Das Werkzeug der Wahl um die Abbildungsqualität einer Optik zu erfassen ist die Modulationstransferfunktionskurve (MTF). Sie beschreibt welchen Kontrast (y-Achse) man mit einer Optik in Abhängigkeit der Größe der abzubildenden Objekte (x-Achse in lp/mm) erzeugen kann. Typischerweise beschreiben verschiedenfarbige Kurven diesen Zusammenhang für verschiedene Positionen (Bild 1): Blau entspricht der Bildmitte, die Abbildungsleistung in den Ecken ist in Rot dargestellt. Die grüne Kurve beschreibt die Performance an einer Zwischenposition. Die gestrichelten und durchgezogenen Linien repräsentieren die tangentiale und sagittale Bildebenen, die später im Absatz Astigmatismus näher besprochen werden. In der MTF-Kurve sind alle Abbildungsfehler zusammengefasst dargestellt. Dies ist praktisch, weil die MTF-Kurve damit oft ausreicht und keine weitere Metrik hinzugezogen werden muss, um das Auflösungsvermögen einer Optik zu bewerten. Allerdings ist aus einer einzelnen Kurve meist nicht erkennbar, durch welche Abbildungsfehler genau die Performance limitiert ist. Hier hilft nur der Vergleich mehrerer MTF-Kurven bei verschiedenen Parametern (F/#, Wellenlänge, etc.). Weiterführend ein Überblick über die wichtigsten Aberrationen, welche die in MTF-Kurven zusammengefasste Performance beeinflussen.
Sphärische Aberration
Die sphärische Aberration beschreibt den Abbildungsfehler, der durch die sphärische Oberfläche der Linsen verursacht wird. Diese sind einfach herzustellen, aber aus Sicht des Optikdesigners nicht ideal, denn die genaue Lage des Brennpunktes für einen Lichtstrahl hängt davon ab, wie weit er von der optischen Achse (Linsenmitte) entfernt ist. Wenn man ein Lichtbündel (modelliert mit mehreren Strahlen parallel zur optischen Achse) mit einer Linse fokussiert, befindet sich der Fokus für die äußeren Strahlen näher an der Linse als der Fokus für die Strahlen, die näher an der optischen Achse verlaufen (Bild 2). Dieser Abbildungsfehler ist umso ausgeprägter, je größer das Lichtbündel ist, welches durch das Objektiv abgebildet wird. Betrachtet man die Abbildungsleistung eines Objektivs beispielsweise bei F/2,8 und erhöht dann schrittweise die F-Zahl auf F/2, F/1,8, etc., so wird man wahrscheinlich feststellen, dass die Abbildungsleistung schlechter wird. Der Grund hierfür ist, dass mit jedem Schritt die sphärische Aberration stark zunimmt und Objektive in der Regel aus Kostengründen nicht für die schnellste F-Zahl korrigiert werden. Entsprechend sollte man in MTF-Kurven beobachten, dass alle Kurven mit jedem Schritt hin zu schnelleren F-Zahlen auch schneller abfallen. Im finalen Bild zeigt sich die sphärische Aberration entsprechend durch eine gleichmäßige Unschärfe über das gesamte Bildfeld.
Astigmatismus
Sobald man von der optischen Achse abweicht und ein Lichtbündel schräg durch eine Optik verläuft, bricht man die Rotationssymmetrie. Als Konsequenz unterscheidet sich die Lage des Fokus für verschiedene Teile des Strahlenbündels. Dabei spricht man von der sagittalen und der tangentialen Ebene (Bild 3). In MTF-Kurven wird dieser Aberration explizit Rechnung getragen, indem für alle Bildpunkte außer der Bildmitte zwei Kurven angegeben werden. In Bild 1 repräsentieren die durchgezogenen Linien die tangentiale, die gestrichelte Linie die sagittale Ebene. Je weiter diese Linien für eine Bildposition auseinanderliegen, desto ausgeprägter ist der Unterschied zwischen den beiden Ebenen. Der erzielte Kontrast eines abgebildeten Strichmusters hängt durch den Astigmatismus von dessen Orientierung ab. Durch Fokussieren kann man entweder das eine oder das andere Strichmuster scharf stellen, aber nicht beide gleichzeitig.
Bildfeldkrümmung
Dieser Abbildungsfehler beschreibt den Umstand, dass Optiken von Natur aus ihr Bild auf einer gewölbten Fläche erzeugen. Optikentwickler müssen gezielt negativ-brennweitige Elemente im Objektivdesign einsetzen, um diesem Effekt entgegenzuwirken. Bei Objektiven mit ausgeprägter Bildfeldkrümmung ist es nicht möglich, dass man den Rand und die Mitte eines Bildes nicht gleichzeitig scharf stellen kann. In der Praxis begibt man sich meistens mit dem Fokus auf eine Zwischenposition, d.h. fokussiert also so, dass die Bildqualität in der Mitte gerade noch gut genug ist für die Anwendung und am Rande das entsprechende Maximum an Schärfe erreicht wird. Das gleiche gilt auch für MTF-Kurven. Durch Änderung der Fokusposition ist es möglich, diesen Effekt auch in MTF-Kurven zu replizieren. In Bild 1 könnte man so die durch die blaue Kurve dargestellte Performance in der Bildmitte verschlechtern, und dafür die roten und grünen Kurven etwas anheben. Diesen Umstand sollte man bei der Betrachtung von MTF-Kurven stets berücksichtigen, um nicht zu schnell ein Objektiv als ungeeignet einzustufen.
