Kamera

APSC Sensor
6248 x 4176

Justage
Sensorverkippung

Tauheizung

aktive Kühlung

Schutzglas und
UV-IR cut Filter

Aufnahmegewinde

USB Hub

USB Anschluss

Stromversorgung

Ich benutze überwiegend diese Anordnung

Kamera +Filterrad +Zwischenring +Rotator -Komakorrektor

17,5mm +20mm +1,5mm +19mm -3mm = 55mm

Dabei muss man darauf achten dass alle Komponenten miteinander gut verschraubt sind. Und alle Elemente sich in Flucht befinden. Der Arbeitsabstand vom Komakorrektor zum Bildsensor (hier 55mm) muss gewährleistet sein. Sonst werden die Aufnahmen unscharf!

Da die Kamera eine aktive Kühlung hat ist es mit ihr möglich je nach Witterung bis auf -20°C und tiefer zu kühlen. Damit Taubeschlag an der Kamera verhindert wird Besitzt die Kamera zwei Systeme. Eine Taubeschlagheizung am Schutzglas und Feuchtetabs im inneren des Fotosensorraums.

Tauheizung

Feuchtetabs

Wenn die Tauleistung der Tabs nachlässt können diese in einem Mikrowellenofen regeneriert werden. Dafür muss man die Tabs ausbauen und wieder einlegen. Dies bedeutet eine Demontage des Imagetrains. Die Häufigkeit hängt von Kühltemperatur und Umgebungsfeuchte ab. Ich selbst lege den gesamten Imagetrain in eine geschlossen Box mit ausreichend Silicagel/ Kieselgel. Dadurch werden die optischen Elemente trocken gehalten und die Tabs regeneriert.

Da der Bildsensor aus vielen einzelnen Bildpunkten besteht
6.248 x 4.176 = 26.091.648 Pixel sind Abweichungen unter den Pixeln bei der Produktion unvermeidbar. Weil die erste Verstärkerstufe nur positive Werte wandelt gehen alle negativen Werte verloren. Sollte ein Sensorpixel im negetiven Bereich anfangen aufzuaddieren werden geringen Lichtsignalen nicht in den positiven Bereich gelangen. Damit auch diese Signale Berücksichtigung findet hat man die Möglichkeit den Offset anzupassen. Mit dem Offset werden alle Signale um den Offset Betrag angehoben.

Schauen wir uns den Sensor mal genauer an:

Die einfallenden Photonen auf ein Pixel sorgen dafür das Elektronen nach und nach im Pixel angehäuft werden. Die Anzahl der Elekltronen erhöht die Pixelspannung des Pixels. Das Spannungssignal des Pixels wird über einen Verstärker der den eingestellten Offset und Gain verarbeitet weiter an den ADC (Analog Digital Converter) geleitet. Der ADC wandelt den analogen Spannungswert in einen digitalen Wert um. Je nach Aufbau wird ein 8, 12, 14 oder 16bit Wert erzeugt.

Hier eine Auswertung von einer Aufnahmenreihe um den Mindestoffset zu ermitteln. Aufgenommen wurde jeweils bei einer Belichtungszeit von 1s und 60s Gain 0 und 100 und den jeweiligen Offsetwerten von 0, 5, 10, 25, 50, 100 und 200.

Das Ergebnis war dass ab Offset 5 kein Pixelwert mehr 0 ADU hat (Analog Digital Unit -> ADU übersetzt in Umgangssprache: Von einem stufelosen Wert ermittelter Einzelschrittwert (Wobei unter quantenphysikalischer Betrachtung hier ein absolutes kuddelmuddel besteht da keine stufenlosen Werte existieren können). Somit ist davon auszugehen ein Offset von 5 ist ausreichend. Damit man auf der sicheren Seite ist habe ich einen Offset = 30 gewählt. Durch diese Maßnahme sind noch Reserven oder Sicherheit vorhanden. Z.B. wenn der Sensor Alterungserscheinungen zeigen sollte.

Hier ein Beispiel für einen theoretischen Signalverlauf durch eine Pixelzeile. An manchen stellen sind die Signalwerte im negativen Bereich.

Das Ursprungssignal kann nur im positiven Bereich wiedergegeben werden. Da der
Offset = 0 ist wird kein Signalwert angehoben. Alles was negativ ist wird zu Null.

Signalverlust

Durch den Offset = 30 werden alle Signale um 30 angehoben. Negative Werte nahe Null gehen nicht verloren.

Der Gain = Verstärkung wirkt als Signalmultiplikator. Somit kann ein kleiner Wert vergrößert werden. Dieser Vorgang hebt nicht nur das Eingangssignal an sonder reduziert gleichzeitig die „Aufnahmekapazität“ die sogenante FW (Fullwell Kapazität). Jetzt muss man sich zwischen Verlust im Dynamikumfang und Verstärkung entscheiden. Gute Astrokameras bieten entsprechende Grafiken an.

Gain = 0 FW = 51.106

Gain = 100 FW = 17.083

Sehr wichtig ist dass bei Gain = 100 das Ausleserauschen einen extremen Sprung nach unten macht. Dieser Effekt hebt die Bildqualität extrem an. Man verliert durch die Einstellung Gain=100 zwar an FW-Kapazität aber reduziert das Ausleserauschen, erhöht das Signalniveau man erhält ca. 2,66 mal mehr Signal bei gleicher Belichtungszeit.

Sollten solche Daten nicht vorliegen kann man mit SharpCap die Sensordaten ermitteln oder die eigene Kamera überprüfen. Zu diesem Thema hat Daniel Nimmervoll ein gutes Y-Video gemacht.

Bei den Astrokameras kann die Sensortemperatur eingestellt werden. Die ASI2600MCpro schafft eine Kühlleistung von ca. D35K. Dies bedeutet wenn die Umgebungstemperatur bei 10°C liegt kann die Kamera den Sensor bis auf -25°C Kühlen. Je kälter um so besser sollte man meinen aber nicht immer ist es ratsam stark herunter zu kühlen.

Betrachtet man diese Grafik meint man muss bis zum bitteren Ende runter kühlen. Dies ist ein gewaltiger Trugschluss denn der Gewinn ist nur minimal. Es wird von Elektronen je Sekunde je Pixel „gesprochen“ und dabei handelt es sich um sehr kleine Zahlen.

Bildet man die Grafik linear ab so schaut die Situation ganz anders aus. Hier kann man sehen dass der größte Effekt bei 35°C bis 0°C liegt. Zwischen 0°C und -10°C ist es nur noch mäßig. Unterhalb -10°C fast vernachlässigbar oder geht mehr in die Forschung als in die Bildgebung ein.

Aus den o.g. Gründen habe ich folgende Kameraeinstellungen:

Offset immer = 30

Gain = 100 oder 0 (oft 100)

Temp. Sommer = 0°C

Temp. Winter = -10°C

Sollte mal ein Objekt andere Parameter erfordern kann man umstellen. Doch zur Zeit kann ich mir keinen Grund vorstellen warum das so sein sollte. Nur wenn man die Aufnahmen für wissenschaftliche Zwecke benötigt mag es sein. Doch für meine Astrofotos reicht das völlig aus.

Bei der ASI2600MCpro trat bei einigen Kameras Öl aus dem Thermopad aus. Dieses Öl lief über den Sensor und trocknete dort aus und verblieb da. Somit war der Sensor beschmutzt. Anfangs hiess es immer in Stufen runter und hoch kühlen (innerhalb von 10 bis 20min.). Doch dann nach einer etwas längern wetterbedingten Ruhepause hat es auch meine Kamera getroffen. ZWO hat sich dem angenommen und dafür gesort dass der Händler die Kamera reinigt. Jedoch war mir der Aufwand zu hoch die Kamera per Post zu versenden. Auch steigt das Risiko von Beschädigung oder Verlust. Und wer hat den Ärger!

Das ist natürlich bei einer so teueren Kamera eine große Enttäuschung. Also habe ich mich daran gemacht den Sensor selbst zu Reinigen. Vom Lieferanten habe ich kostenlos Reinigungsmaterial und alles bekommen. Das ist zwar nett aber schön ist das nicht. Da sind die Händler einfach zu sehr Abzocker!

Hier sieht man wie die Sensoroberfläche aussah

Da man über kurz oder lang nicht umher kommt etwas zu öffnen um zu Reparieren oder Reinigen hat man keine Chance um dieses Thema herumzukommen. Etwas was so einen großen Namen hat muss nicht unbedingt groß sein! Für meine Arbeiten reicht eine kleiner HEPA-Luftfilter mit einer etwas größeren durchsichtigen Aufbewahrungsbox. Darin wird ein Loch für den Filter geschnitten und zwei Löscher für die Arme. Das war’s und los kann’s gehen.

Reingreiföffnungen

HEPA-Filter

Aufbewahrungsbox

Das Ganze hat ca. 70Euro und eine Stunde Arbeit gekostet. Das System ist einfach die Luft wird außen Angesaugt und die gefilterte Luft wird in die Box geblasen. Es ist wichtig dass immer die gefilterte Luft von Oben nach Unten geblasen wird und dann aus der Box strömt. So werden Partikel mit der Schwerkraft nach unten geblasen und nach Außen gespült. Mit der Zeit wird die Box immer reiner! Die Box mit allem was man benötigt befüllen Werkzeug Kamera Putzmittel Einweghandschuhe usw. dann alles ca. ½ Stunde laufen lassen und durch die Öffnungen hineingreifen und loslegen. Bis man fertig ist den Filter laufen lassen sobald alle Arbeiten abgeschlossen sind kann man den Filter abschalten.

Gut geeignet für Objektive, Kameras, Filterräder usw. alles was hinein passt und sich in der Box drehen lässt.

Was mache ich mit der Box wenn sie nicht benötigt wird? Darin wird der HEPA-Filter und alle Kartonagen von dem Astrozubehör aufbewahrt. Einziger Nachteil man muss immer ein- und ausräumen aber die Box wird ja auch nicht jeden Tag benutzt. Sicherlich ist das nicht die schönste Variante aber es tut was es soll!

Über die USB-Anschlüsse der Kammera lasse ich das Filterrad EFW und den Autofokuser EAF laufen. Diese sind nicht zeitkritisch und während der EFW oder EAF läuft werden sowieso keine Aufnahmen gemacht. Darauf achten dass das Netzteil genügend Leistung hat denn sonst gibt’s Probleme mit der Sensortemperatur. Ich habe für das gesamten Teleskop nur ein Labornetzeil 12V / 10A das versorgt alles. Bis jetzt noch keine Engpässe gehabt.

Sensortemperatur [°C]

Eine Vergleichsaufnahme zwischen meiner Canon EOS30D und der ZWO ASI2600MCpro macht gleich deutlich was die Unterschiede sind.

EOS30D Darkframe: 480s ISO800

ASI2600MCpro Darkframe: 480s 0°C Gain100 Offset 30

Damit wir schöne Aufnahmen machen können benötigen wir eine Kamera. Diese kann natürlich eine analoge oder digitale Kamera sein vorzugsweise wäre eine Astrokamera die beste Wahl. Was die Unterschiede sind und worauf es ankommt hängt von den individuellen Wünschen und spezifischen Anfroderungen ab. Über dieses Thema gibt es unzählige Berichte im Internet.

Als ich wieder angefangen habe Astroaufnahmen zu machen begann ich mit meiner Canon EOS30D. Leider musste ich schnell feststellen dass sich eine herkömmliche Spiegelreflexkamera nicht immer eignet. Ich hatte oft Aussetzer Datenübertragungsfehler und Ansteuerprobleme. Eines der Probleme war dass die EOS30D unter 5°C Probleme mit der Kameraelektronik hatte. Da es nachts abkühlt stieg die Kamera immer wieder aus. Dies hat mich dazug gebracht eine Astrokamera zu kaufen.

Diese Kameras sind auf die Bedürfnisse und Anwendungen der Astrofotografie besser zugeschnitten und sind Widerstandsfähiger als die herkömmlichen Spiegelreflexkameras.

Man sieht deutlich den Unterschied zwischen den Aufnahmen. Zusätzlich werden die Aufnahmen in herkömmlichen Kameras verarbeitet bevor sie auf der Speicherkarte abgelegt werden. Dies ist bei Astroaufnahmen ein großer Nachteil. Auch sind Filter vor dem Sensor verbaut die die Lichtempfindlichkeit und Durchlässigkeit beeinflussen.

Verstärker

Bei der QHY268 (dieser benutzt den gleichen Sensor) ist Gain=100 in etwa der High Gain Mode 2CMS.

Damit wir aus diesem Datenjungel noch etwas nutzbares herausziehen können müssen zuerst noch einige Aufnahmen analysiert werden!

Die Aufnahmereihe sollte aus einer typischen Region aus der ihr Aufnahmen macht gemacht werden.

Folgende Aufnahmen dienen für mich als Grundlage:

NGC7023/Irisnebel bei T=0°C, Gain=100, Offset=30, t= 60s, 120s, 240s und 480s und in gleicher Weise Darks. Wobei bei den Darks habe ich auch T=-10°C Aufnahmen gemacht

Signalwert [ADU]

Dunkelstrom- inkl. Ausleserauschen bei Senstortemperatur = 0°C

Signalwert [ADU]

Dunkelstrom- inkl. Ausleserauschen bei Senstortemperatur = -10°C

Aus den Kameradaten kann man zu jedem Sensorwert [ADU] das Auslese- und Dunkelstromrauschen berechnen. Dazu würde noch Rauschanteil durch Lichtverschmutzung hinzukommen. Den Lichtverschmutzungsanteil habe ich nachfolgend noch nicht berücksichtigt.

Ziel ist es den Rauschanteil so gering wie möglich zu halten. Der Aufwand sollte vertretbar sein. Ich habe mich entschieden den Rauschanteil auf ca. 0,5% und kleiner zu halten. Dafür müssen die Signalwerte bei den Aufnahmen folgende Werte erreichen:

0°C t=60s Signalwert >400ADU

0°C t=120s Signalwert >500ADU

0°C t=240s Signalwert >700ADU

0°C t=480s Signalwert >1200ADU

-10°C t=60s Signalwert >300ADU

-10°C t=120s Signalwert >350ADU

-10°C t=240s Signalwert >400ADU

-10°C t=480s Signalwert >500ADU

t=60s, T=0°C, Gain=100,

Rmin.=478 Gmin.=575 Bmin.=428

t=120s

Rmin.=862 Gmin.=1227 Bmin.=717

t=240s

Rmin.=1493 Gmin.=2153 Bmin.=1193

t=480s

Rmin.=2263 Gmin.=3441 Bmin.=1951

Aufnahmen mit T=0°C, Gain=100 und Offset=30

das Messfeld umfasst ca. 20.000Pixel

t=60s gewünschter Signalwert >400ADU Erreicht >428ADU

t=120s gewünschter Signalwert >500ADU Erreicht >717ADU

t=240s gewünschter Signalwert >700ADU Erreicht >1193ADU

t=480s gewünschter Signalwert >1200ADU Erreicht >1951ADU

t=60s

t=480s

Das erreichte Ergebnisse ist mindestens um ein bis zwei Potenzen besser da nur der schlechteste Fall betrachtet wurde. Der Blau-Kanal ist immer das schwächste Signal es wurde nur das Minimum bewertet und dazu kommt dass je nach Objekt der Blauanteil sehr schwach oder kaum vorhanden ist.