Aplanat

Ein Aplanat ist eine Verbundlinse, die zwei spezifische optische Fehler beseitigt: die sphärische Aberration und das Koma. Sphärische Aberration tritt auf, wenn Lichtstrahlen, die durch die äußeren Zonen einer sphärischen Linse gehen, an einem anderen Punkt zusammenlaufen als Strahlen durch die Mittelpunkte, was zu Unschärfe führt. Koma ist eine außeraxiale Aberration, die eine kometenförmige Verzerrung von Punktquellen außerhalb der optischen Achse erzeugt. Durch die gleichzeitige Korrektur beider Fehler erzeugt ein Aplanat Bilder, bei denen gerade Linien über das ganze Bildfeld gerade bleiben, anstatt sich zu den Rändern hin zu krümmen oder zu verzerren.

Der Aplanat besteht typischerweise aus mehreren Linsenelementen, oft eine Kombination aus konvexen und konkaven Flächen mit unterschiedlichen Glassorten und Krümmungsradien. Die spezifische Kombination sorgt dafür, dass die Strahlkonvergenz über die gesamte Linsenöffnung gleichmäßig ist und dass die Leistung außerhalb der Achse der Schärfe auf der Achse entspricht. Frühe Aplanate verwendeten Kron- und Flintglaspaare, um beide Aberrationen durch sorgfältige Berechnung von Dicke und Abstand zu kontrollieren. Moderne Versionen können zusätzliche Elemente oder spezielle optische Materialien enthalten, um die Korrektur über größere Bildfelder oder größere Öffnungen auszudehnen.

Historischer und praktischer Kontext

Der Aplanat entstand Mitte des 19. Jahrhunderts als bedeutende Verbesserung früherer achromatischer Designs, die nur die chromatische Aberration kontrollierten. Der Name stammt aus dem Griechischen und bedeutet "nicht umherwandernd". Aplanate wurden Standard in Vermessungsinstrumenten, Mikroskopobjektiven und Kameraobjektiven, wo eine geradlinige Abbildung erforderlich war. Ein Theodolith eines Vermessers oder eine kartographische Kamera erforderte, dass gemessene Winkel und Abstände geometrisch wahr im Bild blieben; ein Aplanat erfüllte diese Anforderung in kompakter, relativ herstellbarer Form.

In der Praxis nimmt ein Aplanat eine Mittelposition zwischen einfachen achromatischen Linsen und den komplexeren Anastigmaten ein, die auch den Astigmatismus korrigieren. Ein Aplanat kann immer noch Astigmatismus zeigen, also ungleiches Scharfstellen in verschiedenen Ebenen, und ist daher nicht für alle Anwendungen geeignet. Für viele Feldinstrumente und Festfokus-Systeme ist jedoch die Korrektur sphärischer Aberration und Koma ausreichend, und das einfachere Design bietet Kosten- und Herstellungsvorteile gegenüber vollständig anastigmatischen Optiken.

Moderne aplanatische Designs finden sich in Vermessungsfernerohren, Weitwinkel-Kameraobjektiven mittlerer Brennweite und einigen optischen Laborwerkbänken. Der Name selbst ist in der zeitgenössischen Vermarktung weniger verbreitet, da Hersteller nun typischerweise numerische Aberrationswerte angeben anstatt Designfamilien. Trotzdem bleiben die optischen Prinzipien des Aplanats grundlegend für jede Linse, die über ihr Bildfeld hinweg geometrische Treue bewahren muss.