ほしぞloveログ

天体観測始めました。

カテゴリ:観測機器 > BKP200

うーん、前回の記事では副鏡のオフセット量は考えないようにしていたのですが、コメントもあったので、誤差も含めて少し考察してみます。

IMG_3855



目的

光軸調整をした後の反射型望遠鏡で見ている光軸は、どれくら鏡筒の中心軸とずれるのか?言い換えると、鏡筒の入射光側の入り口で何mmくらいずれて見えているかという問題です。これを求めることにします。


自由度の確認

調整の自由度(それぞれ3つのネジのセットがありますが、自由度としては2です。厳密にいうと光軸方向にもずらせるので自由度は3ですが、とりあえず無視します。副鏡だけは無視できないのであとで扱います。)
  • 副鏡の角度 x 2自由度
  • 主鏡の角度 x 2自由度
  • 接眼部の角度 x 2自由度
普通は上の2つだけを使う解説が多いです。またレーザーコリメーターを使った光軸調整では、3つ目の接眼部の角度の自由度を認識する方法がなく、上の2つだけしか調整することができません。


でも実は実際の自由度はこれだけではなく、他にもずれを引き起こす原因はたくさんあり、ざっと考えただけでも
  1. 副鏡のオフセット量(副鏡が接眼部より奥にどれだけシフトしているか)mm~1cm
  2. スパイダーネジの締め具合による副鏡の上下左右の位置: mm~1cm
  3. 副鏡の引きネジを締めたときの副鏡の回転と、上下左右の位置(光軸方向とは垂直の方向の意味): ~5度と~0.3mm
  4. 副鏡の引きネジと押しネジの締め具合のバランスによる光軸方向のオフセット量: ~mm
  5. 光軸調整アイピースの十字: ~0.1mm
  6. センターマークの位置精度: <1mm
などがあります。後ろに書いてあるのは、誤差の大体のオーダー見積もりです。


誤差の見積もり: 接眼部での調整をしない場合

前回の光軸調整で、最初の1、2だけを合わせた場合、すなわちレーザーコリメーターで合わせたのと同じ状態の時に、どれくらいの誤差が残っているかを評価してみます。評価するところは、接眼部の中心軸が鏡筒に垂直に立っていると仮定した時の、「接眼部の中心軸と鏡筒の中心軸の交点」を理想的な点として、そこから現実的にはどれくらいの範囲でずれている可能性があるかで考えます。

1. 簡単のために2の副鏡のオフセットはとりあえず無いと仮定します。

2. まず、スパイダーの長さは4本を頑張って合わせますが、まあ工作精度、測定精度から1mmくらいでしょうか。この時点で、1.のオフセットがないとしても、上で考えた「理想的な接眼部の中心軸と鏡筒の中心軸の交点」から1mmくらいずれている可能性があるということとです。この調子でいきます。

3. は副鏡の回転角5度くらいのずれを、副鏡についている3本の押しネジで補正する必要があります。押しネジの間の距離が3cmくらいだとして、5度=5 x pi/360 ~ 0.05[rad]なので、0.03m x 0.05rad = 1.5mmくらいのずれとなります。まあ1.と同じくらいですね。副鏡についているネジを閉める時の位置も多少ずらすことができるので、それでもまあ頑張って円筒を手で合わせて気を使いながらネジを締めるとして、0.3mmくらいのずれに抑えるとしましょう。

4. これは正しい位置さえわからないので、押しネジと引きネジの長さの半分くらいの範囲で平気で前後します。3mmくらいは平気で変わるでしょう。


大まかな計算なので、ここでそれぞれの誤差の2乗和のルートを取ります。

sqrt(1mm^2+1.5mm^2+0.3mm^2+3mm^2) = 3.5mm

となります。副鏡は45度傾いた斜鏡になっているので、ルート2で割ってやると

3.5/1.4 = 2.5mm

と結構気を使って設定してもこれくらいの範囲で理想点からずれる可能性が高いということです。気を使わないとこれよりもっとずれていきます。一番ずれやすいところはスパイダーの長さでしょうか。5mmくらいずれることは平気であるので、倍くらいの誤差になってしまうことは平気であるということです。

では次に、理想点から2.5mmくらいのずれがあった時に、接眼部の角度はどれくらいずれるかというと、理想点からアイピース先端までの距離が10mm程度、そこに2.5mmの誤差があったら角度にして2.5mm/100mm = 0.025rad ~ 3度になります。接眼部の3本の押しネジの間隔が10cmくらいなので、押しネジのところで約2.5mmのずれ、この押しネジはM3なので、ネジ山のピッチは0.5mm。回転数にすると5回転です。今回の接眼部でのネジの調整は+/-2回転くらいの範囲で合わせたので、ほぼ一致します。

さらに、主鏡の面が鏡筒の中心軸からどれくらいの角度ずれる可能性があるか考えます。副鏡の位置から考えると、だいたい主鏡から700mmくらい離れたところに3.5mmの誤差があるので、3.5mm/700mm = 0.005rad = 0.57度くらいのずれです。結構な量ですね。これくらいのずれがあると、入射口のあたりでは0.005rad x 800mm = 4mmくらいずれたところを見ていることになります。まあ、こんなもんでしょうか。

こうやって考えると、そもそもの工作精度や調整精度から、オフセット量と同程度の範囲で位置に誤差があるために、あまりオフセットの量を気にして光軸合わせをしてもしょうがない気がします。


誤差の見積もり: 接眼部での調整をした場合

さらに、前回の光軸調整の、接眼部までキチンと合わせたとすると、アイピース中心と主鏡中心で結ばれる光軸が、スパイダー中心に向きを揃えることになるので、誤差はスパイダー中心の精度で決まることになります。これだと1mmくらいのオーダーになるので、ざっくりいって誤差は上記の2.5mmくらいから3分の1くらいになるということです。


まとめ

いろいろ考えましたが、結論としてはレーザーコリメータで合わせる範囲で問題はない。最終的には星を見てきちんと合わせる必要があるということでしょうか。

結局は普通のやり方は特に問題ないというごくごく当たり前の結論になりました。



最後に

もともと前回の光軸調整の記事を書いたわけは、独立した2自由度の調整の場合のみでなく、さらに1自由度絡んだ調整が必要なことが、光学機器での調整ではよくあるということを示したかったからです。このある自由度を変えたら、他の自由度も全て合わせ直すような方法はround walkとかいうのですが、歩き回るとかいう意味でしょうか、最適点を見つける一般的な手法です。めんどくさいのであまり解説とかしてある記事はないのですが、身につけておくと機器の性能を最大限引き出す時に役立つことがよくあります。


 

土曜の夜に、久しぶりにニュートン反射型のBKP200を覗いてみました。その結果はまた別で書くとして、なんと光軸がかなりひどいことになっています。気合を入れて一から調整し直しました。

実はBKP200の光軸調整の記事は以前にも書いたことがあります。 この時は光軸調整アイピースとレーザーコリメートタイプの光軸調整ツールを使いましたが、今回は光軸調整アイピースのみを使いました。そうすることで一つ気づいたことがあったのでメモがわりに記事にしておきます。


普通の反射式の光軸調整の手順

0. 光軸調整アイピースをアイピース差込口に挿入し穴からのぞいて最初はめちゃくちゃで、何も揃っていません。この状態から始めます。

IMG_3846


1. まず、副鏡に映っている主鏡の「センターマーク」が、「光軸調整アイピースの十字ワイヤー」の真ん中に来るようにします。調整方法は、副鏡のお尻についている3つのネジ押しネジと真ん中の推しネジです。3つの押しネジは、一つを緩めて2つを締めるとかがいいでしょうか。3つの押しネジがどれも固い場合があるので、そんな時は真ん中の引きネジを少し緩めてやると調整しやすくなります。まずここでセンターマークを自由に移動できるようになるくらい色々いじって感覚を掴むといいでしょう。

IMG_3848

写真ではわかりにくかもしれませんが、手前の太いピンボケの十字の線の中心と、さっきまでずれていた主鏡のセンターマークが一致しています。


2. 次に、主鏡の3箇所のネジをいじって、主鏡が映している映している「光軸調整アイピースの光取入れ口の中心の黒丸」を、「光軸調整アイピースの十字の中心」と合わせます。この際、主鏡のネジも押しネジと引きネジになっているので、まずは径の小さい押しネジの方を3つとも緩めてしまい、引きネジで合わせて、全部あったところで押しネジを締めて固定するといいでしょう。中くらいの黒い丸は副鏡のセルが主鏡に写っているものですが、オフセットがついて固定されているために、あまりこの黒丸にこだわっても意味がありません。


IMG_3845
写真では「太い十字」と「光軸調整アイピースの光取入れ口の中心の黒丸」をあわせています。


と、普通の合わせ方ではだいたいここでおしまいです。ここまでの解説は「反射 光軸 調整」などと検索するとすぐに出てきます。

ちなみに、「光軸調整アイピースの十字の中心」とその外側の白い円は「光軸調整アイピースの斜めの光取入れ口」が主鏡に映ったものです。下の写真を見ると、大きな白丸の中心が黒丸になっているのがわかると思います。

IMG_3883



さて問題はここからです。この状態で改めて上の写真の光軸調整アイピースを覗いたものを見てみると、「センターマーク」と「光軸調整アイピースの光取入れ口の中心の黒丸」はあっているのですが、スパイダーの十字」が下の少し左方向にずれてしまっています

このずれを見て、やっともう一つの自由度があると気づきました。「接眼部の傾き」です。接眼部の構造をよく見ると、鏡筒部に固定されいるところで3つのネジがあるのに気づきます。


IMG_3856
白い筒の周りの一番内側にある3つのネジ(写真には左上と下のネジが写っています)
で接眼部全体の角度を変えることができる。


これで接眼部全体の傾きが調整できるのです。この部分の自由度の調整はレーザーコリメートタイプの光軸調整器を使っている場合は気付くことができませんでした。



接眼部の角度調整

ここからの合わせ方は結構めんどうで、根気がいります。
  1. まず、上の調整が一度済んでいていて、「センターマーク」と「光軸調整アイピースの十字」と「光軸調整アイピースの光取入れ口の中心の黒丸」があっているのが前提です。
  2. 接眼部の3つの(小さなイモネジタイプの)押しネジと引きネジのセットから、副鏡セルが大きくずれているように見える方向に一番近いネジセットを選びます。そしてそのネジセット引きネジを緩めて、押しネジを締めます。この際押しネジの締めは1回転とか決めておくことが重要です。
  3. この状態で、上記の1、2を再び合わせ直します。きちんと合わせたら、先ほどと比べて「スパイダーの十字の交点」が真ん中に寄ったかどうかを見ます。もし寄らずに離れて行ったのなら、押しネジを今度は逆に2回転緩めて、引きネジを締めます。
  4. その際に、もし引きネジを締め切っても押しネジがゆるゆるなら、接眼部のそのネジの位置でのプレートが鏡筒に接してしまって、これ以上調整できないことを意味します。こんな時は、今締めたネジではなく、残り二つのネジを今度は押しネジを締める方向に進めます。
  5. 最初の1、2を再び繰り返して、「センターマーク」と「光軸調整アイピースの十字」と「光軸調整アイピースの光取入れ口の中心の黒丸」があったら、また「スパイダーの十字の交点」が真ん中に寄ったかを判断します。うまく真ん中に寄っているならその方向が正しいです。
  6. これを「スパイダーの十字の交点」が完全に真ん中に一致するまで、他の2つのネジでも同じことを繰り返します。(実際には3つのネジのうち2つをいじれば原理的には合うはずです。)

IMG_3853

接眼部の角度もきちんと合わせると、このように全て同心円状にすることもできます。


ポイントはかなりの回数をこなす必要があるので、最初の方でセンターマークを自由自在に移動できるくらい感覚的に3つネジの調整を身につけることが必須になってきます。

上の写真は実はまだ少しスパイダーがずれていて、むしろ副鏡セルの黒い丸が中心にあってしまっています。副鏡セルはオフセットがついているので、スパイダーをきちんと合わせるとこの黒丸はすこし左(主鏡側)にシフトします。


さて、ここで一つ疑問が湧いて来ます。実際には最後の接眼部の角度を合わせるプロセスは必要があるのでしょうか?答えはNoだと思います。少し考えてみます。最後のプロセスをしないで、最初の1、2だけをすませるとします。この状態は、アイピース中心からの光軸が副鏡(のどこかの点)で反射されてセンターマークまで行って、その後、主鏡に反射されアイピースの中心まで戻って来ることになります。これはレーザーコリメーターを使った光軸調整と全く同じ状態となります。普通はこれでいいので、その後のプロセスは必要ないだろうというのが答えです。

ではこの状態では何がずれているのでしょうか?まず、アイピースからの光軸が副鏡のどこに当たっているかは不明です。また、副鏡での反射角も90度の保証は全くありません。副鏡からの反射光も鏡筒の中心軸とはずれていますし、主鏡も鏡筒に対して垂直に配置されていません。それでもアイピース、副鏡、主鏡だけに注目すると、アイピースから出て戻って来る光が保たれているので、問題ないのです。


最後にですが、今回は試していませんが、このように光軸調整をしたとは、実際に星を見て焦点内外像で微調整をする必要があるでしょう。


 

かなり前(6月頃)に東京のスターベースでモーターフォーカサーを買ったのですが、BKP200に取り付けるか、C8に取り付けるかをずっと迷っていました。惑星の季節も終わりということで、とりあえず簡単に取り付けられそうなBKP200の方に付けてみることにしました。ちょうど観望会があるので、その前に取り付けたてみて試してみようと思いました。

モーターを鏡筒からはみ出さないようにしたいのと、微調整用の回転つまみを残しておきたかったので、もともと内側に付いていた微調整つまみ側を、ひっくり返して外側に持っていくことにしました。また、粗調整側のつまみを外すネジの位置が外から見えないので苦労しました。

IMG_9562


写真の上下方向真ん中の少し左に穴が空いているのですが、そこに六角レンチを突っ込んで、奥のつまみ側に付いている芋ネジを緩めると粗調整つまみを外すことができます。

モーターを固定するために付属の金具を取り付けるのですが、今回は二つ付いているうちの大きい方を取り付けました。取り付ける際、4本のネジで固定するのですが、ネジの長さが足りなくなるのでM3、14mm以上の長さのネジを4本用意し交換します。

IMG_9563

モーターを取り付ける際も苦労しました。モーターはほとんどそのまま無加工で取り付けることができるのですが、モーターと軸を固定する芋ネジを締める際に、芋ネジにアクセスするのが大変で、写真に撮り忘れてしまったのですが、結局微調整用の機構も一旦取り外して、軸をモーター側に引っ張り出してきてから、モーターと軸を固定しました。

IMG_9564


一番苦労したところは、最初に書いたようにつまみの左右をひっくり返してしまったために、回転軸の抑えの再調整をしなくてはならなくなったところです。

モータの速い回転はまだいいのですが、遅い回転の時にスムーズに筒を移動させるには、上の写真にあるように、金具を固定するための4本のネジ穴の、更に内側にある2つのキャップネジと、2つの芋ネジで、軸の筒への当たり具合を調整する必要があります。モーター付属の金具の穴の位置が既存のフォーカサーのネジの位置とずれていることもあり、何度も4本のネジを付けたり外したりして調整をする必要がありました。一旦内側のネジの締め具合が決まったと思っても、4本の固定ネジの締め具合でもスムーズさが変わったりもします。いっその事内側のネジにアクセスできるように穴を大きくするか、追加で穴を開けてしまった方がよかったかもしれません。

写真に写っている真ん中の大きなネジはストッパーで、ピントがずれないように固定するためのものなのですが、長さが足りなくなるのでストッパーとしての役割を果たしていません。別の長いネジに交換する必要があります。

なんだかんだで、なんとか無事に取り付けることができました。

IMG_9565


簡単に取り替えができるならC8と兼用しようと思っていましたが、これだけ大変だと無理そうです。だいたい様子がわかったので、そのうちにC8用にもう一つ買おうと思います。接眼部はこれなのですが、穴あけなどの改造が必要そうです。また取り付けたらレポートします。




 

アマゾンで光軸調整用のレーザーコリメータータイプの光軸調整ツールを購入したので、以前ユーシートレードで購入した光軸調整用アイピースと合わせて、BKP200の光軸調整を試してみました。

調整すべき箇所はアイピースを覗いた先にある「副鏡」と。鏡筒のお尻の「主鏡」の2箇所で、それぞれについている調節ネジで合わせるわけです。いろいろホームページを見たりして理解しながら進めたのですが、なかなかややこしく、結局私がやったことは以下の様になります。

  1. 光軸調整用アイピースの精度を信用し、アイピースを覗いたときの目からの光軸はきちんと副鏡の中心に当たっていると仮定する。
  2. 光軸調整用アイピースを覗きながら、副鏡のネジを調整して、主鏡の中心のマーカーがきちんと中心に見える様にする。 これで副鏡がきちんとアラインされたと仮定する。
  3. レーザーコリメーターから出てくるレーザー光の光軸の角度の精度が悪いので、レーザーコリメーターを適当に回転させたりして、まずは主鏡のマーカーの真ん中にレーザー光を当てる。これは2で副鏡が調整されているという仮定の元で行う。
  4. 3で主鏡の真ん中にレーザーがあたっていることを確認しつつ、主鏡の傾きを調整し、レーザー光がレーザーコリメーターの真ん中に戻っていることを確かめる。
原理的にはこれでいいはずなのですが、この方法の問題点は

  • 光軸調整用アイピースの中心軸と普段使っているアイピースの中心軸がずれていると、1. の時点でずれしてまうことになる。光軸調整用アイピースの精度はそれほど悪くなく、ここは信用していいと思います。
  • レーザーコリメーターの筒の径が少し細く、アイピース取り付け口につけてもブレてしまい中心が出ないので、そもそもレーザー光が主鏡中心に当たっていても、その光が副鏡中心からきている保障が無い。
それでも、副鏡のアラインメントは2で合わせた上で進めているのと、しょせん出射レーザー光の角度の精度が無いので、いくらアイピース取り付け口のところでレーザーコリメーターの位置を合わせても同じことなので、おそらくこれで問題無いと思います。レーザー光が副鏡の中心に当たっていないことにより、レーザー光を主鏡中心に当てても角度にずれが生じてしまうのですが、アイピースから副鏡までの距離に比べて服教から主鏡までの距離が十分長いので、誤差はそれほど効かないはずです。

レーザーコリメーターの筒にテープでも巻いてブレない様にするなどの工夫はしてもいいかもしれませんが、逆に適度にずらして調整する自由度がなくなってしまうので、3.の時に主鏡中心にレーザー光を持ってくるのに苦労するかもしれません。

結論としては、上記方法でいいと思うのですが、もしレーザーコリメータしか持っていなかったりした場合は、副鏡のアラインメントの保障ができないので厳しかったかもしれません。





しばらく眼視でBKP200を楽しんでいたのですが、やはり撮影をしたくなりました。

望遠鏡側にカメラを取り付けるにはTリングというものが必要なのですが、安いものなのでVixen製のCanon用の「カメラアダプター Tリング キヤノンEOS用(N) 37306-2」をアマゾンでを発注してカメラボディーに取り付け試してみました。BKP200に付属の変換リングを適当につければそのまま鏡筒の接眼部に取り付けることができます。

IMG_9437


5月17日満を持してのBKP200での初撮影です。撮影場所は自宅の庭です。それで撮った土星がこれです。

IMG_0357


笑ってやってください。加工なんてする気にもなりません。

なんでこんなに小さいんだと驚いて、ここで初めて焦点距離800mmでは足りないと気付いたのです。その後色々調べると惑星だと直焦点撮影ではだめで、拡大撮影というのをしないとダメだということがわかりました。次は拡大撮影に挑戦です。こうやって一歩一歩学んでいくんですね。

ちなみにこの時撮ったM57とM13です。

IMG_0342


IMG_0326


自動導入の練習がてら撮ってみたものです。小さくてしかも未加工なので見苦しいですが、実はこれが人生初のメシエ天体になります。眼視でもうっすら見えました。

M13の方をよく見ると流れてしまっていますが、これはシャッターを指押ししているからです。レリーズの必要性を実感しました。


 

木星の縞が見えなかった件ですが、やはり空気のせいだったようです。ここ何日か木星の縞もはっきり見ることができました。 シンチレーションの具合で、こんなに変わるものなのかと実感できました。

いずれにせよ、光軸は少しいじってみたのですが、少なくともそれほどずれてはいなかったようで、ほとんど同じセッティングに近いと思います。その後、何もいじらずに日に日に見え方が変わるので、シンチレーションが原因と結論づけました。 


 

ここ何日か自宅の庭などで木星を見ているのですが、最近望遠鏡がどんどんピントが合わなくなってきている「気がしています」。木星のシマが最初買った直後に見た時より明らかに見えません。たまたま空気の状態が悪かっただけの可能性もあり、まだ切り分けができていません。北陸唯一の天文ショップユーシートレードさんでコリメーション用アイピースを買ってきたので、時間があるときに光軸の調整をしてみようと思っています。

見ている限り木星全体がぼやけて見えている気がします。反射型望遠鏡の場合、光軸がずれていた場合、視野の中でピントが合うところと合わないところが出てくるというだけで、ふちも中央も含めてどこにもピントが合わないということは無いという理解で正しいのでしょうか?もしこの理解が正しいなら、たまたま空気の状態が悪かっただけでうまく見えなかったというので納得できるのですが、まだ結論が出ていません。何度か調整と惑星を見るのを繰り返してみようと思っています。 (5月15日追記: 結局シーイングが悪いだけでした。)

やはり天体観測を始めるなら、赤道儀は欲しいと思っていました。しかもできれば自動導入付きのもの。

Vixenとかも勧められましたし、一応タカハシも見ました。さすがにタカハシは全く手が出なくて、結局選んだのは最大荷重が同クラスでは一番大きくて、自動導入も標準で付いているCelestron社のAdvanced VXです。精度がどうかという話もあるみたいですが、値段からいっても最初に手が出るのはこれくらいが限界です。

多分一昔前から考えると自動導入がついてこの値段というのは、考えられないくらい安くなっているのだと思います。でも鏡筒よりも赤道儀の方が高いとは正直あまり考えていませんでした。



 IMG_9425


実は30日に実家から帰る途中で高速で大きな事故があり、2時間ほど足止めをくらって、疲れ果てて夜遅く帰ったのですが、望遠鏡が気になって朝早くから組み立てを始めました。5月1日の昼すぎには一応組み上がって、その夜に早速庭に出してみました。でも初日なので充電に手間がかかったのと、結局赤道儀の電源の入れ方がわからず、フルマニュアルで木星を視野に入れて縞が見えたと喜んだのですが、当然のことながらすぐに視野から逃げていってしまいました。
 

4月30日、GW中に実家に帰った時に、せっかく都会に来たのでお店で何か見ようと思い、娘がカメラを始めたいと言い出したので、それならば星でも撮ってみようかという話になり、近くの天体ショップSCOPIOに行って買ったのがSkyWatcher社の200mmニュートン反射式望遠鏡BKP200/F800 OTAとCelestron社の赤道儀Advanced VX。在庫は無かったのですが、早く試したかったので展示品を少し安くしてもらいました。

BKP200は、たまたまお店に来ていた他のお客さんが使っていて、星雲などを撮った写真を見せてくれたのですが、ここまで撮れれば最初は満足すると思ったので決めました。値段も魅力でしたし、反射型というのが昔からの憧れだったというのもあります。

他に何が必要かあまり分からなかったのですが、お店の人に勧められてアイピースを、バーダープラネタリウム社のHyperionの13mmと5mm。24mmも必要と言われたのですが、予算も厳しかったのでVixenのもう少し安い20mmのやつを一つ。 Celestronの赤道儀用電源。最低限これで眼視はできますが、撮影はまだ一眼レフカメラを持っていないので、もう少しお預けです。

実際には昼にお店で下見をして、夜に購入となったのですが、お店でドブソニアンで木星を見せてもらい、縞がはっきり見えたのがとても印象的でした。 

この趣味がどこまで続くかわからないので、最初に娘と楽しむのにはこれくらいの機器が限界かなと思ったわけです。でも早く自分の目で見たくてその日はワクワクしながら実家を後にし、夜道を自宅へと帰りました。

このページのトップヘ