Deel 11 - De telescoop als objectief gebruiken

Als er behoefte is aan lange en extreem lange brandpuntsafstanden, is het vaak beter om in plaats van een fotolens een astronomische telescoop op de camera aan te sluiten.

Deel 11: Een telescoop als lens gebruiken

Astrofotografen zijn onverzadigbaar als het gaat om de drang naar lange brandpuntsafstanden. De reden hiervoor is snel gevonden: Veel objecten aan de nachtelijke hemel lijken vanwege hun grote afstand heel klein of zelfs nietig. Wie ze gedetailleerd en beeldvullend wil vastleggen, heeft lange brandpuntsafstanden met bijbehorend smalle beeldhoeken nodig.

Alle fabrikanten van systeemcamera's voldoen aan de vraag naar lange brandpuntsafstanden met hun aanbod van telelenzen. Het assortiment varieert tot wel 600 millimeter, en zelfs 800 millimeter lenzen worden aangeboden als accessoires voor digitale spiegelreflexcamera's. Principeel zou men met deze "super-telelenzen" al veel kunnen doen in de astronomie, vooral omdat de lichtsterktes van 1:4,0 en 1:5,6 voor lenzen met deze brandpuntsafstand buitengewoon goed zijn. Als, ja als het niet om hun buitengewoon hoge aanschafprijs zou gaan, die in het extreme geval een hoog vier- of zelfs vijfcijferig bedrag kan bereiken.

Natuurlijk zijn deze telelenzen niet specifiek ontworpen voor astrofotografen, maar zijn voornamelijk populair in de sport-, dieren- en reportagefotografie. Als compensatie voor de hoge prijs wordt een uitmuntende beeldkwaliteit zelfs bij volledig geopende diafragma's geboden.

Toch zou het niet eerlijk zijn om een dergelijke super-telelens te reduceren tot zijn lenzensysteem. Om aan de eisen van de klanten te voldoen, zijn ze voorzien van een autofocus-systeem, een verstelbaar diafragma, een geavanceerde correctie voor "close-up" opnames en vaak zelfs een beeldstabilisator. Al deze zaken zijn belangrijk en nuttig voor de klassieke fotografie, maar hebben in de astrofotografie geen belang, maar drukken uiteraard wel op de kosten.

Ook de vele lenzen dragen bij aan de hoge prijs die nodig is om een universeel bruikbare telelens te construeren: Het is niet ongewoon dat er tot wel 18 lenzen in een dergelijke lens zijn verwerkt.



Een telelens in actie in de astrofotografie.



Wie hoe dan ook aan astrofotografie wil doen, kan voor opnames met lange brandpuntsafstanden in plaats van dure telelenzen ook een astronomische telescoop gebruiken. Op dit punt wil ik echter al te hoge verwachtingen temperen: Zelfs een astronomische telescoop met een hoge fotografische beeldkwaliteit is niet tegen discounterprijzen verkrijgbaar.

Omdat een telescoop aanzienlijk minder lenzen (of in plaats van lenzen spiegels) bevat, geen autofocus of beeldstabilisator biedt, laat staan een diafragma heeft, liggen de prijzen aanzienlijk lager dan die van een volwaardige fotolens. Bovendien is er praktisch geen beperking in brandpuntsafstand naar boven toe; zelfs brandpuntsafstanden boven de 800 millimeter kunnen worden gedekt door betaalbare amateurtelescopen. "Gangbare" amateurtelescopen zijn verkrijgbaar met brandpuntsafstanden tot ongeveer 4000 millimeter bij een diafragma van 1:10.

Laten we het verschil tussen telelenzen en telescopen samenvatten in een tabel:

Wat betekenen de getallen op telescopen?

De kenmerken van fotolenzen zijn brandpuntsafstand en lichtsterkte, dus de grootste instelbare diafragmaopening. Iedereen die serieus fotografeert, is bekend met deze getallen.

Astronomen zijn meer geïnteresseerd in de opening, dus de diameter van de objectieflens (voorste lens of hoofdspiegel) en geven deze tot verwarring van velen nog steeds weer in inches (afkorting "). De brandpuntsafstand is daarentegen niet zo belangrijk voor hen.

Als bijvoorbeeld een telescoop als volgt wordt aangeboden: 8" Schmidt-Cassegrain, F/10, betekent dit in duidelijke taal:

Het gaat om een telescoop van het type "Schmidt-Cassegrain" met een opening van 8 inch. 8 inch komt overeen met ongeveer 200 millimeter (1 inch = 25,4 millimeter). Het diafragma (dus het diafragmagetal) is 1:10. De brandpuntsafstand kan vervolgens berekend worden: 10 * 200 mm = 2000 millimeter!

Soms worden ook alleen de opening en de brandpuntsafstand vermeld. Zo staat bijvoorbeeld op het montuur van een (oude) telescoop: D 75 mm F 1200 mm. Dit betekent dat de vrije diameter van de objectieflens 75 millimeter is, de brandpuntsafstand 1200 millimeter. Het diafragmagetal wordt vervolgens berekend op 1:16 (1200 : 75).



Deze telescoop is voorzien van de aanduidingen "D155mm" en "f7" (pijlen) op het lensframe. De diameter is dus 155 millimeter, het diafragmagetal is 1:7. Door vermenigvuldiging kan de brandpuntsafstand worden berekend tot 1085 millimeter.

Fouten in de afbeelding

De meeste amateurtelescopen zijn voornamelijk bedoeld voor visuele observatie. Wanneer ze fotografisch worden gebruikt, kunnen de volgende problemen optreden:

Vignettering – donkere hoeken in de afbeelding, die ontstaan doordat de beeldcirkel die een telescoop verlicht, kleiner is dan de diagonaal van het sensorsformaat. Niet veel telescopen zijn in staat om een sensor in het kleinbeel formaat („volformaat“ 24 x 36 millimeter) voldoende goed te verlichten. Voor kleinere sensoren („Crop“, APS-C-formaat) is de keuze aan bruikbare telescopen aanzienlijk groter.



Deze opname van de Plejaden werd gemaakt nadat een volformaatcamera op een telescoop was aangesloten. Het is duidelijk dat de telescoop niet in staat is om de sensor volledig te verlichten, zoals blijkt uit de sterke vignettering.



Beeldveldkromming – als het „scherptevlak“ geen vlak is, maar een bolvorm, lijdt de telescoop aan beeldveldkromming. Hoe groter de gebruikte opnamesensor is, des te meer zal dit zwaktepunt zich manifesteren in de vorm van onscherpe sterrenafbeeldingen aan de rand van het beeldveld, wanneer er precies op het midden van het beeld is scherpgesteld.

Oplossingen worden geboden door zogenaamde „beeldveldeenheidslenzen“, meestal een tweelenssysteem, om het „gekromde“ beeldveld te egaliseren en zo de scherpte over het gehele beeldveld te herstellen. Beeldveldeenheidslenzen moeten worden afgestemd op de respectieve telescoopoptiek, d.w.z., strikt genomen zou er voor elk telescooptype met beeldveldkromming een passende berekende beeldveldeenheidslens moeten zijn, wat in de praktijk niet het geval is.



Door beeldveldkromming worden sterren in de randgebieden onscherp, wanneer er op het midden van het beeld is scherpgesteld. Als op sterren aan de rand van het beeldveld zou worden scherpgesteld, zou het midden onscherp zijn.



Onscherpte in de hoeken van de afbeelding – bij het scherpstellen in het midden van de afbeelding kunnen niet alleen onscherpte in de perifere beeldgebieden optreden vanwege beeldveldkromming (zie boven), maar ook andere ernstige beeldfouten, die als „aberraties“ (afbeeldingsfouten) worden aangeduid. Voornamelijk is het „coma“, dat de sterafbeelding in de hoeken van de afbeelding verslechtert.

Newton-spiegeltelescopen hebben bijvoorbeeld systematisch last van coma buiten de optische as. In zekere mate kan de beeldkwaliteit naar de rand toe sterk worden verbeterd door het gebruik van een lenzensysteem („coma-corrector“).



Als sterren aan de rand eruitzien als kleine kometen met een staart, is de afbeeldingsfout „coma“ aanwezig.



Plaats van het scherpstelvlak – bij sommige telescopen kan het voorkomen dat met een aangesloten spiegelreflexcamera geen scherpe afbeelding van een ver verwijderd motief wordt verkregen. Dit geldt met name voor Newton-spiegeltelescopen. In een dergelijk geval kan soms alleen het vervangen van de oculairtrekker door een platter model helpen om de camera in het scherpstelvlak te brengen.

Zijn telescopen een vervanging voor lenzen?

Bij het lezen over de mogelijke afbeeldingsfouten die worden beschreven, kan deze vraag opnieuw worden gesteld. Daarom een korte samenvatting:

1. Astronomische telescopen zijn geen lenzen; de meeste zijn goed voor visuele observatie, maar slechts beperkt aan te bevelen voor fotografie. Een discussie over welke telescopen in astrogebruik met een aangesloten camera goed presteren, is te vinden in Tutorial Nummer 13 van de serie „Astro- en Sterrenfotografie“ („Welke telescopen geschikt zijn voor astrofotografie“).
   
   
2. Bij veel telescooptypen moet rekening worden gehouden met afbeeldingsfouten in het randgebied van de afbeelding die niet in alle gevallen met een corrigerend linsensysteem kunnen worden verholpen. Sommige telescoopoptieken hebben moeite om de sensor van een digitale spiegelreflexcamera volledig tot in de hoeken van de afbeelding te belichten. Dit geldt ook voor crop-camera's met een ongeveer 14 x 22 millimeter grote sensor, maar nog meer voor volformaatcamera's (sensorformaat 24 x 36 millimeter). Wie een volformaatcamera op een telescoop wil gebruiken, moet dus terugvallen op de weinige telescoopmodellen die over het gehele oppervlak van de sensor een bruikbare afbeelding kunnen produceren.
   
   
3. Bij opnamebrandpunten boven de 500 millimeter is er echter geen alternatief voor de telescoop, met name wanneer men de kosten voor super-teleobjectieven in overweging neemt.
   
   

Brandpuntsafstandsverlenging

Voor het verlengen van de brandpuntsafstand van een telescoop worden zogenaamde „Barlow-lenzen“ aangeboden. Ze werken net als een teleconverter bij fotolenzen en worden tussen telescoop en camera gemonteerd. Afhankelijk van het model kunt u verlengingsfactoren van 1,5 tot 5 keer bereiken.

Typisch is de tweevoudige verlengingsfactor, die de effectieve brandpuntsafstand van de telescoop verdubbelt, maar het diafragma met twee volledige stops vermindert. Dat wil zeggen, van een telescoop met een brandpuntsafstand van 800 millimeter en diafragma 1:4,0 wordt een optiek met 1600 millimeter brandpuntsafstand bij diafragma 1:8. De belichtingstijd moet dus worden verviervoudigd! Een Barlow-lens met een verlengingsfactor van 1,5x zou van de genoemde telescoop een systeem met 1200 millimeter brandpuntsafstand bij (ongeveer) diafragma 1:5,6 maken, dat wil zeggen dat de belichtingstijd moet worden verdubbeld ten opzichte van het gebruik zonder teleconverter.

Een positief neveneffect van de Barlow-lens is dat de camera alleen het midden van de afbeelding vastlegt, afbeeldingsfouten in de randgebieden buiten het beeldveld liggen en daardoor verdwijnen.



Afbeelding van de maan met een volformaatcamera op een telescoop met lange brandpuntafstand. De telescoop verlicht de sensor niet volledig; vignettering is het gevolg.

Dezelfde camera op dezelfde telescoop produceert een foutloze afbeelding nadat de brandpuntsafstand is verlengd met een Barlow-lens. De brandpuntsafstandsverlenging leidde tot een grotere afbeelding van de kraters:

Vergrotingsvermindering

Er bestaat ook het tegenovergestelde van de Barlow-lens, namelijk een lenssysteem om de effectieve brandpuntsafstand te verminderen. Het wordt "Shapley-lens", "Focalreducer" of gewoon "Reducer" genoemd en wordt ook tussen de telescoop en de camera geplaatst. Er zijn verschillende modellen met factoren tussen 0,8 en 0,33.

De diafragma-verhouding (opening) verandert met dezelfde factor als de brandpuntsafstand, wat betekent dat het gebruik van een Shapley-lens resulteert in een hogere lichtsterkte en dus een verkorting van de benodigde belichtingstijd.

Sommige Shapley-lenzen vervullen tegelijkertijd de functie van een veldafvlakkerlens, wat betekent dat ze een gekromde scherptediepte "vlak" maken tot een vlakke oppervlakte. Dit werkt natuurlijk alleen met telescopen waarvoor deze Shapley-lenzen zijn ontwikkeld en niet universeel op alle telescopen.

Het probleem bij het gebruik van Shapley-lenzen is dat het beeld dat op de chip wordt geprojecteerd kleiner moet worden, wat betekent dat daardoor randgebieden op de foto zichtbaar worden die daarvoor buiten het beeldveld lagen. Eventuele beeldkwaliteitsproblemen buiten het midden van het beeld zullen dus versterkt optreden.



Opnieuw een foto van de maan, gemaakt met een fullframe camera aan een telescoop met een lange brandpuntsafstand. De belichting van de sensor is ontoereikend (zwarte randen aan de foto).

Dezelfde camera aan dezelfde telescoop, nadat de brandpuntsafstand is verlaagd door een Shapley-lens. De afbeeldingsgrootte van de kraters nam af, evenals de vignettering! Deze combinatie is dus nutteloos:

Cameraaansluiting

Om een digitale spiegelreflexcamera (DSLR) aan te sluiten op een telescoop, moet de telescoop beschikken over een oculairuitreiking met een diameter van 2 inch (= 5,08 centimeter). Kleinere diameters zoals die nog steeds veelvoorkomend zijn bij beginners telescopen, bijvoorbeeld de 1,25-inch-aansluiting, zijn niet geschikt, omdat de opening niet groot genoeg is om een DSLR-sensor te belichten en ernstige vignettering zou veroorzaken. Alleen met een Barlow-lens zou het hele beeldveld nog kunnen worden belicht.

Maar de meeste telescopen die in de handel verkrijgbaar zijn, hebben de noodzakelijke 2-inch-aansluiting, waarin voor visuele waarnemingen een 2-inch-oculair wordt geplaatst. Voor fotografie wordt dit oculair niet gebruikt, in plaats daarvan wordt de camera in de oculairuitreiking geplaatst. Dit betekent dat de opnamesensor in het brandpuntsvlak van de telescoop wordt geplaatst, vandaar dat er ook wordt gesproken over "fotografie op focus".

Er zijn twee mechanische onderdelen zonder optische componenten nodig:

T2-adapter - Deze heeft aan de ene kant een bajonetaansluiting die past bij de gebruikte camera, en aan de andere kant een gestandaardiseerd "T-schroefdraad". T2-adapters worden aangeboden voor alle gangbare camerabajonetten, zoals Canon EOS, Nikon F, Pentax K, enz. Belangrijk bij de aanschaf is dus om de juiste T2-adapter voor uw eigen camera te verkrijgen.

Link naar een verkoper van T2-adapters voor verschillende camerasystemen:

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

2-inch-huls - Deze huls heeft een diameter van 2 inch en aan de achterkant een "T-schroefdraad", zodat deze in de T2-adapter kan worden geschroefd.

Link naar een verkoper van een 2-inch-huls (daar aangeduid als "Stekeraansluiting"):

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

Gebruikers van fullframe camera's moeten een andere oplossing overwegen, omdat een standaard T2-adapter een zo kleine opening heeft (diameter van 38 millimeter), waardoor vignettering kan ontstaan. De oplossing is een speciaal onderdeel (voor Canon EOS) dat de T2-adapter en 2-inch-huls vervangt en een grotere opening (47 millimeter) biedt.

Link naar de verkoper van de "Adapter van 2 inch naar Canon EOS" voor fullframe camera's:

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

Aan de linkerkant de T2-adapter met Canon EOS-bajonetaansluiting, in het midden de 2-inch-huls:

Digitale spiegelreflexcamera met gemonteerde T2-adapter en ingeschroefde 2-inch-huls. Beide onderdelen bevatten geen lenzen:

De 2-inch-huls wordt in de oculairuitreiking van de telescoop gestoken in plaats van een oculair:





Verlengingsbuis - Bij lenstelescopen (refractoren) kan het voorkomen dat de oculairuitreiking niet ver genoeg kan worden uitgeschoven om het scherpstelvlak te bereiken. Dan is het gebruik van een of meerdere 2-inch verlengingsbuizen noodzakelijk.

Focus

Aangezien de autofocusfunctie bij telescopen ontbreekt, moet het beste scherpstelpunt handmatig worden gevonden. Dit is niet zo eenvoudig als het misschien lijkt, omdat de matglazen van moderne spiegelreflexcamera's hier niet voor zijn ontworpen. Dat betekent dat het kijken door de zoeker van de camera en de visuele beoordeling van de scherpte in de zoeker onvoldoende zijn.

Over het algemeen wordt het scherpstellen uitgevoerd met de focusknop van de telescoop, die bij sommige telescopen de lengte van de oculairuitreiking verandert, terwijl hij bij andere de hoofdspiegel binnenin de telescoop axiaal verplaatst.

Hoe langer de effectieve brandpuntsafstand is en hoe lichtsterker (oftewel hoe kleiner de diafragmawaarde of de noemer van de diafragma-verhouding) de optiek is, des te minder speling er is bij het scherpstellen. Door temperatuurveranderingen kan het voorkomen dat de scherpstelpositie verandert. Eenmaal ingestelde focus moet daarom tijdens een observatienacht meerdere malen worden gecontroleerd en indien nodig worden gecorrigeerd.

1. Camera zonder live-weergave

Camera's zonder live-weergavefunctie hebben een nadeel. In het eenvoudigste geval stelt u een heldere ster in de zoeker zo scherp mogelijk. Vervolgens maakt u testopnames met een relatief korte belichtingstijd waarbij de ster niet overbelicht mag worden. Controleer het resultaat van uw opnames door ze terug te kijken op het camerascherm, waarbij altijd de maximale vergroting moet worden gebruikt om een beelduitsnede weer te geven.

Door herhaaldelijke controle van het beeld en het langzaam verstellen van de scherpte wordt geleidelijk het punt van de best mogelijke scherpstelling bereikt. Het heeft zich bewezen om meerdere malen het optimale scherpstelpunt te overschrijden en vervolgens in tegengestelde richting te corrigeren om een gevoel te krijgen waar het optimum ligt; u cirkelt als het ware het beste scherpstelpunt in.

Als de camera op een laptop is aangesloten, wordt het gebruik van software aanbevolen om dit werk te vergemakkelijken. Vooral in de astrofotografie is de software "ImagesPlus" een grote hulp bij het scherpstellen. Het camerabedieningsmodule van ImagesPlus wordt voor ongeveer 70 US-dollar verkocht op de website http://www.mlunsold.com. Een demoversie kan worden aangevraagd bij de auteur van de software.

Scherpstellen op een ster met "ImagesPlus":





Niet specifiek voor astrofotografie, maar toch een goede scherpstelhulp is de software "DSLR Remote", die in staat is om foto na foto in hoge vergroting weer te geven, waardoor een betrouwbare beoordeling van de scherpte van een afgebeelde ster mogelijk is. Deze software kost ongeveer 95 US-dollar en is verkrijgbaar via de website http://www.breezesys.com/DSLRRemotePro/index.htm. Een versie die 15 dagen lang kan worden gebruikt, kan daar worden gedownload. Beide softwarepakketen zijn Engelstalig.

Scherpstellen op een ster met "DSLR Remote":

2. Camera met live-weergave

Met de live-weergavefunctie wordt scherpstellen bijna kinderspel. Een heldere ster wordt ongeveer in het midden van het gezichtsveld gebracht en de scherpte wordt grof ingesteld in de zoeker. Vervolgens wordt de live-weergave functie geactiveerd en wordt de ster in maximale vergroting op het camerascherm bekeken. Door de focusknop op de telescoop in te drukken, wordt de optimale scherpte zeer snel en betrouwbaar gevonden.

Het wordt nog gemakkelijker als het livebeeld op de monitor van een aangesloten laptop kan worden beoordeeld. Bij Canon EOS camera's met live-weergave (vanaf Canon EOS 1000D, 450D, 40D, 5D Mark II, 1D Mark III, 1Ds Mark III) is de benodigde software en verbindingskabel inbegrepen in de camerakit.

Deze manier van scherpstellen werkt uitstekend op sterren tot ongeveer de derde grootteklasse, op de maan, de zon (met beschermfilter!) en op de heldere planeten.

Live-weergave op de maan met een Canon EOS 450D. De live-weergavefunctie is een geweldige hulp voor het scherpstellen van de camera op de telescoop:

Live-weergave op het scherm van een laptop: Scherpstellen kan niet eenvoudiger, sneller en nauwkeuriger zijn:

Verwarringsgevaar!

Het gebruik van lange brandpuntsafstanden brengt een groot risico op bewegingsonscherpte met zich mee. Ondanks een perfecte scherpstelling kunnen onscherpe foto's ontstaan. Problemen ontstaan met name door de spiegelbeweging en de sluiterwerking van de camera vlak voor of tijdens de belichting.

Afhankelijk van hoe stabiel de combinatie van montering en statief is die de telescoop draagt, kunnen zelfs de kleinste trillingen van deze aard voldoende zijn om de scherpte te beïnvloeden.

• Spiegelbeweging – De gevolgen van de snel omhoog zwaaiende spiegel vóór het maken van de opname kunnen worden vermeden door de "spiegelvergrendeling" op de camera in te schakelen. Met de eerste druk op de ontspanknop wordt de spiegel dan alleen omhoog geklapt. Vervolgens wacht u enkele seconden totdat de veroorzaakte trillingen zijn weggeëbd en maakt u een tweede opname om de belichting te starten.

Natuurlijk wordt hierbij een kabel- of afstandsbediening gebruikt, anders kunnen door aanraking van de ontspanknop op de camera opnieuw trillingen ontstaan.



Ingeschakelde spiegelvergrendeling in het menu van een Canon EOS 40D.



• Sluiterwerking – Dit is niet te vermijden, aangezien de sluiter de belichting regelt. Ik heb herhaaldelijk kunnen aantonen dat de bewegingen van de sluiter onder bepaalde omstandigheden daadwerkelijk onscherpe beelden kunnen veroorzaken. Eigenlijk helpt dan alleen een stabielere montering verder. Afhankelijk van het cameramodel kunt u alternatief proberen de camera af te laten gaan terwijl de live-weergave is ingeschakeld. Dan verloopt de sluitertijd aanzienlijk "soepeler".

Voorbeeldopnames

Deze opname van de maan is bijna onbewerkt en is gemaakt met een brandpuntsafstand van 3700 millimeter en een fullframe-DSLR (Canon EOS 5D Mark II). Als telescoop werd een spiegeltelescoop van het type "Maksutow-Cassegrain" gebruikt met een opening van 1:14,6. De belichtingstijd was 1/30 seconde bij ISO 400.

Een fragment van de vorige afbeelding op ware grootte. Het geeft een idee van de gedetailleerdheid van de maan die met een scherpe optiek en een lange brandpuntsafstand kan worden vastgelegd. Deze vorm van maanfotografie is een van de zeldzame kansen om in de astrofotografie te profiteren van een groot aantal megapixels.

Een iets vergroot beeld van de zon, opgenomen met een speciale H-Alpha filter die de chromosfeer van de zon zichtbaar maakt. De opname-afstand was 2270 millimeter.

Dubbelsterren zijn een dankbaar onderwerp voor opnamen door de telescoop zonder volgcontrole. Hier werd slechts 30 seconden belicht bij ISO 800 en een brandpuntsafstand van 2800 millimeter om de Dubbelster Mizar (rode pijl) in de steelpan van de Grote Beer op te lossen. Hij vormt samen met Alkor (rechts) opnieuw een paar dat met moeite met het blote oog als dubbelster te herkennen is.

Een telescoop met een brandpuntsafstand van negen meter was nodig om het hart van de Orionnevel af te beelden. De openingssnelheid was 1:10, zodat er slechts 90 seconden bij ISO 1000 belicht hoefden te worden vanwege de grote helderheid van de nevel en er kon worden afgezien van een volgcontrole.