrößerung eines Teleskops

Die Vergrößerung eines Teleskops errechnet sich aus Brennweite des Teleskops und des Okulars:

Vergrößerung = (Brennweite des Teleskops) / (Brennweite des Okulars)

Sie hängt also bei vorgegebenem Teleskop allein von der Okularbrennweite ab und kann schnell im Kopf ermittelt werden.

Einsatz von Vergrößerungen

In der Praxis ist es wichtig zu wissen, für welche Aufgaben sich welche Vergrößerung eignet. Ich habe folgende Empfehlungen für den Einsatz von Vergrößerungen gefunden:

Ganz niedrig (10-20 x): Aufsuchen von Objekten, ausgedehnte Objekte (großflächige Nebel, Andromeda-Galaxie, ...) (von mir ergänzt)
Niedrig (30-50 x; gelb): Sternhaufen, Galaxien und Nebel
Mittel (80-100 x; magenta): Krater und Täler auf dem Mond, Saturnringe, Jupiter und seine Monde
Hoch (150-200 x; violett - mit meinem Heritage 100P-Teleskop praktisch nicht möglich): Bergspitzen und feinere Details auf dem Mond, Oberflächendetails des Mars, Trennung nahe beieinander stehender Doppelsterne

Siehe auch, dass entsprechende Empfehlungen in der Literatur/im Internet auch auf der Basis der Größe der Austrittspupille gegeben werden. Zum Thema "Austrittspupille/Vergrößerung als Kriterium bei der Okular-Auswahl" siehe die Seite Okular-Auswahl (Brennweite).

Sehwinkel (Gesichtsfeld)

Der scheinbare Sehwinkel (scheinbares Gesichtsfeld) ist ein Maß für den Winkel, den ein Okular als Himmelsausschnitt zeigt. Er hängt von der Bauart des Okulars ab (siehe Okulartypen) und wird üblicherweise vom Hersteller angegeben. In der Tabelle oben finden sich Werte für gängige Okulartypen.

Der wahre Sehwinkel (wahres Gesichtsfeld) ist ein Maß für die Größe der Objekte, die im Teleskop beobachtet werden können (Beispiel: der Mond entspricht einem Sehwinkel von etwa 0,5°)

Wahrer Sehwinkel = (Scheinbarer Sehwinkel) / Vergrößerung = (Scheinbarer Sehwinkel) * (Brennweite des Okulars) / (Brennweite des Teleskops)

Beispiele (10 mm Okular, 42°)

Heritage 100P: (42° * 10 mm) / 400 mm = 42° / 40 = 1,05°
Skymax-102: (42° * 10 mm) / 1300 mm = 42° / 130 = 0,32°

Beispiele: Sonne und Mond entsprechen einem Sehwinkel von etwa 0,5° (30') , der Jupiter schwankt zwischen 30" und 50", die Venus kann über 1' erreichen. Große Kugelsternhaufen können 15' (0,25°) erreichen, die Andromeda-Galaxie erreicht 150' (2,5°), die Plejaden/Siebengestirn (offener Sternhaufen, M 45) erreichen 1,8° x 1,2° und die Hyaden (offener Sternhaufen, Mel 25) sogar 5° x 4°.

Anwendung: Ein Plössl-Okular mit 52° scheinbarem Sehwinkel ergibt bei

20-facher Vergrößerung (20 mm-Okular am Heritage 100P mit 400 mm Brennweite) einen wahren Sehwinkel von 2,6° => also etwa die Größe der Andromeda-Galaxie,
50-facher Vergrößerung (8 mm-Okular am Heritage 100P mit 400 mm Brennweite) von etwa 1° => also etwa das halbe Siebengestirn,
100-facher Vergrößerung (4 mm-Okular am Heritage 100P mit 400 mm Brennweite) von etwa 0,5° => also etwa Sonnen-/Mondgröße.

Sehwinkel (Gesichtsfeld) aus Feldblende berechnet

Der scheinbare Sehwinkel eines Okulars ist nicht immer bekannt oder man traut den Herstellerangaben nicht. Wenn es möglich ist, die Feldblende eines Okulars zu vermessen oder sie in den technischen Daten des Okulars steht, dann kann der wahre Sehwinkel nach der folgenden Faustformel bestimmt werden:

57,3 * Feldblende [mm] / Teleskop-Brennweite [mm]

Mit welchen Okularen erhält man das maximale wahre Gesichtsfeld?

Das maximale wahre Gesichtsfeld für einen Teleskopanschluss (1,25", 2", 3", ...) erhält man, wenn man in die obige Formel die maximale Feldblende für diesen Anschluß einsetzt. Da die Steckhülse eine bestimmte Dicke hat, und die Linsen mit Ringen verschraubt werden, ist die maximale Feldblende stets kleiner als das Anschlußmaß (das ja auch dem Außenmaß entspricht). Für 1,25"-Okulare fand ich Werte zwischen 27 und 29 mm (29 mm scheint das absolute Maximum zu sein) für die maximale Feldblende, für 2"-Okulare einen Wert von 46 mm.

Der 1,25"-Anschluß ist mit einem 25 mm-Okular mit 70° Bildwinkel bzw. einem 32 mm-Plössl-Okular mit 52° Bildwinkel hinsichtlich des maximalen Gesichtsfeldes "ausgereizt", der 2"-Anschluß mit einem 40 mm-Okular mit 70° Bildwinkel bzw. einem 56 mm-Plöss-Okular mit 52° Bildwinkel. Die 70°-Okulare zeigen die Objekte größer, die 52°-Okulare zeigen ein helleres (größere Austrittspupille), kleineres Bild.

Austrittspupille

Die Definition der Austrittspupille findet sich im Glossar.

Allgemeine Regeln:

Besitzt ein Okular eine zu große Austrittspupille (> 6,4 / 6,5 / 7mm je nach Definition und Alter des Beobachters), dann wird Licht vergeudet, das außerhalb der menschlichen Pupille auf das Auge trifft.
Besitzt ein Okular eine zu kleine Austrittspupille, werden Beobachtungsobjekte zu dunkel:
- ab 1 mm für Galaxien und Nebel,
- ab 0,7 mm für Planeten,
- ab 0,5 mm für den Mond

Die Austrittspupille kann auf zwei Weisen bestimmt werden, die beide zur gleichen Formel führen:

Austrittspupille = (Öffnung des Teleskops) / Vergrößerung
Austrittspupille = (Brennweite des Okulars) / (Öffnungsverhältnis des Teleskops)
=>
Austrittspupille = (Öffnung des Teleskops) * (Brennweite des Okulars) / (Brennweite des Teleskops)

Je nach Sichtweise wird die Austrittspupille eines gegebenen Okulars bei Teleskopen und Ferngläsern also von der Vergrößerung ((Brennweite des Teleskops) / (Brennweite des Okulars)) bzw. vom Öffnungsverhältnis ((Brennweite des Teleskops)/(Öffnung des Teleskops)) des Instruments bestimmt.

Zum Thema "Austrittspupille/Vergrößerung als Kriterium bei der Okular-Auswahl" siehe die Seite Okular-Auswahl (Brennweite).