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Wissenschaftler entdeckt Formel zur Korrektur der sphärischen Aberration

Abbildungsfehler, die zu Randunschärfe führen, sollen mit einer neuen Formel korrigiert werden können. Allerdings ist das schon heute möglich.

In einem wissenschaftlichen Paper der Optical Society OSA haben drei Physiker eine Formel veröffentlicht, mit der Linsen in einer speziellen Geometrie gebaut werden können, die keine sphärische Aberration verursacht.

Was ist überhaupt sphärische Aberration?

Die sphärische Aberration ist ein Abbildungsfehler bei optischen Linsen und damit auch bei Foto-Objektiven. Durch die Krümmung der Linse werden Lichtstrahlen am Rand nicht ganz korrekt umgeleitet. Theoretisch sollten im Schema unten alle Strahlen am gleichen Punkt kreuzen, was aber nicht der Fall ist. Dies führt dazu, dass das Bild im Randbereich weniger scharf ist als in der Mitte – zumindest bei offener Blende.

Quelle: wikimedia.org/DrBob

Die Lösung

Wenn du diesem Artikel glaubst, kam einem der Autoren, Rafael G. González-Acuña, beim Streichen eines Nutellabrots folgende Formel in den Sinn:

Damit soll angeblich ein Problem gelöst worden sein, an dem sich seit den Alten Griechen immer wieder Wissenschaftler die Zähne ausgebissen haben.

Was ich nicht verstehe (abgesehen von der Formel natürlich): Es gibt schon seit Jahrzehnten asphärische Linsen und damit Objektive, die keine sphärische Aberration aufweisen. Sie sind sogar sehr häufig und keineswegs unbezahlbar. Hier nur drei von unzähligen Beispielen:

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Praktischer Vorteil?

Inwiefern die neue Lösung nun besser ist, habe ich auf die Schnelle nicht herausgefunden. Falls du es weisst, schreib bitte einen Kommentar. Vielleicht lassen sich mit der neuen Erkenntnis günstigere asphärische Objektive bauen. Wenn diese Linsen allerdings so aussehen, wie in diesem Schema skizziert, habe ich meine Zweifel, ob sie günstig in der Herstellung sind.

Wie immer bei solchen Forschungsergebnissen: Der praktische Nutzen wird erst in ein paar Jahren sichtbar. Oder eben nicht.

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David Lee, Zürich

  • Senior Editor
Durch Interesse an IT und Schreiben bin ich schon früh (2000) im Tech-Journalismus gelandet. Mich interessiert, wie man Technik benutzen kann, ohne selbst benutzt zu werden. Meine Freizeit ver(sch)wende ich am liebsten fürs Musikmachen, wo ich mässiges Talent mit übermässiger Begeisterung kompensiere.

18 Kommentare

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User bebbi90

Die Linse sieht aus wie ein um 90° gedrehter Schnurrbart ¯\_(ツ)_/¯

08.07.2019
User Anonymous

It's a me, linse

09.07.2019
User Factions_mm

Die neue Like a Sir Linse :)

11.07.2019
Antworten
User marcovara2

Die Formel ist doch absichtlich so unglaublich kompliziert, damit nie jemand auf die blöde Idee kommt zu überprüfen, ob sie wirklich stimmt :)

08.07.2019
User Simon Ruckli

Du findest die kompliziert?
:D

09.07.2019
User Theo-Technic

"Kompliziert" ist relativ ;)

09.07.2019
User marcovara2

Ok, hab mir die Formel nun genauer angeschaut. Die Antwort lautet 42 :)

09.07.2019
User Dotx

I see, you're a man of culture

10.07.2019
Antworten
User mstef

Dieser Mann hat lediglich ein mathematisches Problem gelöst, kein physikalisches Problem. Auf der Abbildung sieht man klar, dass er auf ein Punkt referenziert, bei Objektiven muss man aber auf Unendlich Referenzieren, denn wir schauen ja auf unendlich. Damit man flächig die sphärische Aberration eliminert kann, reicht es nicht aus, auf eim Punkt zu fokussieren. Es muss auch die abbesche Sinusbedingung erfüllt sein. Diese Formel wird leider kein Objektiv verbessern. Dennoch hat dieser Mann ein mathematisches Problem gelöst, was auch nicht schlecht ist für Grundlagenforschungen usw. Praktischer Nutzen -> leider keiner.

09.07.2019
User Dakine808

Sieht nach einem interessanten Bokeh aus...

09.07.2019
Antworten
User Intarisgmbh

Eine Linse mit absolut keine Aberration gibt es nicht. Alles eine frage der Messungenauigkeit und Toleranz.

08.07.2019
User Intarisgmbh

Ich beziehe mich auf folgender Text im Artikel die ich als falsch sehe:
Was ich nicht verstehe (abgesehen von der Formel natürlich): Es gibt schon seit Jahrzehnten asphärische Linsen und damit Objektive, die keine sphärische Aberration aufweisen. Sie sind sogar sehr häufig und keineswegs unbezahlbar.

08.07.2019
User Anonymous

Der Trick an der Linse ist wohl, das die Form es erlaubt eine EINZIGE Linse ohne asphärische Abberationen und OHNE STIGMATISMUS (i.e. was bei anderen Linsen dann als Randunschärfe auftritt) vereint. Das ganze aber nur für eine Wellenlänge des Lichtes, chromatische Abberationen muss man auch bei dieser Linse noch mit weiteren Elementen korrigieren.

Falls die Linsengeometrie vernünftig ökonomisch herrstellbar wäre (was ich auf Grund der Geometrie in den Abbildungen aber eher für unwahrscheinlich halte) könnten damit wohl Objektive mit viel weniger Linsenelementen hergestellt werden als bisher.

Fotoobjektive sind aber auch heute noch grösstenteils aus sphärische Elemente aufgebaut, da diese auf Grund der schönen Geometrie am einfachsten und billigsten in der gewünschten Oberflächenqualität herstellbar sind. Meistens sind nur wenige asphärische Elemente verbaut.

08.07.2019
User Anonymous

Und die Reduktion der Linsenelemente hätte weitreichende Folgen: Lichtstärkere Objektive mit weniger Elementen bei geringerem Gewicht und kleineren Abmessungen!

09.07.2019
User rem3_1415926

Frei übersetzt: Raumfahrt. Und ansonsten kann es sich sowieso niemand leisten...

10.07.2019
Antworten
User rogerleema

Ich habe leider die Original-Arbeit nicht gelesen da kostenpflichtig (35$), aber im Abstract stand, dass man mit der Formel zu einer frei wählbaren (gewisse Bedingungen müssen eingehalten werden: "continuous and such that the rays inside the lens do not cross each other") ersten Linsenfläche eine zweite Linsenfläche berechnen kann, dank der die ganze Linse frei von spährischen Aberrationen wird. Die gezeigte Schnauzform scheint also nur ein Beispiel zu sein. Interessant wäre zu sehen, wie die zweite Fläche aussehen muss, wenn die erste Fläche zB sphärisch ist.

16.07.2019
User pierre-etienne

Les objectifs actuels sont composés de plusieurs lentilles dont certaines sont utiles uniquement pour la correction de cette déformation sphérique. D'avoir une lentille comme celle présentée serait sûrement plus chère à produire mais cela permettrait en théorie d'avoir des objectifs avec moins de lentilles dont plus léger et plus compact.

18.07.2019
User pascalbenz

Ich hab ehrlich gesagt schon immer grosse Mühe, überhaupt irendwelche Abbildungsfehler an den Rändern zu entdecken, für die man derart grossen Aufwand betreiben muss... Scheint mir ein First World-Problem

10.07.2019