RC-Wert (Restchromasie) von Refraktor Objektiven / Teil 1

Kann der RC-Wert (Restchromasie) eines Objektivs von einem Refraktor (Linsenteleskop) durch Einfügen einer Negativlinse (Barlowlinse) in den Strahlengang verbessert werden? Entspricht durch diese scheinbare Verlängerung der Brennweite um das 2- 3- oder 4-fache einem Objektiv gleicher Brennweite?

Ein Beispiel: Nehmen wir ein Objektiv von einem sogenannten Kometensucher, d.h. ein Objektiv kurzer Brennweite und einer Öffnungszahl N7. also einer freien Öffnung von 100 mm und einer Brennweite von 700 mm. Bei diesem Teleskop ist der RC-Wert hoch. Ist der RC-Wert bei einem Objektiv gleichen Durchmessers mit einer wahren Brennweite von 2100 (N21) mm gleich dem Kometensucherobjektiv mit 3-facher Barlowlinse?

Nein, der RC-Wert eines Refraktor-Objektivs kann durch das Einfügen einer Barlowlinse nicht verbessert werden. Das Teleskop mit Barlowlinse entspricht in Bezug auf den Farbfehler nicht einem System mit echter, langer Brennweite. Ein Kometensucher mit 100 mm Öffnung und 700 mm Brennweite mit einer 3-fach Barlowlinse hat einen deutlich schlechteren (höheren) RC-Wert als ein echtes 100 mm Objektiv und 2100 mm Brennweite!

Der RC-Wert ist eine optische Kennzahl in der Astronomie, die den Farblängsfehler (sekundäres Spektrum) eines Teleskop-Objektivs beschreibt. Er wurde ursprünglich vom Optik-Konstrukteur Dieter Lichtenknecker eingeführt, um Kunden die Farbreinheit und Abbildungsqualität verschiedener Refraktor-Objektive vergleichbar zu machen.

Hier ist eine Übersicht zu den wichtigsten technischen Details des RC-Werts:

Je kleiner der RC-Wert, desto farbreiner ist das Objektiv. Ein niedriger Wert bedeutet, dass die unterschiedlichen Lichtwellenlängen (Farben) im Fokus dichter zusammenfallen und somit weniger störende Farbsäume um helle Objekte wie Sterne oder Planeten entstehen.

Standard-Bezug:

Der berechnete oder gemessene RC-Wert bezieht sich definitionsgemäß auf eine Austrittspupille (AP) von 1 mm.

Glastypen:

Klassische zweilinsige Achromate mit Luftspalt nach Fraunhofer besitzen konstruktionsbedingt höhere RC-Werte. Moderne ED-Objektive (Extra-low Dispersion) oder echte Apochromate (Apos) nutzen Sondergläser (wie Fluorid-Kristalle oder FPL-53), um den RC-Wert drastisch zu senken.

Klassifizierung der RC-Werte (Richtwerte):

In der optischen Messtechnik für astronomische Teleskope (oft diskutiert auf Plattformen wie dem Astro-Foren-Archiv) wird die Abbildungsqualität anhand der RC-Indexzahl grob wie folgt eingeteilt:

RC 0,0 bis 1,0: Echter Apochromat (Apo). Farblängsfehler ist visuell praktisch nicht mehr wahrnehmbar.

RC 1,0 bis 2,0: Halb-Apochromat (oft als ED-Refraktor vermarktet). Sehr geringer Farbfehler, der nur an extrem hellen Objekten minimal auffällt.

RC 2,0 bis 4,0: Guter Achromat. Der Farbsaum ist vorhanden, stört bei moderaten Vergrößerungen jedoch kaum.

RC über 4,0: Einfacher Achromat (Großfeld-Refraktor / "Farbwerfer"). Deutliche blaue oder violette Farbsäume bei hohen Vergrößerungen (z. B. am Mondrand oder an Jupiter).

Hier sind die physikalischen Erklärungen im Detail:

Warum die Barlowlinse den Farbfehler nicht korrigiert.

Der Ursprung des Fehlers:

Der Farblängsfehler (Longitudinale Aberration) wird primär durch die Materialeigenschaften (die relative Teildispersion) der Glassorten des Hauptobjektivs bestimmt. Die Brennweite ist farbabhängig. Rot, Grün und Blau haben unterschiedliche Fokusebenen, was zu Unschärfe führt, sowie auch der Farbquerfehler (Transversale Aberration). Die Abbildungsgröße ist wellenlängenabhängig. Das resultiert in sichtbaren Farbsäumen (z.B. Blau-Gelb oder Rot-Grün) besonders an den Bildrändern. Das Objektiv führt die Farben bereits fehlerhaft zusammen, bevor das Licht die Barlowlinse erreicht. Auch wenn Achromate den größten Teil des Farbfehlers korrigieren, bleibt ein kleiner Restfehler, das sogenannte sekundäre Spektrum.

Keine Rückgängigmachung:

Eine Barlowlinse ist eine Zerstreuungslinse, die den bereits existierenden, konvergenten Strahlengang aufweitet. Sie verlängert die effektive Brennweite, kann aber die bereits im Strahlengang vorhandene, farbabhängige Fokusdifferenz des Hauptobjektivs nicht magisch "zurückrechnen".

Zusätzlicher Glasweg:

Eine Standard-Barlowlinse bringt sogar eigene optische Elemente in den Strahlengang ein. Im schlimmsten Fall (bei einfachen Linsen) fügt sie dem System sogar noch eine geringe Menge eigenen Farbfehler hinzu!

Auswirkung der 3-fach Barlowlinse:

Da die Barlowlinse den inhärenten Farbfehler des 700 mm Objektivs nicht verringert, bleibt die relative Farbabweichung des Primärbildes bestehen. Das Bild wird lediglich um den Faktor 3 nachvergrößert. Der RC-Wert des Gesamtsystems bleibt bei ca. 7,1 (oder verschlechtert sich minimal durch die Barlow-Gläser).

Das Bild bei 2100 mm effektiver Brennweite zeigt exakt die gleichen dicken, farbigen Säume wie das native Bild bei 700 mm Brennweite mit einem entsprechend kurzbrennweitigen Okular.

Fazit:

Der RC-Wert des Kometensuchers mit einer 3-fach Barlowlinse ist nicht gleich dem des N21-Objektivs. Er ist mit ~7,1 fast dreimal so hoch wie der des echten N21-Objektivs (~2,4). Eine Barlowlinse ändert die geometrische Lichtverteilung des primären Farbfehlers nicht; eine echte, physisch lange Brennweite hingegen verkleinert den Kegelwinkel des Lichts direkt am Objektiv, was den Farbfehler physikalisch reduziert.