Wie funktioniert eigentlich … Okularprojektion?

Abb. 1: Adapter zur Aufnahme eines Okulars bei der Okularprojektion [ Peter Oden]

Es gibt bei der Astrofotografie in Bezug auf die verwendeten Linsensysteme am Teleskop und an der Kamera drei unterschiedliche Möglichkeiten, von denen im Folgenden die ersten beiden kurz vorgestellt und die dritte Möglichkeit – die Okularprojektion – genauer beschrieben werden.

Fokalprojektion

Die Fokalprojektion ist genau das, was man bereits von seinem Fotoapparat kennt. Es gibt ein Linsen- oder Spiegelsystem (Objektiv), mit dem ein Abbild des zu fotografierenden Objektes auf den Chip der Kamera projiziert wird.

Bei der Fokal-Projektion wird vom Objektiv direkt ein Bild auf dem Chip der Kamera erzeugt [Peter Oden]
Zur Fokalprojektion in der Astrofotografie wird die Kamera direkt am Teleskop angebracht. Hierbei kommen weder ein Okular noch ein Kamera-Objektiv zum Einsatz. Die Frontlinse des Teleskops oder auch der Hauptspiegel erzeugen dabei ein direktes Abbild auf dem Chip der Kamera. Dabei spielt es auch keine Rolle, ob bei Spiegelteleskopen noch ein Koma-Korrektor zum Einsatz kommt oder bei Refraktoren ein Field-Flattener. Beide optimieren nur den Strahlengang, der im Kern aber nicht verändert wird. Auch ein Fotoapparat mit eigenem Objektiv arbeitet genauso.

Abb 2.: Direkter Anschluss einer Kamera an ein Teleskop zur Fokal-Projektion [Peter Oden]

Afokale Projektion

Die afokale Projektion ist direkt vergleichbar mit einem Beobachter, der durch ein Teleskop schaut. Das Objektiv und das Okular eines Teleskops erzeugen ein vergrößertes Abbild des beobachteten Objektes, das dann von der Linse des Auges auf die Netzhaut projiziert wird. Statt des Auges wird nun eine Kamera hinter dem Teleskop angebracht, deren Objektiv ein Abbild auf dem Chip erzeugt.

Abb. 3: Bei der afokalen Projektion wird eine Kamera mit Objektiv hinter dem Okular angebracht [Peter Oden]
In dieser Konfiguration kommen insgesamt drei Linsensysteme zum Einsatz, was für die Qualität der erzeugten Bilder abträglich sein kann. Andererseits ist dies die einfachste Möglichkeit der Astrofotografie für Nutzer von einfacheren Digitalkameras oder Smartphones ohne Wechselobjektive, indem diese mithilfe eines einfachen Adapters an das Teleskop angeschlossen werden.

Abb. 5: Verbindung einer Kamera mit dem Teleskop via Adapter zur afokalen Projektion [Peter Oden]

Okular-Projektion

Die Okular-Projektion liegt zwischen den beiden eben besprochenen Varianten, weil hier zwei Linsensysteme zum Einsatz kommen. Wie bei der Fokalprojektion wird vom Objektiv des Teleskops ein Bild erzeugt. Dieses wird vom zweiten Linsensystem, dem Okular des Teleskops, auf den Chip der Kamera projiziert.

Abb. 6.: Bei der Okularprojektion projiziert das Okular das vom Objektiv erzeugte Zwischenbild auf den Chip [Peter Oden]
Wichtig ist das Δ in obiger Zeichnung. Nur durch diesen zusätzlichen Abstand werden die Strahlen hinter der Okularlinse wieder konvergent. Es schlägt sich im „-1“ in der Formel für die Okularprojektion nieder:

feff = f0 * (aKamera/fOkular – 1)

Während das Zwischenbild, das der oben beschriebenen Fokalprojektion entspricht, in seinen Ausmaßen festgelegt ist, hat man für die Projektion dieses Zwischenbildes auf den Chip eine große Variabilität. Je kürzer die Brennweite des genutzten Okulars (fOkular) einerseits ist, desto größer ist das erzeugte Abbild. Und wie bei einem Diaprojektor oder Beamer ist das projizierte Bild andererseits umso größer, je weiter die „Leinwand“ – also der Chip – entfernt ist (aKamera).

Um diese Variabilität auch auszunutzen, müssen also im Idealfall zwei unterschiedliche Aspekte möglich sein:

  • Es müssen unterschiedliche Okulare mit verschiedenen Brennweiten nutzbar sein.
  • Der Abstand vom Okular bis zum Chip muss variabel sein

Mechanisch ist also mindestens eine Vorrichtung (=Okularprojektionsadapter) erforderlich, die auf einer Seite am Teleskop und auf der anderen Seite an der Kamera befestigt werden kann. Außerdem muss sie die Möglichkeit bieten, in ihrem Inneren ein Okular zu befestigen.

Abb. 7: Drei Adapter für die Okularprojektion in unterschiedlicher Bauweise [Peter Oden]
Es gibt Okularprojektionsadapter am Markt in verschiedenen Ausführungen. Die einfachsten kleineren (im Foto Typ ‘a’ ) sind innen sehr eng, bieten also nur für sehr kompakte Plössl-Okulare Platz. Die nächstgrößeren Modelle ( im Foto Typ ‘b’ )haben auf der einen Seite einen 2-Zoll-Anschluss und am anderen Ende ein T2-Gewinde. Dieser Adaptertyp ist deutlich großzügiger aufgebaut und bietet dadurch auch Platz für etwas größere Okulare. Die abschließende Zwischenhülse zum T2-Gewinde ist verschiebbar und bietet hiermit schon etwas mehr Spielraum für die Einstellung der Projektionsgröße

Für gute Planetary-Okulare, geschweige denn für echte Weitwinkel- oder gar Ultraweitwinkel-Okulare bietet allerdings auch dieser Adapter nicht genügend Platz. Der dritte Adaptertyp (nur in USA bestellbar) hat alle diese Probleme nicht (im Foto Typ ‘c’ ). Er beginnt mit einem 1,25-Zoll-Anschluss und endet natürlich ebenfalls in einem T2-Anschluss. Die riesige ‚Tonne‘ dazwischen bietet aber Platz selbst für die größten 1.25-Zoll-Okulare. Es gibt dieses Modell auch in einer Ausführung für 2-Zoll-Okulare, die noch einmal deutlich größer ist. Da man aber bei Okularprojektion hohe Vergrößerungen erzielen will, arbeitet man meistens mit kurzbrennweitigeren Okularen, die generell in 1,25-Zoll-Ausführung vorliegen. Mit solch einem Adapter können nun selbst „ausladende“ Okulare wie Meade UWAs, Baader Hyperions oder Televue Panoptics problemlos eingebaut werden.

Eine vierte Möglichkeit soll an dieser Stelle der Vollständigkeit halber erwähnt werden. Es gibt Okulare, die augenseitig direkt über einen T2-Anschluss verfügen. Sie sind zwar nicht variabel, bieten aber einen einfachen Einstieg. Und über aufgeschraubte T2-Verlängerungshülsen kann man dennoch unterschiedliche Projektionsgrößen erreichen.

Fazit

Im Bereich der Okularprojektion heißt teuer nicht unbedingt gut und preiswert ist nicht gleichbedeutend mit schlecht. Da ursprünglich parallele Lichtstrahlen das Okular nicht wieder parallel verlassen, sondern in einigen Zentimetern Entfernung punktförmig projiziert werden, arbeiten die Okulare nicht in dem Bereich, für den sie rechnerisch optimiert wurden. Man erzielt in der Praxis teilweise mit preiswerten Super-Plössls bessere Ergebnisse als mit hochwertigen viellinsigen Okularen (was allerdings keinen Rückschluss auf deren visuelle Qualität impliziert!).

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