Apertur

Eine Apertur ist eine physische Öffnung, üblicherweise rund oder manchmal rechteckig, die den Durchmesser eines Lichtstrahls begrenzt, der ein optisches System durchläuft. In Kameras, Mikroskopen, Teleskopen und Projektoren sitzt die Apertur an einer bestimmten Ebene im optischen Strahlengang und fungiert als Begrenzung: Lichtstrahlen außerhalb ihres Durchmessers werden vollständig blockiert, während die Strahlen innerhalb der Öffnung zum Sensor, zur Probe oder zum Schirm dahinter gelangen. Die Größe dieser Öffnung bestimmt unmittelbar die Helligkeit des Bildes, die Schärfentiefe und die Auflösung feiner Details.

Aperturen fallen in zwei Hauptkategorien: fest und variabel. Eine Festblende ist in optisches Glas geschliffen oder in ein Linsenfassung eingegossen, lässt sich nicht verstellen und ist für eine bestimmte Anwendung ausgelegt, etwa für einen Kollimator oder eine Relaislinse. Eine variable Apertur, gesteuert durch eine Irisblende oder ein verstellbares Blattsystem, ermöglicht dem Benutzer, den effektiven Durchmesser während des Betriebs zu verändern. In der Fotografie wird diese variable Apertur als Blendenzahl ausgedrückt: f/1,4, f/8, f/16 und so weiter. Kleinere Blendenzahlen (wie f/1,4) stellen größere physische Aperturen dar und lassen mehr Licht durch; größere Blendenzahlen (wie f/16) stellen kleinere Aperturen dar und verringern die Lichtdurchlässigkeit, erhöhen aber die Schärfentiefe.

Apertur und optische Leistung

Der Durchmesser einer Apertur hat großen Einfluss auf Lichttransmission und Bildqualität. Eine größere Apertur lässt mehr Photonen durch, hellt das Bild auf und verkürzt die Belichtungszeit unter schwachen Lichtverhältnissen, aber sie lässt auch mehr außeraxiales Licht herein und kann Abbildungsfehler verursachen, wenn die umgebende Optik nicht gut korrigiert ist. Eine kleinere Apertur blockt Licht von den Rändern des Objektivs, was oft sphärische Abbildungsfehler verringert und die Schärfe verbessert, aber sie begrenzt auch durch Beugung die feinen Details bei hohen Vergrößerungen. In der Mikroskopie wird die numerische Apertur definiert als n mal der Sinus des halben Öffnungswinkels des zum Präparat konvergierenden Lichts (wobei n der Brechungsindex des Mediums ist); sie bestimmt sowohl die Auflösung als auch die Lichtstärke. Ein hochaperturiges Objektiv (1,3 bis 1,4 bei Ölimmersion) löst feinere Strukturen auf, benötigt aber mehr Beleuchtung als ein niederaperturiges Trockensystem (0,25 bis 0,4).

Fehlausrichtung oder Verschmutzung einer Blendenstopp kann Bildkontrast und Gleichmäßigkeit erheblich verschlechtern. Staub oder Fingerabdrücke auf der Blendenfläche streuen Licht in den optischen Weg und erzeugen Dunst, wodurch der Kontrast sinkt. Deshalb sind Blendenstöppe in Präzisionsinstrumenten hinter Schutzfenstern oder versiegelt geschützt. In manchen Systemen kann eine Apertur bei der Justage absichtlich übergroß sein, um maximales Licht zum Beobachten zu ermöglichen, und wird dann während der Endmontage auf den richtigen Durchmesser verringert. Der Begriff 'Blendenstopp' bezeichnet die Apertur, die den Winkel des axialen Lichtbündels begrenzt; andere Aperturen im System können größer sein und fungieren als 'Feldblenden', um den Bildumfang statt der Helligkeit zu bestimmen.

Der Name 'Apertur' stammt vom lateinischen 'apertura', was 'Öffnung' bedeutet. In der Industrieoptik wird die Blendengröße immer als Durchmesser in Millimetern oder als Verhältnis (Blendenzahl) angegeben, niemals als Radius oder Fläche, denn das Verhältnis zwischen Durchmesser und Lichtstärke ist in der Praxis das Maßgebliche. Bei der Spezifikation eines optischen Systems wird die Apertur neben Brennweite, Wellenlänge und numerischer Apertur aufgeführt, um die Lichtstärke und die beugungsbegrenzte Leistung des Systems zu definieren.