Del 11 - Använd teleskopet som objektiv

När långa och längsta brännvidder behövs är det ofta bättre att ansluta ett astronomiskt teleskop till kameran istället för ett fotoobjektiv.

Del 11: Att använda teleskopet som objektiv

Astrofotografer är ohämmade när det gäller längtan efter långa brännvidder. Orsaken till detta är snabbt funnen: Många objekt på stjärnhimlen verkar mycket små eller till och med pyttesmå på grund av deras stora avstånd. Den som vill ta bilder av dem detaljerat och fyllande i formatet måste använda långa brännvidder med motsvarande små bildvinklar.

Samtliga tillverkare av systemkameror tillmötesgår önskan om långa brännvidder genom sitt utbud av teleobjektiv. Sortimentet sträcker sig delvis upp till 600 millimeter, och till och med 800-millimetersobjektiv finns i tillbehörsprogrammet för digitala systemkameror. I grunden skulle man kunna göra mycket med dessa "super-teleobjektiv" inom astronomi, särskilt eftersom ljusstyrkorna på 1:4,0 och 1:5,6 för objektiv av denna brännvidd är sensationellt bra. Om det inte vore för deras extrema höga inköpspris, som i extremfall utgörs av en hög fyr- eller tiotusen euro-belopp.

Visserligen är dessa teleobjektiv inte specifikt utformade för astrofotografer utan efterfrågas huvudsakligen inom områdena sport, djur- och reportagefotografering. Som ersättning för det höga priset erbjuds en utmärkt bildkvalitet även med fullt öppen bländare.

Men det vore inte rättvist att begränsa ett sådant super-teleobjektiv till dess linsystem. För att tillfredsställa kundens krav är de utrustade med autofokus-system, justerbar bländare, omfattande korrigeringar för "nära" fotograferingar och ofta även bildstabilisering. Allt detta är viktigt och användbart för den klassiska fotografin, men saknar betydelse i astrofotografin, men naturligtvis medför det ökade kostnader.

Det höga priset beror också på de många linser som krävs för att konstruera ett universellt användbart teleobjektiv: Det är inte ovanligt att upp till 18 linser förenas i ett sådant objektiv.



Ett teleobjektiv i användning för astrofotografering.



Den som ändå tänker ägna sig åt astrofotografi kan istället för de dyra teleobjektiven använda ett astronomiskt teleskop för bilder med långa brännvidder. Redan här vill jag dock dämpa alltför höga förväntningar: Även ett astronomiskt teleskop med hög fotografisk avbildningsförmåga är inte tillgängligt till diskonterat pris.

Eftersom ett teleskop innehåller betydligt färre linser (eller istället speglar), inte erbjuder autofokus eller bildstabilisering, ja inte ens har en bländare, ligger priserna klart under en fullgiltig fotoobjektiv. Dessutom finns det praktiskt taget ingen övre gräns för brännvidden; även brännvidder över 800 millimeter kan täckas med överkomliga amatörteleskop. "Standard" amatörteleskop finns med brännvidder upp till cirka 4000 millimeter vid ett f/n-förhållande (bländare) på 1:10.

Låt oss sammanfatta skillnaden mellan teleobjektiv och teleskop i en tabell:

Vad betyder siffrorna på teleskopen?

De viktiga värdena för fotoobjektiv är brännvidd och ljusstyrka, alltså den största justerbara bländaröppningen. Alla som tar fotografering på allvar är bekanta med dessa siffror.

Astronomer intresserar sig mer för öppningen, alltså diametern på förmningspupillen (framlinsen eller huvudspegeln), och anger den till förvirring för många även i tum (förkortning "). Brännvidden är däremot inte lika viktig för dem.

Om ett teleskop exempelvis erbjuds som följer: 8" Schmidt-Cassegrain, F/10, betyder det i klartext:

Teleskopet är ett spegelteleskop av typen "Schmidt-Cassegrain". Dess öppning är 8 tum. 8 tum motsvarar cirka 200 millimeter (1 tum = 25,4 millimeter). Öppningsförhållandet (alltså bländaren) är 1:10. Brännvidden måste därför beräknas från detta: 10 * 200mm = 2000 millimeter!

Ibland anges endast öppningen och brännvidden. Till exempel står det på tuben för ett (gammalt) teleskop: D 75 mm F 1200 mm. Det betyder att den fria diametern på framlinsen är 75 millimeter, brännvidden är 1200 millimeter. Bländaren beräknas sedan till 1:16 (1200 : 75).



Detta teleskop är märkt på linsfästet med beteckningarna "D155mm" och "f 7" (pilar). Diameter är därför 155 millimeter, öppningsförhållandet (bländaren) är 1:7. Genom multiplikation beräknas brännvidden till 1085 millimeter.

Bildfelproblem

De flesta amatörteleskop är främst avsedda för visuell observation. Om de används för fotografering kan följande problem uppstå:

Vignettering – mörka billeddelar som uppstår på grund av att bildcirkeln som ett teleskop lyser upp är mindre än sensorns diagonal. Inte många teleskop är kapabla att upplysa en sensor i fullformat (24 x 36 millimeter) i tillräckligt bra kvalitet. För mindre sensorer (APS-C-format) är utbudet av användbara teleskop betydligt större.



Denna bild av Plejaderna togs efter att en fullformatkamera anslutits till ett teleskop. Tydligt är att teleskopet inte kan belysa sensorn helt, vilket bevisas av den kraftiga vignetteringen.



Bildfältskrökning – när "skärpeplanet" inte är platt utan en konkav yta lider teleskopet av bildfältskrökning. Ju större sensorn är som används, desto mer kommer denna svaghet i form av oskarp stjärnavbildning vid bildens kant märkas om skärpan är exakt inställd på bildens mitt.

Åtgärden är s.k. "bildfältsrättningslinser", ett vanligtvis tvålinssystem för att jämna ut den "krökta" bildytan och därmed upprätta skärpan i hela bildfältet. Bildfältsrättningslinser måste anpassas till respektive teleskopoptik, d.v.s., strikt taget borde det finnas en lämpligt beräknad bildfältsrätningslins för varje teleskoptyp med bildfältskrökning, vilket i praktiken inte är fallet.



På grund av bildfältskrökning blir stjärnorna oskarpa i marginalområdena om skärpan är inställd på bildens mitt. Om man fokuserade på stjärnorna i bildens kant skulle mitten vara oskarp.



Oskärpa i bildens hörn – när fokus är inställt på bildens mitt kan inte bara oskärpa uppstå i periferin på grund av bildfältskrökning (o.s.a.), utan också andra allvarliga bildfel som kallas "Aberrationen" (bildfel). Framför allt är det "koma" som försämrar stjärnans avbildning i bildens hörn.

Newton-spegelteleskop lider till exempel systematiskt av koma bortom den optiska axeln. Inom vissa gränser kan bildkvaliteten mot kanten förbättras avsevärt genom användning av ett linsystem ("komakorrigerare").



När stjärnorna ser ut som små kometer med svans i bildens kant är bildfelet "koma" i spel.



Skärpeplanens läge – hos vissa teleskop kan det hända att man inte får en skarp bild av ett avlägset motiv med en ansluten spegelreflexkamera. Det gäller framför allt Newton-teleskopmodeller. I sådana fall kan endast utbyte av okularutdraget mot en plattare modell ibland hjälpa till att få kameran i fokusplan.

Är teleskop ett substitut för objektiv?

Vid läsningen om de möjliga bildfel som presenterats kan denna fråga återigen dyka upp. Därför en kort sammanfattning:

1. Astronomiska teleskop är inte objektiv; de flesta är bra för visuell observation men endast begränsat rekommenderade för fotografering. En diskussion om vilka teleskop som är bra för astrofotografi med ansluten kamera återfinns i handledning 13 i serien "Astro- och stjärnfotografi" ("Vilka teleskop är lämpliga för astrofotografi").
   
   
2. Med många teleskoptyper måste man räkna med att bildfel uppstår i bildens ytterkant som inte alltid kan korrigeras med ett linsystem. Vissa teleskopoptiker har problem med att belysa en digital systemkamera sensor ända ut i bildens hörn. Detta påverkar även crop-kameror med en sensor på ca 14 x 22 mm, men ännu starkare fullformatkameror (sensorsize 24 x 36 mm). Den som vill använda en fullformatkamera på ett teleskop måste således använda de få teleskopmodeller som kan producera en användbar bild över hela sensors yta.
   
   
3. Vid exponeringsbrännvidder över 500 mm finns det ändå inget alternativ till teleskop, åtminstone om man beaktar kostnaderna för super-teleobjektiv.
   
   

Brännviddsförlängning

För att förlänga en teleskops brännvidd erbjuds s.k. "Barlow-linser". De fungerar som en telekonverter för objektiv och monteras mellan teleskopet och kameran. Beroende på modell kan de ge förstoringfaktorer från 1,5 till 5 gånger.

En vanlig förstoringsfaktor är dubblering, vilket fördubblar teleskopets effektiva brännvidd men minskar bländarvärdet med två fulla bländarsteg. Det innebär att ett teleskop med en brännvidd på 800 mm och bländare f/4,0 blir en optik med 1600 mm brännvidd och f/8,0. Exponeringstiden måste då fördubblas! En Barlow-lins med förstoringsfaktorn 1,5x skulle med det nämnda teleskopet skapa ett system med 1200 mm brännvidd vid (ungefär) bländare f/5,6, d.v.s. exponeringstiden skulle behöva fördubblas jämfört med användning utan telekonverter.

En positiv bieffekt av Barlow-linsen är att kameran endast fångar bildens centrum, vilket gör att bildfel i ytterområdena utanför bildfältet försvinner.



Bild av månen med en fullformatkamera på ett långt brännviddsteleskop. Teleskopet lyser inte upp sensorn fullständigt; vignettering är följden.

Samma kamera på samma teleskop producerar en felfri bild efter att brännvidden förlängts med en Barlow-lins. Brännviddsförlängningen resulterade i en större avbildning av kratrar:

Brännviddsminksning

Också det motsatta till Barlow-linsen finns, nämligen ett linsystem för att minska den effektiva brännvidden. Det kallas "Shapley-lins", "Focalreducer" eller helt enkelt "Reducer" och monteras också mellan teleskopet och kameran. Det finns olika modeller med faktorer mellan 0,8 och 0,33.

Bländaröppningen ändras med samma faktor som brännvidden, dvs. genom att använda en Shapley-lins erhålls en högre ljusstyrka och därmed en förkortning av den nödvändiga exponeringstiden.

Vissa Shapley-linser uppfyller samtidigt funktionen av ett fältutjämningslinssystem, dvs. de förvandlar en krökt skärpe"zon" till en plan yta. Det fungerar naturligtvis endast med teleskop för vilka dessa Shapley-linser har utvecklats och inte universellt på alla astronomiska kikare.

Problematiskt med användning av Shapley-linser är att bilden som projiceras på chipet måste bli mindre, vilket innebär att marginalområden blir synliga på bilden, som tidigare låg utanför bildfältet. Eventuella avbildningssvagheter utanför bildens centrum kommer därför att förstärkas.



Igen en bild av månen, tagen med en fullformatskamera på ett teleskop med lång brännvidd. Upplysningen av sensorn är otillräcklig (svarta kanter på bilden).

Samma kamera på samma teleskop efter att brännvidden minskats med en Shapley-lins. Avbildningsstorleken på kraterna minskade, liksom vinjettering! Denna kombination är alltså värdelös:

Kameraanslutning

För att ansluta en digital systemkamera (DSLR) till ett teleskop måste teleskopet ha en okularutdrag med en diameter på 2 tum (= 5,08 cm). Mindre diameter, som den på 1,25 tum som fortfarande är vanligt förekommande på nybörjarteleskop, är inte lämplig eftersom öppningen inte räcker för att belysa en DSLR-sensor och skulle orsaka kraftig vinjettering. Endast med en Barlow-lins skulle man kunna belysa hela bildfältet.

De flesta teleskop som finns tillgängliga på marknaden har den nödvändiga 2-tums-anslutningen, som används för ett 2-tums-okulär för visuell observation. Detta okulär används inte för fotografering. Istället införs kameran i okularutdraget. Det innebär att bildsensorn placeras i brännplanet av teleskopet, vilket kallas "fokalfotografering”.

Två mekaniska delar utan optiska komponenter behövs:

T2-adapter – Den har en bajonettanslutning på ena sidan, som passar till kameran, och ett standardiserat "T-gänga" på andra sidan. T2-adaptrar finns för alla vanliga kamerabajonetter, såsom Canon EOS, Nikon F, Pentax K osv. Vid köp är det viktigt att skaffa en T2-adapter som passar ens egen kamera.

Länk till en leverantör av T2-adaptrar för olika kamerasystem:

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

2 tums-hylsa – Denna hylsa har en diameter på 2 tum och ett "T-gänga" på baksidan så att den kan skruvas in i T2-adaptern.

Länk till en leverantör av en 2-tums-hylsa (där den kallas "plugganslutning”):

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

Användare av fullformatkameror bör överväga en annan lösning, eftersom en vanlig T2-adapter har en så liten öppning (diameter 38 mm) att vinjetteringar kan uppstå genom den. Lösningen är en speciell del (för Canon EOS) som ersätter T2-adaptrar och 2-tums-hylsa och erbjuder en större öppning (47 mm).

Länk till leverantören av "Adapter från 2 tum till Canon EOS" för fullformatkameror:

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

Till vänster visas T2-adaptern med Canon-EOS-bajonett, i mitten syns 2-tums-hylsan:

Digital systemkamera med monterad T2-adapter och infälld 2-tums-hylsa. Båda delarna innehåller inga linser:

2-tums-hylsan sätts in istället för ett okular i teleskoputdraget:





Förlängningshylsa – Vid linsbaserade teleskop (refraktorer) kan det hända att okularutdraget inte kan förlängas tillräckligt för att nå skärpeplanet. Då krävs användningen av en eller flera 2-tums-förlängningshylsor.

Fokus

Eftersom autofokusfunktionen saknas på teleskop måste det bästa fokuspunkten hittas manuellt. Det är inte så lätt som det kanske låter, eftersom inställningsskivorna på moderna systemkameror inte är avsedda för detta ändamål. Det innebär att tittandet genom kamerans sökare och den visuella bedömningen av skärpan i sökaren inte är tillräcklig.

Fokusen sker i huvudsak med fokusratten på teleskopet, som hos vissa teleskop ändrar längden på okularutdragen, medan den hos andra förflyttar huvudspegeln inuti teleskopet axiellt.

Ju längre den effektiva brännvidden är och ju ljusare (dvs. ju mindre bländarvärde eller nämnare av bländaröppningen) optiken är, desto mindre utrymme finns det för fokusering. Temperaturförändringar kan leda till att fokusläget ändras. En en gång inställd fokus måste därför kontrolleras flera gånger under en observationsnatt och eventuellt korrigeras.

1. Kamera utan Live-View

Kameror utan Live-View-funktion är i nackdel. I enklaste fall fokuserar du så skarpt som möjligt på en ljus stjärna i sökaren. Sedan tar du testfoton med relativt kort exponeringstid där stjärnan inte får vara överexponerad. Kontrollera resultatet av dina foton genom att titta tillbaka på kameradisplayen, där maximal förstoring alltid måste användas för att visa en bildruta.

Att sakta justera fokus under upprepade bildkontroller leder sedan gradvis till det bästa fokuseringsområdet. Det har visat sig vara effektivt att flera gånger passera det bästa fokuspunkten och sedan korrigera i motsatt riktning för att få en känsla för var opti. Du cirklerar snarare in den bästa fokuspunkten.

Om kameran är ansluten till en bärbar dator rekommenderas användning av programvara för att underlätta arbetet. Speciellt inom astrofotografering är programvaran "ImagesPlus" till stor hjälp för fokusering. ImagesPlus kameratestermodul säljs för ca 70 USD på webbplatsen http://www.mlunsold.com. En demo-version kan begäras av programvaruutvecklaren.

Fokusering på en stjärna med "ImagesPlus":





Inte specifikt för astrofotografering, men fortfarande en bra fokuseringshjälp är programmet "DSLR Remote", som kan visa en bild i hög förstoring en efter en, vilket möjliggör en pålitlig bedömning av skärpan hos en avbildad stjärna. Detta program kostar cirka 95 USD och kan erhållas från webbplatsen http://www.breezesys.com/DSLRRemotePro/index.htm. En version som fungerar i 15 dagar kan laddas ner där. Båda programvarupaketen är på engelska.

Fokusering på en stjärna med "DLSR Remote":

2. Kamera med Live-View

Med Live-View-funktion blir fokusering nästan som en lek. En ljus stjärna placeras ungefär i mitten av synfältet och fokus justeras grovt i sökaren. Sedan aktiveras Live-View-funktionen och stjärnan ses i maximal förstoring på kameradisplayen. Genom att trycka på fokusknappen på teleskopet hittas optimal skärpa mycket snabbt och pålitligt.

Det blir ännu bekvämare om live-bilden kan bedömas på en ansluten bärbar dators skärm.. Med Canon EOS-kameror med Live-View (från Canon EOS 1000D, 450D, 40D, 5D Mark II, 1D Mark III, 1Ds Mark III) ingår den nödvändiga programvaran och anslutningskabeln i kamerans leverans.

Denna metod för fokusering fungerar utmärkt på stjärnor upp till ungefär grad tre, på månen, solen (med skyddsfilter!) samt på de ljusa planeterna.

Live-View på bildskärmen på en bärbar dator: Fokusering kan inte göras enklare, snabbare och noggrannare:

Risk för suddiga bilder!

Användning av långa brännvidder medför en stor risk för oskärpa på grund av skakningar. Trots perfekt fokusering kan suddiga foton uppstå. Problematiskt är spegelrörelsen och slutarbetet i kameran precis före eller under exponeringen.

Beroende på hur stabil kombinationen av montering och stativ är som bär teleskopet kan även minsta skakningar av denna typ påverka skärpan.

Självklart används en kabel- eller fjärrutlösare, annars skulle skakningar uppstå genom beröring av avtryckarknappen på kameran.



Aktiverad spegelrörelse i menyn på en Canon EOS 40D.



• Slutarbetet - Det går inte att undvika, eftersom slutarbetet styr exponeringen. Jag har kunnat påvisa att rörelserna av slutaren faktiskt kan leda till oskarpa bilder. Då måste en stabilare montering användas. Beroende på kameramodell kan du alternativt försöka utlösa kameran medan Live-View-funktionen är aktiv. Då fungerar slutaren delvis betydligt "mjukare".

Exempelbilder

Denna bild av månen är nästan orörd och fotograferades med en brännvidd på 3700 millimeter och en fullformats-DSLR (Canon EOS 5D Mark II). Teleskopet var av spegelteleskoptyp "Maksutow-Cassegrain" med en bländare på 1:14,6. Exponeringen var tvungen att vara 1/30 sekund vid ISO 400.

Utdrag ur föregående bild i full storlek. Det ger en aning om vilken detaljrikedom av månen som kan fångas med en skarp optik vid lång brännvidd. Denna typ av månfotografi är en av de sällsynta tillfällen då man kan dra nytta av en mängd megapixlar inom astrofotografi.

En något förstorad del av solen, fotograferad genom ett speciellt H-Alpha-filter som gör solens kromosfär synlig. Brännvidden vid upptagningen var 2270 millimeter.

Dubbelstjärnor är ett tacksamt motiv för fotografering genom ett teleskop utan följdkontroll. Här exponerades endast i 30 sekunder vid ISO 800 och en brännvidd på 2800 millimeter för att separera dubbelstjärnan Mizar (röd pil) i Karlavagnen. Den bildar tillsammans med Alkor (till höger) i sin tur ett par som med ansträngning kan uppfattas som en dubbelstjärna för blotta ögat.

Ett teleskop med en brännvidd på nio meter var nödvändigt för att avbilda Orionnebulosans hjärta. Öppningsförhållandet var 1:10, vilket gjorde det möjligt att exponera endast i 90 sekunder vid ISO 1000 tack vare nebulosans stora ljusstyrka och att avstå från en följdkontroll.