Das Einmaleins der Optik: Abbildungsfehler fotografischer Objektive verstehen

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Kein optisches System ist perfekt. Jedes Objektiv – egal ob moderner High-Tech-Riese oder geschätzter Vintage-Klassiker – ist physikalischen Grenzen unterworfen. Wenn Lichtwellen Glaselemente passieren, werden sie gebrochen. Dabei entstehen Abweichungen zwischen der Realität und dem projizierten Bild auf dem Kamerasensor: die sogenannten Abbildungsfehler (Abbildungsaberrationen).

Man unterscheidet grundlegend zwischen monochromatischen Fehlern (die auch bei einfarbigem Licht auftreten) und chromatischen Fehlern (Farbfehlern, die durch die unterschiedliche Brechung verschiedener Wellenlängen entstehen).

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Hier ist die detaillierte Übersicht der wichtigsten Phänomene:

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Sphärische Aberration (Öffnungsfehler)

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Die sphärische Aberration entsteht durch die Geometrie der Linsen. Klassische Linsenelemente besitzen eine kugelförmige (sphärische) Oberfläche, da diese in der Herstellung am einfachsten zu schleifen ist.

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• Die Ursache: Lichtstrahlen, die durch die äußeren Randbereiche einer sphärischen Linse fallen, werden stärker gebrochen als Strahlen, die nahe der optischen Achse (durch die Mitte) eintreffen. Sie schneiden die optische Achse somit an unterschiedlichen Brennpunkten.

• Die Auswirkung im Bild: Das Bild verliert an Kontrast und maximaler Schärfe. Es legt sich ein charakteristischer, weicher Schleier über das Motiv – oft als „Glow“ oder „Soft-Focus-Effekt“ bezeichnet. Besonders bei Offenblende ist dieser Effekt bei älteren, lichtstarken Objektiven gut sichtbar.

• Abhilfe: Abblenden! Da durch das Schließen der Blende die fehlerhaften Randstrahlen blockiert werden, steigt die Schärfe rapide an. In der modernen Objektivkonstruktion wird dieser Fehler durch den Einsatz von asphärischen Linsen (Asphären) korrigiert, deren Oberfläche zum Rand hin flacher verläuft.

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2a. Axiale / Longitudinale Chromatische Aberration (Farblängsfehler)

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Die axiale oder longitudinale chromatische Aberration (oft auch als LoCA oder „Bokeh Fringing“ bezeichnet) findet entlang der optischen Achse statt – also in der Tiefe des Raumes.

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• Die physikalische Ursache: Wenn weißes Licht parallel zur optischen Achse durch die Linse fällt, werden die farbigen Lichtanteile unterschiedlich stark gebrochen. Das führt dazu, dass die einzelnen Farben ihre Brennpunkte an unterschiedlichen Positionen hintereinander auf der optischen Achse finden. Blaues Licht wird am stärksten gebrochen und fokussiert näher an der Linse; rotes Licht wird schwächer gebrochen und fokussiert weiter hinten.

• Die Auswirkung im Bild: Da die Farben hintereinander fokussiert werden, kann der Kamerasensor logischerweise nur für eine einzige Wellenlänge (Farbe) in der perfekten Schärfeebene liegen. Die anderen Farben sind zu diesem Zeitpunkt bereits wieder defokussiert und erzeugen Unschärfekreise. Sichtbar wird dieser Fehler im gesamten Bildfeld (also auch in der Bildmitte!), und zwar primär in den kontrastreichen Unschärfebereichen (Bokeh):

 

• Objekte, die sich vor der Schärfeebene befinden (im Vordergrund), zeigen meist unschöne magenta- oder purpurfarbene Säume.

 

• Objekte, die sich hinter der Schärfeebene befinden (im Hintergrund), zeigen grüne oder cyanfarbene Säume (z. B. Sonnenreflexionen auf Wasser oder Geäst vor hellem Himmel).

• Korrektur in der Praxis: Abblenden hilft hier massiv! Durch das Schließen der Blende wird der Lichtkegel schlanker und die Schärfentiefe erhöht sich. Dadurch werden die Fehlfokussierungen der einzelnen Farben maskiert und die Farbsäume verschwinden fast vollständig. Optisch lässt sich dieser Fehler nur durch teure Spezialgläser (Fluorit, UD-Elemente) in sogenannten apochromatischen Objektiven (APO) korrigieren.

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2b.Laterale / Transversale Chromatische Aberration (Farbquerfehler)

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Die laterale oder transversale chromatische Aberration (oft einfach Farbquerfehler genannt) tritt quer zur optischen Achse auf – also in der Breite und Höhe des fertigen Bildes.

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• Die physikalische Ursache: Dieser Fehler betrifft ausschließlich Lichtstrahlen, die schräg zur optischen Achse in das Objektiv einfallen. Durch die unterschiedliche Brechung der Farben entsteht hier kein Versatz in der Tiefe, sondern ein unterschiedlicher Abbildungsmaßstab. Das bedeutet: Das Objektiv erzeugt für jede Farbe ein unterschiedlich großes Abbild auf dem Kamerasensor. Das blaue Bild ist beispielsweise minimal kleiner oder größer als das rote Bild.

• Die Auswirkung im Bild: Da in der Bildmitte alle Lichtstrahlen senkrecht und parallel eintreffen, ist die Bildmitte vollkommen frei von diesem Fehler. Die Farbüberlagerung driftet erst zu den Bildrändern und Bildecken hin auseinander. An harten Kontrastkanten in den Ecken (z. B. Hauskanten gegen den Himmel) sieht man sehr scharfe, klar definierte Farbsäume, die meist paarweise als Rot/Cyan oder Blau/Gelb auftreten. Das Tückische: Da es sich um einen reinen Maßstabsfehler handelt, sind diese Farbsäume auch in der perfekten Schärfeebene absolut knackscharf abgebildet. Es handelt sich nicht um ein Unschärfeproblem.

• Korrektur in der Praxis: Abblenden hilft hier absolut nicht! Da das Schließen der Blende den Abbildungsmaßstab der Farben nicht verändert, bleibt der Farbquerfehler bei Blende f/8 oder f/11 exakt genauso stark ausgeprägt wie bei Offenblende. Die gute Nachricht für moderne Fotografen: Da der Fehler rein geometrisch und mathematisch berechenbar ist, lässt er sich in der digitalen Nachbearbeitung (z. B. via Lightroom per einfachem Mausklick auf „Chromatische Aberration entfernen“) oder direkt in der Kamera zu fast 100 % perfekt und rückstandslos herausrechnen.

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3. Koma (Asymmetriefehler / Coma)

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Das Koma ist ein Abbildungsfehler, der ausschließlich Lichtstrahlen betrifft, die schräg zur optischen Achse in das Objektiv einfallen.

Er zeigt sich daher vor allem in den Bildecken.

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• Die Ursache: Wenn ein Lichtbündel schräg auf eine Linse trifft, werden die Randstrahlen anders gebrochen als die zentralen Strahlen. Die verschiedenen Zonen der Linse erzeugen unterschiedlich große Abbilder.

• Die Auswirkung im Bild: Punktförmige Lichtquellen (wie Sterne bei der Astrofotografie oder Straßenlaternen bei Nacht) in den Bildecken werden nicht als scharfe Punkte dargestellt. Sie verzerrn sich asymmetrisch und ziehen einen Schweif nach sich – sie sehen aus wie kleine Kometen (daher der Name „Coma“) oder kleine Schwalben.

• Abhilfe: Abblenden reduziert das Koma effektiv. Für Astrofotografen ist eine gute Koma-Korrektur bei Offenblende das wichtigste Qualitätskriterium eines Weitwinkelobjektivs.

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​​​​​​​4. Astigmatismus (Zweistrahligkeit)

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Der Astigmatismus ist eng mit dem Koma verwandt, beschreibt jedoch ein anderes geometrisches Problem bei schräg einfallendem Licht in den Randbereichen.

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• Die Ursache: Ein schräg einfallendes Lichtbündel trifft die Linse in zwei unterschiedlichen Ebenen: der meridionalen (tangentialen) und der sagittalen Ebene. Durch die Schräglage hat die Linse in diesen beiden Richtungen optisch eine unterschiedliche Krümmung. Das führt dazu, dass das Licht nicht in einem Punkt, sondern in zwei senkrecht zueinander stehenden Brennlinien fokussiert.

• Die Auswirkung im Bild: Punkte in den Bildecken werden entweder in radialer Richtung (zum Bildzentrum hin) oder in tangentialer Richtung (kreisförmig um das Zentrum herum) zu Strichen oder Ovalen verzerrt. Das Bild verliert in den Ecken massiv an Auflösung.

• Abhilfe: Durch Abblenden wird die Ausdehnung der Brennlinien verringert, was die Schärfe verbessert. Vollständig korrigieren lässt sich Astigmatismus nur durch den gezielten Einsatz von Linsengruppen mit entgegengesetzten Fehlern (sogenannte Anastigmate).

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​​​​​Für Fotografen ist die theoretische Darstellung mit Brennlinien im Raum oft schwer greifbar. In der Praxis bemerkt man Astigmatismus am deutlichsten beim Fotografieren von Testcharts (z. B. Siemenssternen oder konzentrischen Kreisen) oder feinen Strukturen wie Ästen und Backsteinmauern.

Astigmatismus führt dazu, dass das Objektiv radiale Strukturen (Strukturen, die zum Bildzentrum zeigen) auf einer anderen Fokusebene abbildet als tangentiale Strukturen (Strukturen, die quer dazu verlaufen).

 

5. Bildfeldwölbung (Field Curvature)

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In der Theorie soll ein Objektiv eine flache Realität auf einen flachen Kamerasensor (oder Filmmaterial) projizieren.

Die Bildfeldwölbung verhindert genau das.

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• Die Ursache: Die natürliche Natur einer einfachen Linse sorgt dafür, dass die Bildebene keine flache Ebene ist, sondern eine gekrümmte Schale (oft schüsselförmig).

• Die Auswirkung im Bild: Wenn du auf das Bildzentrum fokussierst und dieses knackig scharf ist, fällt die Schärfe zu den Rändern und Ecken hin sichtbar ab, weil die Schärfeebene dort quasi vor oder hinter dem Sensor liegt. Fokussierst du hingegen auf die Ecken, wird das Zentrum unscharf. Besonders tückisch ist dies bei der Reprofotografie (Dokumente) oder bei Landschaftsaufnahmen.

• Abhilfe: Starkes Abblenden erhöht die Schärfentiefe so weit, dass der Unschärfebereich, der durch die Krümmung entsteht, innerhalb des scharf abgebildeten Bereichs verschwindet.

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​​​​6. Verzeichnung (Distorsion)

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Im Gegensatz zu den anderen Fehlern beeinflusst die Verzeichnung nicht die Bildschärfe, sondern rein die geometrische Form des Bildes

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• Die Ursache: Die Verzeichnung entsteht, wenn der Abbildungsmaßstab innerhalb des Bildfeldes nicht konstant ist. Nimmt der Abbildungsmaßstab zu den Rändern hin ab oder zu, verzieht sich das Bildgeometrie.

• Die Auswirkung im Bild: Gerade Linien (wie Hauswände, Horizonte oder Architektur) werden gekrümmt dargestellt. Man unterscheidet drei Typen:

  • Tonnenförmige Verzeichnung: Linien biegen sich nach außen (typisch für Weitwinkelobjektive).

  • Kissenförmige Verzeichnung: Linien biegen sich nach innen (typisch für Teleobjektive).

  • Wellenförmige Verzeichnung („Schnurrbart-Verzeichnung“): Eine Mischung aus beiden – in der Mitte tonnenförmig, zu den Rändern hin kissenförmig (äußerst komplex zu korrigieren).

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• Abhilfe: Abblenden hilft hier absolut nicht! Da es sich um einen reinen Geometriefehler handelt, bleibt die Verzeichnung bei jeder Blendenstufe identisch. Sie lässt sich jedoch hervorragend digital über Objektivprofile in der Nachbearbeitung (Lightroom etc.) oder kameraintern korrigieren.

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