aplanatisch

Ein aplanatisches optisches System ist eines, bei dem die sphärische Aberration und die chromatische Aberration korrigiert oder beseitigt wurden. Sphärische Aberration tritt auf, wenn Lichtstrahlen, die auf die Außenkanten einer gekrümmten Linse treffen, in einem anderen Punkt fokussieren als Strahlen, die durch die Mitte gehen, was zu Unschärfe führt. Chromatische Aberration entsteht, weil verschiedene Lichtwellenlängen in leicht unterschiedlichen Winkeln gebrochen werden und weißes Licht in Farbsäume aufteilen. Bei aplanatischen Designs werden beide Fehler durch sorgfältige Linsengeometrie und Materialauswahl minimiert oder vollständig beseitigt.

Der Begriff kommt aus dem Griechischen a-planatikos und bedeutet "nicht umherirrend": Die Lichtstrahlen weichen nicht von ihrem vorgesehenen Brennpunkt ab. Eine aplanatische Linse oder ein aplanatisches Objektiv ist so konstruiert, dass alle Wellenlängen und alle Strahlenwege auf einen gemeinsamen Brennpunkt konzentriert werden und ein scharfes, verzerrungsfreies Bild über das gesamte Sichtfeld liefern.

Die meisten modernen Mikroskopöbjektive sind im aplanatischen Bereich für ihren Arbeitswellenlängenbereich ausgelegt. Dies ist besonders wichtig in der Verbundmikroskopie, wo sich restliche Aberrationen bei hohen Vergrößerungen aufstauen und die Bildqualität zerstören. Ein aplanatisches Objektiv kann vier oder mehr zementierte Linsenelemente verwenden, wobei jede Oberflächenkrümmung und jeder Glastyp gewählt wird, um Fehler auszugleichen. Aplanatische Teleskopspiegel und Kameraobjektive funktionieren nach demselben Prinzip, obwohl die optische Berechnung mit Apertuurgröße und Brennweite variiert.

Aplanatische Korrektur ist niemals absolut; sie ist immer für ein spezifisches Spektralband korrigiert. Ein aplanatisches Mikroskopöbjektiv für sichtbares Licht kann im ultravioletten Bereich nicht aplanatisch sein. Gleichzeitig setzt die Korrektur voraus, dass Licht aus einem bestimmten Medium kommt oder in es geht: Luft, Öl oder Wasser. Ein Medienwechsel macht die aplanatische Garantie ungültig.

Kosten und Komplexität des aplanatischen Designs bedeuten, dass solche Optiken einen Preisaufschlag erfordern. Eine einfache Einzellinse ist preiswert, aber stark fehlerhaft. Ein aplanatisches Objektiv für ein Forschungsmikroskop kostet das zehn bis fünfzigfache, weil Schleifen, Zementieren und Prüfung präzise und zeitaufwändig sind. In der industriellen Maschinenvision und in Consumer-Kameras führen Budgetvorgaben oft dazu, dass man einige unkorrrigierte Aberration in Kauf nimmt, statt für echte aplanatische Leistung zu bezahlen.