Apo-Planar, Apo-Tessar und Apo-Germinar

Da bei diesen Druckverfahren die Vorlage jeweils in einzelne Rasterpunkte aufgelöst werden mußte, wurden bis hierhin nicht gekannte Anforderungen an die Abbildungsleistung des Objektives gestellt. Hinzu kam, daß auf diese Weise – und zwar schon lange bevor sich farbphotographische Verfahren etablieren konnten – bereits Drucke in natürlichen Farben möglich geworden waren, indem vom Original Farbauszüge hergestellt und diese mit drei Druckfarben und zusätzlich Schwarz übereinander gedruckt wurden (Vierfarbendruck). Insbesondere für diesen Zweck mußten die Objektive für alle Farben genau dieselbe Brennweite haben, d.h. alle drei Teilbilder hatten genau gleich groß zu sein. Die dafür notwendige Behebung der Farbquerabweichung über das gesamte sichtbare Spektrum hinweg konnte erstmals in Perfektion verwirklicht werden, nachdem das Schott'sche Glaswerk in Jena seit der zweiten Hälfte der 1880er Jahre optische Gläser mit völlig neuartigen Eigenschaften hervorgebracht hatte.

1. Problemaufriß: Beherrschung der Farbfehler

Man muß sich natürlich vor Augen führen, daß seinerzeit diese Weiterentwicklung der Repro-Optik gleichzeitig und parallel mit der Verbesserung der reprographischen Techniken stattfand. So wurde in den 1880er Jahren überhaupt erst die Grundlage dafür geschaffen, daß auch Halbtonvorlagen drucktechnisch wiedergegeben werden konnten (Linienraster Georg Meisenbachs, Glasraster der Gebrüder Levy). Mit diesen neuen Techniken erlebte der Illustrationsdruck in Büchern und Zeitschriften an der Wende zum 20. Jahrhundert einen enormen Aufschwung. Und im selben Maße wuchsen auch die Ansprüche an die Leistungsfähigkeit der Reprokamera und ihrer Optik.

Obgleich schon zu Zeiten der Aplanate die Lösung solch grundlegender Probleme wie die allgemeine Scharfzeichnung, die Orthoskopie und die Zusammenlegung von chemischem und optischem Fokus befriedigend gelungen war und ab 1890 durch Beseitigung des Astigmatismus auch die Bildqualität außerhalb der Achse stark verbessert werden konnte, blieb speziell für den Farbendruck ein sehr störender Restfehler: Das sekundäre Spektrum. Mit dem Aufkommen der sogenannten Farbsensilbilisierung in den 1870er Jahren war es unter Anwendung strenger Auszugsfilter möglich geworden, die in der Natur vorkommenden Farben über drei farbige Teilauszüge zu extrahieren. Als Problem stellte sich dabei der Rotauszug dar. Zwar war es mit dem bereits seit dem 18. Jahrhundert bekannten Verfahren gelungen, die chromatischen Fehler eines Objektivs für den Bereich der kurzen und der mittleren Wellenlängen in den Griff zu bekommen ("Achromat"), aber mit den bisherigen Gläsern war das nicht gleichzeitig auch im langwelligen Rot erzielbar. Anhand des obigen Schemas erkennt man, daß bei einer chromatisch unkorrigierten Optik (a) die farblichen Teilbilder für blau gelb und rot nicht nur an unterschiedlichen Stellen entlang der optischen Achse zustandekommen (Farblängsfehler), sondern daß die Bilder auch noch alle unterschiedlich groß sind (Farbquerfehler). Man kann nun mit den üblichen Glasarten den Fokus für den kurzen und mittleren Spektralbereich an dieselbe Stelle legen (b) und im nächsten Schritt sogar die Abbildung für diese beiden Farbbereiche gleich groß machen (c). Aber es bleibt dabei ein Fehlerrest im langwelligen Bereich übrig, den man bei hohen Ansprüchen an die Bildqualität nicht mehr ignorieren kann.

Der Grund dafür, weshalb dieser rote Fehlerrest so schwer beherrschbar ist, liegt darin, weil die Farbzerstreuung vieler optischer Medien über das Spektrum hinweg nicht konstant ausfällt. Vielmehr ist es bei den üblichen optischen Gläsern so, daß bei ihnen der kurzwellige Bereich weiter aufgefächert ist als der langwellige (a). Diese Eigenart bleibt auch erhalten, wenn man einfach nur stärker brechende Glasarten einsetzt (b) – das Ausmaß der ungleichgewichtigen Dispersion wächst dann nur proportional mit den Brechzahlen an. Erst spezielle Gläser mit einem umgekehrten Verhalten (c), bei denen also der langwellige Bereich weiter aufgespreizt ist als der kurzwellige, erlauben eine Korrektur der auseinanderlaufenden chromatischen Fehler über das gesamte Spektrum hinweg. Derartige Glasarten mit einem vom üblichen Verlauf abweichenden Dispersionsverhalten konnten erstmals in den 1880er Jahren im Jenaer Glaswerk Schott & Gen. geschaffen werden, nachdem man erkannt hatte, daß die Zugabe großer Mengen an Antimonoxyd (Sb₂O₃) zur Schmelze zu einem derartigen Verhalten führte. Ihrem ersten Einsatz im Teleskopbau nach wurden diese neuen Glasarten zunächst als Fernrohrflint bezeichnet. Später hat sich wegen der charakteristischen Eigenschaft der verkürzten Dispersion im kurzwelligen Spektralbereich der Begriff Kurzflint (KzF) durchgesetzt.

Mit diesen neuen Gläsern war es erstmals möglich, Objektive für Fernrohre und Mikroskope apochromatisch zu korrigieren. Es sei allerdings an dieser Stelle nur angedeutet, daß es insbesondere für photographische Objektive mit ihren großen Bildwinkeln nicht genügt, nur die Bilder für alle Farben an dieselbe Stelle auf der optischen Achse zu bringen und sie dabei gleichgroß zu machen. Vielmehr muß auch das Ausbrechen des Öffnungsfehlers über das Spektrum hinweg ("Sphärochromasie") eingehegt werden. Erst dann läßt sich nach Ernst Abbe von einem vollkommenen Apochromaten sprechen. Später hat man dann erkannt, daß auch schief durch das Objektiv gehende Lichtbüschel zu Querfehlern führen, die mit der Farbe variieren ("Farbquerkoma") und dabei die Bildqualität für die sehr hohen Anforderungen der Reproduktionsphotographie ungenügend machen können. All diese Herausforderungen haben die Repro-Optik über Jahrzehnte hinweg zu einer High-Tech-Anwendung für photographische Optik gemacht.

2. Ausgangspunkt: Apo-Planar

Das erste photographische Objektiv der Firma Zeiss überhaupt, das Abbe-Rudolph-Triplet, war bereits ein solcher Apochromat. Ausgehend von ihren ersten großen Erfolgen beim Einsatz der neuen Glasarten in Mikroskop-Objektiven hatten Ernst Abbe und Paul Rudolph die Farbfehler dieses dreigliedrigen Objektivs sehr sorgfältig behoben. Bei der genauen Überprüfung stellte sich jedoch heraus, daß diese Konstruktion eine derartige Wölbung der Bildschalen mit sich brachte, die sie für den praktischen Einsatz in der bildmäßigen Photographie beinah unbrauchbar machte und selbst in der Reproduktionsanstalt, wo keine übermäßigen Bildwinkel verlangt wurden, nur bedingt geeignet war. Paul Rudolph gelang es zwar kurz darauf mit seinem Anastigmaten, diese Bildfehler der Wölbung und des Astigmatismus zu eliminieren, doch waren bei diesem später als Protar bezeichneten Objektiv wiederum die sphärischen und sphärochromatischen Fehlern nicht genug korrigierbar, um wirklich perfekte Schärfe liefern zu können. Sein "Reproduktions-Anastigmat" fand daher noch wenig Verbreitung.

Diese Sackgasse konnten erst überwunden werden, als Paul Rudolph mit dem symmetrischen Gauß-Typus dessen hervorragende chromatischen Korrekturmöglichkeiten mit der bislang bei ihm nicht möglichen Behebung der astigmatischen Fehler verknüpfen konnte. Und der Einsatz der neuartigen Gläser mit vermindertem sekundärem Spektrum in diesem ohnehin schon sphärochromatisch gut korrigierten neuen Typ erlaubte die Konstruktion eines nach damaligen Maßstäben nicht für möglich gehaltenen Hochleistungsobjektivs. Mit Lichtstärken ab 1:7,2 war Rudolph aber zweifellos ein wenig über das Ziel hinausgeschossen. Zur Einordnung: Der Verkaufspreis von 6000,- Reichsmark für die längste Brennweite des Apo-Planars war exakt so hoch wie Paul Rudolphs Jahresverdienst bei Zeiss!

3. Das Apo-Tessar

Für den rein professionellen Einsatzzweck, für den diese Repro-Optiken vorgesehen waren, spielten diese hohen Verkaufspreise möglicherweise nicht die entscheidende Rolle. Doch zeigte sich rasch, daß auch diese extreme Lichtstärke des Apo-Planars für die Reprographie keine greifbaren Vorteile mit sich brachte. Vielmehr offenbarte der Planar-Typ im praktischen Einsatz seine Schwächen, weil mit seinen gegeneinander gestellten konkaven Flächen selbst unter kontrollierten Laborbedingungen deutliche Kontrastbeeinträchtigungen durch den Einfluß von Spiegelungen auftreten konnten.

An ähnlichen Streulicht-Problemen litt auch das von Paul Rudolph im Anschluß an das Planar eingeführte Unar von 1899/1900. Sein Ausweg aus dieser Sackgasse stellte 1902 das neue Tessar 1:6,3 als leistungsstarkes Universalobjektiv dar. Nach neuesten Erkenntnisse erarbeitete Rudolph parallel ein "Reproductions-Tessar 1:10", das ab 1903 als Apochromat-Tessar Serie VIII speziell für die Reproduktionsphotographie auf den Markt gebracht wurde [Bild: Maximiliam Gernandt].

Hier sind zwei originale Datenblätter zu Rudolphs "Reproductions-Tessar 1/10 640 mm" wiedergegeben. Oben nach einer Rechnung vom 23. Juni 1902, unten vom 15. September. Die vordere und die hintere Sammellinse sind aus schwerem Barytkron gefertigt (vorn ähnlich dem späteren SK5, hinten ähnlich SK2). Die beiden inneren Zerstreuungslinsen dagegen bestehen aus Fernrohr-Flint mit verkürzter Dispersion im Blaubereich. Im Datenblatt unten kann man aus den a-Kurven sehen, daß die sphärische Aberration für die unterschiedlichen Farben gleich gut behoben war. Der Bildwinkel lag bei nur etwas über 20 Grad.

Diese Apochromat-Tessare, die wohl als letzte von Paul Rudolph noch aus eigener Hand geschaffenen Zeiss-Objektive angesehen werden müssen, entwickelten sich in den folgenden Jahren regelrecht zu einem Standard in den Reproduktionsanstalten, auch wenn insbesondere die längeren Brennweiten sehr hohe Verkaufspreise aufwiesen. Das hatte aber auch damit zu tun, daß Zeiss auch die notwendigen Zusatzgeräte in vollem Umfang bereitstellen konnte. Dazu gehörten vor allem die für die Bildumkehrung nötigen Prismen, für die teils riesige Stücke reinsten Borkron-Glases notwendig waren.

In den Jahren 1927 bis 1929 wurden unter Willy Merté alle Brennweiten auf Basis aktueller Glasarten neu berechnet. Die Lichtstärke betrug nun 1:9 bei Brennweiten von 24 bis 90 cm sowie 1:11 bei der in nur wenigen Exemplaren hergestellten Brennweite 120 cm. Der Bildwinkel lag bei voller Öffnung bei nur etwa 20 Grad, doch bei einer für Reproduktionen üblichen Abblendung auf 1:22 bzw 1:32 wuchs er auf 40 bzw. 45 Grad an. Damit hatte das neue Apo-Tessar eine um 25 Prozent größere Bildwinkelleistung zu bieten als der bisherige Typ [Vgl. Jahrbuch für Photographie, Kinematographie und Reproduktionstechnik, 1928/29, S70/71.]. Im Jahre 1939 waren noch zwei kurzbrennweitige Apo-Tessare 9/14 und 9/18 cm hinzugekommen.

Eine letztmalige Überarbeitung erfuhren die Apo-Tessare dann im Jahre 1955. Wie oben anhand des Achsenschnittbildes zu erkennen ist, wurde im bildseitigen Systemteil die Kittfläche aufgelöst und durch eine ganz dünne Luftlinse ersetzt. In der Praxis wurde das dadurch bewerkstelligt, daß zwischen den Linsen drei um 120 Grad versetzte Metallplättchen eingelegt wurden. Damit war das Apo-Tessar mehr als ein halbes Jahrhundert nach seinem ersten Erscheinen noch einmal auf den Stand der Technik gebracht worden. Die Produktion der einzelnen Brennweiten lief bis 1970 aus.

4. Das Apo-Germinar

Von diesem sechslinsigen Aufbau wurden in den Jahren 1956/57 die Brennweiten 140; 180, 300; 375; 450; 600; 750 und 900 mm gerechnet sowie die Brennweite 1200 mm 1:11. Doch produziert wurden sie nur kurze Zeit und zudem nur in wenigen Dutzend Exemplaren.

Um 1970 wurde dieser Aufbau aber verlassen und offenbar zugunsten eines klassischen vierlinsigen Doppelanastigmaten aufgegeben. Schon Mitte der 60er Jahre sind jedoch Bestrebungen nachweisbar, den Bildwinkel derartiger Objektive auf über 80 Grad zu erweitern, womit man im Repro-Studio viel Platz hätte sparen können [DDR-Patent Nr. 57.451 vom 5. Oktober 1966, Wolfgang Naundorf und Harald Maenz]. Dieses Objektiv mit seinem beträchtlichen Aufwand wurde aber meines Wissens nicht in Serie gebaut.

5. Apo-Germinar W

Auch bei diesem Apo-Germinar W wird in den Linsen drei und sechs jeweils Kurzflint eingesetzt, um die apochromatische Korrektur zu erreichen. Insgesamt verblüfft jedoch, daß diese hochwertigen Repro-Objektive ohne extreme Glasarten auskamen. Die großen zerstreuenden Menisken, die das System nach vorn und hinten abschließen, bestehen aus gewöhnlichem Flint. Das SK16 in den nachfolgenden sammelnden Menisken ist zwar ein sehr gering dispergierendes Schwerkronglas, war aber bereits seit den 1930er Jahren im Objektivbau verfügbar. Das gilt prinzipiell auch für das Phosphat-Schwerkron PSK2, das durch seine spezielle Lage im n-ny-Diagramm aber nach wie vor zu den ganz besonderen Gläsern gehörte. Die besonderen Eigenschaften wurden durch Zugabe von Phosphorpentoxyd (P₂O₅) zur Schmelze erreicht.