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Sphärische Aberration

Optik

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Basiswissen


Samellinsen sollen parallel einfallende Lichtstrahlen in einem einzigen Punkt, dem Brennpunkt, zusammenführen. Recht einfach herzustellen sind solche Linsen mit kugelartiger Oberfläche. Diese einfache Form erreicht aber noch nicht perfekt die Bündelung der Strahlen auf einen Punkt. Der resultierende Fehler ist die sphärische Aberration. Der Effekt wurde bereits im 10ten Jahrhundert von einem islamischen Wissenschaftler beschrieben.

Wie kann der Fehler beseitigt werden?


Durch aufwändig geformtere Linsen: der kugelartigen Linsenseite (sphärisch) stellt man auf der anderen Seite eine mathematisch ermittelte hügelartige Form der Linse gegenüber. Damit kann die sphärische Aberration vollständig vermieden werden. Eine solche Linse heißt asphärische Linse ↗

Fußnoten


  • [1] 11. Jahrhundert: Boudrioua, Azzedine; Rashed, Roshdi; Lakshminarayanan, Vasudevan. Light-Based Science: Technology and Sustainable Development, The Legacy of Ibn al-Haytham. CRC Press. ISBN 978-1-351-65112-7.
  • [2] 1860: "Mängel der einfachen Glaslinse u. ihre Abhülfe. Da nur bis zu sehr geringen Größen des brechenden Winkels im Prisma die Ablenkung des Strahles diesem Winkel selbst proportional ist, so dürfen auch die sich gegenüberliegenden Theile der Kugelfläche an der L. immer nur wenig gegen einander geneigt sein, wenn alle auffallenden Strahlen nach einem Punkte abgelenkt werden sollen. Daher darf jede der beiden Flächen nur ein kleines Segment der ganzen Kugel sein, u. die Öffnung der L. darf nur wenige Grade, nicht über 12°, betragen. Bei beträchtlicher Größe werden die von der Nähe des Randes nicht nach demselben Punkte geführt, als die mittelsten, sondern schneiden sich mit ihnen vor od. nach dem vorigen Brennpunkte, u. die Fläche, welche die Gesammtheit der Durchschnitte je zweier benachbarter Strahlen bildet, heißt die Brennfläche. Hält man ein Blatt Papier in den von den abgelenkten Strahlen erleuchteten Raum, so zeigt sich auf ihm eine helle Linie, welche den Durchschnitt der Brennfläche mit der Ebene des Papiers darstellt, u. diese Linie heißt die Brennlinie (Diakaustische Curve), wenn man das Papier so hält, daß der Mittelpunkt u. Brennpunkt der L. in seine Ebene fällt. Dieselbe ist bei sphärischer Gestalt der Linsenflächen eine Epicykloide, u. man nennt diese Abweichung von einem wahren Brennpunkte, welche in gewissem Grade bei jeder L. stattfindet, die sphärische Aberration. Sie ist um so bedeutender, je größer die Öffnung der L. ist. Nur für parabolisch geschliffene L-n wird die Brennfläche u. Brennlinie zu einem wahren Brennpunkte. Da aber solche unendlich schwer zu schleifen u. doch in manchen Fällen L-n von größerer Öffnung wünschenswerth sind, so hat Brewster die Construction sogenannter Polygonallinsen vorgeschlagen." Und noch sehr ausführlich weiter. In: Pierer's Universal-Lexikon, Band 10. Altenburg 1860, S. 402-404. Online: http://www.zeno.org/nid/20010350551
  • [3] 1904: "Sphärische Aberration, sphärische Abweichung ist ein aus der sphärischen Krümmung der Flächen der Linsen und Kugelspiegel entspringender Fehler der optischen Instrumente und der von ihnen erzeugten Bilder. Er rührt daher, daß von einem parallel auffallenden Strahlenbüschel sowohl die Spiegel als auch die Linsen (letztere auch bei einfarbigem Lichte) nicht einen bestimmten Brennpunkt erzeugen. Vielmehr konvergieren bei Hohlspiegeln und Sammellinsen die vom Rande kommenden Strahlen in einem näheren Punkt der Achse als die zentralen Strahlen, das ganze Strahlenbüschel umhüllt eine katakaustische Fläche (s. Katakaustisch). Man unterscheidet auch hier eine Längenabweichung und eine Seitenabweichung wie bei der chromatischen Abweichung. Die sphärische Abweichung wächst in hohem Grade mit der Oeffnung der Spiegel, d.h. mit dem Winkel, den ein vom Kugelmittelpunkt nach dem Spiegelrand gezogener Strahl mit der Achse einschließt. Ebenso nimmt bei den Linsen die sphärische Aberration bei gegebener Krümmung der Flächen mit dem Linsendurchmesser, dessen Hälfte die Linsenöffnung heißt, oder bei gegebener Oeffnung mit der Stärke der Krümmung zu." In: Lueger, Otto: Lexikon der gesamten Technik und ihrer Hilfswissenschaften, Bd. 1 Stuttgart, Leipzig 1904., S. 10-11. Online: http://www.zeno.org/nid/20005945607
  • [4] 1908: "Alles bisher Gesagte gilt nur von Linsen mit sehr kleiner Öffnung; unter der Öffnung einer Linsenfläche versteht man nämlich den Winkel, den die von zwei gegenüberliegenden Punkten des Randes nach dem Mittelpunkte der Kugelfläche, von der die Linsenfläche ein Teil ist, gezogenen Geraden miteinander bilden. Ist die Öffnung nicht sehr klein, so werden die am Rande der L. einfallenden Strahlen verhältnismäßig stärker abgelenkt als die auf die Mitte treffenden und schneiden daher die Achse in einem Punkt G, welcher der L. näher liegt als der Brennpunkt F der mittlern oder »Zentralstrahlen«. Die stetige Reihe der Durchschnittspunkte der vom Rande nach der Mitte hin aufeinander folgenden gebrochenen Strahlen bilden eine sogen. Brennlinie (Diakaustik); eine solche L. kann daher nur undeutliche Buder liefern. Um auch die Randstrahlen nach dem Punkt F zu lenken, müßte man den Linsenflächen eine andre als die kugelförmige Gestalt geben. Man nennt daher diesen Fehler die Abweichung wegen der Kugelgestalt oder die sphärische Aberration." In: Meyers Großes Konversations-Lexikon, Band 12. Leipzig 1908, S. 581-585. Online: http://www.zeno.org/nid/20007006527