Reaktivierung einer Schmidt-Kamera

Eine sogenannte Schmidt-Kamera ist im Grunde ein Objektiv, das sich durch eine nicht viel längere Brennweite als Öffnung auszeichnet. Bernhard Schmidt hast diese lichtstarke Art in den 30er Jahren für die Fotografie auf Film entwickelt. Ein Umbau auf Digitaltechnik wurde nötig, um eine moderne CMOS-Kamera, statt eines Films einzusetzen. Doch so einfach war das gar nicht!

Klostersternwarte ZeichnungSchmidtKamera

 

Dazu muss etwas zum speziellen Aufbau einer Schmidt-Kamera erläutert werden. Die Licht sammelnde Fläche ist ein Kugelspiegel (rechts). Dieser erzeugt ein Bild, das leider nur auf der Hauptachse der Optik gut ist. Dafür braucht es eine spezielle Korrektur. Zudem liegt die Bildebene (Mitte) selbst auf einer Kugelfläche, was aber für eine biegsame Filmemulsion kein Problem ist.

Es wurde für ein gutes Bild über ein größeres Bildfeld eine Korrektionsplatte benötigt (links). Diese hat in den 30er Jahren Bernhard Schmidt, ein genialer Optiker und Mechaniker, erfunden. Es ist eine asphärisch geschliffene Glasplatte, die er im Abstand der doppelten Brennweite vor den Hauptspiegel der Kamera platziert hat und dadurch ein großes, korrigiertes Bildfeld erreichte.

Celestron 5" Schmidt-Kamera
im OP der Goldschmiede

Eigentlich war die Aufgabe ganz einfach: der bisherige Filmhalter der 5" Celestron-Schmidtkamera musste mit einer Halterung für eine gängige CMOS-Kamera ausgetauscht werden. Allerdings ergab sich das erste Problem: kein moderner Kamera-Chip ist als eine Kugeloberfläche zu haben! Alle käuflichen Chips sind ebene Flächen. Damit war schon das mögliche Bildfeld schnell eingeschränkt: eine Rechnung ergab, durch das Öffnungsverhältnis von f/1,65 bedingt, dass nur eine gerade Bilddiagonale von 8 mm zur Verfügung steht für ein einigermaßen scharfes Bild! Ein enttäuschendes Ergebnis für eine theoretische Bilddiagonale von 44 mm! 

Andererseits nun wieder nicht so schlimm. Die Öffnung der Schmidt-Kamera beträgt nur 135 mm bei einer Brennweite von 225 mm. Damit sollte ein Kameragehäuse nicht größer als 45 mm im Durchmesser haben, da sonst die Abschattung des Lichtweges in der Kamera und der damit zur Verfügung stehenden Öffnung nicht zu groß wird. Eine Kamera mit Durchmesser 40 mm war deshalb eine gute Alternative. Auf dem Markt gibt es Bilddiagonalen bis zu maximal 13 mm. Die Wahl fiel jedoch auf eine andere Kamera, mit mehr, weil kleineren Pixeln: sie bringt es auf 9 mm Diagonale. Das war die einfachste und auch preiswerteste Variante!

Mit dieser CMOS-Kamera ergeben sich noch weitere Synergie-Effekte: an anderen Teleksopen können damit Planetenaufnahmen gemacht oder die Nachführung vom Teleskop aktiv gesteuert werden. Die Alternative für ein größeres Bildfeld hätte einen größeren Umbau der Schmidt-Kamera erfordert: eine Korrektorlinse direkt vor dem CMOS-Sensor und die Verlegung der Schmidt-Platte um einige Zentimeter zum Hauptspiegel wären eine Möglichkeit. Das wäre aber alles mit erheblichem Aufwand verbunden und der Erfolg unsicher gewesen.

Ein erhebliches Problem konnte nicht vereinfacht werden: das Fokussieren. Die Filmebene wurde von Celestron mit sogenannten Invar-Stäben (Temperaturstabil) fest eingestellt. Damit war der Film immer an der richtigen Position. Eine CMOS-Kamera will aber auch an einem anderen Ort zum Einsatz kommen und muss daher immer wieder fokussiert werden. Bei einem Öffnungsverhältnis von f/1,65 und einer Brennweite von 225 mm darf aber der Fokus nur um ±17 Mikrometer abweichen! Das ist sprichwörtlich Haaresbreite!

Deshalb wurde ein sogenannter Drehfokussierer als Kamerahalter eingesetzt. Mit ihm lässt sich einigermaßen fokussieren, denn eine Umdrehung entspricht ungefähr 3 mm Weg, damit sind 20 µm etwa 3° in der Drehung. Die Praxis bestätigte, dass dies gerade noch geht!

Die ersten Bilder sind inzwischen bei Tageslicht gelungen. Dabei wurden die Antennen des Schwanbergs anvisiert, da sie mit ihren Lichtern noch in der Dämmerung einem Stern ähnlichem Ziel zur Verfügung stellen. Das Feld selbst konnte an einem näheren Gebäude überprüft werden: über fast das ganze Bildfeld ist kaum eine Verzerrung zu sehen. 

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