Kollimation mit der easyCol - Kollimationskamera

1. Vorbereitung

1. Download und Installation der Software

Bitte laden Sie die Software zur Kalibrierung der Kamera und Kollimation herunter. Die Software wird von uns entwickelt und mit einem gültigen Softwarezertifikat ausgeliefert und sollte sich ohne Probleme installieren lassen. Nach der Installation sollten Sie das Icon auf Ihrem Desktop finden.

Eine kurze Beschreibung zur Benutzeroberfläche der Software sowie eine Anleitung zur Kalibrierung (Zentrierung) des Sensors finden Sie hier

2. Lieferumfang

Schauen wir uns zunächst an was sich im Lieferung der easyCol Kamera befindet. Neben der eigentlichen Kamera befindet sich ein magnetischer Deckel der auch als Rotator verwendet wird, eine Farbscheibe (für die Kollimation von bspw. RC's) sowie eine 50mm lange 2" Verlängerung mit beidseitigen M48x0.75 Gewinden.

3. Vorbereitung der Kamera

1. Einlegen der Farbscheibe

2. Aufschrauben der Verlängerung (optional) - der Korrektor kann auch direkt aufgeschraubt werden

3. Aufschrauben des Korrektors Wir empfehlen immer die Verwendung eines Korrektors für die Zentrierung des Sensors aber auch die spätere Kollimation des Teleskops.

4. Aufsetzen des Rotators (Deckel)

5. Kalibrierung (Zentrierung) des Sensors

Die genaue Vorgehensweise zur Kalibrierung (Zentrierung) des Kamerasensor finden Sie hier unter dem Punkt "Zentrierung des Kamera Sensors"

Allgemeine Hinweise

Im Deckel/Rotator befindet sich seitlich ein Gewindestift mit einer gefederten Kugel. Hier können Sie die Vorspannung einstellen, also wie fest der Korrektor gegen die Gleitflächen des Rotators gedrückt wird um ein mögliches Spiel zu eliminieren.

HINWEIS: Der Rotator sollte nicht zu fest sitzen und sich noch gut drehen lassen, aber so fest angedrückt werden, dass kein seitliches Spiel vorhanden ist!

Bitte entfernen Sie die mitgelieferte Verlängerungshülse bzw. den Korrektor nach der Verwendung der easyCol Kamera und verschließen die Kamera mit dem Deckel.

Sollte sich auf der Kamera noch die Schutzfolie befinden möchten wir das entschuldigen :-)

Die Schutzfolie kann einfach mit einer Pinzette an der roten Lasche entfernt werden.

4. Kollimation eines Fotonewtons mit Hilfe der easyCol-Kamera

Die Kollimation ist ein grundlegender Bestandteil bei der Nutzung eines Newton-Teleskops. Sie bezeichnet den Prozess, bei dem die optischen Elemente des Teleskops (Hauptspiegel, Fangspiegel und Okular bzw. Kamerasensor), präzise aufeinander ausgerichtet werden. Diese exakte Ausrichtung ist entscheidend, damit das Licht, das vom Hauptspiegel eingefangen wird, korrekt auf ins Okular bzw. auf den Sensor der Kamera gelangt. Nur bei einer perfekten Kollimation ist gewährleistet, dass das Teleskop gestochen scharfe und detailreiche Bilder liefert.

Es gibt verschiedene Methoden, um die Kollimation eines Newton-Teleskops durchzuführen. Die Wahl der Methode hängt oft von der erforderlichen Präzision ab. Besonders lichtstarke Teleskope wie etwa ein schneller Fotonewton (f/4 und besser) erfordern bei der Kollimation eine deutlich größere Präzision. Die klassischen Methoden (Laser und Kollimationsokular) sind hier nicht ausreichend!

Prinzipieller Aufbau eines Newtons

Ein Newton-Teleskop besteht aus einem parabolischen oder hyperbolischen Hauptspiegel, der das Licht von weit entfernten Himmelsobjekten sammelt. Der Fangspiegel (auch Sekundärspiegel genannt) lenkt das Licht um 45° in den Okularauszug. Nachdem das Licht den Korrektor (zur Korrektur von Koma und zur Ebnung des Bildfeldes) passiert hat, fällt es schlussendlich auf den Sensor der Kamera. Im kollimierten und korrigierten Zustand erhalten wir eine ebenes Bildfeld (Image Plane) welches parallel zum Sensor ausgerichtet ist und im Brennpunkt (Fokus) exakt auf der Sensoroberfläche liegt (siehe Bild).

Auf was kommt es bei der Kollimation an?

Ziel der Kollimation ist es, die optischen Elemente (Fangspiegel, Hauptspiegel, Korrektor und Sensor) so auszurichten, dass die durch den Fangspiegel umgelenkte optische Achse des Hauptspiegels am Ende dauerhaft, senkrecht und mittig auf dem Kamerasensor trifft.

Das hört sich erstmal leichter an als es in der Realität ist und auch der eine oder andere erfahrene Anwender kommt hier schnell an seine Grenzen, denn je nach Öffnungsverhältnis ist die Tiefenschärfe (CFZ) des Systems nur wenige 10µm groß und geringst Verkippungen des Bildfeldes werden in den Bildecken schnell sichtbar.

Beispiel:

Die kritische Fokuszone eines 10" f/4 Newtons beträgt nach der klassischen Berechnung rund 39µm (bei 500nm), berücksichtigt man auch das Seeing beträgt die kritische Fokuszone bei einem guten Seeing von 2 arcsec immer noch rund 57µm. Alle Abweichungen die größer als dieser Wert sind können als Defokus wahrgenommen werden.

Bei einem f/3 Newton sind es nur etwa 24µm....das ist nicht viel!

Was sind nun die kritischen Punkte auf die es ankommt um am Ende ein kollimiertes und stabiles Teleskop zu bekommen?

1. Mechanischer Aufbau

Ein solider mechanischer Aufbau ist die Grundvoraussetzung für eine dauerhafte, stabile Kollimation. Weiche Fangspiegelspinnen aber auch dünnwandige Tuben oder zu instabile Okularauszüge oder Hauptspiegelzellen die den Spiegel nicht richtig fassen sind hier aus unsere Sicht absolut ungeeignet! Bei den meisten Produkten aus Fernost wird hier am leider am falschen Ende gespart. Hier helfen Ihnen natürlich unsere Produkte um Ihren Newton für die Astrofotografie zu optimieren.

Auch wenn einige Anbieter von Teleskopen der Meinung sind, dass eine Verkippung des Okularauszuges egal ist und diese sowieso keinen Einfluss auf die Qualität der Kollimation hat, was prinzipiell erstmal richtig ist, ist es aber deutlich einfacher ein Teleskop zu kollimieren wenn Tubus und Okularauszug möglichst gut zueinander ausgerichtet sind.

2. Hauptspiegel

Stellen Sie zunächst sicher, dass der Hauptspiegel locker in der Spiegelzelle sitzt. Nach unserer Erfahrung sitzen die meisten Spiegel der Teleskope aus Fernost aber zu locker und haben seitlich viel Spiel. Dieses Spiel kann man mit selbstklebenden Korkeinlagen auf ein Minimum reduzieren. Der Spiegel sollte aber nicht zu fest sitzen und klemmen!

Die Einstellung des Hauptspiegels (letzter Schritt bei der Kollimation) ist deutlich einfacher als die des Fangspiegels. Auch wenn es hier prinzipiell die gleichen Möglichkeiten zur Einstellung wie beim Fangspiegel gibt, wirkt sich die axiale Parallelverschiebung hier nur auf eine Verlagerung der Fokusposition aus, hat aber keinen Einfluss auf die Güte der Kollimation.

3. Fangspiegel

Das wohl wichtigste Element bei der Justage eines Newtons ist der Fangspiegel. Auch wenn der Fangspiegel selber keine optische Wirkung hat (es ist ein Planspiegel der das Licht vom Hauptspiegel lediglich umlenkt) ist die Positionierung des Fangspiegels aber umso entscheidender!

Fangspiegelposition - Axial (entlang der Tubusachse)

Es ist wichtig, dass der Fangspiegel korrekt unter dem Okularauszug positioniert ist. Die Position auf der Tubus Achse ist entscheidend damit später das Bildfeld nicht verkippt wird!

Hier anhand von Skizzen verdeutlicht wie eine Bildfeldverkippung zustande kommt.

Ist der Fangspiegel zu tief im Tubus montiert verkippt man sich das Bildfeld, sobald man die Mittenmarkierung des Hauptspiegels (HS) mittig in das Fadenkreuz der Software justiert.

Man erkennt die Verkippung außerdem an der nicht runden Form des Fangspiegels. Der Fangspiegel erscheint als Ellipse und ist entlang der Tubusachse länger.

In diesem Fall muss die Befestigungsschraube (zentrale Schraube in der Fangspiegelspinne) weiter angezogen werden.

Ist der Fangspiegel nicht weit genug im Tubus montiert verkippt man sich das Bildfeld ebenfalls, sobald man die Mittenmarkierung des Hauptspiegels (HS) mittig in das Fadenkreuz justiert.

Man erkennt die Verkippung an der nicht runden Form des Fangspiegels. Der Fangspiegel erscheint auch als Ellipse jedoch ist die lange Achse der Ellipse nun parallel zum Hauptspiegel ausgerichtet.

In diesem Fall muss die Befestigungsschraube (zentrale Schraube in der Fangspiegelspinne) etwas gelöst werden.

Hat man dies bei der Justage mit der Kamera im Hinterkopf gelingt das Einstellen des Newtons mit etwas Übung in wenigen Minuten.

Wie wir dabei vorgehen und die richtige Fangspiegelposition schnell und sehrt genau bestimmen, möchten wie Ihnen im Weiteren anhand von Bildern verdeutlichen.

Benötige Hilfsmittel und Vorbereitungen

Für die Justage benötigen Sie eine Lichtquelle (bspw. Flat-Field Panel), eine kalibrierte easyCol-Kamera, Inbusschlüssel zur Justage des Fangspiegels, ein weißes Blatt Papier.

Das Teleskop auf einem Tisch bzw. Werkbank platzieren mit Okularauszug nach oben. Die Transportschalen, mit denen das Teleskop bei der Lieferung im Karton fixiert ist, eignen sich hierfür bestens.

Die Beleuchtung positionieren wir mit etwas Abstand vor der Öffnung des Teleskops. Der Abstand sollte nicht zu klein sein, hier müssen wir später noch genug Platz haben um den Fangspiegel zu justieren.

Legen Sie nun das weiße Blatt Papierin den Tubus, hinter den Fangspiegel. Dies ist sehr hilfreich um später die Fangspiegelkante bzw. die Kante des Okularauszugs/Korrektor besser sehen zu können.

Es ist ebenfalls sehr hilfreich, wenn man die Kamera so dreht, dass sich die Öffnung des Tubus auf dem Bild der Kamera auf der gleichen Seite befindet wie beim Teleskop auf dem Tisch. Halten Sie einen Finger mittig von oben vor die Öffnung.

Drehen Sie die Kamera nun soweit, bis der Finger im Kamerabild an der richtigen Position erscheint.

In diesem Beispiel befindet sich die Öffnung links, also muss der Finger ebenfalls links und mittig ausgerichtet sein.

Zentrieren der Kamera im Okularauszug

1.) Stellen Sie zunächst auf die Kante des Korrektors bzw. auf die Kante des Okularauszugs scharf.

2.) Aktivieren Sie den ersten Kreis und passen Sie die Größe des Kreises an die Kante an.

3.) Mithilfe des Offset X/Y Parameters können Sie den Kreis sauber auf die Kante ausrichten.

HINWEIS: Nachdem der Kreis sauber auf die Kante ausgerichtet ist, dürfen die Offset X/Y Parameter nicht mehr verändert werden!

Damit wir nun in den nachfolgenden Schritten den Newton kollimieren können, lösen wir noch die beiden oberen Justageschrauben in der Fangspiegelspinne. In unserer Anleitung zur Montage unserer Fangspiegelspinnen sehen Sie, wie die Justageschrauben ausgerichtet sein sollten.

Wenn die Spinne richtig montiert ist bilden die beiden oberen Justageschrauben eine parallel zum Okularauzug ausgerichtete Achse (siehe Bild). Dies erleichtert die Kollimation deutlich!

HINWEIS: Sie können die oberen Schrauben einige Umdrehungen lösen, diese sind für die erste "grobe" Justage nicht notwendig.

Im Folgenden beschreiben wir die Justage des Fangspiegels . Wir gehen bei diesem Beispiel davon aus, dass wir den exakten Fangspiegelabstand nicht kennen und ermitteln diesen iterativ während der Fangspiegeljustage.

Die nachfolgenden Schritte sind nummeriert und können so oft wiederholt werden, bis die Fangspiegelposition passt.

1. Fangspiegel Justage

1) Aktivieren Sie einen zweiten Kreis in der Kollimations-Software und passen die Größe des Kreises an die Größe des Fangspiegels an.

Drehen Sie den Fangspiegel jetzt von Hand so, dass die Mittenmarkierung des Hauptspiegels auf der horizontalen Achse des Fadenkreuzes liegt.

2) Nutzen Sie nun die untere Justageschraube in der Fangspiegelspinne und bewegen Sie nun die Mittenmarkierung des Hauptspiegels in die Mitte des Fadenkreuzes.

HINWEIS: Da der Fangspiegel dabei verdrehen kann, müssen Sie diesen von Hand wieder so drehen, dass die Mittenmarkierung am Ende auch mittig ist.

3) Jetzt beurteilen wir die "Rundheit" des Fangspiegels.

Wie in Abschnitt 3 beschrieben, muss der Fangspiegel, bei Korrekter Ausrichtung, mittig und rund im blauen Kreis liegen.

Im Beispiel sehen Sie, dass der Fangspiegel etwas nach links verschoben ist rechts ein kleiner Spalt entsteht.

2. Korrektur der Fangspiegel-Position (axial)

In diesem Fall sitzt der Fangspiegel zu nah an der Fangspiegelspinne und muss axial auf der Tubus-Achse noch etwas mehr in den Tubus bewegt werden.

Dazu lösen Sie die mittlere Schraube in der Fangspiegelspinne. Mit dieser Schraube kann man den Fangspiegel axial (auf der Tubus-Achse) verschieben.

- Lösen der Schraube verschiebt den Fangspiegel in Richtung Hauptspiegel (in den Tubus)

- Anziehen der Schraube bewegt den Fangspiegel vom Hauptspiegel weg (aus dem Tubus heraus)

In diesem Fall lösen wir die Schraube um eine volle Umdrehung und justieren den Fangspiegel erneut.

Nach einer weiteren Anpassung des Fangspiegelabstandes (axial) haben wir nun folgenden Zustand erreicht.

Der Fangspiegel ist mittig und einigermaßen rund im blauen Kreis. Im oberen rechten Bereich kann man noch einen kleinen Spalt erkennen, dieser ist aber auf die etwas "unrunde" Form des Fangspiegels zurückzuführen.

HINWEIS: Bei einigen Fangspiegeln wird vor dem Schleifen und Polieren die Kante etwas gebrochen um das Ausbrechen der Kanten während des Schleifens (chipping) zu vermeiden. Dieser Vorgang wird oft von Hand ausgeführt was hin und wieder zu eben solchen "unrunden" Fangspiegeln führt.

3. Feinjustage des Fangspiegels

Jetzt können Sie die oberen beiden Justageschrauben in der Fangspiegelspinne leicht anziehen.

Damit wir am Ende ein stabile Justage erzielen, müssen wir das Ganze noch etwas fixieren. Dazu ziehen Sie die drei Justageschrauben nacheinander etwas an. Achten Sie aber immer darauf, dass die Mittenmarkierung sauber, mittig im Fadenkreuz bleibt.

HINWEIS: Um die Mittenmarkierung etwas besser zu erkennen (manchmal nicht ganz so einfach weil der Kontrast schlecht ist), zoomen Sie am besten etwas in die Aufnahme.

4. Hauptspiegel Justage

Die Justage des Hauptspiegels ist nun denkbar einfach, sollte jedoch auch möglichst genau ausgeführt werden. Insbesondere bei schnellen Newtons (schneller als f/4) können kleinste Abweichungen in der Hauptspiegelausrichtung schnell sichtbar werden, gleiches gilt natürlich auch für die Fangspiegel-Justage.

Lösen Sie zunächst die Druckschrauben zum fixieren der Spiegelzelle (hier die kleinen, geschlitzten Schrauben)

Mit Hilfe der Zugschrauben (hier die großen) bewegen Sie das Abbild der Kamera möglichst genau, mittig ins Fadenkreuz. Die Feinjustage erfolgt nun mit den Druckschrauben. Ziehen Sie diese nach und nach fest und achten Sie darauf, dass das Kameraabbild zentriert bliebt.

Ist der Hauptspiegel richtig ausgerichtet und die Spiegelzelle fixiert, ist die Kollimation abgeschlossen.

Im Bild sehen Sie den Endzustand. Sowohl die Hauptspiegelblende als auch das runde Kameragehäuse sind sauber und mittig ausgerichtet.

Das Teleskop ist nun kollimiert !!!

5. Überprüfung der Kollimation

Ein guter und einfacher Test der Kollimation ist das Drehen der Kollimationskamera. Sofern der Korrektor im Auszug nicht verkippen kann, sollte sich am Kamerabild und der Zentrierung der einzelnen Bereiche nichts ändern.

ist dies nicht der Fall, sollte die Kollimation überprüft werden.

HINWEIS: Sollte der Korrektor im Okularauszug etwas zu viel Spiel haben und zum Verkippen neigen, empfehlen wir, vor der Kollimation einen schmalen Streifen Velour in das Auszugsrohr zu kleben. So wird der Korrektor immer in einer position gehalten!

Allgemeine Hinweise:

Bei sehr schnellen Fotonewtons sollte man die Zentrierung der Mittenmarkierung und des Kameraabbildes möglichst genau durchführen. Auch die Position des Fangspiegels (Rundheit) sollte so gut es geht eingestellt werden. Wie oben beschrieben ist der Toleranzbereich bei schnellen Newtons sehr klein! Ein Fein-Justage am Stern kann hier auch helfen, ist aber bei gründlicher Kollimation mit unserer Kamera nicht notwendig. Nehmen Sie sich also etwas Zeit und führen Sie die Arbeiten in Ruhe und konzentriert durch.

Viel Spaß bei den visuellen Beobachtungen oder beim Aufnehmen von tollen Deep Sky Bildern mit Ihrem kollimierten Newton,

wünscht das Team von Backyard Universe!

PS: Bei Rückfragen gerne melden!