Часть 11 - Использование телескопа в качестве объектива

Когда требуются длинные и самые длинные фокусные расстояния, часто лучше подключить камеру к астрономическому телескопу вместо фотообъектива.

Часть 11: Использование телескопа в качестве объектива

Астрофотографы ненасытны, когда речь заходит о стремлении к длинным фокусным расстояниям. Причина этого быстро находится: Многие объекты на небесах кажутся нам из-за своего большого расстояния очень маленькими или даже крошечными. Чтобы запечатлеть их детально и заполнить кадр, необходимо прибегнуть к длинным фокусным расстояниям с соответственно небольшими углами зрения.

Все производители системных камер удовлетворяют запросы на длинные фокусные расстояния своим предложением телеобъективов. Палитра телеобъективов достигает 600 миллиметров, а в ассортименте цифровых зеркальных камер даже можно найти объективы на 800 миллиметров. Принципиально, с такими "супер-телеобъективами" в астрономии уже можно многое сделать, тем более что светосилы 1:4,0 и 1:5,6 для объективов такого фокусного расстояния являются просто сенсационно хорошими. Однако существует чрезвычайно высокая стоимость их приобретения, которая в крайнем случае составляет высокие четырех- или даже пятизначные суммы евро.

Конечно, эти телеобъективы не разработаны специально для астрофотографов, а в основном востребованы в областях спорта, животных и репортажной фотографии. Взамен высокой цены предлагается отличное качество изображения даже на полностью открытой диафрагме.

Но было бы несправедливо ограничивать такой супер-телеобъектив своей системой линз. Чтобы удовлетворить потребности клиентов, они оснащены автофокусной системой, регулируемой диафрагмой, сложной коррекцией для съемки на "короткое" расстояние и часто изображением стабилизатора. Все эти вещи важны и полезны для классической фотографии, но в астрофотографии они не имеют значения, за исключением, конечно, стоимости.

Высокую стоимость также определяет множество линз, необходимых для конструирования универсального телеобъектива: Нередко в таком объективе содержится до 18 линз.



Телеобъектив в астроиспользовании.



Если вам все равно предстоит заниматься астрофотографией съемками на длинные фокусные расстояния, вы можете использовать астрономический телескоп вместо дорогих телеобъективов. В этой ситуации я хочу сразу умерить все слишком большие ожидания: Даже астрономический телескоп с высокой фотографической производительностью не продается в супермаркете по дисконтной цене.

Однако поскольку телескоп содержит значительно меньше линз (или зеркал вместо линз), не имеет ни автофокуса, ни стабилизатора изображения, и даже диафрагмы, цены на него значительно ниже, чем на полноценный фотообъектив. Практически нет ограничений на фокусные расстояния сверху; даже фокусные расстояния более 800 миллиметров могут быть охвачены доступными аматорскими телескопами. «Обычные» аматорские телескопы есть с фокусными расстояниями до около 4000 миллиметров при отношении открытия (диафрагмы) 1:10.

Давайте подведем разницу между телеобъективами и телескопами в таблице:

Что означают цифры на телескопах?

Параметры фотообъективов - это фокусное расстояние и светосила, то есть наибольшая регулируемая диафрагменная апертура. Все, кто серьезно фотографирует, знают эти цифры.

Астрономы больше интересуются собственно отверстием, то есть диаметром входного зрачка (передней линзой или главным зеркалом) и, чтобы запутать многих, даже указывают его в дюймах (сокращение "). Фокусное расстояние, напротив, для них не так важно.

Если, например, телескоп предлагается следующим образом: 8" Шмидт-Кассегрен, F/10, это означает в переводе на понятный язык:

Этот телескоп представляет собой зеркальный телескоп в конструкции «Шмидт-Кассегрен». Его апертура составляет 8 дюймов. 8 дюймов равны приблизительно 200 миллиметрам (1 дюйм = 25,4 миллиметра). Отношение апертуры (то есть диафрагмы) составляет 1:10. Брать нужно отсюда фокусное расстояние: 10 * 200 мм = 2000 мм!

Иногда указывают только апертуру и фокусное расстояние. Например, на ободе (старого) телескопа написано: D 75 мм F 1200 мм. Это означает, что свободный диаметр передней линзы составляет 75 миллиметров, фокусное расстояние 1200 мм. Отношение апертуры тогда составляет 1:16 (1200 : 75).



Этот телескоп, снабженный на ободе указаниями «D155mm» и «f 7» (стрелки), имеет диаметр 155 миллиметров, отношение апертуры (диафрагмы) составляет 1:7. Умножив, мы получаем фокусное расстояние 1085 мм.

Ошибка изображения

Большинство аматорских телескопов предназначены в основном для визуального наблюдения. Если их использовать для фотографии, могут возникнуть следующие проблемы:

Виньетирование – темные углы изображения, возникающие из-за того, что изображаемый телескопом круг меньше диагонали формата сенсора. Не многие телескопы способны осветить сенсор в формате фулфрейм («полнокадровая» 24 x 36 миллиметров) в достаточно хорошем качестве. Для меньших сенсоров (формат APS-C) выбор пригодных телескопов значительно больше.



Это изображение Плеяд было сделано после подключения к телескопу камеры формата FX. Очевидно, телескоп не способен полностью осветить сенсор, что подтверждает сильное виньетирование.



Кривизна поля изображения – если «плоскость фокусировки» не плоская, а выпуклая, телескоп страдает от кривизны поля изображения. Чем больше используемый сенсор для съемки, тем больше проявляется эта слабость в виде нечетких изображений звезд по краям поля изображения, если было сфокусировано строго на центр изображения.

Помогают так называемые «корректоры поля изображения», обычно двухлинзовая система, чтобы выровнять «кривое» поле изображения и тем самым обеспечить четкость во всем поле изображения. Корректоры поля изображения должны быть подогнаны под соответствующую оптику телескопа, то есть, строго говоря, для каждого типа телескопа с кривизной поля изображения должен быть соответствующий корректор поля изображения, что на практике не всегда случается.



Кривизна поля изображения делает звезды по краям изображения нечеткими при фокусировке на центр. Если фокусироваться на звездах на краю изображения, центр будет нечётким.



Неопределенность в углах изображения – при фокусировке на центр изображения не только кривизна поля изображения (см. выше) может привести к нечёткости в периферийных областях изображения, но и другие серьёзные ошибки изображения, называемые «аберрациями». В основном это «кома», которая ухудшает образ звёзд в углах изображения.

Например, Ньютоновские зеркальные телескопы по системе страдают от комы в стороне от оптической оси. В определенных пределах качество изображения к краям можно значительно улучшить с помощью использования оптической системы («корректор комы»).



Если звезды по краям кажутся маленькими кометами с хвостом, в игре ошибка изображения «кома».



Положение плоскости фокусировки – у некоторых телескопов возникает ситуация, когда при подключении зеркальной камеры не удается получить четкое изображение далекого объекта. Это касается в частности зеркальных телескопов по системе Ньютона. В таком случае может помочь замена окулярного выдвижного механизма на более плоский, чтобы привести камеру в плоскость фокусировки.

Могут ли телескопы заменить объективы?

При прочтении представленных возможных ошибок изображения этот вопрос может вновь возникнуть. Поэтому краткое изложение:

1. Астрономические телескопы не являются объективами; большинство из них подходят для визуального наблюдения, но ограничено рекомендуется для фотографии. Обсуждение того, какие телескопы в использовании в астрофотографии с подключенной камерой проявляют себя хорошо, приведено в Уроке номер 13 серии «Астро- и небесная фотография» («Какие телескопы подходят для астрофотографии»).
   
   
2. У многих видов телескопов следует ожидать, что на краю изображения возникнут ошибки изображения, которые не во всех случаях удается устранить с помощью корректирующей оптической системы. У некоторых оптических систем телескопов возникают проблемы с освещением сенсора цифровой зеркальной камеры до углов изображения. Это касается даже Crop-камер с сенсором примерно 14 х 22 миллиметров, но еще более сильно это затрагивает камеры полного формата (размер сенсора 24 х 36 миллиметров). Те, кто хочет использовать камеру полного формата на телескопе, должны поэтому обратиться к немногим телескопам, способным произвести приемлемое изображение по всей поверхности сенсора.
   
   
3. При фокусном расстоянии выше 500 миллиметров от телескопа просто нет альтернативы, по крайней мере, если учесть стоимость супер-телеобъективов.
   
   

Увеличение фокусного расстояния

Для увеличения фокусного расстояния телескопа предлагаются так называемые «линзы Барлоу». Они работают как телеудлинитель для фотообъективов и устанавливаются между телескопом и камерой. В зависимости от модели вы можете достичь увеличения в 1,5-5 раз.

Типичен удвоенный фактор увеличения, который удваивает эффективное фокусное расстояние телескопа, но при этом уменьшает диафрагму на два полных стопа. Это означает, что из телескопа с фокусным расстоянием 800 миллиметров и диафрагмой 1:4,0 получается оптика с фокусным расстоянием 1600 миллиметров при диафрагме 1:8. Следовательно, время экспозиции должно учетыре раза увеличиться! Линза Барлоу с коэффициентом увеличения 1,5х превратит указанный телескоп в систему с фокусным расстоянием 1200 миллиметров при (приблизительно) диафрагме 1:5,6, т.е., время экспозиции должно удвоиться по сравнению с использованием без телеудлинителя.

Положительным эффектом линзы Барлоу является то, что камера захватывает только центр изображения, ошибки изображения в краевых областях за пределами поля изображения не проявляются и следовательно исчезают.



Снимок Луны с камеры полного формата на телескопе с большим фокусным расстоянием. Телескоп не освещает сенсор полностью; это приводит к виньетированию.

Та же самая камера на том же телескопе создает безупречное изображение после того, как фокусное расстояние было увеличено с помощью линзы Барлоу. Увеличение фокусного расстояния привело к увеличению изображения кратера:

Сокращение фокусного расстояния

Существует также противоположная Барлоу-линза, а именно линзовая система для сокращения эффективного фокусного расстояния. Она называется "Линза Шапли", "Focalreducer" или просто "Reducer" и также устанавливается между телескопом и камерой. Существуют различные модели с коэффициентами от 0,8 до 0,33.

Отношение диафрагмы изменяется на тот же коэффициент, что и фокусное расстояние, то есть использование Шапли-линзы приводит к увеличению светосилы и, следовательно, к сокращению необходимого времени экспозиции.

Некоторые Шапли-линзы одновременно выполняют функцию выправочной линзы поля зрения, то есть преобразуют криволинейный плоскостью фокусировки в плоскость. Это работает только с телескопами, для которых были разработаны эти Шапли-линзы, а не универсально для всех телескопов.

Проблема использования Шапли-линз заключается в том, что изображение, проецируемое на чип, должно уменьшаться, то есть на изображении становятся видны краевые области, которые ранее находились за пределами поля зрения. Любые дефекты изображения за пределами центра будут усиливаться.



Опять же съемка Луны, сделанная с помощью камеры полного кадра на телескоп с длинным фокусным расстоянием. Освещение датчика недостаточно (черные края изображения).

Та же самая камера на том же самом телескопе после сокращения фокусного расстояния с помощью Шапли-линзы. Размер изображения кратеров уменьшился, а виньетирование увеличилось! Эта комбинация, следовательно, бесполезна:

Подключение камеры

Для подключения цифровой однообъективной камеры (DSLR) к телескопу необходимо, чтобы телескоп имел окулярный выдвижной механизм диаметром 2 дюйма (5,08 см). Устройства с более маленьким диаметром, как у 1,25-дюймового соединения, которое все еще широко распространено у начинающих телескопов, не подходят, потому что отверстие не хватит для освещения датчика DSLR и вызовет сильнейшее виньетирование. Только с помощью Барлоу-линзы можно было бы осветить всю область изображения.

Большинство телескопов, доступных на рынке, оснащены необходимым соединением диаметром 2 дюйма, куда для визуального наблюдения устанавливается 2-дюймовый окуляр. Для фотографии этот окуляр не используется. Таким образом, фотокамера устанавливается в окулярный выдвижной механизм, именно поэтому говорят о "фокусной фотографии".

Необходимы два механических компонента без оптических элементов:

Адаптер T2 – Он имеет с одной стороны байонетное соединение, подходящее для используемой камеры, а с другой стороны стандартную "Т-резьбу". Адаптеры T2 предлагаются для всех популярных камерных байонетов, таких как Canon EOS, Nikon F, Pentax K и т. д. При покупке важно приобрести соответствующий адаптер T2 для своей собственной камеры.

Ссылка на поставщика адаптеров T2 для различных камерных систем:

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

2-дюймовая гильза – Эта гильза имеет диаметр 2 дюйма и "Т-резьбу" с обратной стороны, чтобы ее можно было ввинтить в адаптер T2.

Ссылка на поставщика 2-дюймовой гильзы (там она называется "коннектором для втычного соединения"):

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

Пользователям цифровых камер формата "полный кадр" стоит рассмотреть другое решение, потому что обычный адаптер T2 имеет настолько малую проходную способность (диаметр 38 мм), что через него могут появиться виньетирования. Решением является специальная деталь (для Canon EOS), заменяющая адаптер T2 и 2-дюймовую гильзу и обеспечивающая большую проходную способность (диаметр 47 мм).

Ссылка на поставщика "адаптера от 2 дюймов до Canon EOS" для фотокамер формата "полный кадр":

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

Слева находится адаптер T2 с байонетом Canon EOS, в середине - 2-дюймовая гильза:

Цифровая однообъективная камера с установленным адаптером T2 и ввинченной 2-дюймовой гильзой. Оба компонента не содержат линз:

2-дюймовую гильзу вместо окуляра вставляют в выдвижной механизм телескопа:





Удлинительная гильза – В случае линзовых телескопов (рефракторов) может возникнуть необходимость в использовании одного или нескольких 2-дюймовых удлинительных гильз, если выдвижной механизм окуляра не может быть достаточно выдвинут для достижения плоскости фокусировки.

Фокус

Так как автофокус исчезает при использовании телескопов, лучшую точку фокусировки необходимо находить вручную. Это не так просто, как может показаться, потому что микроматрицы современных зеркальных камер для этого не предназначены. Это означает, что взгляд через видоискатель камеры и визуальная оценка резкости через видоискатель недостаточны.

Принципиально фокусировка осуществляется с помощью колесика фокусировки телескопа, которое у некоторых телескопов меняет длину окулярного выдвижного механизма, а у других перемещает главное зеркало внутри телескопа по оси.

Чем больше эффективное фокусное расстояние и чем больше светосила (то есть чем меньше диафрагменное число или знаменатель отношения диаметра к фокусному расстоянию) оптики, тем меньше свободного пространства для фокусировки. Из-за температурных изменений может происходить сдвиг фокуса. Однажды установленную фокусировку необходимо несколько раз проверять в течение ночи наблюдений и при необходимости корректировать.

1. Камера без функции Live-View

Камеры без функции Live-View находятся в невыгодном положении. В простейшем случае вы настраиваете фокус на максимально яркую звезду в искателе. Затем делаете тестовые снимки с относительно коротким временем экспозиции, при этом звезда не должна быть переэкспонирована. Проверьте результаты своих снимков, просматривая их на дисплее камеры, всегда используя максимальное увеличение для отображения участка изображения.

Плавное корректирование фокуса при повторной проверке изображения позволяет постепенно добиться наилучшей фокусировки. Полезным оказалось многократное превышение наилучшей точки фокусировки и последующая коррекция в обратном направлении, чтобы понять, где находится оптимум; вы, так сказать, кружите лучшую точку фокусировки.

Если камера подключена к ноутбуку, рекомендуется использовать программное обеспечение, которое поможет вам облегчить эту работу. Особенно в астрономических наблюдениях программное обеспечение "ImagesPlus" оказывается большой помощью при фокусировке. Модуль управления камерой ImagesPlus продается на сайте http://www.mlunsold.com примерно за 70 долларов США. Демо-версию можно запросить у автора программы.

Фокусировка на звезду с помощью "ImagesPlus":





Хотя не предназначено специально для астрономических наблюдений, программное обеспечение "DSLR Remote" является хорошим помощником при фокусировке, позволяя отображать снимки с одного за другим в большем увеличении, что позволяет надежно оценить резкость изображенной звезды. Это программное обеспечение стоит около 95 долларов США и доступно на веб-сайте http://www.breezesys.com/DSLRRemotePro/index.htm. Можно скачать версию, действующую 15 дней. Оба пакета программ представлены на английском языке.

Фокусировка на звезду с помощью "DLSR Remote":

2. Камера с функцией Live-View

С функцией Live-View фокусировка становится почти детской игрой. Яркая звезда приблизительно центрируется в поле зрения и фокус приблизительно устанавливается через искатель. Затем активируется функция Live-View и звезда просматривается в максимальном увеличении на дисплее камеры. Оптимальная резкость быстро и надежно находится путем нажатия кнопки фокусировки на телескопе.

Еще удобнее, если изображение с Live-View может быть оценено на мониторе подключенного ноутбука. У камер Canon EOS с функцией Live-View (начиная с моделей Canon EOS 1000D, 450D, 40D, 5D Mark II, 1D Mark III, 1Ds Mark III) необходимое программное обеспечение и кабель входят в поставку камеры.

Live-View на Луне с камерой Canon EOS 450D. Функция Live-View значительно упрощает настройку фокуса камеры на телескопе:

Live-View на экране ноутбука: фокусироваться проще, быстрее и точнее не получится:

Риск размытия!

Использование больших фокусных расстояний представляет собой большую опасность размытия от вибрации. Несмотря на идеальную фокусировку, это может привести к нечетким фотографиям. Проблемы возникают из-за удара зеркала и хода затвора камеры непосредственно перед или во время экспозиции.

В зависимости от того, насколько стабильно крепление и штатив, держащие телескоп, небольшие вибрации такого рода могут оказаться достаточными для нарушения резкости.

• Удар зеркала – Последствия быстрого удара зеркала вверх перед съемкой можно предотвратить, включив "закрытие зеркала" на камере. Первое нажатие на спусковую кнопку поднимает зеркало. После этого следует немного подождать, пока отложившиеся вибрации исчезнут, и повторно нажать на кнопку для начала экспозиции.

Конечно, следует использовать проводной или беспроводной пульт дистанционного управления, иначе при нажатии на кнопку съемки на камере возможны вибрации, приводящие к размытию.



Закрытое зеркало в меню Canon EOS 40D.



• Ход затвора – Избежать его невозможно, поскольку затвор управляет экспозицией. Я могу подтвердить, что движения затвора могут действительно привести к нерезким изображениям. Решением в таком случае остается более стабильное крепление. В зависимости от модели камеры вы также можете попробовать сделать снимок, когда включена функция Live-View. Тогда затвор работает чуть "мягче".

Примерные снимки

Этот снимок Луны практически не обрезан и сделан на камеру DSLR с полнокадровой матрицей (Canon EOS 5D Mark II) с фокусным расстоянием 3700 мм. В качестве телескопа использовался максутов-кассегрен с отношением диафрагмы 1:14,6. Выдержка составляла 1/30 секунды при ISO 400.

Фрагмент предыдущего изображения в полном размере. Он позволяет предположить, какие детали Луны могут быть зафиксированы острым оптическим прицелом на большом фокусном расстоянии. Этот вид лунной фотографии является одним из редких случаев, когда можно воспользоваться множеством мегапикселей в области астрофотографии.

Немного увеличенное изображение Солнца, сделанное специальным фильтром H-Alpha, который делает видимым хромосферу Солнца. Фокусное расстояние сьемки составляло 2270 миллиметров.

Двойные звезды - благодарная тема для съемок через телескоп без контроля за сопровождением. Здесь было сделано всего 30 секунд с ISO 800 и фокусным расстоянием 2800 мм, чтобы разрешить двойную звезду Мицар (красная стрелка) в части с большой медведицы. Двойная звезда вместе с Аль-факиром (справа) в свою очередь образует пару, которую невооруженным глазом с трудом можно определить как двойную звезду.

Для того чтобы изобразить сердце Туманности Ориона потребовался телескоп с фокусным расстоянием в девять метров. Соотношение диаметра отверстия составляло 1:10, поэтому благодаря большой яркости туманности можно было сделать всего 90 секунд при ISO 1000 и отказаться от контроля за сопровождением.