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Abbildungsfehler von Optiken

Leider gibt es kein Teleskop und auch keine sonstige Optik, die absolut fehlerfrei abbildet. Das perfekte Teleskop gibt es also nicht. Selbst das Auge weist Abbildungsfehler auf. Man kann aber immer optische Systeme entwickeln, die bestimmte Abbildungsfehler korrigieren. Oft ist es natürlich auch eine Sache der Einstellung des Beobachters, ob er bestimmte Fehler einer Optik akzeptiert, oder ob er nur eine Optik im High-End Bereich akzeptiert, bei der so gut wie möglich versucht wurde, sich einer perfekten Optik anzunähern.

Die Erklärung der wichtigsten Abbildungsfehler astronomischer Teleskope finden Sie auf den folgenden Seiten.

Sphärische Abberration

Sphärische Aberration ist ein Abbildungsfehler, der sowohl bei Linsen, als auch bei Spiegeln auftreten kann. Ein achsennaher Lichtstrahl wird dabei anders gebrochen, bzw. reflektiert, als ein achsenferner Lichtstrahl. Daher treten für die verschiedenen Strahlen auch verschiedene Brennebenen bzw. -weiten auf. Bei einer sphärischen Linse oder auch bei einem Kugelspiegel tritt die sphärische Aberration deshalb auf, weil der Einfallswinkel weit entfernt von der optischen Achse um ein Beträchtliches höher ist, als nahe bei der optischen Achse. Im Fernrohr stellt sich dieser Abbildungsfehler als Unschärfe dar. Bei kurzen Brennweiten ist der Fehler auffallender, als bei langen Brennweiten. Beseitigen kann man sie sphärische Aberration durch eine asphärisch gekrümmte Linse oder durch einen parabolisch geformten Spiegel. Dadurch sind die Einfallswinkel nicht hoch und somit vereinigen sich die Lichtstrahlen in einem Brennpunkt.

Als das Hubbelteleskop in den Weltraum geschossen wurde, stellte man fest, dass es eine sphärische Aberration aufwies, denn es lieferte unscharfe Bilder. Man musste dem Teleskop eine „Brille“ verpassen, um den Fehler zu korrigieren.


Chromatische Aberration

Die chromatische Aberration ist ein Abbildungsfehler, der bei Linsenteleskopen, also Refraktoren auftritt. Das Licht trifft auf die Linsenelemente und wird dabei gebrochen, daran können Sie sich vielleicht noch dunkel aus dem Physikunterricht in der Schule erinnern. Erst durch dieses Lichtbrechen kann überhaupt ein Bild entstehen. Dabei wird blaues Licht stärker gebrochen als z.B. rotes Licht. Das bedeutet, dass die verschiedenen Wellenlängen verschiedene Brennweiten aufweisen. Die Brechzahl von blauem Licht ist größer, als die von rotem Licht.

Wenn man sich dies praktisch bei einer Abbildung eines Objekts vorstellt, dann kann man sagen, dass sich das blaue Licht an einem anderen Ort, als das rote Licht befindet. Durch diesen Umstand werden Bildunschärfen produziert. Doch nicht nur das, denn es tritt auch eine farbliche Vergrößerungsdifferenz auf. Im Klartext bedeutet dies, dass durch die verschiedenen Bildweiten auch verschieden große Bilder für die jeweiligen Farben entstehen. Hierdurch werden die Farbsäume produziert.

Die chromatische Aberration kann aber durch eine achromatische Optik ganz gut korrigiert werden. Dazu setzt man hinter die bikonvexe Pluslinse eine Minuslinse mit stärkerer Dispersion (Farbzerstreuung). So heben sich teilweise die Farbfehler auf. Doch auch dann sind noch geringere Farbfehler auszumachen. Dieser Restfarbfehler wird als sekundäres Spektrum bezeichnet.

Auch dieses sekundäre Spektrum kann man korrigieren, in dem man noch eine zusätzliche Linse einfügt (normalerweise wieder eine Pluslinse). Bei Spiegelteleskopen tritt keine chromatische Aberration auf.

Koma

Koma ist ein weiterer Bildfehler, der vor allem durch schräg einfallende Lichtstrahlen abseits der optischen Achse entsteht. Es entsteht oft durch die Überlagerung von sphärischer Aberration und Astigmatismus. Der Astigmatismus ist unter anderem eine Folge von schiefbündeligen Lichtstrahlen. Bei der Abbildung werden die Lichtbündel in asymmetrischen Figuren erzeugt. Daraus entstehen am Rand des Gesichtsfeldes Sterne mit kometenschweifartigen Verzerrungen. Diese wirken diffus und können nicht scharf gestellt werden.

Besonders auffallend ist die Koma bei Teleskopen mit großem Öffnungsverhältnis. Dies sind Fernrohre mit Blenden von 1:4, 1:5 bis etwa 1:7.  Somit fällt der Fehler bei fotografisch lichtstarken Optiken auf. Mit einer langen Teleskopbrennweite und dem damit verbundenen kleineren Öffnungsverhältnis (z.B. 1:10), lässt sich der Fehler verringern. Wenn das Objektiv abgeblendet wird, kann dieser Fehler ebenfalls minimiert werden. Um trotzdem bei lichtstarken Optiken scharfe Bilder zu erreichen, kann man auch einen Komakorrektor einsetzen.


Astigmatismus

Astigmatismus kann im Teleskop durch schräg einfallende Lichtbündel verursacht werden (Astigmatismus schiefer Bündel). Er kann auch durch Verzerrungen am Spiegel auftreten. Oft entsteht er aber durch zwei verschiedene Krümmungen von Spiegeln oder Linsen, die unterschiedliche Brennweiten haben. Ein Strahlenbündel würde dann senkrecht zum anderen stehen. Im Beugungsscheibchen stellt sich der Astigmatismus als länglich verzogenes Gebilde da. Wenn man das Teleskop abblendet, kann man den Fehler minimieren.

 

Bildfeldkrümmung

Die Bildfeldkrümmung hängt mit dem Astigmatismus schiefer Bündel zusammen.
Das Bild wird auf einer gewölbten Fläche erzeugt, dadurch kann man nie die Bildmitte und gleichzeitig den Bildrand scharf bekommen. Maßnahmen gegen diesen Fehler ist das Abblenden des Objektivs.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Astigmatismus

 

 

 

 

 

Koma

18.02.2020


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