Collimeren van een telescoop: de ultieme gids!

Collimatie is een van de meest fundamentele en tegelijk meest onderschatte vaardigheden die een telescoopgebruiker kan beheersen. Het is het proces waarbij alle optische elementen van een telescoop nauwkeurig worden uitgelijnd ten opzichte van elkaar en ten opzichte van de optische as van het instrument. Zonder een goede collimatie presteert zelfs de duurste telescoop ver onder zijn mogelijkheden, en dat is bijzonder jammer als je urenlang in de kou staat te wachten op een heldere nacht of een lange belichtingstijd instelt voor astrofotografie.

Waarom collimeren we een telescoop?

Licht dat een telescoop binnenvalt, moet via een nauwkeurig pad door het optische systeem reizen voordat het je oog of je camerasensor bereikt. Wanneer de spiegels of lenzen niet correct zijn uitgelijnd, convergeert het licht niet correct in het brandpunt. Het gevolg is een afbeelding die wazig, asymmetrisch of vervormd is, niet door slechte optica of een trillerige montuur, maar puur door een geometrisch probleem dat volledig te corrigeren is. Bij visuele waarneming merk je dit als een ster die bij hoge vergroting geen mooie, symmetrische diffractieschijf (het zogenaamde Airyschijfje) toont, maar in plaats daarvan een eenzijdige komeetachtige vlek of een onregelmatig golfpatroon in het defocuspatroon. Bij astrofotografie is het effect nog destructiever: sterren aan de rand van het beeldveld worden uitgerekt, de PSF (point spread function) is asymmetrisch, en zelfs de guiding kan eronder lijden doordat de gidester er inconsistent uitziet op de guidingcamera. Telescopen raken uit collimatie door transport, trillingen, temperatuurswisselingen en simpelweg door gebruik. Een Newtonreflector die je in de auto vervoert, raakt bijna zeker de collimatie kwijt. Maar ook een cassegraintelescoop die maandenlang stilstaat kan door het uitzetten en krimpen van materialen licht uit zijn optimale uitlijning raken. Collimeren is daarom geen eenmalige handeling maar een terugkerende routine, net zoals het fokusseren van je oculair of het uitbalanceren van je montuur.

Het principe achter het collimeren van een telescoop. 

Welke soorten telescopen hebben collimatie nodig?

Niet alle telescopen zijn even gevoelig voor miscollimatie, en de methode verschilt aanzienlijk per type instrument.

• De Newtonreflector: veruit de meest voorkomende telescoop onder amateur-astronomen, is het meest gevoelig voor miscollimatie en vereist ook het vaakst aandacht. Dit instrument heeft twee spiegels: een grote parabolische hoofdspiegel (de primaire spiegel) en een kleine vlakke secundaire spiegel (de diagonale spiegel of flat), die het licht naar de focuser aan de zijkant van de buis leidt. Beide spiegels moeten nauwkeurig worden ingesteld, en in de juiste volgorde.
• De Schmidt-Cassegrain telescoop (SCT) en de Maksutov-Cassegrain hebben een gesloten optisch systeem waarbij de primaire en secundaire spiegel door de fabrikant grotendeels zijn gefixeerd. De primaire spiegel is in een SCT soms beweeglijk (het wordt gebruikt als focusmechanisme), maar de collimatie ervan is relatief stabiel. Alleen de secundaire spiegel heeft doorgaans aanpassing nodig, en bij veel SCT's is dat zelfs via de zwarte correctieplaatknop aan de voorzijde mogelijk.
• De refractor: een telescoop met lenzen, heeft in principe geen collimatie nodig na de fabriek, maar goedkopere modellen of exemplaren die gevallen zijn kunnen soms toch worden bijgesteld via stelschroeven aan de lensfitting. Bij een hoogwaardige apochromaat is collimatie vrijwel nooit een issue.
• De Ritchey-Chrétien (RC): populair bij gevorderde astrofotografen, is extreem gevoelig voor collimatie en heeft bovendien een specifieke uitdaging: de primaire én de secundaire spiegel zijn beide parabolisch (of hyperbool), wat betekent dat miscollimatie snel zichtbaar wordt in de vorm van coma en astigmatisme. Voor RC-gebruikers is een zeer precieze collimatiemethode met een Cheshire-oculair of zelfs een laser met terugkoppeling onontbeerlijk.

Wat heb je nodig voor collimatie?

De gereedschappen voor collimatie variëren van heel eenvoudig tot geavanceerd. Voor een beginner met een Newtonreflector zijn de basistools al voldoende om uitstekende resultaten te behalen. Het meest elementaire hulpmiddel is een collimatiehuls of barlowdop, ook wel een "sight tube" of "peephole cap" genoemd. Dit is eenvoudigweg een cilindrische dop met een klein gaatje in het midden, die je in de focuser plaatst. Door het gaatje te kijken zie je de reflecties van de spiegels in elkaar, en kun je beoordelen of alles gecentreerd is. Het is goedkoop en verrassend effectief, maar vereist enige ervaring om de beelden correct te interpreteren. Het Cheshire-oculair is een aanzienlijke verbetering op de eenvoudige sight tube. Het bestaat uit een metalen cilinder met een schuin gesneden zijvenster dat licht naar binnen laat, een kruisdraadje of een gemarkeerde ring binnenin, en een kijkgat. Het gereflecteerde licht van de zijopening verlicht de binnenkant van het instrument waardoor je de spiegels veel beter kunt zien. De combinatie van een Cheshire en een sight tube in één apparaat, de "combo collimator", is wat de meeste beginners aanraden.

Een lasercollimator is een populaire tool die een rode laserstraal door de focuser schiet die vervolgens terug wordt gereflecteerd door de spiegels. De bedoeling is dat de laserstraal precies op dezelfde plek terugkomt als waar hij vertrok. Het grote voordeel van een laser is dat het snel en intuïtief werkt, maar er zijn ook serieuze nadelen: goedkope lasercollimators zijn zelf vaak niet correct uitgelijnd, waardoor je denkt dat je telescoop gecollimeerd is terwijl dat niet zo is. Investeer dus in een kwalitatieve laser van een gerenommeerd merk zoals Howie Glatter of Catseye, of kalibreer je laser altijd eerst door hem te draaien in de focuser en te controleren of de stip niet beweegt. De Barlowed laser is een geavanceerde techniek waarbij je een Barlow-lens gebruikt in combinatie met de laser. De Barlow vergroot de teruggekaatste straal zodanig dat kleine afwijkingen van de primaire spiegel veel duidelijker zichtbaar worden. Dit is met name nuttig voor de fijne collimatie van de primaire spiegel.

Sterrentest met een echte ster, ook wel de "star test", is de ultieme verificatie van je collimatie. Daarvoor richt je je telescoop op een heldere, van voorkeur geïsoleerde ster, en bekijk je het defocuspatroon aan beide kanten van focus bij hoge vergroting. Een goed gecollimeerd systeem toont perfecte, concentrische ringen aan beide zijden van focus. Een miscollimeerd systeem toont ringen die aan één kant zijn samengeperst. De sterrentest vertelt je ook iets over andere optische fouten zoals sferische aberratie, maar voor collimatiebeoordeling is het ongeëvenaard nauwkeurig. Het nadeel is uiteraard dat je een heldere nacht nodig hebt, en dat de atmospherische seeing soms de beoordeling bemoeilijkt. Voor astrofotografen is er nog een bijzonder krachtige aanpak: het analyseren van de stervormfunctie op een echte foto. Software zoals CCDInspector, Astro Pixel Processor, of PixInsight's aberratie-inspectietools kunnen de ellipticiteit en oriëntatie van sterren over het gehele beeldveld berekenen en visualiseren. Dit geeft een objectieve, kwantitatieve meting van de collimatiestatus en is de nauwkeurigste methode die bestaat, maar ze vereist dat je daadwerkelijk foto's maakt en analyseert.

Naast de optische hulpmiddelen heb je ook fysiek gereedschap nodig. Voor de meeste Newtonreflectors zijn dat inbussleutels (veelal 2mm of 2,5mm) of een speciale spanningssleutel voor de stelschroeven van de primaire spiegel, al zijn moderne telescopen vaak uitgerust met handknopen (bobknobs of thumbscrews) waarmee je zonder gereedschap kunt werken. Een koplamp of zaklamp is handig om de binnenkant van de buis te verlichten zonder je donkere adaptatie te ruïneren, gebruik bij voorkeur een rode lamp.

Stap-voor-stap collimatie van een Newtonreflector

De Newtonreflector is het meest aangeleerde voorbeeld, dus we behandelen dit type uitgebreid.

1. Stap 1: zorg dat de secundaire spiegel gecentreerd is onder de focuser Kijk in de focuser met je sight tube of Cheshire. Het eerste wat je wil zien is of de secundaire spiegel (de kleine elliptische spiegel midden in de buis) gecentreerd is onder het kijkgat van de focuser. De spiegel wordt vastgehouden door een spider, een kruis van dunne metalen bladen die van de buiswand naar het midden lopen. De meeste moderne telescopen hebben de spider-positie gefixeerd, maar goedkopere modellen hebben soms mogelijkheden om de spider te verschuiven. Als de secundaire spiegel niet gecentreerd is, stelt dit de grens aan wat je via de hoekinstelling van de spiegel kunt bereiken.
2. Stap 2: kantel de secundaire spiegel zodat het beeld van de primaire spiegel gecentreerd verschijnt De secundaire spiegel is bevestigd aan een centreerhouder (cell) die je kunt kantelen via stelschroeven. Wanneer je in de focuser kijkt, wil je dat de cirkel van de primaire spiegel (de grote spiegel) exact gecentreerd verschijnt in het beeld van de secundaire. De reflectie van de secundaire spiegel zelf zie je ook, als een kleinere cirkel daarbinnen. Begin met het aanpassen van de kanteling totdat de primaire spiegel gecentreerd is. Draai de stelschroeven slechts kleine beetjes tegelijk, ze werken in een driehoeksconfiguratie, waarbij één schroef aanspanning geeft en de andere twee de hoek bepalen.
3. Stap 3: kantel de primaire spiegel zodat de reflectie van de secundaire gecentreerd is in de reflectie van de primaire Nu kijk je dieper in de reflecties. Je ziet een serie geneste cirkels: de focuser-opening, de primaire spiegel, de reflectie van de secundaire daarin, en de reflectie van de focuser in de secundaire. Het doel is dat al deze cirkels perfect concentrisch zijn. De primaire spiegel heeft zijn eigen stelschroeven aan de achterkant van de buis, typisch drie bouten met vergrendelringen, of drie koppels van een vergrendelschroef en een duwschroef. Pas deze aan totdat de innerste reflectie, de kleine ronde stip die de focuser weerspiegelt, precies in het centrum van alle andere cirkels staat.
4. Stap 4: verificatie met de sterrentest of op een foto Wanneer je denkt dat de collimatie klopt, is het tijd voor verificatie. Doe dit overdag door op een ver verwijderd punt te kijken (een antenne, een boom op de horizon), of beter nog 's nachts met een ster. Bij hoge vergroting, net buiten focus, zou je perfecte concentrische ringen moeten zien. Als de ringen aan één kant samengekniepen zijn, geeft de richting van de vervorming aan in welke richting je de primaire spiegel nog moet aanpassen.

Tijdens het collimeren wordt ook de secundaire spiegel aangepast.

Collimatie van een Schmidt-Cassegrain

Bij de SCT is het proces eenvoudiger maar de schroeven zijn gevoeliger. De voorkant van de buis heeft een gecorrigeerde correctieplaatschijf waarop de secundaire spiegel is bevestigd. Die secundaire spiegel heeft drie stelschroeven, in veel modellen één vaste referentieschroef en twee instelschroeven, in andere modellen drie gelijke schroeven. De methode is als volgt: stel scherp op een heldere ster bij hoge vergroting. Defocusseer licht. Zijn de ringen asymmetrisch? Pas dan één stelschroef een beetje aan en kijk wat er verandert. Het is een kwestie van proberen en corrigeren, waarbij je altijd slechts een kwartslag per keer aanpast. Bij de SCT is de neiging om te veel te compenseren groot, waardoor je heen en weer schiet. Kleine aanpassingen en geduld zijn hier essentieel. Een veelgemaakte fout bij SCT's is het verwarren van miscollimatie met focusverandering. De SCT heeft een bewegende primaire spiegel als focusmechanisme, en als die niet goed vergrendeld is (mirror lock), kan de spiegel tijdens de waarneming of belichtingstijd bewegen, een fenomeen dat "mirror flop" heet en waarmee astrofotografen goed vertrouwd zijn.

Veelgemaakte fouten bij collimatie

Een klassieke fout is beginnen met de primaire spiegel terwijl de secundaire nog niet goed staat. Altijd eerst de secundaire, dan de primaire. Als je deze volgorde omdraait, doe je onnodig werk en zul je uiteindelijk alles opnieuw moeten doen. Een andere fout is te grote aanpassingen maken. Collimatie vereist subtiliteit. Kleine bewegingen hebben al grote effecten, zeker bij de primaire spiegel. Draai nooit meer dan een halve slag per correctie, en kijk altijd tussendoor wat het effect is. Veel beginners vergeten ook de vergrendelschroeven aan te trekken nadat ze een stelschroef hebben aangepast. Zonder vergrendeling kan de spiegel langzaam terugkeren naar zijn vorige positie, soms zelfs tijdens de waarneming. Trek altijd de vergrendelschroef voorzichtig aan terwijl je de stelschroef vasthoudt, zodat de positie niet verandert. Tot slot: mensen die voor het eerst een lasercollimator gebruiken, controleren zelden of de laser zelf goed is gekalibreerd. Controleer dit altijd door de laser in de focuser te plaatsen en hem 180 graden te draaien. Verplaatst de stip op de terugkaatser? Dan klopt de laser zelf niet en is hij onbetrouwbaar als collimatiemiddel.

Vaardigheid

Collimatie is een vaardigheid die je leert door herhaling. De eerste keer kan het verwarrend en frustrerend zijn, je past iets aan, kijkt opnieuw, en het lijkt soms slechter te worden. Maar naarmate je meer ervaring opdoet, leer je de beelden te lezen, de reacties van je specifieke telescoop te begrijpen, en de aanpassingen te doen met steeds meer vertrouwen en precisie. Investeer in goede tools: een degelijke Cheshire-combinatiecollimator is voor de meeste Newtongebruikers al voldoende. Astrofotografen die het maximale uit hun systeem willen halen, doen er goed aan ook software-analyse in hun werkstroom op te nemen. En wie het echt serieus neemt, kan investeren in een kwalitatieve lasercollimator zoals een Howie Glatter en de bijbehorende Barlowed-methode leren. Onthoud altijd: zelfs een middelmatige telescoop die perfect gecollimeerd is, overtreft een duur instrument dat slecht is uitgelijnd. Collimatie is misschien wel de beste vrij beschikbare upgrade die je je telescoop kunt geven.

Tutorial