chromatisch

Chromatische Aberration tritt auf, wenn eine Linse unterschiedliche Lichtwellenlängen in unterschiedlichem Maße bricht, wodurch sich Farben trennen, statt sich in einem einzelnen Brennpunkt zu vereinigen. Eine einfache Linse wirkt wie ein Prisma: blaues Licht wird stärker gebrochen als rotes Licht, das durch das gleiche Glas geht, daher fokussieren sie in unterschiedlichen Abständen von der Linse. Diese Farbsäume werden chromatische Dispersion genannt und beeinträchtigen die Bildschärfe über das sichtbare Spektrum hinweg bis in den Nahinfrarot- und Ultraviolettbereich.

Die Ursache liegt in der Brechzahl des optischen Glases selbst, die mit der Wellenlänge variiert. Kronglas, das häufig in achromatischen Doublets verwendet wird, hat eine geringere Dispersion als Flintglas, aber keines löst das Problem allein. Eine typische Einzellinse zeigt eine laterale Farbverschiebung von 10 bis 50 Mikrometern über den sichtbaren Bereich, genug um feine Details in Fotografie, Mikroskopie und Präzisionsoptik zu verwischen. Der Effekt verschärft sich an den Rändern des Gesichtsfeldes und nimmt mit der Linsenöffnung zu.

Korrektur der chromatischen Aberration

Optische Konstrukteure bekämpfen dies mit achromatischen und apochromatischen Verbundlinsen. Ein Achromat verbindet ein positives Kronglaselement mit einem negativen Flintglaselement, die so gewählt sind, dass sich ihre Dispersionen teilweise aufheben; dadurch werden zwei Wellenlängen (typischerweise rot und blau) in der gleichen Ebene fokussiert. Ein Apochromat verwendet drei oder mehr Elemente und bringt drei oder mehr Wellenlängen in Ausrichtung, entscheidend für farbkritische Arbeiten wie astronomische Abbildung oder Farbzerlegung in der Reprografie.

Moderne Ansätze umfassen brechzahlabgestimmte Linsenbeschichtungen und exotische Materialien wie Fluorit (Calciumfluorid) und dispersionsgünstige Spezialglassorten, die flachere Dispersjonskurven haben. Digitale Korrektur in der Nachbearbeitung kann auch laterale chromatische Aberration reduzieren, wenn das Muster bekannt ist, kann aber keine verlorenen Informationen wiederherstellen. Bei hochwertigen Teleskopen, Mikroskopobjektiven und Kinokameras wird die chromatische Aberration in Millionen-tel gemessen und als Designleistungskennwert angegeben.

Der Begriff chromatisch in der Optik bezieht sich immer auf wellenlängenabhängiges Verhalten; er ist verschieden von sphärischer Aberration, die alle Wellenlängen gleichmäßig beeinflusst, aber aus der gekrümmten Oberflächengeometrie resultiert. Hochwertige optische Systeme müssen für beide korrigiert sein, um über das Arbeitsspektrum hinweg beugungsbegrenzte Leistung zu erreichen.