Chromatische Aberrationen
Das Licht verschiedener Wellenlängen wird auf unterschiedliche Punkte fokussiert, da der Brechungsindex von Glas von der Lichtwellenlänge abhängt. Bei der Verwendung von längeren Wellenlängen haben Linsen eine längere Brennweite als beim Einsatz von kürzeren Wellenlängen. Die Farbkorrektur von Objektiven führt oft zu deutlich komplexeren und teureren Objektiven, da man auf speziellere, meist schwierig zu verarbeitende optische Gläser zurückgreifen muss. Solange es mit den Anforderungen der jeweiligen Anwendung vereinbar ist, empfiehlt es sich daher, monochromatisch zu arbeiten. Um die Abbildungsqualität eines Objektivs hinsichtlich der Farbkorrektur zu bewerten, kann man zusätzlich zur MTF-Kurve auch noch die chromatische Fokusverschiebung betrachten. Diese beschreibt, wie unterschiedliche Wellenlängen auf unterschiedliche longitudinale Positionen (entlang der optischen Achse) fokussiert werden.
Das ideale Ziel würde darin bestehen, alle benötigten Wellenlängen in ein und derselben Ebene zu fokussieren. Aus rein physikalischer Sicht ist das nicht möglich, man kann aber dem Idealzustand sehr nahekommen. Die meisten Bildverarbeitungsobjektive werden achromatisch ausgelegt. Damit möchte man ausdrücken, dass zwei verschiedene Wellenlängen exakt in einer Ebene liegen. Entwickelt man beispielsweise ein Objektiv für den sichtbaren Bereich, so bietet es sich an die chromatische Aberration so zu gestalten, dass blaues und rotes Licht zusammen fokussiert werden. Würde man mit einem solchen Objektiv ein Bild aufnehmen und die Beleuchtung von rot auf blau wechseln, wäre kein Unterschied erkennbar. Das gleiche würde für die MTF-Kurve gelten. Wechselt man jedoch zu grün, wird das Bild deutlich unschärfer bzw. die MTF-Kurven im Vergleich stärker abfallen. Arbeitet man monochromatisch, kann man diesen Effekt durch erneutes Fokussieren kompensieren. Arbeitet man jedoch tatsächlich polychromatisch über den gesamten sichtbaren Bereich, wird man die beste Abbildungsqualität wieder auf einer Position zwischen dem grünen Fokus auf der einen und dem rot-blauen Fokus auf der anderen Seite finden. In Anwendungen mit besonders hohen Anforderungen an die chromatische Performance kommen oft sogenannte apochromatische Objektive zum Einsatz. Bei diesen Designs liegen sogar drei Wellenlängen gleichzeitig in einer Ebene. In der Bildverarbeitung trifft man jedoch sehr selten auf diese Art von Objektiv, im Mikroskopiebereich erfreuen sich apochromatische Optiken jedoch großer Beliebtheit.
Fazit
In gewisser Weise ist Optikdesign die Kunst, einzelne Aberrationen so zu gestalten, dass sie sich im Wechselspiel der einzelnen Optikelemente gegenseitig kompensieren. Je enger die Anforderungen an das Objektiv spezifiziert sind, z.B. durch kleine Arbeitsabstandsbereiche oder schmalbandige Wellenlängenbereiche, desto besser ist am Ende der Objektiventwicklung das Preis-/ Leistungsverhältnis.
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