Technikblog

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Universum aus Glas

Objektivgeschichte

Ein Objektiv ist mehr als ein Zubehör, es erweitert das Auge. Die Entwicklung ist ähnlich verblüffend wie die vom Hörrohr zum Radar. FOTO HITS zeigt, wie immer neue Linsenkonstruktionen die Bilderwelt bereicherten.

"Diese Welt ist voll von Dingen, die das Auge nicht sieht. Eine Kamera sieht mehr und zehnmal besser“. So steht es in der Bibel der Fotografen, in „Feiningers kleine Fotolehre“. Der wundersam erweiterte Blick, von dem Andreas Feininger spricht, ist vor allem dem Objektiv zu verdanken. Es entwickelte sich von einer einfachen Sammellinse zum komplexen Super-Zoom. Alle seine Fortschritte helfen heute den FOTO HITS-Lesern, ihre Umgebung anders zu betrachten.

Hinter dem ersten Objektiv saß kein Film, sondern ein Maler. Es gehörte zu einer Camera Obscura, einem einfachen Kasten mit Loch. Das einfallende Licht projizierte ein Abbild der Außenwelt auf die Innenwand. Maler mogelten mit diesem Gerät, indem sie seine Projektionen abzeichneten, und sich so aufwändige Skizzen ersparten. Giovanni Battista della Porta empfahl 1588 in seinem Buch „Natürliche Magie“, das Loch mit einer konvexen Linse zu ergänzen. Dies erzeugte ein helleres, klareres Bild.

Der nächste Sprung kam 1754 mit John Dollands „achromatischem Doublet“ für Fernrohre. Die zwei miteinander verbundenen Linsen korrigierten die Farbstreuung, die aufgrund der verschiedenen Wellenlängen des Lichts auftrat. Louis Daguerres erste Kamera wurde 1839 mit einer solchen Doppellinse ausgestattet.

Eine zweite wichtige Linsenform führte William Wollaston um 1812 ein. Sie besteht aus einem einzigen Stück mit einer nach außen und einer nach innen gebogenen Fläche. Je nach Ausprägung der einen oder anderen Seite fungierte sie als Sammel- oder Zerstreuungslinse. Das einfache Design erwies sich als unverwüstlich. So etwa waren die billigen Kodak Brownie-Kameras 1934 mit solchen Linsen ausgestattet und auch heute findet man sie in Kinderkameras aus Plastik.

Die eigentliche Pionierarbeit fand zwischen 1840 und 1890 statt: Mathematiker und Physiker verfeinerten die optischen Gesetze und die Industrie entwickelte neue Fertigkeiten, Gläser herzustellen und zu schleifen. Ein Meilenstein stellte das Petzvalobjektiv dar, das die theoretischen und praktischen Erfolge seiner Zeit vereinte. Um 1840 berechnete es der Wiener Mathematikprofessor und Physiker Joseph Max Petzval (1807 bis 1891). Die lichtstarke Konstruktion ermöglichte Porträts mit kurzen Belichtungszeiten und hatte zudem einen günstigen Bildwinkel von 20 Grad. Gebaut wurde es von Johann Christoph Voigtländer in Wien.

Viele andere Konstrukteure variierten Petzvals Linsendesign, etwa Hugo Adolph Steinheil (1832 bis 1893), Charles W. Frederick (1870 bis 1942), Willy Walter Merté (1889 bis 1948) und Fred E. Altmann (1893 bis 1964). Versionen dieses richtungsweisenden Objektivs wurden bis etwa 1920 gebaut. Ein Kickstarter-Projekt reanimierte es 2013, es ist auf Anfrage unter dem Quicklink petzval vorbestellbar.

Weitere verbesserte Linsenkonstruktionen folgten, die Designs und Glassorten mit unterschiedlichen Brechungseigenschaften („Abbe-Zahl“) kombinierten. Thomas Grubb sorgte 1857 mit einem Zwei-Linsen-Design für bessere Bilder, indem er die beiden Gläser neu anordnete und die Krümmung veränderte. Um 1866 übernahm Hugo Adolph Steinheil die Idee, welche er bis 1881 zum dreilinsigen „Porträt Antiplanet“ (kurz Aplanat) verbesserte. Auch John Henry Dallmeyer experimentierte damit 1864 – etwa mit seinem Objektiv „Rapid Landscape“ – was prompt zu Patentstreitigkeiten führte. 

Das Petzval-Objektiv von 1840 war ein Meilenstein. Dass man heute das außergewöhnliche Bokeh wieder genießen kann, ist einer Initiative bei Kickstarter und der Lomography Society zu verdanken.
Das Petzval-Objektiv von 1840 war ein Meilenstein. Dass man heute das außergewöhnliche Bokeh wieder genießen kann, ist einer Initiative bei Kickstarter und der Lomography Society zu verdanken.
Das Design des Cooke-Triplets von 1893 ist so grundlegend, dass es noch heute gültig ist. Bild: Cooke Optics Limited
Das Design des Cooke-Triplets von 1893 ist so grundlegend, dass es noch heute gültig ist. Bild: Cooke Optics Limited

Feinschliff um 1900

Industrialisierung und Forschung schritten Ende des 19. Jahrhunderts Hand in Hand voran, was Fotografen ständig neue und bessere Objektive bescherte. In dieser Blütezeit der Optik gründeten sich zahlreiche Firmen, die noch heute Weltruf besitzen.

In den späten 1880er Jahren wurde es möglich, neue Linsenformen herzustellen. Das verdankte man unter anderem der Manufaktur von Otto Schott, die 1875 optische Spezialgläser fabrizierte. Ernst Abbe konnte ihn 1884 dazu gewinnen, eine Fabrik in Jena zu errichten, an der auch Carl Zeiss zusammen mit seinem Sohn Roderich betei­ligt war. Diese beiden wiederum produzierten ab 1885 Barium-Kron-Gläser, die 1890 ein Objektiv namens „Protar“ ermöglichten. Es war ein so genannter Anastigmat, der aus vier Linsen bestand. Er besaß eine Lichtstärke von 1:6,3 und zeichnete sich durch seine besonders scharfe Abbildungsfähigkeit aus.

Bemerkenswert ist noch das so genannte „Cooke-Triplet“, das ebenfalls aus drei Linsen bestand und die Spitzentechnik seiner Zeit in sich vereinte, da es sowohl Farb- als auch Bildschärfefehler stark verminderte. Ernst Abbe meldete es 1890 zum Patent an, Harold Dennis Taylor bot seine Fassung 1893 „Taylor, Taylor & Hobson“ an (nicht mit ihm verwandt), die sie produzierten. Die Anordnung ist so elementar, dass selbst das 1921 entwickelte  Leitz Elmax 50 mm f/3.5, das erste Wechselobjektiv für Kleinbildkameras, darauf zurückgriff.

Handlichere Objektive

Hätte sich die Industrie nur um Linsenkonstruktionen gekümmert, wären heutige Fotografen muskulöser. Denn etwa für Tieraufnahmen müssten sie Objektive mit mehreren Metern Länge herumschleppen. Nach dem Kameraufbau sähe man sie umhertänzeln, um Klappen zu schließen und Balgen zu verschieben.

Schon 1858 kam ihnen die Irisblende von Charles C. Harrison. Zuvor war es undenkbar, mit so einer Vorrichtung den Lichteinfall zu kon­trollieren, da die Fotoplatten jedes Photon benötigten. Doch waren die Film­emulsionen und Objektive mittlerweile ausreichend lichtempfindlich, sodass man die Öffnung verkleinern konnte. Nebenbei kam die erste wirklich lichtstarke Linsenkonstruktion erst 1924 auf den Markt. Sie gestattete, in Innenräumen ohne zusätzliche Beleuchtung aus der Hand zu fotografieren. Das „Ernostar“ besaß eine Lichtstärke von 1:2, die später auf 1:1,8 reduziert wurde. 

Ein weiteres Problem mussten Fotografen lange mit sich herumschleppen, das sich auf den Begriff „Brennweite“ einengen lässt. Sie ist definiert als die Entfernung der Frontlinse bis zu der Stelle, wo parallel einfallendes Licht in einem Punkt gebündelt wird. Bei dem langbrennweitigen Sigma 800mm F5,6 EX DG HSM säße demzufolge ein Ungetüm mit mindestens achtzig Zentimetern Länge an der Kamera. Tatsächlich sind es „nur“ 52 Zentimeter. Die Lösung lautete „Telephoto-Objektive“, die kürzer waren als ihre eigentliche Brennweite. Darüber hatte schon der Astronom Johannes Kepler um 1611 nachgedacht, die ersten Fabrikate ließ sich John Henry Dallmeyer 1891 patentieren.

Eine andere Vereinfachung ermöglicht es heute, auf Reisen mit nur einem Objektiv auszukommen, das von der Tempelanlage bis zum Tigerauge alles erfasst: das Zoomobjektiv. Mit dieser Erfindung beglückten „Bell and Howell-Cooke“ 1932 zuerst die Filmwelt und später auch Fotografen. Das „Varo“ umfasste einen Brennweitenbereich von 40 bis 120 Millimetern.

Das Varo war das erste Zoom-Objektiv mit Brennweiten von 40 bis 120 Millimetern. Bild: Cooke Optics Limited
Das Varo war das erste Zoom-Objektiv mit Brennweiten von 40 bis 120 Millimetern. Bild: Cooke Optics Limited

Auf zu neuen Welten

Ein Durchbruch für die Objektivkonstruktion kam 1934, als man die Spiegelungen von Linsen mit speziellen Beschichtungen verminderte. Denn ärgerlicherweise kam es zuvor zu Reflexionen zwischen den eingebauten Linsen, weshalb acht von ihnen gemeinhin als Maximum galten.

Entsprechende Optiken, etwa das „Celor“ von Goerz oder das „Planar“ von Zeiss, brachten kontrastarme Ergebnisse, die sie bei Fotografen unbeliebt machten. Hierbei war Alexander Smakula von der Firma Zeiss richtungsweisend, die eine Entspiegelung als „T-Belag“ auf den Markt brachte. Moderne Mehrfachbeschichtungen bereiteten den Weg für viellinsige Objektive wie das Superachromat, das für vier Wellenlängen korrigiert ist und Schärfe bis zur Beugungsgrenze liefert. 

Der nächste technische Schub ist eigentlich ein Treppenwitz der Geschichte. Um kurz zurückzugreifen: Ludwig Seidel untersuchte 1866 die Abbildungsfehler von Linsen und veröffentlichte ein Formelsystem, das die Objektiventwicklung erleichterte. Auf dieser Grundlage berechnete man etwa bei „Carl Zeiss Jena“ die jeweiligen Objektive. Nach dem Zweiten Weltkrieg fanden sich 1946 Teile der Belegschaft in den „Opton Optische Werke Oberkochen“ wieder. Leider hatten die Amerikaner viele Unterlagen mitgenommen, aber es saßen ja kluge Köpfe mit Logarithmentafeln, Rechenschiebern und viel Zeit da. Also berechneten sie alles von Grund auf neu, wobei sie en passant entscheidende Verbesserungen entdeckten.

Heute sind optische Berechnungen dank Computern weitaus weniger zeitaufwändig. Dies und die Fortschritte bei der Herstellung ermöglichten etwa asphärische Linsen, die ein völlig neues Linsendesign erlauben. Statt gleichmäßig gewölbt zu sein, besitzen ihr Zentrum und der Rand unterschiedliche Brechungseigenschaften. Nicht zu vergessen sind neue Verbundstoffe, so genannte Keramiken, die außergewöhnliche Eigenschaften erwarten lassen.

Ebenfalls gewaltige Fortschritte erzielte man beim Zusammenbau. Hierbei ist entscheidend, dass die einzelnen Elemente so angeordnet sind, dass der Strahlengang mittig verläuft. Für ein perfektes Resultat ordnen sie Ingenieure in einer Linie an und schicken einen Laserstrahl hindurch. Dann werden die Ränder abgefräst, bis alles sitzt. 

Die Beschichtungsanlage bei Schott veredelt optische Komponenten. Bild: Schott AG.
Die Beschichtungsanlage bei Schott veredelt optische Komponenten. Bild: Schott AG.

Technik, die begeistert

So mancher Fortschritt erscheint zuerst als Katastrophe, so auch 1977 der erste Autofokus. Es saß im Objektiv „Konica C35 AF“ und erlaubte den Vertretern der reinen Lehre zufolge, dass jeder Dilettant scharfe Bilder schießen konnte. Die bewusste Bildgestaltung bliebe dagegen auf der Strecke.

Canon frisierte als erster Hersteller den Autofokus mit einem Ultraschallmotor. Er wurde 1987 im Modell  EF 300mm f/2.8L USM eingesetzt, saß direkt im Objektiv und arbeitete äußerst schnell und leise.

Ab 1994 erzielten sogar Fotografen, die zu faul waren, ein Stativ zu tragen, unverwackelte Fotos. Sie bauten auf die erste Kamera mit Bildstabilisierungsfunktion, auf die kompakte Nikon Zoom 700VR. Im Folgejahr zog Canon mit dem ersten Wechselobjektiv mit Stabilisator nach, dem EF75-300mm f/4-5,6 IS.