Okulare

2005 - 2011 Thomas Gade

Okulare sind optische Systeme, in die man hineinblickt, um mit einem Teleskop, Mikroskop, Feldstecher o.ä. beobachten zu können.


Einblick in das Okular an einem Spektiv.

Wir beschränken uns in diesem Bericht weitgehend auf die Betrachtung von aktuellen Okularen für Teleskope. Die Verbindung zwischen den Okularen und dem Teleskop sind weitgehend genormt. Größen werden in Zoll angegeben. Die Okularauszüge haben heute Steckmaße von 1,25 Zoll oder 2 Zoll, die mit einem Adapter auf 1,25 Zoll reduziert werden können.

Die gegenwärtig üblichen Okulare für Teleskope haben Steckhülsen mit 1,25 Zoll Durchmesser. Daneben gibt es die 2 Zoll Okulare. Es sind noch viele Teleskope aus dem späten 20. Jahrhundert in Gebrauch, die kleine Okulare mit 0,96 Zoll Durchmesser benötigen. Das Maß wurde zuletzt vor allem bei einfachen Teleskopen der unteren Preisklassen verwendet. 2 Zoll Okulare sind groß und schwer. Ihr großer Hülsendurchmesser ist an Teleskopen mit kleinen Verhältnissen aus Öffnung und Brennweite bei niedrigen Vergrößerungen.

Verwirrendes Angebot

Der Blick in die Angebotslisten der Astrohändler ist verwirrend. Laut den Beschreibungen sind alle Okulare gut, doch gibt es große und kleine, günstige und teure. Der Dialog beim Fachhändler könnte so aussehen:
"Guten Tag, ich hätte gerne ein 10mm Okular."
"Wieviel wollen Sie denn ausgeben?"
"Na ja, nicht mehr als 80 €."
"Dafür bekommen Sie schon was Gutes. Was haben Sie für ein Teleskop?"
"Einen Newton von Vixen, 114mm Öffnung mit 1 1/4 Zoll Okularauszug."
"Ach ja, dann nehmen wir mal das hier. Es ist gerade im Angebot und kostet nur 69 €"
Der Händler stellt das gute Stück auf die Ladentheke, der Kunde guckt erfreut. Zuhause probiert er es aus und ist zufrieden.
Der Kunde hätte auch 50 € sagen können oder 500 €. Der gut sortierte Händler hätte etwas Passendes im Regal gefunden. An wohlklingenden Erklärungen für die Preisunterschiede mangelt es nicht. Den Wert vieler dieser Argumente darf man getrost als weitaus geringer betrachten als ihren preislichen Niederschlag. Hier darf man gerne an Armbanduhren erinnern. Der eine trägt eine Quartzuhr mit präzisem Lauf für 10 € und der andere eine mechanische Armbanduhr von einer gehobenen Schweizer Marke für 10.000 €.

Okulartypen

Wir betrachten mal ein paar Aspekte im Zusammenhang mit Okularen, um etwas Licht ins Dunkel zu bringen. In der Frühzeit des Teleskopbaus bestanden Okulare aus einzelnen Linsen. Sie wurden später durch mehrlinsige Okulare ersetzt. Heutzutage bilden die vierlinsigen Plössl-Okulare den unteren Standard. Anspruchsvolle Benutzer nehmen weitwinklige Okulare, die bei gleicher Vergrößerung größere Bildausschnitte zeigen.

Nachstehend werden diverse Okulartypen aufgeführt. Die Liste ist nicht vollständig. Die Bilder in der Tabelle stammen aus einem Artikel über Okulare bei Wikipedia und unterstehen dem Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. Der Bildautor nennt sich 'Tamasflex'.

Okulartyp		Bildwinkel	Gewicht	Preis
Huygens   (0,96") seit 1703		30°	30 bis 60 gr	praktisch aus dem Handel verschwunden
Kellner seit 1849		40 bis 50°		praktisch aus dem Handel verschwunden
Plössl seit 1860		50°	80 bis 200 gr	ca. 20 bis 80 €
Erfle seit 1921		60°
TS-SWM		66°	80 bis 120 gr	ca. 39 €
Nagler Nagler 2 seit 1988		82°	500 bis 1000 gr	ca. 400 bis 600 €
TeleVue Ethos		100°	500 bis 1020 gr	ca. 500 bis 800 €
Explore Scientific		120°		ca. 1000 €

Bildwinkel

Ein wichtiges Unterscheidungskriterium ist der Bildwinkel. Die Händler verwenden auch die Begriffe Gesichtsfeld, scheinbares Gesichtsfeld oder Grad. Um die gemeinte praktische Bedeutung deutlich zu machen, zeigen wir es an einem Beispiel.

Die nachfolgenden Bilder stellen Blicke durch ein 114/1000mm Teleskop dar, einmal mit einem veralteten 20mm Huygens Okular und mit einem 20mm TS-SW Okular, das einen wesentlich größeres Bild zeigt. Die Vergrößerung ist identisch!

20mm Huygens	20mm TS - SWM (wie Goldkante)

Beim weitwinkligeren Okular ist am Rand eine beginnende Abschattung zu sehen. Die Verwendung eines Okulars mit derselben Brennweite und noch größerem Bildausschnitt würde an dem betreffenden Teleskop nicht mehr bringen, weil es das zusätzliche Feld nicht ausleuchtet. Es ist deutlich erkennbar, dass ein altes Huygens-Okular mit knapp 30° Bildwinkel / scheinbarem Gesichtsfeld dem anderen weit unterlegen ist.

Bildwinkel von verschiedenen Okularen:

Bildwinkel ab 80° sind teuer und die Okulare werden konstruktionsbedingt größer und schwerer. Der Einsatz von solchen Okularen ist am binokularen Ansatz praktisch kaum möglich. Die Anforderungen an den Okularauszug, der das Gewicht eines Binos, der beiden Okulare und des Zenitspiegels halten muss, wären beträchtlich. In der Praxis kann man bereits mit Bildwinkeln über 50° gut beobachten ohne einen engen Tunnelblick zu haben.

Das nebenstehende Bild zeigt das Tele Vue Ethos 4,7mm Okular mit der 1,25" und der 2" Hülse (austauschbar). Letztere vergrößert das Volumen und Gewicht des Okulars, bringt aber keinen Mehrgewinn. Das kompakte 7,5mm Okular ist aus der Serie Baader Eudiascopic. Dessen Bildwinkel ist mit 44° relativ klein. Das ist beim Beobachten von Planeten kein Nachteil. Vom engen Blickwinkel des Huygens ist man bereits weit entfernt. Die TS-SWM sind etwas höher gebaut als das abgebildete Baader Okulare und haben bereits 66° Bildwinkel. Damit ist man bestens bedient. Hier entscheidet nicht nur die Geldbörse, sondern auch die überlegung, ob man sich das Herumschleppen von schweren, großen und teuren Objektiven tatsächlich antun möchte. Wer einäugig am Dobson mit großer Öffnung und relativ kurzer Brennweite weite Sternfelder überblicken möchte, mag zum großen Okular greifen, das für beidäugiges Beobachten mit einem binokularen Ansatz einfach zu groß ist.

Sinnvolles scheinbares Gesichtsfeld für Sternfelder, Mond und Planeten?

Was für eine Frage! Soviel wie möglich, möchte man meinen. Schauen wir uns mal das nächste Bild an. Am 22. 5. 2007 war der Saturn dicht neben dem Mond zu sehen.



Das Bild zeigt anschaulich, dass Okulare mit kleinen Gesichtsfeldern zum Beobachten eines Planeten vollkommen ausreichen. Unter Planetenbeobachtern sind stark vergrößernde Okulare (kurze Brennweite) mit angenehmem Einblick und maximaler Schärfe gefragt. Ein weites Gesichtsfeld ist unerheblich. Viele Teleskope werden motorisch nachgeführt. Der Planet bleibt dadurch immer im Zentrum. Auch bei hohen Vergrößerungen wird er im handelsüblichen Amateurteleskop nicht mehr als ein kleines Scheibchen sein. Ringe und Monde bleiben im Gesichtsfeld.

Im Verhältnis dazu ist der Mond ein monströses Objekt, das bei 100x Vergrößerung das Gesichtsfeld eines Standardokulars ausfüllt. Beim visuellen Umherwandern auf dem Mond sind weitwinklige Okulare sehr angenehm. Sie zeigen ein größeres Feld und erleichtern die Orientierung.

Braucht man große 2" Okulare?

Angenommen, ein gutes Teleskop hat einen nutzbaren Bildkreis mit 40 Millimeter Durchmesser ...

Durchmesser des nutzbaren Bildkreis = 40 mm	Durchmesser des Ausschnitts im roten Kreis = 4 mm

Die Wahl des Okulars entscheidet, wie stark der gesamte nutzbare Bildkreis oder ein Ausschnitt daraus vergrößert wird. Bei einem Okular mit einem Steckmaß von 1,25 Zoll beträgt der Innendurchmesser ca. 30 mm. Daher ist es nicht möglich, damit den gesamten, vom Objektiv des Teleskop erzeugten, nutzbaren Bildkreis zu betrachten. Ein entsprechendes Okular wäre nur mit einer Hülse, die einen Innendurchmesser von mehr als 40 mm hat, konstruierbar. Das wäre ein 2 Zoll Okular.

schwache Vergößerung - großer Bildausschnitt	starke Vergrößerung - kleiner Bildausschnitt

Sobald stärker und damit ein kleinerer Ausschnitt vergrößert wird, verringert sich der notwendige Durchmesser der Okularhülse. In unserem Beispiel beträgt der Durchmesser des Bildauschnitts mit der landenden Gans nur noch 4 mm. Die Optik eines geeignetes Okulars ließe sich leicht in die früher übliche 0,96 Zoll Hülse unterbringen.

Praktisch bedeutet dies: Es kann unter bestimmten Umständen sinnvoll sein, ein 2 Zoll Okular für die schwächste (!) Vergrößerung zu verwenden. Dagegen ist es sinnlos, ein stark vergrößerndes Okular mit kurzer Brennweite für kleine Bildausschnitte in großen schweren Hülsen unterzubringen. In der Praxis ist an den meisten Amateurteleskopen mit 1,25 Zoll Okularen fast alles machbar.

Austrittspupille

Am Teleskop wird der Durchmesser des Strahlenbündels, welches aus dem Okular austritt, Austrittspupille genannt. Sie ist als helles Lichtscheibchen am hinteren Okularglas erkennbar. Beim Beobachten lassen wir das Strahlenbündel in unser Auge eintreten. Das menschliche Auge hat eine variable Blende, die Pupille. Bei Dunkelheit öffnet sich Pupille bis auf 8 mm Durchmesser bei jungen Menschen und ca. 6 mm bei älteren. Ist es hell, verringert sich die Pupille. An sonnigen Tagen liegt der Wert bei ca. 2 mm.

Der Durchmesser der Austrittspupille AP (in mm) am Okular errechnet sich als Quotient aus der Objektivöffnung (in mm) und der Vergrößerung eines Instruments.
Angenommen unser Teleskop auf dem obigen Beispiel hat eine Öffnung von 100 mm. Die Vergrößerung mit dem ersten Okular liegt bei 10x.
Dann beträgt die Austrittspupille 100 mm (Objektivöffnung) geteilt durch 10 (Vergrößerung) = 10mm
Die Vergrößerung mit dem zweiten Okular liegt bei 100x.
Dann beträgt die Austrittspupille 100 mm (Objektivöffnung) geteilt durch 100 (Vergrößerung) = 1mm

Die Austrittspupille des ersten Vergrößerung (10x) wäre mit 10mm zu groß, um genutzt werden zu können, denn das nutzbare Strahlenbündel ist breiter als die 6 bis 8 mm maximaler Öffnung der menschlichen Pupille. Zudem wird bei Tage beobachtet. Dann sind die Pupillen der Augen kleiner. Sie werden in der oben dargestellten Bildsituation bei 2 bis 3 mm Öffnung liegen. Das 2 Zoll Okular kann in dem Beispiel beim visuellen Beobachten gar nicht ausgenutzt werden kann.

Nehmen wir mal an, ein Ornitologe beobachtet im Freien scheue Zugvögel an ihren Sammelplätzen. Das findet an einem trüben Herbsttag frühmorgens oder in der Zeit der Abenddämmerung statt. Um die Vögel gut sehen zu können, möchte er mit 20x Vergrößerung beobachten. Wegens des Dunstes, Frühnebels oder der flimmernden Luft, ist eine höhere Vergrößerung nicht sinnvoll. In der Situation werden seine Pupillen öffnungen zwischen 3 bis 5 mm haben. Ein Teleskop oder Spektiv mit 60mm Öffnung und 20facher Vergrößerung hat eine Austrittspupille von 3mm. Mit 100mm Öffnung und 20facher Vergrößerung werden 5 mm als Austrittpupille erreicht, die nur bei schlechten Lichtverhältnissen durch weit geöffnete Pupillen der Augen voll genutzt werden. Mehr Öffnung bringt bei der Vergrößerung gar nichts und es wird erkennbar, warum Teleskope oder Spektive für Naturbeobachter üblicherweise mit öffnungen zwischen 60 bis 80 mm angeboten werden.

Austrittpupillen zwischen 7mm bis 0,5mm sind unter den betreffenden Umständen sinnvoll nutzbar. Mit 0,5 mm wird eine Grenze erreicht, ab der das Auge aus stärkeren Vergrößerungen keinen Nutzen mehr ziehen kann. Zudem bewirkt das feine Strahlenbündel die Wahrnehmung von Teilchen, die in der Flüssigkeit auf dem Auge treiben.

Ein Teleskop mit 100mm Öffnung kann sinnvoll zwischen 15 fach ( 6,7mm Austrittspupillle) und 200 fach (0,5mm Austrittspupille) eingesetzt werden.

Die Angaben zur maximalen Vergrößerung, wie sie gerne vom Versandhandel für Billigteleskopen geäußert werden, sind vor diesem Hintergrund völliger Unsinn. Hier ein Beispiel von Tasco:

Tasco verkaufte einen 80mm Refraktor und warb mit Vergrößerungen bis 600x. Die sinnvolle Grenze liegt bei 160x und ist nur mit guten Okularen ansprechend erreichbar. Das zum Paket gehörende 4mm Okular ist ein Ramsden und besteht aus zwei plankonvexen Linsen. Es ist ein Billigokular, das an diesem Teleskop eine 300fache Vergrößerung bewirkt. Wahrscheinlich kann man es nicht mal richtig scharfstellen. Kombiniert man es dann noch mit der 2x Barlow aus dem Paket, ist der Ofen endgültig aus; die Austrittpupille beträgt dann 0,13 mm. Damit sind sicherlich interessante Studien über die Teilchen in der Augenflüssigkeit machbar, aber keine astronomischen Beobachtungen.

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