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Lexikon der Physik: Objektiv

Objektiv, 1) in einem optischen Instrument das aus Linsen und/oder Spiegeln zusammengesetzte optische System, das dem Objekt zugewandt ist und in den meisten Fällen ein möglichst großes reelles (Zwischen-)Bild von diesem entwirft. Da die Bildqualität entscheidend für den Gebrauch eines optischen Instrumentes ist, besitzen Objektive für verschiedene Abbildungsaufgaben unterschiedliche Bauformen. Das einfachste Objektiv besteht aus einer Konvexlinse, deren freie Öffnung zur Verminderung von sphärischen Abbildungsfehlern durch eine Blende verkleinert wird. Das Objektiv läßt sich auf Grund seiner Anwendung unterteilen in a) Fernrohr-, b) Photo- und c) Mikroskopobjektiv (Abb. 1 und 2). Als Spezialobjektiv bezeichnet man das Varioobjektiv (pankratisches System), bei dem die Brennweite kontinuierlich verändert werden kann.

a) Die Objektive der stark vergrößernden astronomischen Fernrohre bilden im Gegensatz zu den Photoobjektiven nur ein sehr kleines Gesichtsfeld mit einem geringen Öffnungsverhältnis ab, erfordern allerdings eine sehr gute Korrektur der Abbildungsfehler sowie die Erfüllung der Sinusbedingung. Einfache Objektive werden meist als zweilinsige Achromate oder als dreilinsige Apochromate gebaut. Setzt man statt Linsen Hohlspiegel in das Fernrohrobjektiv ein, so besitzt dieses zwar keine chromatischen Abbildungsfehler, kann aber für sich nicht korrigiert werden. Erst durch die Entwicklung des Schmidt-Spiegels konnte die Güte der Spiegelteleskope (Fernrohr) wesentlich verbessert werden, da auch bei einem sehr hohen Öffnungsverhältnis der Astigmatismus für ein größeres Gesichtsfeld beseitigt ist.

b) In der Photographie benötigt man Objektive, die ein hohes Öffnungsverhältnis und eine gute Korrektur des gesamten Bildfeldes besitzen. Dazu benutzt man ein sammelndes Linsen- oder ein Spiegel-Linsen-System (Spiegelobjektiv). Im allgemeinen ist die Korrektur eines von einem breiten Strahlenbündel durchsetzten Objektives sehr schwierig. Das erste leistungsfähige Objektiv stammt von Petzval. Obwohl bei diesem Typ die Bildfeldwölbung nicht behoben ist, wird er heute noch für Kinozwecke eingesetzt. Unter Verzicht auf ein großes Öffnungsverhältnis hat man bei den sogenannten Anastigmaten eine Ebnung des Bildfeldes erreicht. Einen wesentlichen Fortschritt bedeutete die Erfindung des Tripletts, bei dem eine Konkavlinse beiderseits von einer in einem bestimmten Abstand angeordneten Konvexlinse eingeschlossen wird. Eine weitere Gruppe entwickelte sich aus dem Gaußschen Fernrohrobjektiv, indem man zwei solche Objektive gegeneinander setzte. Durch den Einsatz weiterer Linsen erreicht man extreme Öffnungsverhältnisse bei sehr großen Gesichtsfeldern. Der Abstand der Linsenkombination von der Filmebene entspricht in etwa der Brennweite des Photoobjektives. Die Scharfeinstellung für Aufnahmen erfolgt hauptsächlich durch einen Schneckengang, bei dessen Betätigung entweder das gesamte Objektiv seinen Abstand zur Filmebene oder der Abstand der Frontlinse zu den übrigen Linsen verändert wird. Die Anpassung der Objektleuchtdichte an die Filmempfindlichkeit erfolgt über die Belichtungszeit und die Öffnungsblende des Objektives.

Die Einteilung der Photoobjektive findet unter Berücksichtigung des eingesetzten Bildformates über den Bildfeldwinkel 2ω statt, der noch mit ausreichend geringen Abbildungsfehlern durch das Objektiv erfaßt werden kann. Für den ausgenutzten Bildfeldwinkel bei der Abbildung entfernter Objekte gilt tan ω = 1/2y1/2 / f. Der Betrag von y bezeichnet die halbe Diagonale des Bildformates, f ist die Objektivbrennweite. Ist z.B. für das Bildformat 24 mm × 36 mm die Brennweite des Objektives mit 43 mm gleich der Formatdiagonalen, so folgt für tan ω = 0,5, und der Feldwinkel ist 2ω = 53°. Ein Objektiv mit diesen Eigenschaften wird als Normal- oder Standardobjektiv bezeichnet. Die Einteilung erfolgt grob gemäß DIN 19040, Bl. 3: Fern- bzw. Teleobjektiv: 2ω < 20°, Normal- bzw. Standardobjektiv: 40° < 2ω < 55°, Weitwinkelobjektiv: 55° > 2ω. Zu berücksichtigen ist dabei jedoch, daß die Beurteilung eines Photoobjektives nur zusammen mit der Brennweite und dem Bildformat erfolgen kann. In der Tabelle ist die Einteilung und der maximal zu erreichende Feldwinkel bei verschiedenen Brennweiten für das Bildformat 24 mm × 36 mm aufgeführt.

Teleobjektive sind so gebaut, daß ihre Baulänge geringer ist als ihre Brennweite. Dies ist möglich durch ein zweigliedriges System mit positivem Vorder- und negativem Hinterglied. Weitwinkelobjektive erfordern bei großen Bildfeldwinkeln und großer relativer Öffnung einen hohen Korrektionsaufwand. Bei kurzen Brennweiten erreicht man das durch Umkehren des Teleobjektivprinzips. Superweitwinkelobjektive werden auch als Fischaugenobjektiv bezeichnet.

c) Bei den Mikroskopobjektiven unterscheidet man in Trocken- und Ölimmersionssysteme, wobei sich bei letzterem zwischen Deckglas und Frontlinse eine Immersionsflüssigkeit befindet (z. B. Zerdernholzöl). Beim Übergang vom Trockem- zum Immersionssystem kommt es zu einer Vergrößerung des halben Öffnungswinkels von u auf u' und somit zu einer Erhöhung der Lichtstärke (Abb. 2a und b).

2) Bezeichnung für die im Elektronenmikroskop auf das Objekt folgende Linse kurzer Brennweite. Der Öffnungsfehler und die chromatischen Abbildungsfehler bestimmen die Auflösungsgrenze. Die Objektivapertur wird durch die Bestrahlungsapertur und eine Objektivaperturblende in der bildseitigen Brennebene, die gleichzeitig als Kontrastblende wirkt, festgelegt.

Objektiv: Photoobjektive für das Kleinbildformat 24 mm × 36 mm.

Objektivart Brennweite f [mm] max. Feldwinkel 2ω
Fischauge 15 180°
Weitwinkel 35 63°
Standard 55 43°
Tele 300 8°15'
Fern 1 000 2°30'



Objektiv 1: a) Petzval-Objektiv, b) Cooke-Taylor Triplet, c) Gauß- und d) Fischaugenobjektiv.



Objektiv 2: Mikroskop-Objektiv: a) Pl: Planobjektiv, A: Apertur und b) halber Öffnungswinkel u und u' beim Trocken- und Ölimmersionssystem.

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Dr. Andreas Müller, Kiel [AM2] (A) (33; Essay Alltagsphysik)
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Dr. Angelika Fallert-Müller, Groß-Zimmern [AFM] (A) (16, 26)
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Dr. Thomas Filk, Freiburg [TF3] (A) (10, 15; Essay Perkolationstheorie)
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Christian Fulda, Hannover [CF] (A) (07)
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Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
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Prof. Dr. Hans Berckhemer, Frankfurt [HB1] (A, B) (29; Essay Seismologie)
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Natalie Fischer, Walldorf [NF] (A) (32)
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Helmut Milde, Dresden [HM1] (A) (09)
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Prof. Dr. Erhard Scholz, Wuppertal [ES] (A) (02)
Dr. Martin Schön, Konstanz [MS] (A) (14; Essay Spezielle Relativitätstheorie)
Dr. Erwin Schuberth, Garching [ES4] (A) (23)
Jörg Schuler, Taunusstein [JS1] (A) (06, 08)
Dr. Joachim Schüller, Dossenheim [JS2] (A) (10)
Richard Schwalbach, Mainz [RS2] (A) (17)
Prof. Dr. Klaus Stierstadt, München [KS] (B)
Dr. Siegmund Stintzing, München [SS1] (A) (22)
Dr. Berthold Suchan, Gießen [BS] (A) (Essay Wissenschaftsphilosophie)
Cornelius Suchy, Brüssel [CS2] (A) (20)
Dr. Volker Theileis, München [VT] (A) (20)
Prof. Dr. Stefan Theisen, München (A) (Essay Stringtheorie)
Dr. Annette Vogt, Berlin [AV] (A) (02)
Dr. Thomas Volkmann, Köln [TV] (A) (20)
Rolf vom Stein, Köln [RVS] (A) (29)
Dr. Patrick Voss-de Haan, Mainz [PVDH] (A) (17)
Dr. Thomas Wagner, Heidelberg [TW2] (A) (29)
Manfred Weber, Frankfurt [MW1] (A) (28)
Dr. Martin Werner, Hamburg [MW] (A) (29)
Dr. Achim Wixforth, München [AW1] (A) (20)
Dr. Steffen Wolf, Berkeley, USA [SW] (A) (16)
Dr. Stefan L. Wolff, München [SW1] (A) (02)
Priv.-Doz. Dr. Jochen Wosnitza, Karlsruhe [JW] (A) (23)
Dr. Kai Zuber, Dortmund [KZ] (A) (19)
Dr. Werner Zwerger, München [WZ] (A) (20)

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