Chromatische Aberration von Objektiven optische Grundlagen

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Chromatische Aberration

Der chromatische Längsfehler, auch chromatische Aberration genannt, ist zunächst einmal ein normaler Effekt, der an allen sphärischen Linsen auftritt. Der Effekt der Lichtbrechung eines Primas beruht auf diesem Effekt: Die Lichtbrechung hängt von der Wellenlänge, also von der Farbe des verwendeten Lichts ab, der Brennpunkt einer Linse verschiebt sich je nach Wellenlänge.

Chromatischer Längsfehler


Diese Fokusdifferenz führt zu Farbsäumen im Bild, vor allem bei extrem harten Kontrasten eines Hell-Dunkel-Musters. Es führt zu farbigen Verläufen an den Kantenrändern, aber auch zu einer Kontrastminderung im Bild aufgrund der unscharfen Abbildung.

Chromatischer Fehler :: Weißes Licht eingekoppelt in ein nicht korrigiertes Linsensystem. Vor allem am Bildrand zeigt sich ein starker Farbfehler.  

Gerade bei extremen Weitwinkeloptiken und dem Einsatz von verschieden farbigen Beleuchtungen führt dies zu deutlich verkleinerten oder vergrößerten Abbildungen, da die Brennpunkte (und damit die Brennweite des Objektivs) sich verschieben.

Die Korrektur dieses Fehlers kann durch Abblenden des Objektivs gemildert werden, da dadurch mehr Tiefenschärfe entsteht und sich diese Zonen der Unschärfemuster verkleinern.
Konstruktiv lässt sich dieser Fehler durch die Gruppierung von zwei Linsenelementen, so genannter Dichromaten korrigieren. Eine hoch brechende Zerstreuungslinse und niedrig brechende Zerstreuungslinse heben sich dann in ihrer Wirkung des Farblängsfehlers wieder gegenseitig auf. Alternativ können auch sehr teure asphärische Linsen eingesetzt werden.

Korrektur chromatischer Längsfehler

 

Der Farbquerfehler hat die gleiche Ursache wie der Farblängsfehler und tritt bei randnahen Lichtstrahlen auf. Die unterschiedlich farbigen Bildteile treten unterschiedlich groß auf. Dieser Fehler kann durch Abblenden nicht korrigiert werden.



Farbkorrigierte Objektive

Besonders bei Farbanwendungen ist es wichtig, dass keine Farbfehler im Bild aufteten. Farbkorrigierte Objektive legen von Ihrer optischen Konstruktion großen Wert auf die Vermeidung von chromatischer Aberration. Ist das Objektiv für die zwei Farben Blau und Rot korrigiert, spricht man von Achromaten. Wurden die Objektive für blaues, grünes und rotes Licht zur Vermeidung von Farbfehlern optimiert, spricht man von Apochromatischer Korrektur. Sie merken in der Praxis recht schnell, ob Ihr Objektiv diesbezüglich korrigiert wurde. Beleuchten Sie mit rotem Licht und stellen das Bild scharf. Wechseln Sie nun das Licht und nehmen eine blaue Beleuchtung. Falls das Bild unscharf wurde und Sie nachfokussieren mussten, ist Ihr Objektiv nicht besonders korrigiert. Noch extremer ist die Verschiebung des Brennpunktes beim Einsatz einer IR-Beleuchtung. Für diese Anwendungen gibt es spezielle IR-Objektive.


Wichtig für die industrielle Bildverarbeitung

  • Der chromatische Längsfehler lässt sich etwas durch Abblenden der Optik kompensieren, der chromatische Querfehler leider nicht. Bitte etwas Abblenden!
  • Auch bei einem Monochromkamerasystem ist dieser Fehler im Bild sichtbar, allerdings nicht als Farb- sondern als Grausaum sichtbar. Ist der Einsatz von weißem Licht nicht zwingend erforderlich, kann in diesem Fall mit farbigem monochromatischem LED-Licht gearbeitet werden. Ein chromatischer Längsfehler kann so gar nicht mehr entstehen.
  • Kaufen Sie sich eine vernünftige Optik, die vom Lens Design her möglichst viele Fehler korrigiert hat.

 

 
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