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Grundbegriffe der Aberrationstheorie

Auswirkungen von Aberrationen auf IBV-Objektive

Auch wenn die Aberrationstheorie ein weites Feld ist, kann das Wissen um einige grundlegende Begriffe zu einem besseren Verständnis beitragen. Im Folgenden werden diese Begriffe erläutert: sphärische Aberration, Astigmatismus, Bildfeldkrümmung und chromatische Aberration.

Sphärische Aberration

Die sphärische Aberration bezieht sich auf Strahlen, die bei unterschiedlichen Abständen fokussiert werden, je nachdem an welcher Stelle der Apertur sie auf die Linse treffen. Die sphärische Aberration ist damit von der Aperturgröße abhängig. Je steiler der Einfallswinkel ist, mit dem das Licht auf die Oberfläche der sphärischen Linse auftrifft, desto fehlerhafter wird das Licht von der Linse gebrochen. Bei Objektiven mit großen Aperturen (kleinen Blendenzahlen) ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass sich sphärische Aberrationen negativ auf die Bildqualität auswirkt. Weist ein Objektiv besonders viel sphärische Aberration auf, kann die Bildqualität verbessert werden, indem die Blendenzahl erhöht, bzw. die Objektivblende geschlossen wird. Allerdings kann dadurch die Bildqualität nur bis zu einem gewissen Grad erhöht werden. Wird die Objektivblende zu stark geschlossen, wird die Objektivleistung durch Lichtbeugung eingeschränkt. Bei Objektivdesigns können optisches Glas mit einem hohen Brechungsindex oder zusätzliche Linsenelemente dazu verwendet werden, die sphärische Aberration auch bei Objektiven mit kleiner Blendenzahl zu korrigieren. Diese optischen Designs verringern die Lichtbrechung an allen Oberflächen und damit die Menge der sphärischen Aberrationen. Dies kann jedoch dazu führen, dass das Objektiv größer, schwerer und teurer wird.

Astigmatismus

Astigmatismus hängt von den Feldwinkeln ab. Muss ein Objektiv über ein großes Bildfeld eine gute Leistung erbringen aber die Objektivleistung in der einen Feldrichtung ist im Vergleich zur Leistung orthogonal dazu vermindert, spricht man von Astigmatismus. Betrachtet man eine Reihe teilweise horizontaler, teilweise vertikaler Linien, sind die Linien, die in eine Richtung verlaufen fokussiert, während die Linien, die in die entgegengesetzte Richtung verlaufen, defokussiert sind (Bild 1). Dies wird dadurch bedingt, dass Strahlen außerhalb der Objektmitte, anders als Strahlen, die sich auf der optischen Achse befinden, keine rotationssymmetrischen Oberflächen durchlaufen. Um dem entgegenzuwirken, sind zwei Maßnahmen notwendig. Erstens müssen die Objektivdesigns symmetrisch zur Blende sein und zweitens geringe Einfallswinkel für die Feldstrahlen haben. Sind die Designs symmetrisch, entstehen Objektive, die den Doppelgaußobjektiven ähneln. Für symmetrische Designs können allerdings keine Teleobjektivdesigns oder umgekehrte Teleobjektivdesigns verwendet werden. Dies kann bei langen Brennweiten zu einer großen Baulänge und bei kurzen Brennweiten zu einer kurzen hinteren Brennweite führen. Die Verkleinerung der Einfallswinkel erfordert, ähnlich wie bei der sphärischen Aberration, optische Gläser mit einem höheren Brechungsindex sowie zusätzliche Komponenten, was dazu führt, dass das Objektiv größer, schwerer und teurer wird. Die hier verwendete, vereinfachte Definition vereint, zu einem besseren Verständnis, bewusst die Effekte von Astigmatismus und Koma.

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