Unistellar eVscope: Vergleich des Gesichtsfeldes mit dem der Atik Infinity-Kamera

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Auf dieser Seite versuche ich, das Gesichtsfeld des Unistellar eVscopes mit dem der Atik Infinity-Kamera an verschiedenen Teleskopen zu vergleichen.

Siehe auch:

 

Einführung

Da ich mir in "Vorfreude" oder Vorbereitung auf das eVscope, dessen Auslieferung erst für November 2018 versprochen ist, eine Atik Infinity-Kamera gekauft habe, ist für mich natürlich von Interesse, ob beide Lösungen eine ähnliche Bildqualität und -größe (Gesichtsfeld) liefern (oder wie man ein ähnliches Gesichtsfeld erreichen kann).

Zunächst einmal unterscheiden sich die Sensoren darin, dass der IMX224 ein CMOS-Sensor und der ICX825 ein traditioneller CCD-Sensor ist. Zweitens unterscheiden sie sich in ihrer Größe: die Diagonale des ICX825 in der Atik Infinity ist fast doppelt so groß (11 mm) wie die des IMX224 im eVscope (5,5 oder 6,1 mm, je nach Anwendungsart). Beide Sensoren verfügen über ähnliche Pixelzahlen (1392 x 1040 versus 1305 x 977/1280 x 960*); dementsprechend sind die (quadratischen) Pixel des ICX825 etwa dreimal so groß wie die des IMX224 (6,45 µm gegen 3,75 µm Kantenlänge).

Was das alles in der Praxis zu bedeuten hat, werde ich wohl erst im Laufe der Zeit herausfinden...

*) In eVscope scheint die Auflösung 1280 x 960 Pixel zu sein.

 

Gesichtsfeld...

In seiner FAQ gibt Unistellar für das eVscope ein Gesichtsfeld von ~30' (ca. 0,5°, etwa Mond- oder Sonnendurchmesser) an, außerdem, dass ein Pixel einem Bildwinkel von etwa 1,7" entspricht. Mit dem Gesichtsfeldrechner auf Astronomy.tools, erhielt ich eine Auflösung von 1.72" und werde diese in meinen Berechnungen verwenden, wo es angebracht ist.

Wenn ich 1,72" mit 1305 Pixeln multipliziere (der Sensor hat 1305 x 977 Pixel) und das Ergebnis durch 60 teile (von Sekunden auf Minuten), komme ich auf 37,41' (oder 0,6235°), also deutlich mehr als die angegebenen 30'. Da nicht angegeben ist, wie viele Pixel tatsächlich verwendet werden, habe ich noch einmal für 1280 Pixel gerechnet und 36,7' (oder 0,61°) erhalten. Wie wir später sehen werden, ist dies die korrekte Pixelzahl.

Im folgenden ermittle ich diesen Wert noch auf andere Weisen. Ich habe folgende Wege gefunden, das Gesichtsfeld zu berechnen:

Gesichtsfeld aus Teleskopbrennweite und Sensorgröße

Für das Gesichtsfeld einer Kamera in Verbindung mit einem Teleskop gibt Oden die folgende Näherungsformel an:

Gehe ich von 1280 Pixeln aus, weil ich die Details nicht kenne und es ohnehin nur auf die Größenordnung ankommt, komme ich bei einer Pixelgröße von 3,75 µm auf eine Seitenlänge von 4,8 mm; die Brennweite des eVscopes ist 450 mm. Beides in die Formel eingesetzt ergibt:

Dieser Wert entspricht genau dem oben für 1280 x 960 Pixel ermittelten.

Gesichtsfeldrechner auf Astronomy.tools

In den Gesichtsfeldrechner auf Astronomy.tools habe ich folgende Werte eingegeben:

Ergebnisse:

Das sind praktisch die Werte, die auch auch mit der Formel von Oden und den Daten von Unistellar ermittelt habe. Außerdem bevorzuge ich den Auflösungswert gegenüber dem von Unistellar angegebenen, weil er eine Dezimalstelle genauer ist.

Gesichtsfeld aus Vergrößerung und Okulartyp

Das eVscope vergrößert 50-, 100- und 150-fach, was auch immer das im Kontext eines Teleskops ohne Okulare bedeutet. Bezogen auf die im eVscope verwendete Teleskopbrennweite von 450 mm, entsprächen diese Vergrößerungen Okularen mit 9 mm, 4,5 mm und 3 mm Brennweite (die Vergrößerung ergibt sich aus Teleskopbrennweite geteilt durch die Okularbrennweite).

Im nächsten Schritt müsste man ermitteln, welchen wahren Sehwinkeln, also welchen Gesichtsfeldern, dies entspricht. Allerdings hängt das Ergebnis vom Okulartyp ab, denn je nach Typ kann der scheinbare Sehwinkel unterschiedlich sein (der wahre Sehwinkel ergibt sich aus dem Quotienten von scheinbarem Sehwinkel und Vergrößerung). Bei billigen Kellner-Okularen liegt er bei 40°, bei Plössl-Okularen bei 50-52° und bei Weitwinkel-Okularen zwischen 60° und 110°. Welchen Typ also nehmen? Da Plössl-Okulare sehr verbreitet, sozusagen der Standard, sind, nehme ich diese als Basis und dazu noch mit einem Sehwinkel von 50°, weil sich das einfacher rechnen lässt.

Damit erhalte ich für Plössl-Okulare die folgenden "wahren" Sehwinkel, also Gesichtsfelder, für die verschiedenen Vergrößerungen:

Das gleiche noch einmal für Kellner-Okulare (40°):

Für ein 9 mm-Plössl-Okular erhalte ich also ein doppelt so großes Gesichtsfeld wie Unistellar es für das eVscope angibt. Vielleicht bezieht sich die Angabe auch auf eine 100-fache Vergrößerung, dann würde es passen. Ich vermute allerdings, dass nur die 50-fache Vergrößerung "nativ" ist, und dass die höheren Vergrößerungen errechnet werden. Das legen auch die Berechnungen auf der Grundlage der Sensordaten nahe.

Mir nicht klar, warum ich nach dieser Methode zu so viel größeren Gesichtsfeldern gelange als wenn der Sensor die Grundlage für die Berechnung bildet. Vermutlich liegt dies daran, dass die Sensoren eine viel kleinere Fläche einnehmen als bei Okularen ausgeleuchtet wird...

 

Atik Infinity

Atik gibt für die Winkelauflösung (in Sekunden) pro Pixel der Atik Infinity-Kamera folgende Formel an (es ist eine angepasste Version der oben verwendeten Formel von Oden):

Um die Seitenlänge des Sensors zu erhalten, muß die Pixelgröße noch mit der entsprechenden Anzahl Pixel multipliziert werden (es ergeben sich 9 mm). Wenn ich in diese Formel die Werte für ein Teleskop mit 450 mm Brennweite (z.B. ein f/4-Newton mit 114 mm Öffnung) einsetze, so wie es im eVscope verwendet wird, erhalte ich ein Gesichtsfeld von 1,14° (68,6'), also recht ähnliche Werte wie für ein 9 mm-Plössl-Okular. Ein Teleskop mit 500 mm Brennweite (z.B. ein f/4,38-Newton mit 114 mm Öffnung) liefert mit dem 9 mm-Plössl-Okular praktisch identische Werte, also ein Gesichtsfeld von etwa einem Grad.

Andere Teleskopbrennweiten führen natürlich zu anderen Werten für das Gesichtsfeld. Identische Gesichtsfelder für beide Sensoren würde ich erhalten, wenn sich die Brennweiten der verwendeten Teleskope wie die horizontalen Kantenlängen der Sensoren verhalten würden:

Ein Teleskop mit einer tatsächlichen oder verkürzten/verlängerten Brennweite von etwa 750 bis 900 mm würde also ein ähnliches Gesichtsfeld haben wie das eVscope. Unterschiede ergeben sich aus den unterschiedlichen Öffnungsverhältnissen und Lichtsammelleistungen der verwendeten Teleskope, sowie der Unterschiede in der Lichtempfindlichkeit und im Rauschverhalten der beiden Sensoren. Der Sensor im eVscope besitzt nur ein Drittel der Fläche des Sensors der Atik Infinity. Bei ähnlicher Pixelzahl sind dementsprechend auch die Pixel nur gut 1/3 so groß, was bedeutet, dass sie nur 1/3 des Lichts empfangen und damit um 1,5 Blendenstufen unempfindlicher sind als die im Sensor der Atik Infinity. Auf der anderen Seite hat das eVscope ein Öffnungsverhältnis von f/4, und das ist entscheidend für die Belichtungszeit. Was also die Konsequenzen all dieser Unterschiede sind, bleibt noch zu klären...

 

eVscope, Atik Infinity, Stellina und Hiuni

Zum Abschluss eine Vergleichtabelle (von einer anderen Seite auf dieser Website "entliehen"), die auch das Stellina-Teleskop von Vaonis und das Hiuni-Teleskop einschließt und in der man sehen kann, wie die unterschiedlichen Sensoren und bei der Atik Infinity, Teleskope, das Gesichtsfeld und die Auflösung beeinflussen.

Teleskop/Kamera > Hiuni Stellina eVscope
Infinity
Hersteller Bosma Vaonis Unistellar
Atik
Teleskop (AI) Custom, Cassegrain Custom, Refraktor Custom, Newton 6" Newton
Explorer 150PDS, StarBlast 6, ...
5" Newton
Heritage P130, Sky Prodigy 130, ...
4,5" Newton
Heritage 114N, StarBlast 114, ...
4.5" Newton
StarBlast 4.5, ...
8" Schmidt-Cassegrain
C8 mit f/6.3 Reducer
Hersteller (AI)       SkyWatcher, Orion Sky-Watcher, Celestron Sky-Watcher, Orion Orion Celestron
Brennweite 1540 mm 400 mm 450 mm 750 mm 650 mm 500 mm 450 mm 1280 mm
Öffnung 154 mm 80 mm 112 mm 150 mm 130 mm 114 mm 114 mm 203 mm
Öffnungsverhältnis f/10 f/5 f/4 f/5 f/5 f/4,5 f/4 f/6,3
Auflösungsvermögen Teleskop (Dawes) 0,79"§/0.75"* 1,45"* 1,02"* 0,77"* 0,89"* 1,02"* 1,02"* 0,57"*
Auflösungsvermögen Teleskop (Rayleigh) 0,92"§ 1,73" 1,12" 0,92" 1,06" 1,12" 1,12" 0,68"
Sensor Aptina MT9M001-C/M Sony IMX178 Sony IMX224
Sony ICX825
Sensortyp CMOS CMOS CMOS
CCD
Pixelauflösung 1280 x 1024 3096 x 2080 1280 x 960
1392 x 1040
Pixelgröße 5,2 µm x 5,2 µm 2,4 µm x 2,4 µm 3,75 µm x 3,75 µm
6,45 µm x 6,45 µm
Auflösung H 0,27°/16,2'
10,3° (Sucher)
1° (1,06°/63,6'*) ~30' (0,5°)
(0,61°/36,7'*)
0,69°/41,16'** 0,79°/47,49'** 1,03°/61,74'** 1,14°/68,60'** 0,40°/24,12**'
Auflösung V 0,2°* 0,7° (0,71°*) 0,46°* 0,51°* 0,59°* 0,77°* 0,85°* 0,30°*
Auflösung/Pixel 0,7"* 1,24"* 1,72"* 1,77"** 2,05"** 2,66"** 2,96"** 1,04"**

*) Mit Astronomy.tools berechnet; **) eigene Berechnungen, mit Astronomy.tools überprüft
+) auch berechnet aus 114/Öffnung; ++) berechnet aus 138/Öffnung; § Herstellerangabe

 

Fazit

Offensichtlich benutzt das eVscope den Sensor mit 1280 x 960 Pixeln (ein bestimmter Modus des Sensors) und hat eine Auflösung von 36,7' oder 0,61° (Pixelauflösung 1,72"). Die Atik Infinity verwendet 1392 x 1040 Pixel, und ihre Pixelauflösung und damit das Sichtfeld hängt von der Brennweite des verwendeten Teleskops ab. Eine Brennweite von ca. 850 mm würde dem Gesichtsfeld des eVscopes nahe kommen.

Das Stellina von Vaonis hat ein fast doppelt so großes Gesichtfeld wie das eVscope, so dass es auch für ausgedehntere DSO tauglich ist. Die gut 4-fach höhere Sensorauflösung schlägt sich jedoch in der Detailwiedergabe weniger deutlich nieder: ein 15' großes Objekt (z.B. M 13 im Herkules) erstreckt sich beim eVscope über 523 Pixel, beim Stellina über 726 Pixel; das ist ein Faktor von fast 1,4 - nicht welt-bewegend... Neben der Pixelzahl ist aber auch noch die "Qualität" der Pixel (Rauschverhalten usw.) von Bedeutung, zu der ich im Moment nichts sagen kann, außer, dass die Pixel des eVscope-Sensors deutlich größer sind als die des Stellina-Sensors (3,75 µm gegenüber 2,4 µm).

Das Hiuni-Telskop ist eher für die Beobachtung von Planeten und des Mondes als für DSOs geeignet. Daran ändern auch die große Öffnung und die großen Pixel nichts, die maximale Magnitude ist mit 12,8 vergleichweise niedrig. Das Gesichtsfeld erfasst nur den halben Mond! Aber vielleicht kann Hiuni bei einigen kleineren DSOs (z.B. Kugelsternhaufen, Ringnebel M 57) seine Stärken ausspielen... Beachten Sie, dass ein 15'-Objekt wie der Herkules-Kugelsternhaufen M 13 fast die gesamte Breite des Bildfeldes des huini-Teleskops abdeckt (und größer ist als dessen Höhe). Damit bietet Hiuni etwa die doppelte Anzahl von Pixeln für dieses Objekt, als das eVscope anbietet.

Eine weitere Sache fällt mir noch auf, aber mir fehlt das Wissen, dies genauer zu bewerten. Bei allen gezeigten Lösungen für die Atik Infinity löst das Teleskop mehr als 2-fach besser auf (nach Dawes) als der Pixelauflösung des Sensors entspricht. Man könnte also sagen, dass die Teleskop-Tuben "überdimensiniert" für die Kamera sind. Beim eVscope hat man immerhin noch den Faktor von fast 1,7, aber bei Stellina und Hiuni löst der Sensor besser auf als das Teleskop. Hier könnte man sagen, dass ihre Sensoren "überdimensioniert" sind und dass die Teleskope nicht ganz damit Schritt halten können. Was dies in der Praxis bedeutet, kann ich zur Zeit leider nicht sagen...

 

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