Chromatische Aberration

Vergleich eines Motivs ohne und mit chromatischer Aberration, in diesem Fall einem Farbquerfehler.

Die chromatische Aberration (von griech. chroma, die Farbe und lat. aberrare, abschweifen; in der Fotografie oft abgekürzt mit „CA“) ist ein Abbildungsfehler optischer Linsen, der dadurch entsteht, dass Licht unterschiedlicher Wellenlänge oder Farbe verschieden stark gebrochen wird. Dabei entstehen in Aufnahmen besonders an Hell-Dunkel-Übergängen grüne und rote Farbsäume (Farbquerfehler), bzw. das Bild wirkt unscharf und dunstig (Farblängsfehler).

Ursache

Das Ausmaß der Lichtbrechung (Brechzahl) durch ein Medium ist von der Wellenlänge des Lichts abhängig (Dispersion). Dadurch wird in der Regel kurzwelliges Licht (blau) stärker als langwelliges (rot) gebrochen und somit ein vorher weiß erscheinendes Licht in seine Spektralfarben zerlegt. Dieser Effekt ist besonders deutlich beim Prisma zu sehen.

Farblängsfehler und Farbquerfehler

Chromatische Aberration einer Sammellinse

Im Falle einer Sammellinse führt dies zu unterschiedlichen Brennweiten für verschiedene Wellenlängen, d. h., der Blauanteil des Bildes wird vor dem Rotanteil fokussiert.

Sowohl durch ihre Lage auf der optischen Achse als auch durch ihre Abbildungsebene in der Bildebene weichen die Abbildungen der drei Grundfarben voneinander ab. Daher differenziert man bei der chromatischen Aberration zwischen einem Farblängsfehler (Achsenabweichung, oder longitudinale/axiale chromatische Aberration) und einem Farbquerfehler (die Bildebene betreffend, auch: Farbvergrößerungsfehler, oder transversale/laterale chromatische Aberration). Durch den Farblängsfehler entstehen unterschiedliche Farbränder vor und hinter der Fokusebene. Der Farbquerfehler erzeugt Farbränder an nicht radial verlaufenden Kontrastkanten, deren Farbe davon abhängt, ob es sich, von der Bildmitte aus betrachtet, um einen Hell-Dunkel-Übergang oder einen Dunkel-Hell-Übergang handelt. Der Farbquerfehler wird im Bildzentrum nicht sichtbar und nimmt zum Bildrand hin zu.

Gegenmaßnahmen

Farblängsfehler bei Offenblende

Farblängsfehler durch Abblenden reduziert, der Querfehler bleibt erhalten

Durch Kombination von Linsen aus Gläsern verschiedener Dispersion kann dieser Fehler korrigiert werden. Werden dabei die am stärksten voneinander abweichenden Wellenlängen beziehungsweise die Grundfarben Rot und Blau zusammengeführt, spricht man von einer achromatischen Korrektur oder einer achromatischen Linse, das heißt, das System hat für beide Farben dieselbe Schnittweite.

Wird zudem die Grundfarbe Grün mit den beiden anderen zusammengelegt, handelt es sich um eine apochromatische Korrektur. Damit ist der Farbquerfehler korrigiert. Dies ist nur bei sehr hochwertigen - und entsprechend teuren - optischen Systemen möglich, wie zum Beispiel bei einem apochromatischen Objektiv. Derartige Objektive führen oft, aber nicht immer, die Abkürzung „Apo“ im Namen.

Farblängsfehler können durch Abblenden des Objektivs reduziert werden. Beim Farbquerfehler ist das Verhältnis von Blendenöffnung und Ausmaß des Fehlers weniger eindeutig und von Objektiv zu Objektiv unterschiedlich.

Ein apochromatisches Objektiv, das dies ausgleichen sollte, besitzt eine größere Zahl (4-6) von Einzellinsen aus verschiedenen Glassorten. Sie haben gleiche Schnittweiten für die Wellenlängen (480 Nanometer = Cyan, 546 Nanometer = Gelb-Grün, 644 Nanometer = Rot).

In der Digitalfotografie lassen sich Farbquerfehler per elektronischer Bildverarbeitung nachträglich korrigieren, indem die verschiedenen Farbkanäle des Bildes unterschiedlich skaliert werden (etwa über einen RAW-Konverter).

Auge

Aberration

Aberration

Das menschliche Auge kann durch seine veränderliche Linse die Brennweite nur an jeweils eine Wellenlänge des einfallenden Lichtes anpassen. Kombinationen von Farben mit sehr weit auseinander liegenden Wellenlängen sind daher für das Auge unangenehm.

Chromatische Aberration kann auch beim Übergang von weißen zu dunklen Flächen beobachtet werden. Weißes Licht enthält zwar alle Farben des Spektrums, und diese werden normalerweise im Auge auch unterschiedlich abgelenkt. In der Mitte einer weißen Fläche überlagern sich diese Lichtstrahlen jedoch, weshalb man sie dann doch wieder als weiß wahrnimmt. Da diese Überlagerung am Flächenrand nicht vollständig stattfindet, ist hier ein gelber oder blauer Farbsaum zu sehen - je nach Richtung des Übergangs. Man kann diesen Effekt sehr deutlich erkennen, wenn man durch ein Prisma sieht.

Astronomie und Fernsicht

Auch die Atmosphäre verfälscht die Farbwiedergabe, da sowohl die Lichtabsorption der Luft als auch die Lichtbrechung von der Wellenlänge abhängen. Zwar interpretiert der menschliche Sehapparat die charakteristische Blaufärbung weit entfernter Objekte als Tiefeninformation, bei optoelektronischen Sensoren wäre sie jedoch als Korrektur abzubringen. Ferner tritt bei horizontnahen Gestirnen und bei atmosphärischen Halo-Erscheinungen oft ein vertikaler Farbsaum auf, weil die astronomische Refraktion bei roten und blauen Lichtanteilen unterschiedlich ist.

Literatur

• DIN ISO 15795 – April 2002: Optik und optische Instrumente - Beurteilung der Qualität optischer Systeme - Bestimmung der Auswirkung chromatischer Aberrationen auf die Abbildungsqualität.

Siehe auch

• Cooke-Triplet

Weblinks

 Commons: Chromatische Aberration – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien