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광학이론에서의 아베의 이론적·기술적 혁신들(1870년에 도입된 것으로, 강하고 균일한 조도를 제공하기 위해 집광 렌즈를 사용하는 것 등)로 현미경 설계에서 커다란 개선이 이루어졌고, 확대 한계의 보다 명확한 이해가 가능하게 되었다. 지금은 아베 사인 조건이라 불리는 광학공식도 그가 발견했다.

이 식은 비대칭수차와 구면수차에 의해 상이 흐려지거나 찌그러지지 않고 선명하게 맺히도록 렌즈가 만족되어야 하는 조건 가운데 하나이다. 1863년 예나대학교에서 강의하기 시작해 1870년 수학·물리학 교수, 1878년 천문 기상관측소 소장이 되었으며, 1866년에는 차이스 광학 제작소의 연구 책임자가 되었다. 2년 뒤 색수차와 구면수차를 없앤 현미경용 렌즈를 발명했는데, 이 렌즈는 빛의 1·2차 색수차를 모두 없앴다.

1891년 과학연구와 사회발전을 위한 칼 차이스 재단을 세우고 기금을 냈다. 또 5년 뒤에는 차이스 광학 제작소를 경영진, 노동자, 대학이 공동으로 이익을 나누는 협동조합으로 재조직했다.