Astronomie für Amateuerastronomen 23:38:51h - 21.08.2017

Abbildungsfehler von Optiken

Ephemeriden im Online-Planetarium



Unter Abbildungsfehlern versteht man die Abweichungen von der idealen optischen Abbildung, die einer Verminderung der Bildqualität mündet. Insbesondere in der optischen Astronomie schreibt man diesen Fehlern eine große Rolle zu, da sie die Leistungsfähigkeit astronomischer Optiken senken.

Die sphärische Aberration, oder auch Öffnungsfehler, ist ein Fehler, der auftritt, wenn die Optik die Strahlen am Rand in einer anderen Entfernung fokussiert als auf der Achse. Somit treffen sich nicht alle Strahlen in der gleichen Brennebene. Das Resultat ist ein verschwommenes Bild, das an Kontrast verliert. Dieser Optikfehler ist häufig bei sphärisch geschliffenen Optiken zu beobachten.

Der Gaußfehler ist die Abhängigkeit des Öffnungsfehler von der Wellenlänge des eintretenden Lichtes.

Die chromatische Aberration, oder auch der Farblängsfehler (ebenso als Blausaum bekannt), ist auf die unterschiedlichen Brechungsindices des Lichtes bei verschiedenen Wellenlängen zurückzuführen (die sogenannte Dispersion). Daher kommt es, dass die unterschiedlichen Farben des Lichtes beim Durchgang durch eine Linse zwangsweise unterschiedlich stark gebrochen werden und damit nicht zusammen in einem Brennpunkt vereinigt werden können. Im resultierendem Bild macht sich der Fehler als farbiger Saum um helle Objekte bemerkbar, bis hin zu einer Überlagerung von "Geisterbildern" verschiedener Farben. Dies ist ein grundsätzliches Problem aller Refraktoren (Reflektoren sind nicht betroffen, da die Reflektion keine Wellenlängenabhängigkeit aufweist), dass nur durch komplexe Anordnungen von mehreren Linsen, durch die Verwendung von Spezialgläsern (zum Beispiel ED- und Fluoritgläser) oder durch eine im Vergleich zum Öffnungsdurchmesser lange Brennweite zu minimieren ist. Das klassische Fraunhofer-Objektiv als Zweilinser ist bei kurzen Brennweiten sehr stark von diesem Fehler betroffen und wurde deswegen Ursprünglicherweise nur mit sehr langen Brennweiten gefertigt (beginnend bei f/15 und noch weniger für größere Öffnungen). Der Farbfehler hat eine Herabsetzung von Kontrast und des Auflösungsvermögen zur Folge.


Die Koma kann sowohl bei Refraktoren wie auch bei Reflektoren gefunden werden, ist aber besonders ein Problem der Zweiteren. Hierbei werden achsferne Punkte asymmetrisch gebündelt, so dass es zur Abbildung eines Schweifs kommt, der dem eines Kometen ähnlich ist. Das Auftreten auf der Achse ist dabei ein Indiz für eine mangelnde Kollimation der Optik, da die Koma nur punktsymmetrisch zur Achse auftreten und zum Rand hin zunehmen sollte. Durch lange Brennweiten kann die Koma verringert werden.

Der Astigmatismus sorgt dafür, dass schräg einfallende Strahlen auf der Bildebene nicht korrekt gebündelt werden. Es kommt dabei zu einer elliptischen Deformation von punktförmigen Abbildungen. Bei einem Wechsel von einem intrafokalem und einem extrafokalem Bild (und vice versa) lässt sich dabei eine Rotation der Ellipse um 90° beobachten.

Die Verzeichnung ist die Abhängigkeit der Vergrößerung von der Entfernung zur Achse. So kann es dazu kommen, dass ein Quadrat als Kissen – genannt kissenförmige Verzeichnung – dargestellt wird, da, vorausgesetzt das Quadrat liegt genau auf der Achse, die Kanten näher an der Achse sind, als die Ecken, und so unterschiedlich stark vergrößert werden. Beim gegenteiligem Fall spricht man von einer tonnenförmigen Verzeichnung.

Die Vignettierung oder Randabschattung ist ein Optikfehler, der eine Helligkeitsabnahme der äußeren Bereiche einer Abbildung beschreibt. Verursacht wird die Vignettierung durch eine mangelnde Ausleuchtung.

Bei der Bildfeldwölbung werden die Abbildungen zum Rand hin unscharf. Verursacht wird dies durch eine gekrümmte Brennebene, die dazu führt, dass achsnahe und achsferne Abbildungen nicht gleichzeitig scharfgestellt werden können.

Durch die Obstruktion, oder auch Zentralabschattung, kommt es bei Spiegelteleskopen mit im Strahlengang liegenden Fangspiegeln (z.B. beim Newton-Teleskop) zu einer zentralen Abschattung der Abbildung sowie störenden Beugungserscheinungen. So kommt es dazu, dass die Intensitäten der Nebenmaxima des Beugungsscheibchens wachsen und die des Hauptmaximums sinkt. Dies hat eine Herabsetzung von Kontrast und Auflösungsvermögen zur Folge, der von der Größe des im Strahlengang liegenden Objektes abhängt. Durch die sogenannte Fangspinne, die den Fangspiegel im Strahlengang hält und im Amateurbereich eine Konstruktion aus in der Regel drei bis vier symmetrisch liegenden Befestigungsstangen darstellt, kommt es zur Ausbildung von sogenannten Spikes. Dadurch kommt es bei der Abbildung von punktförmigen Objekten zur Ausbildung von spitzen Ausläufern die wie Zacken aus dem Punkt herausragen. Dies Problem kann aber durch spezielle Fangspinnen-Konstruktionen minimiert werden.


Um die Qualität einer Optik einschätzen zu können, werden verschiedene Kenngrößen zur Beurteilung herangezogen.

Der PV-Wert, kurz für Peak to Valley, gibt die maximale Abweichung von der Idealform an. Er gibt also die Differenz vom höchsten Erhebung bis zur tiefsten Vertiefung an. In aller Regel verwendet man dabei als Maßeinheit λ, der Wellenlänge des verwendeten Lichts (meist wird mit einem Helium-Neon Laser gearbeitet, so dass λ = 632 nm).

Wichtig ist hierbei, dass ein hoher Wert nicht automatisch auf eine schlechte Qualität der Optik schließen lässt. Ein Spiegel könnte im schlechtesten Fall überall die perfekte Form haben, bis auf eine relativ große Erhebung am Rand, womit der PV-Wert recht groß wäre, ohne eine merkliche Einbußung der Abbildungsqualität mit sich zu führen. Ein sehr kleiner PV-Wert sagt aber zwangsweise eine hohe Qualität einer Optik voraus. In der Regel reicht der PV-Wert aber nicht zur Bewertung einer Optik, so dass noch andere Kriterien herangezogen werden müssen.

Der RMS-Wert, kurz für Root Mean Square, beschreibt die mittlere quadratische Abweichung von der Idealform. Dadurch wird die gesamte Fläche erfasst, so dass sich dieser Wert gut zur Beurteilung einer Optik eignet.

Der Strehl-Wert beschreibt, wie viel des in einem Beugungsscheibchen enthaltenem Lichts in der Airy-Disc gesammelt wird. Ein Wert von z.B. 0,9 bedeutet, dass 90% des Lichtes im zentralen Hauptmaximum zu finden sind. Damit entspricht das theoretisch erreichbare Maximum 1,0. Eine Optik gilt im allgemeinen als beugungsbegrenzt, wenn sie einen Strehl-Wert von mindestens 0,8 hat. Gute bis sehr gute Optiken schaffen auch Werte von 0,9, bzw. 0,95, kosten aber dementsprechend mehr.


Anzeigen




Geben Sie Ihre Standortinformationen für den vollständigen Funktionsumfang an.

Seite wird geladen...

Berechnungen in 0.000 Sekunden ausgeführt
© 2006 - 2011 Christian Zielinski — Alle Rechte vorbehalten