Apertur

Eine Aperturblende bestimmt den Durchmesser, durch welche die Lichtstrahlen auf einen Bildsensor oder Film fallen.

Auswirkung verschiedener Blendenöffnungen: Bei der Blendenzahl 11 hat man eine kleine Blendenöffnung, eine lange Belichtungszeit und eine hohe Tiefenschärfe (links). Bei der Blendenzahl 1,4 hat man eine große Blendenöffnung, eine kurze Belichtungszeit und eine geringe Tiefenschärfe (rechts).

Apertur (A) von lateinisch apertura für Öffnung, bezeichnet in der Optik die freie Öffnung, oder deren Durchmesser, durch welche die Lichtstrahlen ausgesendet oder empfangen werden.

Das bestimmende Bauteil wird Aperturblende genannt und ist in der Fotografie oft mit Hilfe einer Irisblende mechanisch verstellbar. Das Verhältnis von der Brennweite eines optischen Systems zu dessen Öffnungsweite wird durch die Blendenzahl dargestellt. Das objektseitige Bild der Apertur wird Eintrittspupille genannt, das bildseitige Austrittspupille. Bei Spiegelteleskopen bezeichnet die Apertur die Querschnittsfläche des Hauptspiegels.

Wegen der Wellenbeugung hängt die Winkelauflösung vom Durchmesser im Verhältnis zur Wellenlänge der verwendeten Strahlung ab.

Dies gilt nicht nur für Licht, sondern auch für andere elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen, wie sie für die Radioastronomie und für Radar verwendet werden. Bei solchen Wellenlängen entspricht die Antennenwirkfläche der Apertur in der Optik, weshalb die Antennenwirkfläche im Englischen aperture genannt wird.

Die Lochfläche der Blende eines Fotoapparats, oder optischen Teleskops bestimmt, wie viel Licht auf den Sensor oder den Film eines fällt und damit, wie lang belichtet werden muss.

Bei einer Antenne entspricht die Apertur im Sinne der Bedeutung „Öffnung“ der Antennenfläche. Das englische Wort aperture wird als Antennenwirkfläche übersetzt. Je größer diese Fläche ist, desto mehr Signalleistung empfängt die Antenne, umso besser ist das Signal-Rausch-Verhältnis. Ein Signal-Rausch-Verhältnis (S/N) kann man auch für das elektrische Signal am Sensor (z. B. der CCD-Sensor) eines Fotoapparates angeben kann. Dort bestimmt das S/N, wie verrauscht das aufgenommene Bild sein wird.

Ist die Antenne rund wie bei der Parabolantenne, so bestimmt ihr Antennen-Durchmesser das Auflösungsvermögen z. B. des damit ausgestatteten Radioteleskops. Ist die Antenne rechteckig, so bestimmt die Länge der Kante in einer Dimension das Auflösungsvermögen in dieser Dimension. Die Länge der anderen Kante bestimmt das Auflösungsvermögen in der anderen Dimension, z. B. bei einer Radarantenne.

Eine Radarantenne mit dem 1000-fachen Durchmesser der menschlichen Pupille hat lediglich ein Zehntel des Auflösungsvermögens, weil die Wellenlänge des Radars 10.000-mal so groß ist wie die des sichtbaren Lichts (für die quantitative Beziehung siehe Rayleigh-Kriterium).

Durch kohärente Überlagerung lassen sich mehrere Aperturen auflösungssteigernd kombinieren; für Beispiele im optischen Bereich siehe die Kategorie Interferometrisches Teleskop. Durch die im Radiofrequenzbereich gegebene Möglichkeit kohärenter Signalverarbeitung lassen sich auch weit entfernte Aperturen kombinieren, siehe Langbasisinterferometrie, und aus dem Signal einer gegenüber einem starren Objekt bewegten Antenne eine synthetische Apertur berechnen.

Die Fläche der Apertur (z. B. einer Flächenantenne oder eines Teleskops) bestimmt die aus einer ebenen Welle aufgenommene Leistung. Diese verteilt sich bei einer abbildenden Optik auf die Fläche des Bildes, dessen Größe mit der Brennweite zunimmt, sodass das Verhältnis Aperturdurchmesser/Brennweite als Lichtstärke des Objektivs bezeichnet wird. Dass bei formal gleicher Lichtstärke eine Handykamera bei schwachen Lichtverhältnissen einer größeren Kamera unterlegen ist, liegt vor allem daran, dass sie durch die kleinere Fläche der Apertur weniger Licht einfangen kann.

Dieses Verhältnis, genauer: die numerische Apertur, bestimmt auch die räumliche Auflösung einer fokussierenden Optik, etwa eines Mikroskops, im Verhältnis zur Wellenlänge.

Literatur

Über Apertur in der Optik:

• Eugene Hecht: Optik. 4. Auflage. Oldenbourg, München 2005, ISBN 3-486-27359-0.
• Bruno P. Kremer, Horst Bannwarth: Einführung in die Laborpraxis, Basiskompetenzen für Laborneulinge. 4., bearbeitete und erweiterte Auflage. Springer, Berlin 2018, S. 199–200.

Über Apertur in der Hochfrequenztechnik:

• Klaus Karg: Antennen und Strahlungsfelder, 10. Auflage, Springer Fachmedien-Verlag, Wiesbaden 2025, ISBN 978-3-658-49996-9