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Fokussierung



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Fokussierung

Die präzise Fokussierung in der Astrofotografie ist alles andere als trivial! Glücklicherweise gibt es effektive Hilfsmittel für eine präzise Fokussierung, etwa die Scheinerblende oder die motorisierte Feinfokussierung, was im folgenden ausführlich beschrieben wird.


Die präzise Fokussierung eines Gestirns auf dem Kamerachip ist die absolut wichtigste Voraussetzung für gute Astroaufnahmen. Während bei "irdischen" Aufnahmen eine Autofokuseinrichtung diese Aufgabe übernimmt, kann man diese bei der Ablichtung von Gestirnen aller Art am Teleskop getrost vergessen. In besonderem Maße gilt dies natürlich bei der fokalen Projektion und bei der klassischen Okularprojektion.

Erschwerend kommt hinzu, daß sich der exakte Fokus durch die Luftunruhe, das "Seeing", ständig verändert. Je stärker vergrößert wird, desto schwieriger wird das Ganze, denn die Defokussierung wird also sozusagen "mitvergrößert".

Glücklicherweise gibt es einige raffinierte Methoden, eine Fokussierung präzise durchzuführen. Beginnen wir mal bei den "einfachen" Methoden...

Hauptspiegelfokussierung
Bei Spiegelteleskopen vom Typ Schmidt-Cassegrain oder Maksutov wird die grobe Fokussierung direkt durch Verschieben des Primärspiegels vorgenommen. Nachteilig ist allerdings das leichte Verkippen des Spiegels, wodurch das Objekt durchaus aus dem Bildfeld verschwinden kann. Dieser Effekt wird ganz neudeutsch "Spiegelshifting" genannt. Damit sich der Spiegel nicht auch beim Nachführen bewegt, ist der Einsatz einer Hauptspiegelfixierung unumgänglich.
Feinfokussierung, manuell
Die Hauptspiegelfokussierung sollte also nur ganz grob zur Fokussierung hergenommen werden. Eine mechanische Feinfokussierung ist an Refraktoren, sowie an Newtons bereits vorhanden. Mit einem kleinen Fokussierrädchen kann der Fokus damit zwar recht präzise eingestellt werden, doch gibt es auch hier einen gravierenden Nachteil: Selbst mit viel Fingerspitzengefühl ist es selbst bei einer halbwegs stabilen Montierung nicht möglich, leichte Vibrationen zu vermeiden. Diese werden durch das Teleskop mitvergrößert was eine scharfe Abbildung auf dem Bildschirm während des Fokussierens unmöglich macht.
Feinfokussierung, motorisiert
Weit besser ist eine motorisierte Feinfokussierung geeignet, sofern sie vibrationsfrei arbeitet. Hier ist also die Qualität entscheident. Sie ist aus den oben genannten Gründen kein Luxus - oder vielleicht eine Spielerei, sondern für die Astrofotografie schlicht und ergreifend eine Notwendigkeit. Eine motorisierte Feinfokussierung wird zwischen Okularauszug und Okular bzw. Kamera befestigt. Ein kleiner Elektromotor verändert dabei die Länge des Feinfokussierers in winzig kleinen Stufen. Die Geschwindigkeit sollte einstellbar sein. Auf diese Weise läßt sich die visuell beste Fokussierung direkt am Bildschirm mitverfolgen, sofern zur Aufnahme eine Webcam verwendet wird.
Visuelle Fokussierung mit Livebild
Recht genau klappt die Fokussierung mit einer Webcam oder Astrokamera, wenn man diese erst mal an einem hellen Stern vornimmt. Hier hat man den großen Vorteil, die Genauigkeit der Fokussierung direkt am Monitor mitverfolgen zu können. Dabei ist es wichtig, die Belichtungszeit so zu wählen, daß kein Bildpunkt sättigen kann. Wenn bei gutem Seeing und hinreichend hoher Vergrößerung das Beugungsscheibchen auf dem Monitor in Momenten größter Luftruhe deutlich zu sehen ist, dann ist der Fokus perfekt eingestellt und sollte im weiteren Verlauf der "Sitzung" nicht mehr geändert werden. Oder - wenn das Seeing die Abbildung eines Beugungsscheibchens nicht zuläßt - das Licht des Sterns auf eine möglichst kleine Fläche konzentrieren.
Visuelle Fokussierung durch den Sucher
Den Komfort eines Livebilds in voller Auflösung hat man bei DSLR's meist nicht zur Verfügung. Hier schaut man durch den Sucher und versucht so "nach Gefühl" scharfzustellen. Hier spielen uns unsere Augen aber einen bösen Streich, denn diese können sich an eine kräftige Defokussierung problemlos anpassen - die Kamera kann das nicht. Es gibt zwar verschiedene optische Hilfsmittel, den Augen beim Finden des idealen Fokus behilflich zu sein, doch wird man nicht umhin kommen, mehrere Testaufnahmen zu machen und diese bezüglich ihrer Schärfe zu kontrollieren. Bei "analogen" Kameras mit chemischen Filmmaterial ist diese Methode wenig sinnvoll. An diesem Punkt kommt dann die Scheinerblende ins Spiel.
Scheinerblende
Doch wie fokussiert man ein Objekt, das, bedingt durch große Luftunruhe, immer wieder aus dem Fokus läuft? Insbesondere dann, wenn durch den optischen Sucher einer Spiegelreflexkamera fokussiert werden soll? "Auf Unendlich stellen" lautet die einfache Antwort. Visuell ist da bei ungutem Seeing allerdings fast nichts mehr zu machen. Aber in dieser Situation kommt man mit folgender Methode weiter:
 
Scheinerblende
 
 Die Blende

Mit Hilfe einer solchen Scheinerblende kann man eine äußerst präzise Fokussierung vornehmen. Man richte sein Teleskop auf einen hellen Stern und befestige diese Scheinerblende vor die Teleskopöffnung. Nur bei perfekter Fokussierung erscheint der Stern (fast) punktförmig, auch wenn das Licht durch drei Öffnungen hindurch muß. Der Clou bei dieser Konstruktion ist das Dreieck oberhalb der runden Öffnungen. Tip: Die Öffnungen sollten einen möglichst großen Abstand zueinander haben.
 
Scheinerblende vor Fokus
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Vor Fokus

Vor dem Fokus würde ein solches Bild entstehen: Der Stern ist natürlich deutlich defokussiert, also im Prinzip nur ein lichtschwaches, verschwommenes Fleckchen. Ebenfalls sichtbar sind die Konturen der Öffnungen in der Scheinerblende in der "korrekten Anordnung". Eine zusätzliche, wichtige Information liefert das Dreieck: Wir befinden uns vor der Brennebene und müssen ein wenig "nach hinten".
 
Scheinerblende hinter Fokus
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Hinter Fokus

Verpassen wir den idealen Fokus, in dem der Stern als "Einzelexemplar" und fast punktförmig erscheint, dann bietet sich ein Abbild der gleichen Konturen, nur diesmal seitenverkehrt und kopfstehend. Wir müssen also wieder ein wenig "nach vorne".
 
Scheinerblende nahe Fokus
 
Nahe Fokus

Nun wird es ein bißchen schwierig. Wenn man sich schon recht nahe am Fokus befindet, dann sorgt das Seeing dafür, daß das "Dreigestirn" ordentlich durcheinandergewirbelt wird. Trotzdem ist die Aufteilung in drei Punkte manchmal auszumachen. Ab jetzt mit der Feinfokussierung sehr feinfühlig umgehen. Hier geht es um zehntel Millimeter!
 
Scheinerblende im FokusIm Fokus

Und so sollte ein perfekt fokussierter Stern ausschauen. Bei großer Vergrößerung ist das zentrale Beugungsscheibchen, das durch die geringere Gesamtöffnung deutlich größer ist, in der Mitte gut zu sehen.
 

Als "Fokussierstern" mußte der -1,4m helle Sirius herhalten. Fotografiert wurde mit einer ToUcam durch ein 254/2500 SCT, Belichtungszeit: 1/100s. Die runden Öffnungen in der Scheinerblende haben jeweils 50mm Ø, die Dreiecksfläche ist entsprechend. Die Vergrößerung entspricht 260 ×. Daraus ergibt sich ein Beugungsscheibchen von ca. 3" bzw. 6 Pixel im Bild.

Eine Scheinerblende läßt sich mit recht wenig Aufwand selber anfertigen. Für die präzise Fokussierung bei schlechterem Seeing ist sie ein verbreitetes und sehr nützliches Hilfsmittel.

 
 
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