Zubehör

Automatische Fokuskorrektur für eine C11
Seit vielen Jahren nutze ich als Teleskop zur Deep Sky Fotografie ein Schmidt Cassegrain Teleskop der Marke Celestron mit einer Öffnung von 11 Zoll. In Kombination mit dem so genannten Hyperstarsystem lässt sich für die Fotografie die Blende auf 2 verkleinern. Damit gelangen mir schon viele schöne Bilder. Doch blieb bis zuletzt ein Fehler?

Wenn ich während einer ganzen Nacht viele Einzelaufnahmen belichtete, wandert das Teleskop vom Osthorizont mit den Sternen durch den Zenit zum Westen. Dabei verschiebt sich der Hauptspiegel des Teleskops leicht, da er nur auf Federn gelagert ist. Zeigt das Teleskop nach oben zum Zenit, fällt er nach hinten und man muss zur Fokuskorrektur den Spiegel wieder leicht am Fokusrad nach oben bewegen.

Gleichzeitig wird es vom Abend bis in die Nacht mehrere Grad kälter. Dabei zieht sich das Teleskop leicht zusammen und wird kürzer. Zur Fokuskorrektur muss man nun den Spiegel wieder leicht zurückfahren. Führt man die Korrektur nicht durch, so werden manche Aufnahmen unscharf und die Sterne werden nicht mehr so fein abgebildet. Also überlegte ich mir eine Lösung, die diese Korrektur automatisch bewerkstelligen sollte. An dem Fokusrad befestigte ich ein Zahnrad mit etwa 8 cm Durchmesser. Parallel dazu montierte ich einen kleinen Motor mit einem 1 cm Zahnrad an eine Kunststoffplatte und spannte einen Riemen zwischen beiden Zahnräder. Zahnräder und Riemen sind Standardbauteile für 3D-Drucker.

Der Schrittmotor ist Teil eines Elegoo StarterKits. Dieser auf Arduino basierende Elektronikbaukasten liefert für 30 € alle notwendigen Bauteile und die Software. Anhand von einfachen Anleitungen entwickelte ich die Schaltung und die Programmierung. Die Basis der Steuerung ist das so genannte Board, welches analoge und digitale Signale verarbeiten kann. Auf das Teleskop befestigte ich einen Temperatursensor und einen Neigungssensor. In einer Nacht nahm ich nun die Kalibrierung der Sensorwerte vor. Für verschiedene Temperaturen und Teleskopneigungen stellte ich über die Steuerung das Teleskop scharf und notierte die Schritte des Motors und die zugehörigen Sensorwerte. Mit dieser Kalibrierung hält mir die Steuerung mein Teleskop laufend scharf.

Autor: Peter Köchling

Abb. 1: Der Elegoo-Motor mit Riemen und Zahnrad am Teleskop zur Korrektur des Fokus. Der Anschluss der Kontrollbox erfolgt über ein neunpoligen Sub-D Stecker

Abb. 2: Die Kontrollbox mit LCD-Anzeige für Temperatur und Motorschritte und Tastern zum Fahren des Motors in beide Richtungen. Die Stromversorgung und das Aufspielen der Software erfolgt über eien USB-Kabel

Selbstbau einer Kamerakühlung
Als langjähriger Astrofotograf frage ich mich immer wieder, wie man die Aufnahmetechnik weiter optimieren kann, um noch bessere Ergebnisse zu erreichen. Doch zunächst: Was macht überhaupt die Qualität eines guten Astrofotos aus? Eines von vielen Qualitätsmerkmalen einer Astrokamera ist die Fähigkeit, möglichst dunkle Himmelsbereiche zu detektieren.

So versuchen viele Astrofotografen zum Beispiel eine dunkelbraune Dunkelwolke vom fast schwarzen Himmelshintergrund zu trennen. Die erste Hürde für dieses Ziel ist die Lichtverschmutzung, die diese Objekte trotz längerer Einzelbelichtungszeit verschluckt. Diese Einschränkung kann man durch einen dunklen Himmel fern der Städte, durch Farbfilter oder auch Addition vieler Einzelbilder gut in den Griff bekommen. Allerdings bleibt im dunklen Hintergrund weiterhin eine pixelige Grundhelligkeit, die von dem thermischen Rauschen des Kamerachips herrührt. Betrachtet man das Histogramm des Dunkelbildes (Belichtung bei geschlossener Kamera), so findet man am unteren (dunklen) Ende nahezu eine Normalverteilung von Helligkeitswerten, eben dieses thermische Rauschen (Abbildung 1). Im Folgenden möchte ich dieses Rauschen mit der mathematischen Kenngröße der Standardabweichung, einem Maß für die Breite der Verteilung, quantitativ beschreiben. Diese Kenngröße eines Bildes ermittele ich mit der Software „Pix- Insight“. Da bei diesen kurzen Belichtungszeiten die Verteilung des Rauschens links im Histogramm abgeschnitten wird, erscheint die berechnete Standardabweichung etwas geringer, als sie tatsächlich ist. Längere Belichtungszeiten bei so hohen ISO-Werten sind bei mir dank lichtstarker Optiken unüblich. Alternativ zur Standardabweichung kann auch die Dateigröße eines Bildes als quantitatives Maß für die Rauschleistung herangezogen werden. Die folgenden Testbilder im cr2-Format sind mit 14 bit aufgenommen worden. Um eine von der bit-Tiefe des Digitalbildes unabhängige Skalierung für die Helligkeit bzw. Standardabweichung der Pixel zu bekommen, skaliere ich meine Diagramme und Angaben von „Schwarz“ = 0 ADU = 0 und „Weiß“ = 16.383 ADU = 1.

Schaut man sich ein verrauschtes Bild an, so fällt es bei den schwächsten Sternen schwer zu sagen, ob da nun tatsächlich ein Stern ist oder nur ein paar Pixel, die zufällig gerade etwas heller rauschen. Durch Addition oder Vergleich vieler Einzelbilder desselben Objektes lassen sich diese schwachen Details am PC dann doch herausrechnen, was aber die Gesamtbelichtungszeit deutlich erhöht. So sind viele der aktuellen „Astrofotos des Jahres“ nur mit vielen Stunden oder sogar Tagen an Gesamtbelichtungszeit entstanden. Bei dieser Methodik muss aber gesagt werden, dass sich durch Addition lediglich die Standardabweichung verkleinern lässt, nicht aber die mittlere Hintergrundhelligkeit. Die Verteilung wird schmaler, so dass schwache Details aus dem Rauschen heraustreten. Für qualitative Astrofotos muss es somit Ziel sein, sowohl die mittlere Hintergrundhelligkeit als auch die Standardabweichung zu verkleinern.

Die Ursache des thermischen Rauschens des Kamerachips ist die Temperatur und ihre Infrarotstrahlung, die einzelne Pixel schwach anregt. Dieses Rauschen ist somit abhängig von der eingestellten ISO-Empfindlichkeit (Abbildung 2) und der Chiptemperatur. Senkt man also die Temperatur, so verringert sich das Rauschen (Abbildungen 3 und 4).

Im Dauerbetrieb einer Kamera erwärmt sich allerdings der Chip zunehmend um ca. 10 K gegenüber der Umgebungstemperatur, was das Rauschen zunehmen lässt. An dieser Stelle drängt sich nun die Idee auf, durch eine aktive Kühlung das Rauschen zu reduzieren. Seit Kurzem sind Spiegelreflexkameras auf dem Markt, die mittels Peltierelementen, Kühlkörper und Lüfter den Kamerachip von hinten kühlen sollen. Ich glaube durchaus, dass diese gekühlten Kameras gute Dienste leisten und der Astrofotografie in gewisser Weise einen Quantensprung bescheren werden. Für den horrenden Preis dieser Kameras habe ich jedoch kein Verständnis, führt man sich vor Augen, dass die notwendigen Bauteile einer solchen Kühlung meist Standardware des PC-Tuningbereiches sind und für weniger als 100 Euro zu kaufen sind. So wollen wir doch einmal schauen, ob sich eine solche Kühlung nicht leicht selbst bauen lässt.

Einen Kühlkörper von 53 mm x 53 mm x 20 mm und einen kleinen Lüfter hatte ich seit vielen Jahren zu Hause, ohne zu wissen, wofür ich dies irgendwann einmal brauchen würde. Hinzu bestellte ich mir noch ein Peltierelement (TEC1-12710) für ca. 4 Euro. Dieses Peltierelement ist eine kleine, flache, quadratische Keramik, die auf der einen Seite kalt und auf der anderen Seite warm wird, wenn man sie mit Gleichstrom versorgt. So klappte ich bei meiner Canon EOS 60Da den Bildschirm zur Seite und setzte dieses Peltierelement mit Wärmeleitkleber auf die Rückseite des Kameragehäuses, wo in etwa der Chip liegt (Abbildung 5). Auf das Peltierelement kamen ein Wärmeleitklebestreifen, Kühlkörper und Lüfter, deren Funktion es ist, die Wärme der heißen Seite des Peltierelements möglichst schnell abzuführen. Die Spannung des Peltierelementes regelte ich auf 5 Volt mit ca. 1,5 Ampere, da bei dieser Spannung der Kühlkörper kaum warm war, also nicht überfordert war. Bei größeren Spannungen kann es zu einem Wärmestau kommen, so dass selbst die kalte Seite des Peltierelementes warm wird.

Ich startete eine Belichtungsreihe mit 298 Sekunden Einzelbelichtungszeit und nur kurzen Pausen von 2 Sekunden. Gleich beim Start setzte ich die aktive Kühlung (kalte Seite des Peltierelements, ca. 2 °C) hinten auf die Kamera, die etwas oberhalb der Umgebungstemperatur von 17,8 °C vorgewärmt war. Das Ergebnis war eindeutig. Das Rauschen nahm im Vollbetrieb innerhalb von 60 Minuten um gerade mal 10% zu, bei ca. 20 °C Chiptemperatur (Abbildung 6). Als ich jedoch die Kühlung entfernte, nahm das Rauschen rasch zu und die Chiptemperatur lag nach 60 Minuten ohne Kühlung bei ca. 28 °C. Abschließend pausierte die Kamera und wurde erneut für 30 Minuten gekühlt. Das Rauschen konnte nochmals gesenkt werden und der Chip nahm eine Temperatur von ca. 15 °C an. Auch visuell tritt eine merkliche Verbesserung des Rauschens ein (Abbildung 7).

Bereits dieser einfache Aufbau zeigt eine deutliche Reduzierung des Rauschens. Ich werde den Kühlkörper und den Lüfter noch etwas vergrößern. Das eigentlich Bemerkenswerte an dieser kostengünstigen wie effektiven Lösung zur Verbesserung der Astrofotos ist, dass sich diese Idee noch nicht früher herumgesprochen und durchgesetzt hat. Ich denke, schon bald werden viele Spiegelreflexkameras in der Astrofotografie mit passiven oder aktiven Kühlsystemen ausgestattet sein. Zu Beginn werden die meisten aufgrund des erheblichen Preisunterschiedes wahrscheinlich Selbstbau-Lösungen sein. Meiner Meinung nach macht dieses Tüfteln zu einem großen Teil unser Hobby aus. Viel Spaß beim Basteln!

Autor: Peter Köchling


Abb. 1: Oben das Histogramm des roten Kanals von 0,00 bis 0,02 eines Dunkelbildes, aufgenommen bei -9,9 °C. Unten das Dunkelbild bei 21,1 °C. Belichtungszeit 118 s  bei ISO 6400 auf Canon EOS 60Da. Die Verteilung des thermischen Rauschens wird mit höheren Temperaturen breiter, die Standardabweichung nimmt also zu.
Abb. 2: Das Rauschen des Kamerachips in Abhängigkeit von der ISO-Empfindlichkeit  einer Canon EOS 400D und 60Da mit 298 s Belichtungszeit.
Abb. 3: Hier sind die Standardabweichungen des roten, grünen und blauen Kanals einer Belichtungsreihe von Dunkelbildern gezeigt. Mit zunehmender Umgebungstemperatur nimmt die Standardabweichung zu (Schwarz = 0, Weiß = 1). Jedes Einzelbild ist mit einer Canon EOS 60Da bei 118 s und ISO 6400 entstanden. Ein Weißabgleich wurde nicht durchgeführt, so dass der rote Kanal stärker rauschend erscheint.
Abb. 4: Hier sind die Standardabweichung des roten, grünen und blauen Kanals (mit Weißabgleich) einer Belichtungsreihe von Dunkelbildern gezeigt, aufgetragen gegen die Temperatur des Kamerachips, gemessen mit einem Infrarotthermometer kurz vor der  Belichtung. Jedes Einzelbild ist mit einer Canon EOS 60Da bei 298 s und ISO 3200 entstanden.

Abb. 5: Der Testaufbau: Die Canon EOS 60Da mit Peltierelement, Kühlkörper und Lüfter. Die Kühlung ist mit speziellem Wärmeleitklebeband festgeklebt und lässt sich leicht wieder entfernen.
Abb. 6: Jeder Balken zeigt die Belichtungszeit und das Rauschen im roten, blauen und grünen Kanal, bei 298 s mit ISO 3200. Die Zunahme des Rauschens nach 60 Minuten mit Peltierkühlung der Canon EOS 60Da im vollen Betrieb beschränkt sich auf ca. 10%. Ohne Peltierkühlung verdoppelt sich das Rauschen innerhalb einer Stunde durch die Erwärmung des Kamerachips. Durch anschließendes Vorkühlen für eine halbe Stunde kann die Chiptemperatur sogar unter die Umgebungstemperatur gesenkt werden.
  Abb. 7a-7c: Dunkelbilder (Ausschnittsvergrößerung, Histogramm gestreckt) der Canon EOS 60Da mit Einzelbelichtungszeit 298 s bei ISO 3200 und Umgebungstemperatur 17,8 °C, oben ohne Peltierkühlung nach 60 Minuten im Dauerbetrieb. Mitte mit Peltierkühlung nach 60 Minuten im Dauerbetrieb, unten nach 30 Minuten mit Peltierkühlung zur Vorkühlung. Die lästigen Hotpixel gehen dank Kühlung deutlich zurück.

Fangspiegelschutz für Gitterrohr-Dobson-Teleskope
Um ein Gitterrohr-Dobson-Teleskop zu einem entfernten Beobachtungsort zu transportieren oder über einen längeren Zeitraum zu lagern, ist es wichtig, dass alle optischen Komponenten (Hauptspiegel, Fangspiegel sowie Okulare) gut geschützt sind.

Kauft man ein solches Teleskop, sind die erforderlichen Schutzabdeckungen meist bereits im Lieferumfang enthalten. Jedoch trifft das nicht immer für den Fangspiegel zu – ein lästiges Problem, das sich schnell lösen lässt …
Welchen Schutz soll eine Abdeckung bieten?
Diese soll vor Verschmutzung der Optik und mechanischen Belastungen (durch den Transport, Aufbau etc.) schützen.
Auf ans Basteln

Kosten ca. 2 €; Zeitaufwand ca. 1 Std.
Man benötigt:
  • eine verschraubbare Kunststoffdose (für kleine Fangspiegel wird man inder Gewürz-, Kakao- oder Getränkeabteilung fündig; große Fangspiegelkann man gut mit leeren Muskelprotein-Dosen schützen; Tipp: optimalsind transparente Gefäße)
  • ein Lineal
  • einen Stift, der auf Kunststoff schreibt
  • eine Allzwecksäge, ausgestattet miteinem feinzahnigen Sägeband (dieBreite soll mindestens jener der Fangspiegelstreben entsprechen)
  • feinkörniges Schleifpapier
  • Klebeband (optional)

Am oberen Rand der Dose werden die vier Sägepositionen angezeichnet. Wie tief diese eingeschnitten werden sollen, hängt von der Höhe der Fangspiegelstreben ab. Diese Höhe mit einem Lineal abmessen. Den Schraubverschluss auf die Dose aufschrauben und von dessen unterer Kante die vorhin gemessene Länge zuzüglich ca. 1 mm anzeichnen. Für saubere, gerade Schlitze sollten die Sägebereiche komplett vorgezeichnet werden, dann wird gesägt. Die Sägestellen können ausgefranst und gratig sein. Darum empfehlt es sich, diese mit einem Schleifpapier nachzubehandeln. Man kann die scharfkantigen Stellen auch mit einem Isolier- oder TIXOBand abkleben, damit die Beschichtung der Fangspiegelstreben nicht beschädigt werden kann.

Gebrauch
Für den Schutz des Fangspiegels die Dose öffnen, mit der offenen Seite nach außen den Fangspiegel abdecken (der Dosenboden bedeckt den Spiegel) und nach Einführung der Streben in die Schlitze der Dose diese mit dem Deckel verschrauben.

Autor: Bernhard Suntinger


Abb. 1: Sägeschnitte in der Dose mit Abklebung

Abb. 2: Aufsetzen des Fangspiegelschutzes

Abb. 3: Fertiger Schutz am Teleskop

Die Fokussierlehre/Messlehre
Bei der Tagbeobachtung der Planeten ist es wichtig, das Teleskop zuvor scharf einzustellen. Das Planetenscheibchen ist sonst sehr groß und von der Leuchtkraft entsprechend schwach. Das Auffinden ist so sehr schwierig. Da man aber keinen Anhaltspunkt für die Scharfeinstellung hat, Bäume und Häuser der Umgebung sind nicht weit genug entfernt, habe ich mir eine Lehre gefertigt, die zwischen dem Okularauszug und Okularklemmring gehalten wird. Ich drehe den Okularauszug soweit ein, bis die Lehre genau dazwischen passt. Der untere Bereich der Lehre ist für ein Zenitprisma mit Okular.

Autor: Hubert Hermelingmeier

2-Zoll-Staubschutzkappe
Als Staubschutzkappe für einen 2″-OKZ-Anschluss eignet sich eine Abschlusskappe für ein DN50 HT-Abflussrohr. Bei Bedarf kann der Durchmesser noch mit etwas Klebeband vergrößert werden.

Autor: Hubert Hermelingmeier