Astronomie: Fokussieren mit dem Motor-Fokus

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Siehe auch: PegasusAstro Motor Focusser, USB-Focus_Heavy, ZWO EAF, Fokussierung, ASCOM-Treiber, OAZ, Auto-Fokus mit N.I.N.A., Remote Control
Benutzt: Fotos aus Flickr

Stand: 17.01.2022

Das Problem: Optimales Fokussieren ggf. Remote

Besonders bei der Astrofotografie fällt es unangenehm auf, wenn bei einem mühsam erarbeiteteten Foto die Scharfstellung (Fokussierung) nicht hundertprozentig ist.

Es gibt ja mehrere Methoden, wie man den genauen Fokuspunkt findet; z.B. Live View mit Bildschirmlupe, Hartmann-Maske, Bahtinov-Maske. Es bleibt aber das Problem, dass jede Berührung des Einstellrades am Okularauszug (OAZ) das Teleskop ein wenig (oder mehr) zum Wackeln bringt. Um dieses Wackeln zu vermeiden, gibt es Motoren, die man am Stellrad des OAZ befestigt…

Einfache Lösung: Live View

Mit der Canon EOS 600DA: Einen hellen Stern ins Gesichtsfeld einstellen – zum Finden eines solchen Sterns muss der Sucher vorher gut justiert werden. Fokussieren im Live View z.B. mit APT. Dabei sollte man das Live-View-Bild elektronisch 10-fach vergrößern.

Mit der ZWO ASI294MC Pro bekomme das Bild ja ausschließlich per Software auf meinem Computer. Bei der Software APT bekomme ich kein richtiges “Live View”. Aber die Software SharpCap liefert ein akzeptables “Life View”, was man auch vergrößern kann.

Warum Motor-Fokus?

Erstens ist es eine komfortable Lösung zum feinfühligen Fokusieren (s.u.).

Zweitens brauche ich einen ASCOM-fähigen Motor-Fokussierer wenn ich mein Teleskop Remote steuern will.

Komfortable Lösung: Motor-Fokus

Eine Motor-Fokus-Lösung besteht aus einem Motor (Schrittmotor oder Gleichstrommotor), dessen Drehachse irgendwie an die Drehachse des OAZ (Okularauszug) gekoppelt wird, sowie einer Steuerbox (Controller) die manuelles Betätigen des Motors erlaubt bzw. auch mit dem Computer verbunden werden kann und dann per ASCOM gesteuert werden kann.

So ein Motor wird dann per Kabel mit einer kleinen Steuerbox verbunden. Diese Steuerbox versorgt den Motor mit Strom (12V) und mit standardisierten Steuerimpulsen (kompatibel Robofocus, Moonlite). Die Steuerimpulse lösen dann Bewegungen auf der Fokussierstrecke vorwärts oder rückwärts aus. Bei “einfachen” Lösungen enthält diese Steuerbox bereits Batterien und das ist dann schon die Gesamtlösung. Die Steuerbox kann aber auch extern mit 12V Strom versorgt werden und braucht dann keine zusätzlichen Batterien (wohl aber die 12V-Leitung zu einer Spannungsquelle). Die Steuerimpulse können direkt an der Steuerbox über Tasten oder Drehrädchen ausgelöst werden. Solche Lösungen heissen “stand alone”, weil dazu kein Computer (Notebook) benötigt wird.

Bei software-gestützten Lösungen wird die Steuerbox noch über Kabel (meist USB) mit einem Windows-Notebook verbunden und die Steuerimpulse werden dann vom Computer mithilfe einer Software über die ASCOM-Schnittstelle zur Steuerbox geschickt.

Die mechanische Befestigung des Motors am Teleskop und die Kopplung Fokussierachse des vorhandenen OAZ sind potentielle Schwachstellen.

So ein Motor muss sehr fest am Teleskop bzw. OAZ befestigt werden; d.h. ohne dass er sich bewegt wenn sich die Motorachse dreht. Manche Motoren werden per Montagewinkel (“Bracket”) an einer schon vorhandenen Schraube des OAZ befestigt. Das kann zu Problemen führen, wenn diese Schraube schon eine Funktion beim OAZ hat.

Manche Motoren arbeiten mit einem Transmissionsriemen, der das Rädchen der Fokussierachse des OAZ bewegt; bei anderen Motoren wird die Motorachse direkt mit der Fokussierachse des OAZ über einen Koppler (Coupler) verschraubt. Letzteres hielt ich für stabiler. Generell muss man sich aber fragen, ob man die Fokussierung ausschließlich mit dem Motor bewegen will (und den dafür erforderlichen Strom in jeder Situation dabei hat), oder ob es auch Situationen gibt, wo eine manuelle Betätigung gewünscht wäre…

Welcher Motor-Fokussierer kommt infrage?

Motor-Fokus-Lösungen gibt es ja schon lange. Bei größeren Teleskopen in Sternwarten und bei Remote-Sternwarten werden sie oft eingesetzt. Solche Lösungen sind meist teuer und für kleinere Amateur-Teleskope “so zum Probieren” eigentlich nicht geeignet.

Meine Shortlist für Motor-Fokussierer

  • MicroTouch Starizona: Für OAZ MicroFeather Touch
  • USB_Focus-Set von Teleskop-Service (benötigt zusätzlich einen OAZ-Adapter für zusätzlich Euro 100,–)   –   8000 Schritte pro Umdrehung
  • PegasusAstro Motor Focus: Komplett-Lösung mit ASCOM-Schnittstelle    –   6000 Schritte pro Umdrehung
  • ZWO EAF
  • Einige einfache Motor-Fokussierer (z.T. mit Batterie, z.T. ohne ASCOM)

Meine Bewertung der Motor-Fokussierer

Der zuerst ausprobierte PegasusAstro Motor Focus hatte ein schwerwiegendes Problem mit der Befestiungung des Motors per Bracket an meinem OAZ. Das war sehr wackelig.

Der zweite Versuch war das Produkt “USB-Focus-Heavy” von Teleskop-Service; allerdings verbunden mit dem Austausch meines OAZ gegen einen MonoRailR96 ebenfalls von Teleskop-Service.

Als dritten Versuch habe ich jetzt (Dez 2021) den sehr bekannten ZWO EAF Fokusierer genommen. Kostet natürlich schönes Geld, aber hat folgende Vorteile:

  • Kompakte Bauweise: der Motor und der Controller sitzen zusammen in einem kleinen Gehäuse, Dadurch entfällt ein Kabel zwischen Motor und Kontroller.
  • Die Stromversorgung erfolgt über den USB-Anschluss. Dadurch entfällt das Kabel zur Stromversorgung.
  • Die Befestigung an meinem OAZ MonorailR96 ist klein und kompakt und wackelt kein bisschen.

Weitere Versuche habe ich noch nicht unternommen.

Fokus-Steuerung per Computer mit ASCOM

Über (z.B.) APT und auch N.I.N.A. ist eine integrierte Steuerung des Motor-Fokussers via ASCOM möglich.

Ich möchte ja testen, ob mit der neueren Software N.I.N.A. mindestens das, was ich mit APT erfolgreich mache, auch möglich ist. Motor-Fokus benutze ich in APT ja auch, Auto-Fokus mit V-Kurve und Backlash Compensation wäre ein Plus für N.I.N.A.

Motor-Fokussierung mit N.I.N.A.

Hier zu hat “The Lazy Geek” zwei schöne Youtube-Videos gemacht:

Zuerst müssen wir in N.I.N.A. unter “Equipment” unseren Motor-Fokussierer (die Steuereinheit ist der PegasusAstro Controller) verbinden.

Dann müssen wir in N.I.N.A. unter “Options” -> “Equipment” einige Einstellungen für den Fokusser vornehmen:

  • Use Filter Wheel Offsets:  NO
  • Auto Focus Step Size: 100   (1 NINA step = 100 focusser steps)
  • Auto Focus Initial Offset: 5   (NINA initial move outwards: 5 NINA steps = 500 focusser steps)
  • Default Auto Focus Exposure: 6 sec

Unter “Advanced Settings” stellen wir noch ein:

  • AF Method: “Star HFR”
  • AF Disable Guiding: OFF (wir müssen also die Montierung auf “Tracking siderial” einstellen)
  • AF Curve Fitting: “Hyperbolic”
  • Backlash Compensation: absolute
  • Backlash IN/OUT:  0/0    (wir wollen in der Messkurve ja mal sehen, ob ein Backlash da ist)

Mit N.I.N.A. verbinden wir nun auch Teleskop und Kamera.

Mit dem Teleskop gehen wir auf eine beliebige Himmelsgegend, wo einige Sterne zu sehen sind.

Dann gehen wir in N.I.N.A. auf “Imaging” wo wir mal ein Probefoto machen, um eine gute Belichtungszeit zu finden.

Manuell müssen wir auch eine Fokus-Einstellung herausfinden, bei der die Sterne einigermassen zu sehen sind. Die Autofokus-Routine würde mit einer Auswärtsbewegung beginnen, also ist es sinnvoll für uns auch dieses manuelle Fokussieren mit Auswärtsbewegungen zu beenden…

Dann aktivieren wir in N.I.N.A. das Fenster “Auto Focus” und klicken dort auf “Start Auto Focus”. Damit beginnt N.I.N.A. eine Messreihe wobei der Fokusser bewegt wird und bei jeder Fokusser-Position ein Foto gemacht wird und auf dem Foto der HFR der Sterne bestimmt wird. Das ganze wird dann grafisch dargestellt:

Abbildung 2: N.I.N.A. Start Auto Focus Kurve (Flickr)

NINA-Focus-20200722b

Die Fokus-Position wird gefunden zu: 71661 mit einem HFR von 3,65 Pixel.

Es scheint kein Backlash vorhanden zu sein, denn die Bewegungsumkehr fand ganz rechts im Bild statt und die Kurve bei der Links-Bewegung ist ja nicht flach.

Generell würde ein Backlash durch ein waagerecht verlaufendes Stück des Graphen signalisiert.

 

Fokus-Steuerung mit APT per ASCOM

Über (z.B.) APT ist eine integrierte Steuerung des Fokussers via ASCOM möglich.

Um die Fokussierung bequem mit der Software APT am Windows-Computer vornehmen zu können, muss der Motor-Fokussierer per ASCOM mit APT verbunden werden.

Dazu rufen wir APT auf und gehen in den Reiter “Gear”, wo wir dann den Abschnitt “Focuser” finden. Die Schaltfläche “Connect” hat rechts oben ein kleines Plus-Zeichen. Das bedeutet. dass wir mit “Shift” + Klick zuerst zum Konfigurieren kommen. (Später klicken wir nur “normal” auf die Schaltfläche “Connect” um den Connect mit den zuletzt eingestellten Parametern herzustellen).

Im ersten Schritt wählen wir den (zuvor installierten) ASCOM-Treiber für das Gerät (Pegasus Astro Focus Controller) aus. Danach müssen wir auf die Schaltfläche “Properties…” klicken.

Abbildung 11: APT Connect to Motorfocusser via ASCOM (Flickr)

Fokus_PegasusAstroMotorFocusser-02.jpg

Pegasus Astro Focusser: ASCOM Chooser

Wenn wir auf die Schaltfläche “Properties…” klicken, erscheint folgende Dialogbox:

Abbildung 12: APT ASCOM Focuser Chooser (Flickr)

Fokus_PegasusAstroMotorFocusser-03.jpg

Pegasus Astro Motor Focuser Controller Setup

Der Device Port (hier COM4) sollte voreingestellt sein, ansonsten müssten wir den Windows-Gerätemanager bemühen, um die richtige COM-Schnittstelle heraus zu finden.

Unten können wir den Motor Mode einstellen, denn wir haben ja einen “Dual Motor Focuser”. “Stepper Motor” ist hier die bessere Einstellung, weil dann der Focuser-Motor in Schritten, die als Zahlen angezeigt werden, bewegt werden kann.

Wenn wir nun auf die Schaltfläche “OK” klicken, sollte die Verbindung hergestellt werden.

Wenn der Connect zum Focuser erfolgreich hergestellt werden konnte, wechselt die Beschriftung der Schaltfläche von “Connect Focuser” auf “Disconnect Focuser”…

Abbildung 13: APT Focuser connected (Flickr)

Fokus_PegasusAstroMotorFocusser-04.jpg

APT: Focuser connected

Hier können wir nun die momentane Position (im Beispiel: 4989) sehen und durch Klicken auf die Schaltflächen unten, den Focus nach innen oder nach aussen bewegen…

Positiv kann man den erfolgreichen Connect zum Motor Focuser auch im APT-Log erkennen:

Abbildung 14: APT Log: Connected to focuser

Fokus_PegasusAstroMotorFocusser-05

APT Log showing successful connection to the motor focuser