2. 동영상 카메라를 이용한 직초점 및 확대 촬영

 망원경에 동영상 카메라를 연결하여 행성을 촬영하는 방법에 대한 내용은 앞의 '행성 사진 촬영과 천체망원경'에서 일부분을 설명하였다. 아래 링크를 참조하기 바란다. 

http://www.astrozoom.net/techniques_2_step1-2.htm

 천체용 동영상 카메라는 대부분 연결부가 망원경의 접안부에 맞게 제작되어 연결 어댑터가 필요 없지만 개조된 웹 카메라는 대부분이 연결 어댑터를 구매하거나 제작해야하는 경우가 대부분이다.
아래 그림 2-1은 투유캠을 다양한 어댑터가 연결될 수 있도록 개조한 예를 보여준다. 이렇게 접안부와 연결이 가능한 어댑터를 카메라에 부착한 다음의 연결 방법은 기본적으로 카메라의 직초점 촬영과 같기 때문에 망원경의 접안렌즈를 제거하고 웹카메라의 연결부를 접안부에 끼우면 된다. 필터와 바로우렌즈, 리듀서 등 부가적인 광학계를 사용할 경우에는 별도의 어댑터를 사용해야 한다. 그리고 웹캠과 연결된 데이터 전송용 케이블은 대부분 USB 형식으로 되어있거나 직렬케이블로 되어 있어 컴퓨터와 노트북의 해당 포토에 연결하고 관측용 소프트웨어를 실행시켜 웹캠이 인식되면 촬영 준비가 된 것이다.
 

그림 2-1  웹카메라에 다양한 어댑터를 부착한 사진

 웹카메라의 경우에는 직초점 촬영을 하여도 웹카메라 CCD의 특성상 일정 배율의 확대 효과를 얻을 수 있다. NexImage의 경우는 접안렌즈의 초점거리 5mm에 해당하는 초점거리를 갖는다. 따라서 망원경의 초점거리가 1200mm인 경우 이 웹카메라를 사용하면 배율은 1200mm/5mm 로서 240배가 된다. 웹 카메라로 촬영된 이미지의 크기를 안시 관측을 통해서 미리 알아보려면 웹 카메라와 초점거리가 같은 5mm인 접안렌즈를 사용하면 된다. 요즘 많이 사용되는 투유캠은 초점거리가 4mm, LPI는 6mm 정도에 해당하며 카메라의 사양표를 보면 해당 초점거리를 알 수 있다. 실제로 초점거리가 5mm 정도인 접안렌즈는 고배율로 관측할 때 사용되는 렌즈에 해당한다. 따라서 각 웹 카메라의 초점거리에 해당하는 접안렌즈를 준비하여 관측하려는 행성을 찾아 초점을 맞추고 접안렌즈를 제거한 후 웹 카메라를 교체하여 연결하면 초점이 일치하게 된다. 

그림 2-2  웹카메라와 천체망원경이 직초점으로 연결된 사진, 넥스이미지(좌), 투유캠프로(우)

행성의 사진 촬영의 경우에 망원경의 초점거리가 1200mm이상이 되는 장초점 망원경이 주로 사용되는 이유는 고배율을 얻기 위해서이다. 행성은 밝은 천체에 해당하기 때문에 장초점 망원경을 사용하여도 셔터 속도를 짧게 할 수 있다. 그러나 고배율의 경우에는 적도의의 작은 오차에도 영향을 받기 때문에 적도의를 견고하게 설치하여 촬영 도중 움직임이나 진동이 없도록 해야 한다.

행성 확대 촬영 방법

 태양계의 행성을 촬영할 경우 망원경의 초점거리가 2000mm 이상이 되어야 행성 표면의 구조를 사진에 담을 수 있기 때문에 장초점 망원경이 행성 촬영에 많이 사용된다.
 이러한 이유로 행성의 표면구조가 뚜렷한 목성과 표면과 고리의 모양이 멋진 토성이 주로 촬영하는 대상이며 화성의 표면과 금성의 위상변화도 천체사진가들이 촬영하는 대상이다. 그 외의 천왕성, 해왕성은 크기가 작고 뚜렷한 특징을 보아지 않기 때문에 천체사진에서 많이 촬영하는 대상은 아니다.
 망원경의 확대율을 증가시키면 상의 밝기가 제곱배로 감소하기 때문에 초점거리를 늘려주는 바로우렌즈나 기타 확대 렌즈를 추가하여 사용하면 망원경의 구경이 커져야하는 결과를 초래한다. 따라서 목성이나 토성의 세부적인 묘사를 위한 사진을 촬영하기 위해서는 최소한 8인치 이상의 구경을 가진 경통이 필요하다.

 
 바로우렌즈, 파워메이트 사용법
 대부분이 카세그레인식의 복합계 반사망원경이 천체사진 촬영에 많이 이용되는 이유도 구경이 크고 초첨거리가 굴절망원경에 비해서 길기 때문이다. 그러나 망원경 자체의 초점거리만으로도 부족하여 바로우 렌즈나 파워메이트를 사용하여 배율을 두배이상 높게 설정하고 촬영하는 경우가 대부분이다.

그림 2-3  5배 파워메이트(좌)와 2.5배 파워메이트(우)와 연결된 Flea3 동영상 카메라

 행성 촬영의 경우 2~5배 정도의 바로우 렌즈를 사용하여 초점거리를 늘려 고배율로 촬영하는 경우가 많기 때문에 적도의 안정성과 추적 정밀도가 요구된다. 고배율 관측에서는 그 배율만큼 망원경 시야의 천체들도 빨리 움직이고 있기 때문에 적도의의 추적이 정확하지 못하면 행성은 시야에서 쉽게 사라지게 된다. 확대 촬영에는 바로우 렌즈를 접안부에 연결하는 방식을 주로 사용되고 바로우 렌즈가 없는 경우에는 확대촬영 어댑터에 접안렌즈를 사용하여 확대하는 방법을 사용한다. 이러한 확대촬영 방법을 접안렌즈 투영법이라고 한다.

접안렌즈투영법(Eyepiece Projection)

  접안렌즈 투영법은 눈으로 천체망원경을 보는 것과 같은 세팅을 한 후 여기에 카메라의 렌즈를 제거한 상태로 사진을 촬영하는 방법이다. 즉 사람의 눈대신 렌즈를 제거한 카메라를 부착하는 것으로 접안렌즈를 통과한 평행한 광선이 카메라의 CCD면에 도달하게 된다.

  접안렌즈 투영법은 확대촬영 또는 포지티브 투영법, 볼록렌즈 투영법이라고 불리며 확대율이 커서 행성의 촬영에 많이 이용되는 방법이다.

그림 2-4  접안렌즈 투영법으로 구성되는 접안부(위)와 해당 촬영의 광로

 위의 그림 2-4는 일반적인 접안렌즈 투영법으로 행성을 촬영하기위한 투영도구와 투영법에 해당하는 광로를 나타낸 것이다. 그림에서 행성의 이미지가 접안렌즈를 통과한 다음 평행광으로 들어오기 때문에 이 빛의 기둥은 카메라의 CCD면에 수직으로 입사하여 상을 만들게 된다. 그렇게 때문에 접안부와 카메라 CCD면의 거리는 행성상의 초점과는 상관없이 확대율만 다른게 나타나게 된다. 만일 렌즈를 제거하지 않은 카메라를 사용하게 되면(어포컬 촬영) 이 평행하기 입사하는 빛기둥은 카메라 렌즈를 한번 더 통과하기 때문에 초점이 맺히는 수렴된 빛 모양을 보이기 때문에 카메라릐 거리를 초점에 맞도록 조정해야한다.

 접안렌즈 투영법으로 촬영하기 위해서 프로젝션 도구를 만드는 과정을 아래 그림 2-5에 제시하였다. 대부분의 프로젝션 튜브의 카메라쪽 방향에는 카메라의 직초점 어댑터의 크기와 일치하도록 제작되어 판매되기 때문에 1.25인치 동영상 카메라의 튜브와 일치하지 않는다. 기존의 직각프리즘에서 떼어낸 접안부를 프로젝션 튜브의 크기에 맞춰 결합하여 고정하는 과정을 그림으로 나타내었다. 동영상 카메라의 크기와 무게가 가볍기 때문에 고정나사 구멍을 뚫지 않고 결합후 테이프로 붙이는 정도로도 고정이 가능하다. 천체사진 촬영에서 이러한 방법으로 촬영도구의 최적화를 하는 경우는 자주 발생하는  편이다.

그림 2-5  관련 부품이 없는 경우 기존의 다른 부품을 이용하여 촬영도구를 최적화하는 사례

이런한 볼록렌즈 투영방법으로 촬영할 때의 배율과 초점거리 계산은 다음 링크를 참조하면된다. 앞의 확대촬영에서 한번 언급된 내용이다.

                                                       http://www.astrozoom.net/techniques_step2-4.htm     
 

                                                            \                               \그림 2-6  파워메이트를 이용하여 확대 촬영한 토성과 위성들

                                                                                               \그림 2-7  접안렌즈 투영법으로 확대 촬영한 토성

접안렌즈 투영법으로 촬영한 경우 합성초점거리와 확대율을 계산하는 방법은 다음과 같다

확대율 =(접안렌즈와 필름 면까지의 거리 - 접안렌즈의 초점거리) / 접안렌즈의 초점거리

 또는 (접안렌즈와 필름 면까지의 거리 / 접안렌즈의  초점거리) - 1

망원경의 배율=대물렌즈초점거리 / 접안렌즈 초점거리

합성초점거리 = 대물렌즈 초점거리×확대율  = 망원경의 배율 × (접안렌즈와 필름 면 까지의 거리 - 접안렌즈의 초점거리)

합성 f/수 = 합성 초점거리 / 망원경의 구경  = 확대율 × 구경비

  위 그림 2-7의 토성 촬영은 셀레스트론 8인치 슈미트-카세그레인 망원경(구경 203.2mm, 초점거리 2032mm, f/10)에 16mm 접안렌즈를 사용하였고 접안렌즈에서 Flea3 카메라 CCD면까지는 대략 70mm 정도 였다.
 따라서 합성 초점거리는 = 2032mm / 16mm × (70mm - 16mm)  = 6858 mm였고 확대율은 (70mm - 16mm) / 16mm = 3.5 배로 접안렌즈로 본 배율보다 3.5배가 더크게 촬영된 것이다.
이것은 2.5배 파워메이트를 사용했을 때의 초점거리(2032mm × 2.5 =  5080 mm) 보다 훨씬 긴 초점거리를 보여주었고 따라서 확대율도 더 크게 나타났다.