Astronomie: Okularauszug (OAZ)

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Okularauszüge

Mit einem Okularauszug (“OAZ”) verstellt man die Entfernung vom Objektiv (im Tubus) zum Okular bzw. zum Sensor der Kamera. Das heisst also, man stellt die Schärfe des Bildes ein – mit anderen Worten man fokussiert. Daher müssen die Einstellwege in einem Bereich liegen, sodaß man “in den Fokus” kommen kann. Wenn Fokus weiter draussen liegt, kann man Verlängerungshülsen nehmen, wenn der Fokus weiter innen liegt, hat man Pech gehabt.

Es gibt unterschiedliche OAZ-Größen: ich habe 2 Zoll; d.h. das Auszugsrohr ist 2 Zoll im Durmesser. Ich kann da also z.B. 2-Zoll-Okulare hineinstecken…

Der Antrieb erfolgt durch eine einfaches Einstellrad und optional durch ein zusätzliches Rad mit einer 1:10 Untersetzung –  “Dual Speed” wird dafür manchmal gesagt.

Bei Okularauszügen unterscheidet man nach Antriebsart:

  • Zahnstangenantrieb = “Rack and Pinion”
  • Crayford = “Friction” d.h. Reibung / Klemmung

Meine Probleme mit Okularauszug und Motor-Fokusser

Da ich mit meiner vorhandenen Gerätschaft (OAZ TSFOCR2M und Pegasus Astro Motor Fokusser) Schwierigkeiten hatte mit meiner ASI294MC Pro sauber in den Fokus zu kommen, habe ich mich nach Abhilfe umgeschaut.

Mein erster Gedanke war, einen besseren Motorfokusser zu nehmen; Teleskop Austria hat das etwas ganz feines. Aber in der Diskussion mit Tommy Nawratil erkannte ich auf einmal, dass es keinen Sinn macht, einen schlechten OAZ mit einem Super-MFOC zu verbinden. Meine Erkentnis war: erst ein Mal ein ordentlicher OAZ und mal ausprobieren, wie gut der wirklich ist. Danach vielleicht einen MFOC dazu. Meinen Pegasus Astro Motor Focuser habe ich abgebaut.

Heute (29.5.2020) kam von TS der neue OAZ: MonorailR96. Der soll viel stabiler sein. Er hat einen 96mm-Anschuss – passend für mein Teleskop Orion ED80/600, ist rotierbar und er ist 3,5 mm kürzer als der alte OAZ. Das sollte doch ein erster Schritt zur Verbesserung sein.

Bildbeschreibung:  Links der kürzere MonorailR96, rechts der alte TSFOCR2M

OAZ_20200529

Mein alter Okularauszug TSFOCR2M

Mein OAZ war Bestandteil des Orion-Teleskops ED 80/600, das ich gebraucht gekauft hatte. Den OAZ hatte der Vorbesitzer extra von Teleskop-Service gekauft.

Der OAZ hat dort die Artikelnummer TSFOCR2M. Link zu diesem OAZ: https://www.teleskop-express.de/shop/product_info.php/info/p775_2–Crayford-Auszug-fuer-Refraktoren—1-10-Micro-Untersetzung.html

Es ist also ein 2-Zoll-Crayford mit 1:10 Micro-Untersetzung.

Der Anschluss zum Teleskop ist eine 96mm Flansch.

Mein neuer OAZ MonorailR96

Bei TeleskopService fand ich ja den MonorailR96.

Link: https://www.teleskop-express.de/shop/product_info.php/info/p3945_MONORAIL-2–Refraktor-Auszug-u-a–f–Skywatcher—Anschluss-96-mm.html

Der MonorailR96 OAZ hat drei Schrauben.

Die im Bild sichtbare Schraube “unten” regelt den Andruck (die “Klemmung”). Wenn zu fest, lässt sich er Auszug nicht bewegen; wenn zu lose, rutscht das Auszugsrohr durch.

Auf der gegenüberliegenden Seite “oben” (nicht im Bild) befinden sich weitere zwei Schrauben. Die obere (kleinere) Schraube ist zum Feststellen der Rotierung; die untere (große) Schaube dient zum Feststellen des Auszugsposition (sie muß also beim Einstellen des Fokus locker sein und kann später angezogen werden, damit sich der Fokus nicht verstellt.)

Wenn sich die Fokus-Position nicht bewegen lässt, kann das also zwei Ursachen haben:

  1. zu feste Klemmung
  2. obere große Schraube zu früh angezogen

Manuell oder motorisch

Man kann einen Okularauszug manuell betätigen. Dann kann man durch Hinein- und Herausdrehen sehr einfach herausfinden, ob man überhaupt in den Fokus hinein kommt.

Eine motorische Betätigung des OAZ hat Vorteile:

  • Man vermeidet Erschütterungen, die bei manueller Fokussierung unvermeidbar sind
  • Man kann das Fokussieren auch REMOTE über eine ASCOM-Schnittstelle und geeignete Software auf dem Laptop vornehmen

Ich habe mir deswegen eine  Motor Fokusser, den PegasusAstro FocusCube zugelegt.

 

 

Astronomie: Fokussieren mit dem Motor-Fokus

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Siehe auch: Fokussierung, ASCOM-Treiber, OAZ, Auto-Fokus mit N.I.N.A.

Das Problem: Optimales Fokussieren

Besonders bei der Astrofotografie fällt es unangenehm auf, wenn bei einem mühsam erarbeiteteten Foto die Scharfstellung (Fokussierung) nicht hundertprozentig ist.

Es gibt ja mehrere Methoden, wie man den genauen Fokuspunkt findet; z.B. Live View mit Bildschirmlupe, Hartmann-Maske, Bahtinov-Maske,.. Es bleibt aber das Problem das jede Berührung des Einstellrades am Okularauszug (OAZ) das Teleskop ein wenig (oder mehr) zum Wackeln bringt. Um dieses Wackeln zu vermeiden, gibt es Motoren, die man am Stellrad des OAZ befestigt…

Einfache Lösung: Live View

Mit der Canon EOS 600DA: Einen hellen Stern ins Gesichtsfeld einstellen – zum Finden eines solchen Sterns muss der Sucher vorher gut justiert werden. Fokussieren im Live View z.B. mit APT. Dabei sollte man das Live-View-Bild elektronisch 10-fach vergrößern.

Mit der ZWO ASI294MC Pro bekomme das Bild ja ausschließlich per Software auf meinem Computer. Bei der Software APT bekomme ich kein richtiges “LIve View”. Aber die Software SharpCap liefert ein akzeptables “Life View”, was man auch vergrößern kann.

Komfortable Lösung: Motor-Fokus

Eine Motor-Fokus-Lösung besteht aus einem Motor (Schrittmotor oder Gleichstrommotor), dessen Drehachse irgendwie an die Drehachse des OAZ (Okularauszug) gekoppelt wird, sowie einer Steuerbox (Controller) die manuelles Betätigen des Motors erlaubt bzw. auch mit dem Computer verbunden werden kann und dann per ASCOM gesteuert werden kann. Contine reading

Astrofotografie für Einsteiger: Wie fokussiere ich mein Bild?

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Siehe auch: Okularauszug, DSLR-Objektive, Bahtinov-Maske, Motorfokus

Die Aufgabenstellung: Fokussierung

Als Einsteiger in die Astrofotografie möchte ich meine Optik (Canon Kamera, Sony Kamera, GuideScope50, Orion ED80/600) einfach und sicher fokussieren können (d.h. der Fokus soll genau auf der Sensorebene liegen), damit ich schöne “knack-scharfe” Astro-Fotos bekomme.

Die Apperatur zum Fokussieren ist unterschiedlich bei:

  • Kamera: Fokusring am Objektiv
  • Teleskop: Okularauszug “OAZ

Die prinzipielle Lösung – der Regelkreis

Die Fokus-Einstellung muss, wie in einem Regelkreis auf den Sollwert (schärfstes Bild) eingestellt werde. Dazu muss man also:

  • einerseits irgendwie erkennen können, wann (bei welcher Einstellung) das Bild wirklich scharf ist (z.B. im Live-View mit Lupenfunktion oder Bahtinov oder…) – Regelkreis: Istwert=Sollwert
  • andererseits die Fokuseinstellung erschütterungsfrei in sanften kleinen Schritten hin und her verändern können (z.B. am Rädchen des Okularauszugs) Regelkreis: Istwert in Richtung Sollwert verändern

Stichworte:

  • OAZ – Okularauszug – engl. Focuser – Zahnstange (“rack and pinion”)
  • OAZ – Crayford-Okularauszug
  • Helical-Auszug: Drehen
  • Bahtinov-Maske bzw. Hartmann-Maske (s.u.)
  • Live View – Lupe – Zoom
  • FWHM = Full Width at Half Maximum
  • Motorfokus

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Vorbereitung: Grob-Einstellung am Tage

Es ist hilfreich, wenn man die Fokuseinstellung noch bei Tageslicht ausprobiert z.B. an einem sehr weit entfernten Objekt am “Horizont”, wie ein Kirchtum, ein Strommast etc.

Bei der Fokuseinstellung auf ein Himmmelsobjekt muss man dann mit der Fokuseinstellung nur noch ein wenig in das Teleskop hineinfahren.

Die Formel dafür ist:

1/p + 1/q = 1/f
mit Objektentfernung q, Lage des Fokus p und Brennweite f. Für q = unendlich (Sterne) wird die Fokuslage q = f, für nähere Distanzen ist sie größer. Die Differenz fehlt Dir. (Alle Angaben in der gleichen Einheit, z.B. Millimeter)
Quelle: Kalle66 im Astrotreff http://www.astrotreff.de/topic.asp?ARCHIVE=true&TOPIC_ID=194474

Bei einer Brennweite meines Teleskops von f=510 mm ergibt sich daraus:

Objektentfernung (q) Lage des Fokus (p)
10 m 537 mm
50 m 515 mm
100 m 513 mm
200 m 511 mm
unendlich 510 mm

Erschütterungsfreie Fokus-Einstellung

Eine manuelle Einstellung der Schärfe bewirkt auch immer ein Zittern/Wackeln des Bildes, wodurch die Fokusqualität (Schärfe) nicht so gut beurteilt werden kann.

Alternative zum händischen Verstellen des Fokus am Rädchen des OAZ ist ein motorischer Fokus.

Beurteilung der Fokusqualität

Zur Beurteilung der Fokusqualität gibt es verschiedene Möglichkeiten; z.B.

  • Visuell im Live-View der Kamera; ggf. vergrößert
  • Visuell im Live-View einer Software (z.B. SharpCap); ggf. vergrößert
  • Messung FWHM bzw. HFD/HFR durch Software (z.B. SharpCap, APT. N.I.N.A. oder…)
  • Hartmann-Maske vor das Objektiv
  • Bahtinov-Maske vor das Objektiv

Fokusqualität anhand von FWHM

Man kann die Qualität einer eingestellten Fokussierung möglicherweise sofort an einem Live-View beurteilen oder man macht tatsächlich Probeaufnahmen und untersucht dann die entstandenen Fotos (wobei man dann noch wissen muss, welches Foto mit welcher Fokus-Einstellung geschossen wurde!).

FWHM ist die im angelsächsischen Sprachraum gängige Abkürzung für “Full Width at Half Maximum” und bedeutet die sog. Halbwertsbreite eines (vergrößerten) Sternbildes. Man stellt also zuerst das Maximum der Helligkeitskurve fest und schaut dann, wo die Helligkeitskurve den halben Wert, links und rechts vom Maximum, erreicht. Diese Halbwertsbreite charakterisiert so etwas wie die Breite der Kurve.

Software, mit der man FWHM messen kann, ist beispielsweise AstroImageJ, APT, SharpCap u.a.

Wenn man eine Bildserie mit unterschiedlichen Fokuseinstellungen geschossen hat, braucht man nur noch das Foto zu identifizieren, bei dem die Sterne das kleinste FWHM haben; d.h. wo die Sterne “am schäfsten” sind.

Fokusqualität anhand einer Bahtinov-Maske

Sehr bekannt ist auch die Bahtinov-Maske, die in Deutschland gerne verwendet wird. Auch von der GvA-Hamburg gibt es Infos dazu beim Video-Workshop.

Erfunden hat die Bahtinov-Maske Pavel Bahtinov im Jahre 2005: Link

Eine Bahtinov-Maske lässt mehr Licht durch als Hartmann/Scheiner, sagt man. Dadurch kann man mit einer Bahtinov-Maske auch an nicht ganz so hellen Sternen schön fokussieren. Ein gewisser Nachteil einer Bahtinov-Maske ist der deutlich höhere Fertigungs-Aufwand im Vergleich zu Hartmann/Scheiner.

Man kann Bahtinov-Masken aber auch fertig kaufen oder neuerdings auch im 3D-Druckverfahren selber herstellen.

Meine Bahtinov-Maske am Objektiv Beroflex 300mm f/4.0

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Fokussieren Bahtinov-Maske

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Fokussieren Bahtinov Maske an Sony 300mm

Funktionweise einer Bahtinov-Maske:

Man richtet die Optik auf einen helleren Stern und setzt die Bahtinov-Maske vor das Objektiv.

In der Nähe des Fokuspunkts wird im Live-View ein Beugungsbild sichtbar, das aus drei hellen “Balken” besteht. Zwei schräge Balken bilden in etwa ein Warnkreuz, wie wir es von Bahnübergängen kennen (Andreaskreuz). Der dritte waagerechte Balken bewegt sich nach oben oder nach unten, wenn wir etwas an der Fokussierung drehen. Es kommt nun darauf an, so zu fokussieren, das der dritte Balken genau mittig durch den Kreuzungspunkt der beiden schrägen Balken läuft.

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Bahtinov Beugungsbild im Live-View: Der waagerechte Balken ist noch etwas zu hoch…

Bezugsquellen, beispielsweise:

Links:

Fokusqualität anhand einer Hartmann-Maske / Scheiner-Blende

Den richtigen Schärfepunkt zu finden, ist gerade bei der Astrofotografie enorm wichtig.
Ein gutes Hilfsmittel hierfür ist eine Hartmann-Maske.
Drei gleichseitige Dreiecke werden in den Staubschutzdeckel des Teleskops gefräst.
Zum Fokussieren wird das Teleskop auf einen hellen Stern ausgerichtet.
Nähert man sich dem idealen Fokuspunkt, wandern die drei Sterne aufeinander zu.
Im Brennpunkt liegen alle drei Sterne mit ihren sechs Spikes genau übereinander.
Selbst kleinste Abweichungen werden sichtbar.
Der beste Fokuspunkt lässt sich so leicht finden.
hartmannmaske.jpg

Fokussieren mit der Hartmann-Maske

Fokussierung mit der Hartmann Maske (aus: http://www.astronomie-selbstbau.de/selbstbau-atm/hartmann-maske/)
hartmannmaske2.jpg

Fokussieren mit der Hartmann-Maske (Copyright www.astronomie-selbstbau.de)

Fokussierung in der Praxis

Fokussierung Foto-Objektiv Takumar 135mm an Sony NEX-5R

Mein schönes altes Foto-Objektiv “Takumar 135mm” hat eine manuelle Fokuseinstellung per Drehring bis auf Unendlich oder evtl. mehr als Unendlich. Per M42-Adapter kann ich dies schöne Objektiv an das E-Mount meiner Kamera Sony NEX-5R stecken.

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Fokussierung des Objektivs Takumar 135mm

Dies sind meine Arbeitsschritte zum Fokussieren:

  • Kamera Fokussierung auf “MF” (manual focus) – Menü -> Kamera ->AF/MF Auswahl
  • Kamera Belichtungsprogramm auf “M” (manual)
  • Kamera auf ISO 1600
  • Kamera auf Belichtungszeit 30 sec (das Maximum) –> dann sollte der Live View hellere Sterne schön zeigen
  • Objektiv bis Blende 2,8 aufmachen (nicht weiter aufmachen) –> dann sollte der Live View hellere Sterne schön zeigen
  • Objektiv Fokus auf “Unendlich” voreinstellen (sonst kann man im Live View möglichweise gar nichts sehen)
  • Einen helleren Stern anpeilen und genau in die Mitte des Gesichtsfelds stellen
  • Live View auf 10-fache Vergrößerung stellen und den Fokusring des Objektivs vorsichtig hin und her bewegen um die Mitte des genauen Fokus zu finden
  • Nachdem so der richtige Fokus gefunden ist, den Fokusring fixieren (z.B. mit Klebeband, aber ohne den Fokus zu verstellen)
  • Probefoto auf dem Notebook bei Vergrößerung untersuchen ob alles OK

Fokussierung Russentonne an Sony NEX-5R

Die Russentonne wird wie ein Foto-Objektiv vorne am “Tubus” mit einen großen Ring fokussiert.

An einem sternklarer Abend (7.3.2016) und ich konnte meine Russentonne mal an astronomischen Objekten erproben.

Foto 1: Belichtungszeit 30 sec, ISO 1600 – Nachführung offenbar gut, Fokus absichtlich noch zu kurz eingestellt.

DSC08086_Fokussieren.jpg

Fokussieren: Alpha Gem (Castor): Fokus noch zu kurz eingestellt.

Foto 2: Nun das Ganze im besten Fokus. Belichtung 30 sec, ISO 1600. Die Nachführung scheint nicht ganz optimal zu sein. Die Fokussierung ist besser.

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Fokussieren Russentonne: Alpha Gem (Castor)