Část 11 - Použití dalekohledu jako objektivu

Pokud jsou potřebné dlouhé a nejdelší ohniskové vzdálenosti, často je lepší místo fotografického objektivu připojit k fotoaparátu astronomický dalekohled.

Část 11: Použití dalekohledu jako objektivu

Astrofotografové jsou nenasytní, pokud jde o touhu po dlouhých ohniskových vzdálenostech. Důvod je rychle nalezen: Mnoho objektů na noční obloze se nám jeví kvůli jejich velké vzdálenosti velmi malé nebo dokonce zanedbatelné. Kdo je chce zachytit detailně a v plné velikosti, nemůže se vyhnout dlouhým ohniskovým vzdálenostem s odpovídajícími malými úhly snímku.

Všichni výrobci systémových fotoaparátů vyhovují přání po dlouhých ohniskových vzdálenostech svým nabízením teleobjektivů. Paleta sahá částečně až do 600 milimetrů, a dokonce se v příslušenství digitálních zrcadlovek najdou i 800 milimetrové objektivy. Zásadně by se dalo s těmito "super-teleobjektivy" v astronomii hodně podniknout, zvláště když světelnost s 1:4,0 a 1:5,6 pro objektivy této ohniskové vzdálenosti jsou uváděny jako skvělé. Pokud by nebyla jejich extrémně vysoká pořizovací cena, která ve výjimečných případech dosahuje čtyř nebo dokonce pěti číselných částek v eurech.

Tyto teleobjektivy nejsou samozřejmě speciálně navrženy pro astrofotografy, ale především jsou vyhledávány v oblastech jako jsou sport, zvířata a reportážní fotografie. Za vysokou cenu se nabízí excelentní kvalita obrazu dokonce i při plně otevřené cloně.

Ale bylo by nefér redukovat takový super-teleobjektiv pouze na svůj optický systém. Pro uspokojení požadavků zákazníků jsou vybaveny automatem zaostření, nastavitelnou clonou, složitou korekcí pro "blízké" snímky a často také stabilizátorem obrazu. Všechny věci, které jsou důležité a užitečné pro klasickou fotografii, ale v astrofotografii nemají význam, ale samozřejmě se promítnou do cenové položky.

K vysoké ceně přispívají také množství čoček, které jsou nutné pro konstrukci univerzálně použitelného teleobjektivu: Není neobvyklé, že v takovém objektivu je až 18 čoček spojeno.



Teleobjektiv v astronomickém nasazení.



Kdo se chce tak nebo tak věnovat astrofotografii, může namísto drahých teleobjektivů pro pořízení snímků s dlouhými ohniskovými vzdálenostmi také použít astronomický dalekohled. Už v této fázi bych však chtěl ztlumit příliš velká očekávání: I astronomický dalekohled s vysokou fotografickou kvalitou není k dostání za diskontní cenu.

Ale protože dalekohled obsahuje významně méně čoček (nebo místo čoček zrcadla), žádné automatické zaostření nebo stabilizátor obrazu, ba dokonce ani clonu, jsou ceny významně nižší než u plnohodnotného fotografického objektivu. A prakticky neexistuje žádné omezení ohniskové vzdálenosti nahoru; dokonce i ohniskové vzdálenosti nad 800 milimetrů mohou být pokryty dostupnými amatérskými dalekohledy. "Běžné" amatérské dalekohledy jsou s ohniskovými vzdálenostmi až 4000 milimetrů při poměru otevření (clona) 1:10.

Shrněme rozdíly mezi teleobjektivy a dalekohledy do tabulky:

Co znamenají čísla na dalekohledech?

Hodnoty fotoobjektivů jsou ohnisková vzdálenost a světelnost, tedy největší nastavitelná clonovací hodnota. Každý, kdo fotografovat vážně, je s těmito čísly obeznámen.

Astronomové mají spíše zájem o otevření, tj. průměr vstupní zornice (přední lze nebo hlavní zrcadlo) a poskytují je, aby zmátli mnohé, dokonce v palcích (zkratka "). Naopak ohnisková vzdálenost pro ně není tak důležitá.

Pokud je dalekohled nabízen například takto: 8" Schmidt-Cassegrain, F/10, znamená to v textu:

Dalekohled je zrcadlový dalekohled konstrukce „Schmidt-Cassegrain“. Jeho otevření je 8 palců. 8 palců odpovídá přibližně 200 milimetrům (1 palce = 25,4 milimetrů). Poměr otevření (tj. clonové číslo) je 1:10. Ohnisková vzdálenost je třeba z toho spočítat: 10 * 200 mm = 2000 milimetrů!
D 75 mm F 1200 mm. To znamená, že volný průměr přední čočky je 75 milimetrů, ohnisková vzdálenost je 1200 milimetrů. Clonu lze pak spočítat na 1:16 (1200 : 75).



Tento dalekohled je na snímači čoček označen „D155mm“ a „f 7“ (šipky). Průměr je tedy 155 milimetrů, poměr otevření (clona) je 1:7. Pomocí násobení získáme ohniskovou vzdálenost 1085 milimetrů.

Chyby v obrazech

Většina amatérských dalekohledů je především určena k vizuálnímu pozorování. Pokud jsou používány k fotografickým účelům, může docházet k následujícím problémům:

Vigneting – tmavé okraje snímku, které vznikají tím, že obrazový kruh, který dalekohled osvětluje, je menší než úhlopříčka formátu senzoru. Pouze málo dalekohledů je schopno osvětlit senzor ve formátu plnoformátového snímání („Full Frame“ 24 x 36 mm) dostatečně kvalitně. Pro menší senzory („Crop“, formát APS-C) je výběr použitelných dalekohledů mnohem větší.



Tento snímek Plejád vznikl po připojení plnoformátové kamery k dalekohledu. Je zřejmé, že dalekohled není schopen osvětlit senzor celý, což dokazuje silné vigneting.



Zakřivení obrazové roviny – pokud „rovinou ostrosti“ není rovina, ale konkávni koule, dalekohled trpí zakřivením obrazové roviny. Čím větší je použitý snímací senzor, tím více se tato slabina projeví ve formě neostrých obrazů hvězd na okraji obrazového pole, pokud byla ostřena přesně na střed obrazu.

Řešením jsou tzv. „korektory obrazové roviny“, obvykle dvoučočkové systémy, které „rovnu“ obrazovou rovinu a tím zajistí ostrost po celém obrazovém poli. Korektory obrazové roviny musí být sladěny s danou optikou dalekohledu, tj. striktně vzato by měla k danému typu dalekohledu s křivením obrazové roviny existovat odpovídající korekce obrazové roviny, což v praxi není pravidlem.



Z důvodu zakřivení obrazové roviny jsou hvězdy v okrajových oblastech neostré, pokud je zaostřeno na střed obrazu. Pokud by se zaostřilo na hvězdy na okraji obrazového pole, byl by neostrý střed.



Neostré rohy obrazu – ve středu obrazu může kvůli zakřivení obrazové roviny (viz výše) docházet nejen k neostrým místům v periferních oblastech obrazu, ale i k ostatním závažným vadám obrazu, které se nazývají „aberrace“ (chyby v obrazech). Převládá zde „koma“, které způsobuje zhoršení obrazu hvězd v obrazech v rohových oblastech.

Vzpomeňme si například, že Newtonovy zrcadlové dalekohledy mají systémové problémy s kvůli komě mimo optickou osu. V určitých mezích může kvalitu obrazu na okraji výrazně zlepšit použití čočkového systému („koma-korektor“).



Pokud se hvězdy na okraji jeví jako malé komety se štěrbinami, je v obrazech koma.



Poloha roviny ostrosti – u některých dalekohledů se může stát, že při připojení zrcadlovky není možné získat ostrý obraz vzdáleného motivu. To platí zejména pro zrcadlovky typu Newton. V takovém případě může pomoci výměna výsuvného tubusu za model s nižším profilem, aby se fotoaparát dostal do roviny ostrosti.

Jsou dalekohledy náhradou za objektivy?

Přečtením uvedených možných vad obrazu se tato otázka může znovu vyjasnit. Proto zde krátké shrnutí:

1. Astronomické dalekohledy nejsou objektivy; většina je vhodná pro vizuální pozorování, pro fotografování jsou pouze omezeně doporučovány. Diskuze o tom, které dalekohledy jsou v astrofotografii s připojeným fotoaparátem úspěšné, je uvedena v tutoriálu číslo 13 série „Astrofotografie“ („Které dalekohledy jsou vhodné pro astrofotografii“).
   
   
2. U mnoha typů dalekohledů lze očekávat, že se v okrajích obrazu objeví vadné znázornění, které nelze ve všech případech odstranit korekčními čočkami. Některé optiky dalekohledů mají problémy s osvětlením senzoru digitální zrcadlovky až do oblastí zobrazení na okrajích snímku. To platí i pro crop kamery s senzorem o velikosti přibližně 14 x 22 mm, a ještě více pro plnoformátové kamery (velikost senzoru 24 x 36 mm). Kdo chce provozovat plnoformátový fotoaparát s dalekohledem, musí proto sáhnout po těch málo dalekohledech, které dokáží vytvořit použitelný obraz po celé ploše senzoru.
   
   
3. Při ohniskových vzdálenostech nad 500 mm neexistuje pro dalekohled žádná alternativa, zejména pokud zohledníme náklady na super teleobjektivy.
   
   

Délkové zvětšení

Pro zvětšení ohniskové vzdálenosti dalekohledu jsou nabízeny tzv. „Barlowovy čočky“. Fungují podobně jako telekonvertory u fotoobjektivů a jsou instalovány mezi dalekohledem a fotoaparátem. V závislosti na modelu lze dosáhnout zvětšení od 1,5x do 5x.

Typické je dvoukrát zvětšení, které zdvojnásobí efektivní ohniskovou vzdálenost dalekohledu, ale zároveň sníží světelnost o dvě plné clonovací hodnoty. To znamená, že dalekohled s ohniskovou vzdáleností 800 mm a clonovým číslem 1:4,0 se stane optikou s ohniskovou vzdáleností 1600 mm a clonovým číslem 1:8. Expoziční čas je tudíž třeba zčtyřnásobit! Barlowova čočka s faktorem zvětšení 1,5x změní uvedený dalekohled v systém s ohniskovou vzdáleností 1200 mm a clonovým číslem 1:5,6, což znamená, že expoziční čas by měl být zdvojnásoben oproti použití bez telekonvertoru.

Pozitivním vedlejším efektem Barlowovy čočky je, že fotoaparát zachytí pouze střední část obrazu, což způsobí, že vadné znázornění v okrajových oblastech mimo obrazové pole zmizí.



Snímek Měsíce s plnoformátovým fotoaparátem na dalekohledu s dlouhou ohniskovou vzdáleností. Dalekohled neosvětluje senzor zcela; výsledkem je vigneting.

Stejný fotoaparát na stejném dalekohledu vytvoří bezchybný obraz po prodloužení ohniskové vzdálenosti pomocí Barlowovy čočky. Prodloužení ohniskové vzdálenosti vedlo k většímu zobrazení kráterů:

Redukce ohniskové vzdálenosti

Existuje také opak Barlowovy čočky, a to optický systém ke snížení efektivní ohniskové vzdálenosti. Nazývá se to „Shapleyova čočka“, „Focalreducer“ nebo jednoduše jen „Reducer“ a je také umístěn mezi dalekohledem a fotoaparátem. Existují různé modely s faktory od 0,8 do 0,33.

Poměr světelného toku (clona) je změněn ve stejném poměru jako ohnisková vzdálenost, což znamená, že použitím Shapleyovy čočky se získá vyšší světelnost a tím pádem zkrácení nutné expozice.

Některé Shapleyovy čočky zároveň plní funkci vyrovnávací čočky pole, což znamená, že zakřivená ohnisková rovina se stane rovinou. To samozřejmě funguje pouze s dalekohledy, pro které byly tyto Shapleyovy čočky vyvinuty, a nikoliv univerzálně pro všechny dalekohledy.

Problémem při použití Shapleyových čoček je, že obraz projektovaný na čip musí být menší, což znamená, že se na obraze začnou zobrazovat okrajové oblasti, které byly dříve mimo pole zobrazení. Potenciální optické nedostatky mimo střed obrázku se tedy budou zesilovat.



Opět snímek Měsíce pořízený s fullframe fotoaparátem na dalekohled s dlouhou ohniskovou vzdáleností. Rozsvícení snímače je nedostatečné (černé okraje obrazu).

Stejný fotoaparát na stejném dalekohledu, poté co byla ohnisková vzdálenost snížena pomocí Shapleyovy čočky. Velikost zobrazení kráterů klesla, stejně i vinětace! Tato kombinace je tedy zbytečná:

Připojení fotoaparátu

Pro připojení digitální zrcadlovky (DSLR) k dalekohledu musí dalekohled disponovat okulárovým výsuvem s průměrem 2 palce (5,08 centimetru). Menší průměry, jako je stále běžný 1,25palcový záchyt, se nehodí, protože průchozí otevření není dostatečné pro osvícení senzoru DSLR a způsobilo by silné vinětace. Alespoň s Barlowovou čočkou by bylo možné osvětlit celé pole zobrazení.

Většina dalekohledů dostupných v obchodech má požadovaný 2palcový záchyt, který je používán pro vizuální pozorování pomocí 2palcového okuláru. Tento okulár není používán pro fotografii. Místo okuláru se totiž fotoaparát zasune do okulárového výsuvu. To znamená, že snímač nahrávací plochy je umístěn v ohniskové rovině dalekohledu, proto se mluví o „fokální fotografii“.

Potřebné jsou dvě mechanické části bez optických komponent:

Adaptér T2 – Na jedné straně má bajonetový spoj, který odpovídá použitému fotoaparátu, a na druhé straně normalizované „T-závit“. Jsou  nabízeny adaptéry T2 pro všechny běžné bajonety fotoaparátů, tedy např. pro Canon EOS, Nikon F, Pentax K atd. Při nákupu je důležité zajistit si adaptér T2 vhodný pro vlastní fotoaparát.

Odkaz na prodejce adaptérů T2 pro různé fotoaparátové systémy:

http://www.baader-planetarium.de/sektion/s17a/s17a.htm#t2

2palcová trubička – Tato trubička má průměr 2 palce a na zadní straně „T-závit“, takže ji lze zasunout do adaptéru typu T2.

Odkaz na prodejce 2palcové trubičky (označené tam jako „zásuvka“):

http://www.baader-planetarium.de/sektion/s08/s08.htm#+16

Uživatelé plnoformátových kamer by měli zvážit jiné řešení, protože běžný adaptér T2 má tak malý průchod (průměr 38 milimetrů), že skrz něj mohou vzniknout vinětace. Řešením je speciální díl (pro Canon EOS), který nahrazuje adaptér T2 a 2palcovou trubičku a poskytuje větší průchod (47 milimetrů).

Odkaz na prodejce „Adaptéru z 2 palců na Canon EOS“ pro plnoformátové kamery:

http://www.teleskop-express.de/shop/product_info.php/info/p260_Adapter-von-2--auf-EOS-Bajonett---volle-EOS-Oeffnung-.html

Vlevo je adaptér T2 s bajonetem pro Canon EOS, uprostřed je 2palcová trubička:

Digitální zrcadlovka s namontovaným adaptérem T2 a zasunutou 2palcovou trubičkou. Obě části neobsahují žádné čočky:

2palcová trubička je zasunuta do výsuvu dalekohledu místo okuláru:





Prodlužovací trubička – U líniových dalekohledů (refraktory) se může stát, že není dostatečně vytáhnut výsuv okuláru k dosažení ohniskové roviny. Pak je nutné použít jednu nebo několik 2palcových prodlužovacích trubiček.

Fokus

Vzhledem k absenci automatického zaostřování u dalekohledů je nutné nejlepší zaostřovací bod najít manuálně. To není tak snadné, jak by se mohlo zdát, protože matice moderních zrcadlovek nejsou pro tuto funkci určeny. To znamená, že pohled skrz hledáček fotoaparátu a vizuální posouzení ostrosti v hledáčku není dostatečné.

Základní zaostřování se provádí prostřednictvím tlačítka zaostření dalekohledu, který u některých dalekohledů mění délku okulárového výsuvu a u jiných posouvá hlavní zrcadlo uvnitř dalekohledu axiálně.

Čím delší je efektivní ohnisková vzdálenost záznamu a čím světlejší je optika (tj. čím menší je clonové číslo nebo základní vztah clony), tím méně prostoru je k dispozici pro zaostření. Vlivem změn teploty může dojít ke změnám v zaostřovací poloze. Jednou nastavený zaostřovací bod je proto nutné během pozorovací noci několikrát zkontrolovat a případně upravit.

1. Kamera bez funkce Live-View

Fotoaparáty bez funkce Live-View jsou ve znevýhodnění. V nejjednodušším případu ostřete co nejvíce světlý hvězdu ve hledáčku. Poté pořiďte testovací snímky s relativně krátkou expozicí, při kterých nesmí být hvězda přeexponovaná. Výsledek svých snímků kontrolujte prostřednictvím náhledu na displeji fotoaparátu, přičemž vždy musí být využito maximálního zvětšení k zobrazení části obrazu.

Pomalu upravujte ostrost při opakované kontrole obrázků, což postupně vede ke stanovení nejlepšího zaostření. Opakované překročení nejlepšího zaostřovacího bodu a následná korekce ve směru proti tomuto bodu si osvědčily k tomu, aby jste získali pocit, kde je optimum; takoby jste kroužili nejlepší zaostřovací bod.

Jestliže je fotoaparát připojen k laptopu, doporučuje se použití software, který vám usnadní tuto práci. Zvláště při astrofotografii je software "ImagesPlus" velkou pomocí při zaostřování. Ovládací modul kamery ImagesPlus je distribuován za cca 70 amerických dolarů na webové stránce http://www.mlunsold.com. Demo verzi lze požádat u autora softwaru.

Zaostření na hvězdu s „ImagesPlus“:





Není určeno speciálně pro astrofotografii, ale stále je dobrým zaostřovacím nástrojem softwaru „DSLR Remote“, který je schopen zobrazovat jeden snímek za druhým ve velkém zvětšení, což umožňuje spolehlivé posouzení ostrosti zobrazené hvězdy. Tento software stojí přibližně 95 amerických dolarů a je k dispozici na webu http://www.breezesys.com/DSLRRemotePro/index.htm. Verzi, která běží 15 dní, lze stáhnout odtud. Obě softwarové balíčky jsou v angličtině.

Zaostření na hvězdu s „DLSR Remote“:

2. Kamera s Live-View

S funkcí Live-View se zaostřování stává téměř hrou pro děti. Světlá hvězda je přibližně uprostřed zorného pole a zaostření je hrubě nastaveno ve hledáčku. Poté je aktivována funkce Live-View a hvězda je zobrazena v maximálním zvětšení na displeji fotoaparátu. Optimální ostrost je velmi rychle a spolehlivě nalezena stisknutím tlačítka zaostření na dalekohledu.

Ještě pohodlnější je, pokud lze živý obraz posoudit na monitoru připojeného laptopu. U Canon EOS fotoaparátů s funkcí Live-View (od Canon EOS 1000D, 450D, 40D, 5D Mark II, 1D Mark III, 1Ds Mark III) je potřebný software a propojovací kabel součástí dodávky fotoaparátu.

Tento způsob zaostřování funguje skvěle na hvězdy až do třetí velikostní třídy, na Měsíc, Slunce (s ochranným filtrem!) a na jasné planety.

Live-View na Měsíc s fotoaparátem Canon EOS 450D. Funkce Live-View je obrovskou pomocí při jemném nastavení ostrosti fotoaparátu na dalekohled:

Live-View na obrazovce laptopu: Zaostřování nemůže být jednodušší, rychlejší a přesnější:

Nebezpečí rozmazání!

Použití dlouhých ohnisek nese velké riziko rozmazání v důsledku chvění. I při dokonalém zaostření mohou vzniknout neostřené fotografie. Problémem jsou zde zpětný ráz zrcadla a průběh závěrky fotoaparátu krátce před nebo během expozice.

V závislosti na tom, jak stabilní je kombinace montáže a stativu, která nese dalekohled, mohou být i nejmenší otřesy této povahy dostatečné k ovlivnění ostrosti.

• Zpětný ráz zrcadla – Důsledky rychle se zvedajícího zrcadla před spuštěním závěrky lze předejít, pokud je "Zamknutí zrcadla" aktivováno na fotoaparátu. První stisk spouště zvedne pouze zrcadlo. Potom počkejte několik sekund, než se vlnění zklidní, a znovu stiskněte, abyste zahájili expozici.

Samozřejmě je zde používán Kabelový nebo dálkový spoušť, jinak by prouděním spouště na fotoaparátu opět vznikly nestability.



Aktivované zrcadlové zamknutí v menu Canon EOS 40D.



• Průběh závěrky – Ten nelze předejít, protože závěrka řídí expozici. Již jsem několikrát prokázal, že pohyby závěrky skutečně mohou vést ke konkrétně neostrým snímkům. Ve skutečnosti zde pomáhá pouze stabilnější montáž. V závislosti na modelu fotoaparátu můžete alternativně zkusit spustit fotoaparát, zatímco je zapnutá funkce Live-View. Potom závěrka běží částečně „hladčeji“.

Příkladové snímky

Tento záběr Měsíce je téměř neupravený a byl pořízen s ohniskovou vzdáleností 3700 milimetrů a plnoformátovým DSLR (Canon EOS 5D Mark II). Jako dalekohled sloužil zrcadlový dalekohled typu „Maksutow-Cassegrain“ s poměrem otevření 1:14,6. Exponováno bylo 1/30 sekundy při ISO 400.

Výřez z předchozího obrázku v plné velikosti. Naznačuje, jaké detaily měsíce lze zachytit pomocí ostré optiky a dlouhého ohniska. Tento druh fotografování měsíce poskytuje vzácnou příležitost v oblasti astrofotografie využít velké množství pixelů.