Abbildungsfehler

Sie beeinflussen die Optik und sorgen für eine schlechtere Abbildung. Gut, wenn man weiß, worauf man achten sollte ...

In optischen Systemen gibt es Abbildungsfehler. Nicht unser Auge und kein künstlich hergestelltes Fernglas oder Fernrohr sind frei von Abbildungsfehlern. Unter diese Fehler fallen vor allem. Farbabweichungen, Verzeichnung, Bildfeldwölbung durch sphärische Abweichung und Astigmatismus. Je weiter sich ein Lichtstrahl von der optischen Achse entfernt befindet, desto größer können auch die Abbildungsfehler werden. Im Fernglas aber spielen vor allem Farbfehler und Randunschärfen eine Rolle.

In vielen Ferngläsern, vor allem im günstigen Bereich, sind Farbsäume sichtbar. Sie fallen besonders auf, wenn man auf sonnenbeschienene Objekte oder z. B. auf eine leuchtende Straßenlaterne blickt. Meist fallen einem Beobachter dann um das Objekt bläuliche Säume auf. Die chromatische Aberration ist ein Abbildungsfehler, der bei Optiken auftritt, die ein oder mehrere Bauteile beinhalten, bei denen eine Refraktion, also eine Lichtbrechung stattfindet. Dabei wird blaues Licht stärker gebrochen als z. B. rotes Licht. Das bedeutet, dass die verschiedenen Wellenlängen verschiedene Brennweiten aufweisen. Die Brechzahl von blauem Licht ist größer als die von rotem Licht.

Der Unterschied zwischen Rot und Blau

Wenn Licht durch eine Sammellinse trifft, wird es zur optischen Achse gebrochen. Aufgrund der differierenden Wellenlängen wird blaues Licht stärker als rotes Licht abgelenkt. Es entsteht ein Farblängsfehler und Farbsäume in der Abbildung. In modernen Ferngläsern kommen zweilinsige Systeme zum Einsatz. Blaues und rotes Licht werden durch Brechzahl und Linsenart korrigiert und fallen zusammen.

Die größten Farbsäume verschwinden und es entsteht nur noch ein Farbrestfehler, der auch als sekundäres Spektrum bezeichnet wird.

Wenn man sich das praktisch bei einer Abbildung eines Objekts vorstellt, dann kann man sagen, dass sich das blaue Licht an einem anderen Ort als das rote Licht befindet. Durch diesen Umstand werden Bildunschärfen produziert. Doch nicht nur das, denn es tritt auch eine farbliche Vergrößerungsdifferenz auf. Im Klartext bedeutet dies, dass durch die verschiedenen Bildweiten auch verschieden große Bilder für die jeweiligen Farben entstehen. Hierdurch werden die Farbsäume produziert.

Ferngläser mit reduzierten Farbfehlern

Um die Farbfehler zu reduzieren, wird in Ferngläsern meist ein zweilinsiges Objektiv verbaut. Dabei hat die zweite Linse eine andere Wirkung als die erste. Das Frontlinsenelement besteht in der Regel aus einer sammelnden Linse geringer Dispersion und einer zerstreuenden Linse größerer Dispersion, die durch Verkittung miteinander fest verbunden sind. Damit werden die Farben Blau und Rot auf eine Schnittweite zusammengelegt, d. h. für diese Farben ist das Fernglas korrigiert.

Diese Art von Optik wird auch als Achromat bezeichnet. Praxistipp: Der Farbfehler einer Optik äußert sich bei der Beobachtung in einem Farbsaum, der am äußeren Rand des Objekts sichtbar wird.

Allzu oft kann man in Ferngläsern eine abnehmende Bildschärfe zum Rand wahrnehmen. Je nach Fernglas ist diese Unschärfe sehr stark bis kaum wahrnehmbar. Grund für dieses Phänomen ist die unterschiedliche Einfallshöhe der Lichtstrahlen in Bezug auf die optische Achse. Die Brennpunktlage differiert aufgrund des höheren Einfallwinkels und der damit zusammenhängenden Flächenkrümmung.

In der realen Abbildung werden sich die Randunschärfen nicht ganz so extrem darstellen wie in diesem Bild. Dennoch ist der Effekt der Gleiche.

In einem optischen Experiment würde man beobachten, dass sich die Lichtstrahlen in verschiedenen Brennweiten treffen. Dieser Fehler, auch sphärische Aberration genannt, kann v. a. durch den Einsatz von asphärischen Linsen reduziert werden. Es sind aber auch Linsenkombinationen möglich, die die sphärische Aberration korrigieren.

Bei kugelförmig gekrümmter Linsenfläche wird ein achsferner Lichtstrahl stärker gebrochen als ein achsnaher Lichtstrahl. Je nach Einfallshöhe entstehen verschiedene Brennpunkte. In Linsenkombinationen aus Konvex- und Konkavlinsen kann man den Fehler meist gut korrigieren. Durch die sphärische Aberration können Unschärfen im Bild entstehen.