Abbildungsfehlern

Abbildungsfehler bezeichnet in der Optik Abweichungen der Abbildung eines Systems von einem idealen Abbild. Sie entstehen durch Ungenauigkeiten in der Geometrie von Linsen und Spiegeln, Dispersion der Glasarten, Abweichungen der Oberflächen und andere wellenoptische Effekte. Abbildungsfehler reduzieren Schärfe, Kontrast und geometrische Genauigkeit eines Abbilds und begrenzen damit die Leistungsfähigkeit von Kameras, Mikroskopen, Teleskopen und anderen optischen Systemen.

Zu den wichtigsten Kategorien gehören die Seidel-Abberationen, die im einfachsten Fall unabhängig von der Wellenlänge auftreten (monochromatisch): sphärische Aberration, Koma, Astigmatismus, Bildfeldwölbung (Feldkrümmung) und Verzeichnung. Zusätzlich spielt die chromatische Aberration eine wesentliche Rolle, die durch die Dispersion verschiedener Glasarten verursacht wird und sich im Zusammenspiel mehrerer Glieder durch Achromat- oder Apo-Objektive mildern lässt. Chromatische Aberration wird grob in axiale (Längschromatismus) und laterale Chromatismus unterteilt.

Ursachen der Abbildungsfehler sind unregelmäßige Oberflächenformen, falsche Linsenabstände, Fehlausrichtung der Elemente, Materialdispersion sowie insbesondere Verzerrungen im Randbereich des Bildfeldes. Die Auswirkungen zeigen sich besonders im Randbereich, bei hohen Abbildungsgraden oder großen Feldwinkeln.

Korrektur und Minimierung erfolgen durch optimierte Objektivdesigns mit mehreren Gläsern, asphärischen Oberflächen, dispersionarmen Materialien, Achromaten oder APO-Gläsern, angepasst positionierte Stopps sowie Oberflächenbeschichtungen. In hochpräzisen Systemen kommen außerdem adaptive Optik oder Wellenfrontkorrekturen zum Einsatz.

Die Bewertung von Abbildungsfehlern erfolgt üblicherweise mittels Wellenfrontmessung, Interferometrie und der Modulationsübertragungsfunktion (MTF). Historisch geht der Begriff auf Seidel zurück, der die klassischen Fehlerarten im 19. Jahrhundert systematisierte.