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Sphärische Aberration

Sphärische Aberration ist ein optischer Effekt, der in einer optischen Vorrichtung (Linse, Spiegel usw.) beobachtet wird, der aufgrund der erhöhten Brechung von Lichtstrahlen auftritt, wenn diese auf eine Linse oder eine Reflexion von Lichtstrahlen treffen, wenn sie nahe ihrer Kante auf einen Spiegel treffen zum Vergleich mit denen, die nah an der Mitte schlagen. Dies bedeutet eine Abweichung der Vorrichtung von der Norm, d. h. sie führt zu einer Unvollkommenheit des erzeugten Bildes. Eine sphärische Linse hat einen aplanatischen Punkt (d. h. keine sphärische Aberration) nur bei einem Radius, der gleich dem Radius der Kugel dividiert durch den Brechungsindex des Linsenmaterials ist. Ein typischer Wert des Brechungsindex‘ für Kronenglas ist 1,5 (siehe Liste), was anzeigt, dass nur etwa 43 % der Fläche (67 % des Durchmessers) einer sphärischen Linse nützlich sind. Es wird oft als eine Unvollkommenheit von Teleskopen und anderen Instrumenten betrachtet, die aufgrund der sphärischen Form von Linsen und Spiegeln ihre Fokussierung weniger als ideal macht. Dies ist ein wichtiger Effekt, da sphärische Formen viel einfacher herzustellen sind als asphärische. In vielen Fällen ist es billiger, mehrere sphärische Elemente zu verwenden, um die sphärische Aberration zu kompensieren, als eine einzelne asphärische Linse zu verwenden.
Auch bei einer Behandlung mit einem Augenlaser, wie bei einer LASIK, LASEK oder FemtoLASIK, spielt die Aberration des Auges eine Rolle und muss berücksichtigt werden.

„Positive“ sphärische Aberration bedeutet, dass periphere Strahlen zu stark gebogen werden. „Negative“ sphärische Aberration bedeutet, dass periphere Strahlen nicht ausreichend gebogen sind.

Der Effekt ist proportional zu der vierten Potenz des Durchmessers und umgekehrt proportional zu der dritten Potenz der Brennweite, sodass er bei kurzen Brennweitenverhältnissen viel ausgeprägter ist. In Linsensystemen kann der Effekt durch spezielle Kombinationen von Konvex- und Konkavlinsen sowie durch Verwendung von asphärischen Linsen oder aplanatischen Linsen minimiert werden. Bei kleinen Teleskopen, die sphärische Spiegel mit einer Brennweite von weniger als f / 10 verwenden, ist Licht von einer entfernten Punktquelle (z. B. einem Stern) nicht auf denselben Punkt fokussiert. Insbesondere fokussiert Licht, das auf den inneren Teil des Spiegels trifft, weiter von dem Spiegel als das Licht, das auf den äußeren Teil auftrifft. Infolgedessen kann das Bild nicht so scharf fokussiert werden, als wäre die Aberration nicht vorhanden. Wegen der sphärischen Aberration werden Teleskope mit einem Brennweitenverhältnis von weniger als f / 10 üblicherweise mit nicht-sphärischen Spiegeln oder mit Korrekturlinsen hergestellt. Viele Möglichkeiten, den Durchmesser des fokussierten Flecks aufgrund sphärischer Aberration zu schätzen, basieren auf einer Strahlenoptik. Die Strahlenoptik berücksichtigt jedoch nicht, dass Licht eine elektromagnetische Welle ist. Daher können die Ergebnisse aufgrund von Interferenzeffekten falsch sein.

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2018-11-13T16:13:27+02:00 Blog|