Sphärische Aberration
Definition
Bei der Sphärische Aberration handelt es sich um einen Abbildungsfehler. Er wird auch als Öffnungsfehler oder Kugelgestaltsfehler bezeichnet.
Bei einem optischen System (Verwendung der "normalen Kugelform") werden Lichtstrahlen nahe am Linsenrand anders gebrochen als in der Bildmitte; besonders anschaulich tritt dies bei der Verwendung von großen Linsen auf. Die Abweichung des Brennpunktes ist umso stärker, je weiter außen - also zum Linsenrand hin - der Lichtstrahl verläuft. Durch die daraus entstehende Überlagerung der Bildteile aus der Bildmitte und dem Bildrand entsteht ein unscharfes Bild.
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 sphärische Aberration 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:
- "Auch unserer bisherigen Behauptung, nach der ein parallel einfallendes Strahlenbündel durch eine Linse auf einen einzigen Punkt, den Brennpunkt, gebrochen wird, lag eine starke Vereinfachung zugrunde. In Tat und Wahrheit ist eine Linse nichts anderes als ein aus lauter Prismen aufgebauter Brechkörper. Die äußeren Linsenzonen entsprechen aber einem bedeutend stärker brechenden Prismenwinkel als die Linsenmitte."
- "Achsferne Randstrahlen werden aus diesem Grunde stärker gebrochen und zu einem Brennpunkt näher der Linse konvergiert, als dies für achsnahe Strahlen der Fall ist."
- "... Statt eines Brennpunktes entsteht ein Brennkörper...."
Ein Zitat aus der Canon-Broschüre "EF LENS WORK III":
- "Dieser Abbildungsfehler tritt in einem gewissen Maß bei allen Linsen auf, die vollständig aus sphärischen Elementen bestehen. Die sphärische Abweichung bewirkt, dass parallele Lichtstrahlen, die eine Linse an ihrer Kante durchqueren, an einem näher an der Linse liegenden Brennpunkt zusammentreffen als die Lichtstrahlen, die die Linse an ihrem Mittelpunkt durchqueren. (Das Ausmaß der Brennpunktverschiebung entlang der optischen Achse wird als longitudinale sphärische Abweichung bezeichnet.) Die sphärische Abweichung ist bei Objektiven mit großer Blende im Allgemeinen stärker ausgeprägt. Ein von sphärischer Abweichung betroffenes Punktbild wird von Lichtstrahlen in der Nähe der optischen Achse als scharfes Bild geformt, wird jedoch von einem durch die peripheren Lichtstrahlen erzeugten Reflexionsfleck beeinträchtigt (dieser Reflexionsfleck wird auch als Halo bezeichnet, und sein Radius wird seitliche sphärische Abweichung genannt). Die Folge davon ist, dass sich die sphärische Abweichung auf den gesamten Bildbereich von der Mitte bis zu den Kanten auswirkt und ein weiches Bild mit geringem Kontrast entsteht, das den Eindruck erweckt, als wäre es von einem dünnen Schleier überzogen. Die Korrektur der sphärischen Abweichung ist bei sphärischen Linsen sehr schwierig. Obwohl dies möglich ist, indem zwei Linsen (eine konvexe und eine konkave Linse) Lichtstrahlen mit einer bestimmten Einfallshöhe (Entfernung zur optischen Achse) ausgesetzt werden, ist das Ausmaß der Korrekturmöglichkeit bei sphärischen Linsen begrenzt, weshalb immer eine gewisse Abweichung erhalten bleibt. Diese Restabweichung kann beseitigt werden, indem die Blende geschlossen wird, um die Stärke des peripheren Lichts zu verringern. Bei Objektiven mit großer Blende mit maximaler Öffnung lässt sich die sphärische Abweichung nur durch Verwendung eines asphärischen Linsenelements wirkungsvoll und gründlich kompensieren."
Weitere Abbildungsfehler
Folgende Abbildungsfehler sind noch bekannt:
- Chromatische Aberration (Farbfehler)
- Koma (Asymmetriefehler)
- Astigmatismus (Randfehler)
- Bildfeldwölbung (Bildebnungsfehler)
- Verzeichnung (optische Verzerrung)