Basiswissen

Aus Linsen (z. B. Lupen) kann man optische Geräte wie Brillen, Ferngläser, Projektoren oder Fotokameras bauen. Da unterschiedliche Farben an Linsen aber unterschiedlich stark gebrochen werden, fächern sie sich oft in Bildern auf. An Rändern sieht man dann oft unerwünschte Farbeffekte. Diese nennt man chromatische Aberration. Der Effekt tritt auch im menschlichen Auge auf und wird von den nachgeschalteten neuronalen Strukturen des Gehirns dazu genutzt, Tiefeninformation zu erzeugen^[1] und die Akkommodation (Scharfstellung) des Auges zu fördern^[2]. Der zugrundeliegende physikalische Effekt ist die Dispersion.

Bildbeschreibung und Urheberrecht — Die chromatische Aberration ist eine meist unerwünschte Eigenschaft von Linsen wegen des unterschiedlichen Verhaltens von Licht verschiedener Farben beim Durchqueren von Grenzen zwischen verschiedenen optischem Medien (Dispersion). Insbesondere werden nicht alle Strahlen die von ein und demselben Punkt des Objekts ausgehen am Ende auf ein und demselben Punkt im Bild abgebildet. Man spricht von einer astigmatischen Abbildung. Der Effekt spielt zum Beispiel in den Augen von Lebewesen sowie in technisch angefertigten Linsen eine Rolle. © Gunter Heim/KI ☛

Zwei Arten

Die chromatische Aberration wird in eine longitudinale (axiale)^[3] und eine laterale (transversale)^[4] Form unterschieden. Die longitudinale chromatische Aberration entsteht durch unterschiedliche Brennweiten verschiedener Wellenlängen und führt dazu, dass Farben entlang der optischen Achse unterschiedlich scharf abgebildet werden; sie ist auch in der Bildmitte sichtbar und verändert sich beim Nachfokussieren. Die laterale chromatische Aberration beruht auf einer wellenlängenabhängigen Vergrößerung und zeigt sich als seitliche Verschiebung der Farben, die in der Bildmitte verschwindet und zum Bildrand hin zunimmt; sie bleibt durch Nachfokussieren weitgehend unverändert.

Einfache Versuche

Tischlupe

Billige Leselupen sind ideal um chromatische Aberration zu erzeugen. Man erkennt die optische Aberration daran, dass plötzlich Farben im Bild der Linse erscheinen, die man beim Betrachten des Originalgegenstandes nicht sieht.

Anleitung

Stelle eine billige Leselupe aufrecht auf den Tisch.

Du kannst dann parallel zur Tischplatte durch die Lupe blicken.

Solche Lupen haben oft Brennweiten von vielleicht 20 bis 40 cm.

Stelle in diese Entfernung eine Spielzeugfigur oder sonst ein buntes Objekt.

Betrachte das Objekt von der andere Seite aus durch die Lupe hindurch.

Eine zweite Person ändert dann den Abstand der Figur zur Lupe.

Die Richtung ist richtig, wenn die Figur dabei immer größer wird.

Irgendwann treten plötzlich unnatürliche Farbeffekte auf.

Das ist die chromatische Aberration.

Billig-Fernrohr

Bis ins frühe 18. Jahrhundert war die chromatische Aberration ein schmerzhafter Effekt beim Bau von Teleskopen. Das kann man heute leicht nachstellen. Billige Fernrohre aus einem Ein-Euro-Shop zeigen als Qualitätsmangel (dem Preis entsprechend) oft auch starke Farbeffekte am Rand eines Bildes. Man kann billige Fernrohre auch selbst simulieren, das heißt nachstellen.

Eine billiges 👉 Brennglas

Eine billige 👉 Einschlaglupe

Finde zuerst die Brennweite des Brennglases heraus. Eine einfache Möglichkeit dazu ist es, eine helle Szene, etwa ein Fenster in einen taghellen Garten oder Hof, mit dem Brennglas auf ein Blatt Papier in einem dunklen Raum zu projizieren. Der Abstand des Brennglases zum Papier, bei dem ein scharfes Bild entsteht, ist die Brennweite.

Die Brennweite einer Lupe kann man schnell und einfach feststellen, indem man den Abstand misst, bei dem eine weite entfernte Szene scharf auf eine Fläche projiziert wird. Siehe auch 👉 Lupen-Kino

Hast du die Brennweite bestimmt, nimmst du die Lupe und gehst damit ins Freie nach außen. Dort hältst du die Lupe am ausgestreckten Arm vor dein Gesicht, sodass du theoretisch die Landschaft in größerer Entfernung hindurch sehen könntest. Dann nimmst du die Einschlaglupe, hältst sie direkt an eines deiner zwei Augen und bewegst sie genau an die Stelle, wo die Lupe ein Bild auf ein Papier werfen würde. Dort wirst du durch die Einschlaglupe ein sehr stark vergrößertes Bild der Landschaft sehen. Das Licht von den originalen Gegenständen geht durch beide Lupen hindurch und erzeugt so das Riesenbild. Wenn beide Lupen ausreichend schlecht gefertigt sind, wirst du jetzt sehr deutlich starke Farbeffekte, die chromatische Aberration sehen.

Ein-Linsen-Mikroskop

In der Frühzeit des Mikroskopierens, etwa von 1590 bis 1675, war die chromatische Aberration eines der großen Probleme, um gute Bilder von kleinen Dingen zu erhalten. Jede weitere Linse in einem Mikroskop verstärkte den Effekt. Vergrößerungsfaktoren von 30 bis knapp über 40 waren die Obergrenze. Der Niederländer Antoni van Leeuwenhoek hatte dann eine Methode gefunden, extrem kleine Glaslinsen so herzustellen, dass er mit seinen simpel aber hochwertig gebauten Mikroskopen Vergrößerungen bis zum Faktor 275 erreichte. Siehe auch 👉 Ein-Linsen-Mikroskop

Historisch

Im Jahr 1672, in Frankreich residierte Ludwig der XIV als Sonnenkönig, schrieb der gerade erst 30 Jahre alte Isaac Newton einen Brief an die Royal Society in London.^[6] In dem Brief schilderte Newton erst ausführlich Versuche aus dem Jahr 1666, in denen er in einem abgedunkelten Raum das Licht der Sonne durch ein Loch mit einem Durchmesser von einem Viertel Zoll über ein optisches Prisma auf eine 22 Fuß entfernte Wand projizierte. Dabei hatte Newton entdeckt, dass verschiedene Farbanteile des Sonnenlichts unterschiedlich stark gebrochen, das heißt abgelenkt werden. Rotes Licht wird sehr viel weniger in seiner Richtung verändert als etwa blaues Licht. Newton erkannte, dass dieser Umstand die optische Qualität von Fernrohren erheblich beeinträchtigen würde.

ZITAT:

Isaac Newton 1672: "[…] I saw, that the perfection of Telescopes was hitherto limited, not so much for want of glasses truly figured according to the prescriptions of Optick Authors, (which all men have hitherto imagined,) as because that Light it self is a Heterogeneous mixture of differently refrangible Rays. So that, were a glass so exactly figured, as to collect any one sort of rays into one point, it could not collect those also into the same point, which having the same Incidence upon the same Medium are apt to suffer a different refraction. Nay, I wondered, that seeing the difference of refrangibility was so great, as I found it, Telescopes should arrive to that perfection they are now at. For, measuring the refractions in one of my Prismes, I found, that supposing the common sine of Incidence upon one of its planes was 44 parts, the sine of refraction of the utmost Rays on the red end of the Colours, made out of the glass into the Air, would be 68 parts, and the sine of refraction of the utmost rays on the other end, 69 parts: So that the difference is about a 24th or 25th part of the whole refraction. And consequently, the object-glass of any Telescope cannot collect all the rays, which come from one point of an object so as to make them convene at its focus in less room then in a circular space, whose diameter is the 50th part of the Diameter of its Aperture; which is an irregularity, some hundreds of times greater, then a circularly figured Lens, of so small a section as the Object glasses of long Telescopes are, would cause by the unfitness of its figure, were Light uniform."^[6]

Fußnoten

[1] "Obwohl das natürliche Auge wie auch künstliche Intraokularlinsen (IOL) deutliche chromatische Aberrationen (unterschiedliche Brechung unterschiedlicher Wellenlängen bzw. Farben) aufweisen, muss diese nicht berücksichtigt werden, da die Farbrezeptoren der Retina sowie die nachfolgende neuronale Bildverarbeitung des Gehirns diese nutzt, um die Schärfentiefe zu erweitern." In: Wilhelm Stork: Optische Abbildungsfehler und Abbildungsqualität. Institut für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV). Universität Karlsruhe. Abgerufen am 1. April 2026. Online: https://www.itiv.kit.edu/3366.php

[2] "How does the visual system know when to accommodate or disaccommodate and by how much? Researchers have been trying to answer to this fundamental question for a long time, and still there is not a completely satisfactory answer. It is well known that the visual system makes use of information from the outside world, such as the intensity and wavelength of light reflected from objects, as well as information about the interaction of light with the optics of the eye itself, such as the effects of inaccurate refraction and chromatic dispersion. This information that the visual system uses in order to change the accommodation state accordingly is typically referred to as “cues” for accommodation." In: Del Águila-Carrasco AJ, Kruger PB, Lara F, López-Gil N. Aberrations and accommodation. Clin Exp Optom. 2020 Jan;103(1):95-103. doi: 10.1111/cxo.12938. Epub 2019 Jul 8. PMID: 31284325; PMCID: PMC6911823. Online: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6911823/

[3] Die "axiale oder longitudinale chromatische Aberration" wird im Zusammenhang mit der Fotografie beschrieben als "Farblängsfehler, auch axiale oder longitudinale chromatische Aberration genannt, entstehen oft, wenn Bilder mit großer Blendenöffnung gemacht werden (niedrige Blendenzahl)." In: Was ist eine chromatische Aberration, und wie lässt sie sich korrigieren? Hilfeseiten zum Bildbearbeitungsprogramm Photoshop von Adobe. Abgerufen am 7. Juni 2026. Online: https://www.adobe.com/de/creativecloud/photography/discover/chromatic-aberration.html

[4] Die "laterale oder transversale chromatische Aberration" wird im Zusammenhang mit der Fotografie beschrieben als "Farbquerfehler, auch als laterale oder transversale chromatische Aberration bezeichnet, sind blau-gelbe oder rot-grüne Saumbildungen […]" In: Was ist eine chromatische Aberration, und wie lässt sie sich korrigieren? Hilfeseiten zum Bildbearbeitungsprogramm Photoshop von Adobe. Abgerufen am 7. Juni 2026. Online: https://www.adobe.com/de/creativecloud/photography/discover/chromatic-aberration.html

[5] Im frühen 18. Jahrhundert war die chromatische Aberration ein großes Problem: "The primary limitation of the image quality that was produced with early telescopes was chromatic aberration of the objective lens. […] For a given focal length lens and glass type, the only method to reduce the blur was to use a lens with a small diameter or to use an aperture to reduce the effective lens diameter. […] There was a tradeoff between resolution and light collecting ability, and most handheld telescopes of this era had very small objective lenses, often with an effective aperture diameter of 10-15 mm." In: John E. Greivenkamp, David L. Steed: The History of Telescopes and Binoculars: An Engineering Perspective. Plenary Paper. College of Optical Sciences, University of Arizon. 2012. Online: https://wp.optics.arizona.edu/jgreivenkamp/wp-content/uploads/sites/11/2015/01/Binoculars-and-Telescopes-Proceedings-8129.pdf

[6] A Letter of Mr. Isaac Newton … containing his New Theory about Light and Colors’, Philosophical Transactions of the Royal Society, No. 80 (19 Feb. 1671/2), pp. 3075-3087