Kurz & knapp
Die sphärische Aberration (Öffnungsfehler, Kugelgestaltsfehler) ist ein Abbildungsfehler, bei dem Strahlen durch den Linsenrand früher fokussieren als Strahlen durch die Mitte. Das Ergebnis ist ein Bild ohne scharfen Brennpunkt, das weich und kontrastarm wirkt.
Inhalt
Eine ideale Linse müsste nicht kugelförmig, sondern asphärisch geschliffen sein, um alle parallel einfallenden Strahlen in einem Punkt zu bündeln. Die einfache, leicht herzustellende Kugelfläche liefert das nicht: Am Rand ist die Brechung zu stark, die Strahlen kreuzen die Achse vor dem eigentlichen Brennpunkt. Die Folge ist ein kleiner Unschärfefleck statt eines Punktes.
Wo der Fehler im Mikroskop auftritt
Je größer die Öffnung des Objektivs, desto größer der Anteil randnaher Strahlen und desto stärker die Wirkung. Objektive mit hoher numerischer Apertur brauchen deshalb aufwändige Korrektur durch mehrere Linsen. Eine zusätzliche Quelle ist das Deckglas: Die Objektive sind für 0,17 mm Dicke gerechnet. Weicht die Glasdicke oder der Brechungsindex ab, tritt bei hoher Apertur verstärkt sphärische Aberration auf. Bis zu einer Apertur von etwa 0,30 bleibt das meist unauffällig.
Gegenmaßnahmen
- Abblenden: Die Aperturblende hält Randstrahlen zurück, bis zur sogenannten kritischen Blende steigt das Auflösungsvermögen dann sogar.
- Linsenkombinationen: Sammel- und Zerstreuungslinsen gleichen sich aus. Das Aplanat-Prinzip korrigiert den Fehler ebenfalls.
- Asphärische Flächen: Leichte Abweichungen von der Kugelform verbessern die Bündelung.
- Korrekturring: Hochwertige Objektive besitzen einen Ring für Deckglasdicken zwischen etwa 0,14 und 0,18 mm.
Praxisbeispiel
Du betrachtest bei 400-facher Vergrößerung ein Präparat mit einem verkratzten, zu dicken Deckglas. Das Bild bleibt trotz Feinfokus weich, dunkle Konturen haben einen Schleier. Ein Wechsel auf ein sauberes Deckglas mit 0,17 mm Stärke bringt oft sofort mehr Kontrast. Gleiches gilt, wenn Du zwei Deckgläser übereinander legst: Die Gesamtdicke verdoppelt sich auf rund 0,34 mm, und selbst ein Achromat liefert dann kaum noch eine scharfe Abbildung.
Der Fehler in Lupen und Kameras
Nicht nur Mikroskopobjektive sind betroffen. Auch einfache Lupen mit nur einer dicken Linse zeigen sphärische Aberration, besonders am Linsenrand. Dort wirkt das Bild verzerrt und unscharf, während die Mitte gut bleibt. Hochwertige Lupen setzen deshalb mehrere Linsen ein oder begrenzen das nutzbare Sichtfeld. In Kameraobjektiven sinkt der Fehler mit zunehmender Abblendung, deshalb liefern viele Objektive bei Blende 5,6 bis 8 die schärfsten Bilder. Ein Mikroskopobjektiv lässt sich nicht beliebig abblenden, da die Auflösung dadurch ebenfalls sinkt.
Tipp: Bei schwachen Vergrößerungen musst Du Dir keine Gedanken machen. Der Fehler spielt erst ab starker Vergrößerung und hoher Apertur eine Rolle.
Die sphärische Aberration ist von der chromatischen Aberration zu unterscheiden. Diese hängt von der Wellenlänge ab, die sphärische Variante entsteht dagegen auch bei einfarbigem Licht. Beide Fehler zusammen bestimmen, wie viel Qualität ein Objektiv bei gegebener Öffnung liefert.
Verwandte Begriffe
Objektive unterschiedlicher Korrekturklassen erläutert der Ratgeber Okulare und Objektive.
Häufige Fragen
Was ist sphärische Aberration einfach erklärt?
Eine Kugellinse bündelt Randstrahlen stärker als Strahlen nahe der Mitte. Dadurch laufen nicht alle Strahlen in einem Punkt zusammen, das Bild ist unscharf.
Warum ist die Deckglasdicke wichtig?
Das Deckglas liegt im Strahlengang. Abweichungen von 0,17 mm verursachen bei hoher numerischer Apertur zusätzliche sphärische Aberration.
Hilft Abblenden dagegen?
Ja, die Aperturblende hält Randstrahlen zurück und senkt den Fehler. Zu stark abgeblendet verliert das Bild allerdings Auflösung durch Beugung.
Quellen
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