Astrofotografie mit digitalen Kameras
Da es immer wieder Fragen zum Umbau von Kameras und Verwirrung über die verschiedenen Begriffe und Bezeichnungen gibt, haben wir hier einige Informationen zusammengestellt.
Wie ist eine digitale Kamera aufgebaut?
In allen digitalen Kameras, egal ob DSLR-, System-, Kompakt- oder Handykameras, sind folgende Bauteile im Strahlengang vorhanden:
Ausgehend vom Objektiv: ① UV- und IR-Sperrfilter ② Farbkorrektur-Filter ③ Tiefpass-Filter ④ CMOS-Sensor
Die Aufgabe des UV- und IR-Sperrfilters ①
Der UV- und IR-Sperrfilter blockiert das Licht außerhalb des für den Menschen sichtbaren Spektrums, da der CMOS-Sensor sonst ein Bild aufnehmen würde, das stark von dem vom Menschen wahrgenommenen Bild abweicht. Außerdem sind optische Fehler von Objektiven außerhalb des sichtbaren Spektrums viel stärker, weshalb das UV- und IR-Licht nicht zum Sensor gelangen soll. Dieser Filter erscheint für das Auge farblos und lässt nahezu 100% H-alpha Licht durch.
Die Aufgabe des Farbkorrektur-Filters ②
Der Farbkorrektur-Filter verändert die spektrale Empfindlichkeit der Kamera, sodass sie besser der Empfindlichkeit des menschlichen Auges entspricht. Um das zu erreichen, wird der rote Anteil des Lichtes reduziert, weshalb der Filter eine blaugrüne Färbung aufweist. Der typische Farbkorrektur-Filter lässt allerdings nur 25% des auftreffenden, für die Astrofotografie so interessanten, H-alpha Lichtes der Wasserstoffnebel passieren.
Die Aufgabe des Tiefpass-Filters ③
Der Tiefpass-Filter sorgt für eine minimale Weichzeichnung des Bildes, damit die RGB Bayer-Matrix des CMOS-Sensors keine Bildfehler verursacht. Ohne einen derartigen Filter würden an scharf begrenzten, großen Helligkeitsunterschieden, farbige Muster sichtbar. Diese unerwünschten Muster nennen sich Moire-Effekt.
Die Aufgabe des Sensors ④
Der in modernen digitalen Kameras verbaute CMOS-Sensor wandelt das vom Objektiv aufgenommene Licht, das durch die Filter verändert wurde, in das gewünschte digitale Bild um.
Unterschiede zwischen Herstellern
Je nach Fabrikat und Kameramodell werden einzelne oder alle der verbauten Filter zu Filterpaketen kombiniert. Zum Beispiel werden bei aktuellen Canon Kameras Farbkorrektur- und Tiefpass-Filter zu einem Bauelement kombiniert. Der genaue Aufbau hat gegebenenfalls erhebliche Auswirkungen darauf, wie eine Kamera umgebaut werden kann. Eventuell ist auch die Reihenfolge der Bauteile geändert.
Was muss für den Astroumbau verändert werden?
Für den Astroumbau muss eigentlich nur der Farbkorrektur-Filter entfernt werden. Durch das Entfernen des Filters wird allerdings das Auflagemaß vergrößert, der optische Abstand zwischen Objektiv und Sensor ändert sich.
Bedeutung des Auflagemaßes
Das Auflagemaß bezeichnet den Abstand zwischen der Sensorebene und der Auflagefläche des Objektivs.
Die Genauigkeit, mit der das Auflagemaß bei einer Kamera eingehalten werden muss, hängt vom geplanten Einsatz ab.
Wird der Farbkorrekturfilter einfach entfernt, erhöht sich das Auflagemaß üblicherweise um etwa 0,2 mm. Wird ein Paket aus allen Filtern entfernt, kann sich das Auflagemaß um bis zu 0,7 mm erhöhen. Zu einer Erhöhung des Auflagemaßes kommt es, da bei Elementen aus optischem Glas die mechanische Länge größer ist als die optische.
Mit einem Auflagemaß, das um mehr als 0,2 mm vergrößert wird, können in der Regel keine Objektive an der Kamera für die Astrofotografie genutzt werden. Die Objektive lassen sich nicht mehr auf Unendlich fokussieren. Die Nutzung der Kamera an einem Teleskop ist jedoch problemlos möglich.
Mit einem Auflagemaß, das um weniger als 0,1 mm vergrößert wird, können Normal- und Tele-Objektive üblicherweise genutzt werden. Für Weitwinkel-Objektive ist das Auflagemaß meistens aber noch zu groß.
Mit einem Auflagemaß, das um maximal 0,05 mm vergrößert wird, können alle Arten von Objektiven genutzt werden. Damit der Autofokus funktioniert, ist diese Genauigkeit allerdings noch nicht ausreichend.
Für die einwandfreie Funktion des Autofokus muss das Auflagemaß auf einen Bruchteil der Pixelgröße eingehalten werden. Bei einer Canon EOS 800D sind die Pixel zum Beispiel 3,7 µm groß. Die notwendige Genauigkeit wird bei der Produktion der Kamera nicht durch Einhalten extrem geringer Toleranzen erreicht, sondern durch Vermessen der Kamera und Speichern des gemessenen Wertes in der Kamera. Auf diese Art modifizieren wir unsere Kameras für die Astrofotografie.
Eignung anderer Umbauvarianten für die Astrofotografie
Bei der folgenden Aufzählung geht es nur um die spektrale Empfindlichkeit, für das Auflagemaß gelten die obigen Ausführungen.
MC-Umbau für IR-Fotografie: Mit einem zusätzlichen guten UV-IR-Sperrfilter ist die Astrofotografie möglich.
UV-Umbau: Da um die maximale UV-Empfindlichkeit zu erreichen unvergütete Spezialgläser genutzt werden, sind bei der Astrofotografie störende Reflexe zu erwarten.
Ein IR-Umbau, bei dem der Filterstapel durch einen IR-Passfilter ersetzt wird, ist für die Astrofotografie ungeeignet.
Wenn alle Filter entfernt werden, erhält die Kamera die maximale Empfindlichkeit, allerdings steigt die Anfälligkeit für sichtbaren Staub auf dem Sensor extrem an. Mit einem zusätzlichen guten UV-IR-Sperrfilter ist die Astrofotografie an Teleskopen möglich.