Objektive und ihre Abbildungsfehler – Die Herausforderungen der Objektivhersteller

Nachdem ich die Grundlagen der Optik erläutert habe, möchte ich nun auf ein paar optische Phänomene eingehen, die den Objektivherstellern immer viele Schwierigkeiten und Kopfschmerzen bereiten. Es handelt sich hierbei um Abbildungsfehler, die bei speziellen Linsenformen jedoch seltener auftreten als bei normalen handelsüblichen Linsen.

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Sphärische und Nicht-sphärische Linsen

Eine sphärische Linse ist eine Linse, die von zwei zentrierten Kugelflächen begrenzt wird. Diese Linsenform ist jedoch nicht die exakte Lösung eines optischen Elementes, um Lichtstrahlen, die von einem Punkt ausgehen, in einem anderen Punkt auf der anderen Seite der Linse zu fokussieren. Der Grund? Der “optische Weg”, d.h. der fürs Licht “schellste Weg” (siehe Grundlagen der Optik) muss für alle Strahlen gleich sein. Dies ist bei der sphärischen Linse jedoch nicht der Fall, weswegen einige Abbildungsfehler, die später erläutert werden, entstehen.

Für die “ideale” Form einer Linse lässt sich jedoch tatsächlich eine mathematische Formel aufstellen. Das Ergebnis wäre eine nicht-sphärische-Linse, ein sogenanntes Ellipsoid.

Der Grund warum keine Ellipsoide bei der Herstellung von Objektiven hergenommen werden ist sehr einfach: Die Kosten wären schlicht unbezahlbar. Es handelt sich nämlich um sehr komplexe Formen, die eine höhere Präzision erfordern, als bei Objektiven ohnehin schon benötigt wird.

Objektivhersteller bevorzugen also Sphärische Linsen, da sie in der Herstellung viel einfacher und billiger sind.

Die Abbildungsfehler

Sphärische Aberration

Dabei handelt es sich um ein Abbildungsfehler, der auch bei monochromatischem Licht, also bei einfarbigem Licht (nur eine Wellenlänge) auftritt. Deswegen ist die sphärische auch eine monochromatische Aberration. Zur Erinnerung: Sphärische Linsen sind rotationssymmetrisch, die Rotationsachse (die durch die Mitte der Linse verläuft) wird als optische Achse bezeichnet. Nun zum typischen Effekt sphärischer Linsen: Achsenferne Strahlen werden im Vergleich zu achsennahen Strahlen bei Sammellinsen stärker gebrochen, bei Streulinsen schwächer. Somit werden achsenferne Strahlen von Sammellinsen kürzer fokussiert als achsennahe.

Weitere Arten monochromatischer Aberration:

Astigmatismus: Liegt ein Objektpunkt nicht unmittelbar an der optischen Achse, so entsteht kein Bildpunkt, sondern zwei in einem gewissen Abstand liegende Bildlinien, da der Strahlenkegel die Linse asymmetrisch trifft.

Bildfeldwölbung: bezeichnet den Effekt, dass ein ebenes Objekt auf eine Kugelschale abgebildet wird.

Verzeichnung: Gerade Objektlinien werden gekrümmt abgebildet.

Monochromatisches Licht ist für die Fotografie jeoch eher irrelevant, da wir ja unsere Umgebung fotografieren und die besteht merklich nicht nur aus einer Farbe. ;) Das heißt jedoch nicht, dass die Effekte der monochromatischen Aberration nicht auftreten. Sie tritt auf, jedoch einzeln für jede Wellenlänge, also für jede einzelne Farbe.

Chromatische Aberration (Dispersion)


Licht mit meherern Wellenlängen, also sagen wir mal “buntes” Licht, sorgt jedoch auch für ein Abbildungsfehler, den viele Fotografen sicher mal erlebt haben: die cromatische Aberration. Sie beruht darauf, dass der Brechungsindex eines lichtdurchlässigen Stoffes für verschiedene Wellenlängen des Lichtes unterschiedlich ist. Diesen Effekt bezeichnet man auch als Dispersion. Er sorgt dafür, dass auch die Brennweite einer Linse von der Wellenlänge, also von der Farbe, abhängt. Die unterschiedlichen Farben eines einfallenden weißen Lichtbündels werden also nicht in einem Brennpunkt fokussiert.

Chromatische Aberration in der Fotografie

In der Fotografie ist chromatische Aberration ganz besonders an den Rändern von Objekten und in den Bildecken zu beobachten. Zum Beispiel hat diese Blume blaue und grüne Ränder.

Besonders anfällig gegen Dispersion sind Weitwinkelobjektive!

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Entfernung der chromatischen Aberration

Zum Glück gibt es heutzutage digitale Fotografie, Computer und Bildbearbeitungssoftware, wie zum Beispiel Adobe Photoshop. :) Adobe zeigt in einem Video, wie sich mit der beliebten Bildbearbeitungssoftware chromatische Aberration reduzieren lässt:

One Response to “ Objektive und ihre Abbildungsfehler – Die Herausforderungen der Objektivhersteller ”

  1. seblock sagt:

    Schöner Artikel! Spiele mit dem Gedanken auch mal darüber ein paar Zeilen zu verlieren, behandele das Thema gerade im Studium!

    Gefällt mit gut, weiter so!

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