Astigmatismus
Definition
Als Astigmatismus (griech. "Punktlosigkeit") bezeichnet man in der Optik eine Art der Abbildungsfehler. Schräg eintretende Lichtbündel, die in der Abbildungsebene als Punkt erscheinen sollten, werden dabei zu (elliptischen) Scheiben verzerrt.
Astigmatismus ist eine Brennpunktlosigkeit infolge nicht rotationssymmetrischer Brechkraft der Linse. Dies bedeutet, dass die Linse auf ihrer Oberfläche unterschiedliche Radien (Krümmungen) aufweist.
Strahlen, die von einem Punkt des betrachteten Objektes in die Linse und damit auf den Bildaufnehmer gelangen, werden von dieser in einem Bildpunkt vereinigt. Entfernt sich das Objekt Unendlich weit, werden parallele Strahlen vereinigt, und zwar in der für Linsen optischer System angegebenen Brennweite. Andernfalls unterscheiden sich die Strahlen beim Eintritt in die Linse in ihrer Richtung, und werden in einer anderen Entfernung im Bildpunkt vereinigt, der einen Teil des verkleinerten Bildes bildet. Dieser Bildpunkt ist der Brennpunkt dieser Strahlen, und sollte auf dem Bildaufnehmer liegen, um einen scharfe Abbildung zu erzeugen.
Beim Auftreten von Astigmatismus treffen sich die Strahlen nicht in einem, sondern in mehreren Brennpunkten, bedingt durch die unterschiedliche Krümmung der Linsenoberfläche. Es treten deshalb mehrere Bildpunkte und somit mehrere Bilder auf, von denen nur eines fokussiert werden kann und deshalb das oder die übrigen auf dem Bildaufnehmer Netzhaut unscharf sind. Die Summe der Bilder ist daher immer unscharf.
Korrekturmöglichkeiten
Bei hochlichtstarken optischen Systemen kann dieser Abbildungsfehler z. B. durch den Einsatz von asphärischen Linsen minimiert werden. Da diese aber von der "normalen Kugelform" abweichen und somit nicht mit den gängigen Linsenschleifmaschinen erstellt werden können, ist dies nur mit hohem Aufwand - und den dazugehörigen hohen Kosten - möglich.
Weiterhin kann die Astigmatismus gemildert werden, indem man den Durchmesser der Linse mit Hilfe einer Blende verringert. Dabei werden die Randstrahlen der Linse ausgeblendet und die Bildqualität verbessert. Allerdings verliert man dadurch Licht, das Bild des Objektes wird dunkler.
Das bedeutet also, dass durch Abblenden des Objektivs dieser Fehler minimiert werden kann.
Zitate
Hierzu Zitate von Jost J. Marchesi aus dem Buch "Canon Fotoschule", Verlag Photographie, Schaffhausen 1983:
- "Die bisherigen optischen Abbildungsfehler konnten in der Entwicklungsgeschichte des Objektivbaus schon recht früh gemildert werden. Ein besonders hartnäckiger Fehler, der Astigmatismus oder die Punktlosigkeit, konnte erst gemildert werden, als nach der Jahrhundertwende ein entsprechend erweitertes optisches Glassortiment zur Verfügung stand.
Der Fehler betrifft ebenfalls achsferne Strahlen, er tritt daher nur am Bildrand auf. Fällt nämlich ein schiefes Strahlenbündel auf eine einfache Linsenfläche, so erfolgt die Brechung des Lichtbündels für einen Schnitt, den sich senkrecht vorstellt, anders als für einen horizontal liegenden Schnitt. Der senkrechte Strahlenschnitt (Meridionalschnitt) erzeugt den Brennpunkt näher bei der Linse als der horizontal liegende Schnitt (Sagittalschnitt). Bei einer einfachen Linse wirkt sich dieser Fehler verheerend aus: Bei Scharfeinstellung auf vertikal liegende Strukturen ist der Kameraauszug kürzer als bei Einstellung auf waagerecht liegende Linien.
Durch geschickte Kombination entsprechender Glassorten ist der astigmatische Bildfehler weitestgehend behoben. Die Korrektur war aber derart schwierig, dass man heute die Objektive in zwei Gruppen einteilt: Objektive mit nur noch historischem Wert, d. h. solche, die mit Astigmatismus behaftet sind, und moderne Objektive, bei denen dieser Fehler behoben ist, sogenannte Anastimate. Selbstverständlich arbeiten wir heute nur noch mit modernen Anastigmaten."
Ein Zitat aus der Canon-Broschüre "EF LENS WORK III":
- "Bei einem auf sphärische und komatische Abweichung korrigierten Objektiv wird ein Objektpunkt auf der optischen Achse korrekt als ein Punkt im Bild wiedergegeben, aber ein Objektpunkt, der nicht auf der optischen Achse liegt, erscheint auf dem Bild nicht als Punkt sondern als Ellipse oder Linie. Diese Art von Abweichung wird Astigmatismus genannt. Dieses Phänomen kann am Bildrand festgestellt werden, indem Sie den Objektivfokus ganz leicht auf eine Position einstellen, an dem der Objektpunkt scharf als eine Linie abgebildet wird, die von der Bildmitte ausstrahlt, und dann wieder auf eine andere Position."
Weitere Abbildungsfehler
Folgende Abbildungsfehler sind noch bekannt:
- Chromatische Aberration (Farbfehler)
- Sphärische Aberration (Öffnungsfehler)
- Koma (Asymmetriefehler)
- Bildfeldwölbung (Bildebnungsfehler)
- Verzeichnung (optische Verzerrung)
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