Da ich zur Zeit mit Arbeit überlastet bin, kopiere ich einfach einige Texte aus dem Lexikon meines Fernglasbuchs, statt eine Antwort komplett neu zu schreiben. Leider werden beim kopierten Text dier im Forum die Querverweispfeile falsch durch Fragezeichen dargestellt und Hochzahlen sowie tiefgesetzte Indices wie normale Schrift wiedergegeben. Auch die Fettschrift der Stichwörter sowie die Kursivschrift bei Angaben zur Wortherkunft gehen beim Übertragen ins Forum leider verloren (deshalb füge ich zur besseren Übersichtlichkeit vor jedem neuen Stichwort eine kurze Linie ein). Ich hoffe, daß die Lesbarkeit durch diese Mängel nicht zu sehr erschwert wird und daß Ihnen die Erklärungen etwas weiterhelfen. Wie Sie gleich sehen werden, werde ich die hier wiedergegebene Aussage über die derzeit mit Fluoritlinsen ausgestatteten Ferngläser wegen der neuen Kowa-Modelle ergänzen müssen. Hier nun die Auszüge aus meinem Fernglaslexikon:
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Fluorid [vom chem. Element Fluor, dieses von Fluorit (? Flußspat) und dieses von lat. fluere = fließen] Salz der Flußsäure bzw. chemische Verbindung des Fluors mit elektropositiven Elementen, z.B. mit Metallen, unter denen vor allem das kurz als ? Fluorit (Achtung: nur dieses hat ein „t“ am Wortende!) bezeichnete Calciumfluorid, aber auch Bariumfluorid wegen ihrer sehr niedrigen ? Dispersion sowie ihrer deutlichen ? anomalen Teildispersion als optisches Medium bzw. als Bestandteil optischer Gläser interessant sind (siehe auch unter Fluorit und ? Fluoridglas).
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Fluoridglas [von ? Fluorid abgeleitet] Der Einfachheit und Kürze wegen übliche Bezeichnung für fluorionenhaltiges optisches Glas niedriger ? Dispersion und ? anomaler Teildispersion (nicht jedoch hoher Brechzahl, wie manchmal zu lesen ist). Diese durch die Beimischung von ? Fluorid(en) erzielten Eigenschaften erlauben eine besonders gute Korrektion der ? chromatischen Aberration (Farbsaumfehler). Einige der zur ? ED-Glas-Familie (siehe auch dort; ED = extra-low dispersion) gezählten fluorionenhaltigen Gläser ermöglichen bei richtiger Kombination mit optimalen Partnergläsern ? apochromatische Korrektion wie das früher konkurrenzlose ? Fluorit, sind aber leichter bearbeitbar, weniger spröde bzw. zerbrechlich, werden bei Feuchtigkeit an polierten Flächen nicht mit der Zeit matt, zeichnen sich durch höhere Kratzfestigkeit und einen kleineren ? Wärmeausdehungskoeffizienten aus und lassen sich einfacher und kostengünstiger vergüten. Sie sind daher sowohl zum Verkitten mit anderen Linsen als auch für Front- und Hinterlinsen geeignet, was dem Konstrukteur von ? Apo-Objektiven größeren Gestaltungsfreiraum läßt und evtl. auch die Kosten senkt.
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Fluorit [von lat. fluere = fließen (? Flußspat) abgeleitet] Das auch als Flußspat bezeichnete Mineral Calciumfluorid (chem. Formel ? CaF2), das in der Natur wegen darin enthaltener „seltener Erden“ bei Wärmeeinwirkung oder UV-Strahlung farbig fluoresziert, ist als reiner künstlicher Einkristall aber farblos-transparent und weist sehr niedrige ? Dispersion und hohe ? anomale Teildispersion auf. Deshalb ist mit Linsen aus reinem kristallinen Fluorit eine fast vollständige ? apochromatische Korrektion von Objektiven und anderen Linsensystemen für farbsaumfreie Abbildung möglich. Leider ist Fluorit teuer, schwer zu bearbeiten, splittert wegen seiner kristallinen Struktur leicht, dehnt sich bei Wärme sehr stark aus, ist relativ weich und feuchtigkeitsempfindlich und sollte daher nur innenliegend oder hinter Schutzglas verwendet werden (Näheres siehe unter CaF2). Eine Alternative ist ? Fluoridglas, das in hochwertigen Fernglasobjektiven benutzt wird und auch bei den teuersten astronomischen Teleskopen das Fluorit inzwischen weitgehend verdrängt hat.
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Fluoritglas Oft gebrauchte falsche Schreibung für ? Fluoridglas. Weil es sich um optisches Glas mit Fluoridanteilen handelt, ist nur die Schreibung mit „d” und nicht mit „t” korrekt. Der Name ? Fluorit mit „t” ist ausschließlich dem Kristall Calciumfluorid (? CaF2) vorbehalten. Aus Unkenntnis wird z.B. vom Marketing, von Werbetextern und von den Händlern oft „Fluoritglas“ statt „Fluoridglas“ geschrieben.
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fluorionenhaltiges Glas [sprich: „fluor-jonen…“] ? Fluoridglas (siehe auch ? Ionen).
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Hier auch noch die ergänzenden Lexikon-Texte zu „CaF2“:
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CaF2 Chemische Formel für ? Fluorit (mit „t”) = Calciumfluorid (mit „d”) = Flußspat, ein Mineral mit besonderen optischen Eigenschaften, die eine weitergehende Korrektion der ? chromatischen Aberration ermöglichen als die von herkömmlichen Glassorten. Die Brechzahl von CaF2 ist nd = 1,433849, also niedriger als die optischer Gläser, doch das Interessante an CaF2 sind seine ? anomale Teildispersion und so niedrige ? Dispersion, daß daraus die extrem große ? Abbesche Zahl nd = 94,996 resultiert.
Allerdings ist CaF2 weich (Härte 4 nach Mohs), sehr leicht spaltbar (höchste Spaltbarkeitsstufe #5 in der Ebene {111} nach Miller; der Name Flußspat kommt von spalten!) und schwierig zu bearbeiten. Es hat einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten (Rißgefahr bei schneller oder ungleichmäßiger Temperaturänderung, ist deshalb auch nicht mit Glaslinsen verkittbar und benötigt eine auch bei größerer Volumenänderung spannungsfrei bleibende Fassung). Und obwohl CaF2 im strengen Sinne nicht hygroskopisch ist [von griech. hygros = feucht und skopein = schauen], reagieren polierte, nicht durch Vergütung versiegelte oder anderweitig geschützte CaF2-Oberflächen in feuchter Luft (Tropen, nächtlicher Tau!) nach längerer Einwirkzeit durch Mikrorauhigkeit und werden matt. Das erzeugt Streulicht und reduziert den Kontrast. Dieses früher große Problem ist beseitigt, seit es für CaF2 geeignete Vergütungsverfahren gibt; der hohe Wärmeausdehnungskoeffizient hatte heiße Vergütungsverfahren ausgeschlossen oder durch extrem lange Aufheiz- und Abkühlzeiten erschwert. Heute braucht niemand mehr „matte” CaF2-Linsen zu fürchten. Wegen der mechanischen Empfindlichkeit aber sollten CaF2-Linsen nach wie vor möglichst innenliegend verwendet, keiner raschen Temperaturänderung ausgesetzt (Gefahr der Rißbildung) und wegen der starken Wärmeausdehnung nicht mit anderen Linsen verkittet werden (die ? Ölfügung ist eine praktizierte Alternative).
Das Zeiss-Objektiv Sonnar 5,6/250 mm Superachromat war 1972 das erste Fotoobjektiv und der 90-mm-Fluorit-Apo-Refraktor von Takahashi 1977 das erste astronomische Fernrohr mit CaF2-Linse. Das Zeiss-APQ-Teleskop von 1986 hatte eine ölgefügte CaF2-Linse zwischen Glaslinsen, also mit einem speziellen Öl im nach außen abgedichteten Zwischenraum, so daß ihre relativ zu Glas ca. 2,6fache Wärmeausdehnung unkritisch ist. Die zur Zeit einzigen Ferngläser mit CaF2-Linsen sind das geradsichtige Takahashi-Astrofernglas 22x60 und das 45°-Binokular-Spektiv Kowa High-Lander Prominar 82 mm.
CaF2 kommt zwar in der Natur vor, z.B. in den Alpen und im Erzgebirge, aber für optische Anwendungen selten rein genug und dann in so kleinen Stücken, daß daraus höchstens Mikroskop-, aber nicht Fernglas- oder Fernrohrobjektive gefertigt werden können. Es läßt sich jedoch als Einkristall (ähnlich wie das monokristalline Silizium als Wafermaterial der Halbleiterindustrie) „züchten“ und ist dann absolut frei von Fremdsubstanzen, homogener als Glas und hat immer exakt dieselbe Brechzahl. Inzwischen gibt es mechanisch robustere (bruchfestere, leichter bearbeitbare und weniger feuchtigkeitsempfindliche) ? fluorionenhaltige Gläser ähnlicher optischer Eigenschaften und geringerer Wärmeausdehnung, die bereits in aktuellen Ferngläsern verwendet werden.
Der weitaus größte Teil der CaF2-Produktion wird für Linsen von Microstepper-Objektiven zur Erzeugung extrem feiner Halbleiter-Strukturen mit kurzwelliger UV-Strahlung von 248-, 193- und 157-nm-Lasern eingesetzt, für die kein Glas mehr durchlässig ist.
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Calciumfluorid Siehe unter ? CaF2 und ? Fluorit.
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Soweit die Lexikon-Zitate.
Ergänzen möchte ich noch, daß vor knapp zwei Jahren eine lange Diskussion im Forum Astronomie.de über die Feuchtigkeitsempfindlichkeit bzw. Hygroskopie des CaF2 dazu geführt hat, daß ich jenes Forum verlassen habe und mich nur noch hier betätige. Ich war damals von zahlreichen Besitzern von Teleskopen (z.B. von Takahashi) mit CaF2-Linse völlig unsachlich angegriffen und teilweise regelrecht beschimpft worden, weil die sich aufgrund meiner Hinweise auf die Feuchtigkeitsempfindlichkeit geradezu persönlich beleidigt gefühlt hatten. Ich hatte den Eindruck, daß jeder, der ein solches Teleskop besitzt, jeden, der etwas Negatives oder auch nur Kritisches darüber sagt, am liebsten öffentlich hinrichten würde. Wenn ich auf meine zahlreichen Gespräche mit Fachleuten bei Carl Zeiss (wahrscheinlich weltweit größter Anwender von CaF2-Linsen in Waferobjektiven) und der Schott-Tochterfirma Schott Lithotec (weltweit größter Hersteller von künstlichen CaF2-Einkristallen) sowie auf Veröffentlichungen der Universität Berlin verwies, so wurde entweder gar nicht oder mit der Bemerkung reagiert, das seien keine glaubwürdigen Aussagen. Dagegen wurden aber bedankenlos Texte (die dem CaF2 Unempfindlichkeit gegen Feuchtigkeit attestierten) als Gegenbeweis angeführt, die aus Werbetexten wohlbekannten Astrohändler stammen, die nachweislich nie eine qualifizierte Ausbildung in Physik, Chemie, Optik, Mineralogie oder sonst einem einschlägigen Fachgebiet erhalten haben, sondern schlicht und einfach nichts anderes als gute Verkäufer sind (nichts gegen Verkäufer an sich, aber in solchen Fragen sind nicht sie die Leute mit der besten Kompetenz).
Noch eine zweite Ergänzung: Weder CaF2 (Fluorit) noch irgendein Fluoridglas ist per se ein besonders gutes optischen Glas oder Garant für farbsaumfreie Bilder, sondern es kommt immer auf die richtige Kombination mit Partnergläsern an, die dann zur gegenseitigen Kompensation der Aberrationen führt. Eine gut gewählte Kombination und ein geniales optisches Design können vielfach bessere Ergebnisse bringen als das teuerste Fluorit in weniger gelungerer Kombination und weniger gut ausbalanciertem Design. Man kann also sagen, daß Fluorit als Linsenmaterial zwar hohe Abbildungsgüte (speziell bezüglich der Farbsaumfreiheit) verspricht, aber nicht, daß es diese garantiert!
Walter E. Schön
