ほしぞloveログ

天体観測始めました。

タグ:レンズ

2017/3/11、休日の前日で晴れ。今晩は満月直前なので、星雲の撮影などはできそうもありませんが、せっかくの星空が勿体無いので何をしようか考えていました。やりたいこと、やらなければならないことはたくさんあるのですが、あくまで趣味なのでやりたいことをやろうと思い、気になっている星像の流れの原因を突き止めることにしました。

先日のマルカリアン銀河鎖の撮影の際、Advanced VXとPHD2でガイドをしているにもかかわらず星像が一定方向に流れるという問題があったのですが、やっと原因が判明しました。犯人はガイドの焦点距離を伸ばそうとして、ついこの間導入したCanonのZOOM LENS EF 55-200mmです。ガイドとして使っているCCD、ASI224MCにアダプタを介してレンズを取り付けているため、電動系は全く無意味で、当然ピントなどはマニュアル、というか手でレンズの先の筒をひねって伸ばしたりして合わせるのですが、その際すごく軽くて弱そうだなと思っていました。レンズの筒の部分にちょっと触るとCCDでの映像があからさまに揺れるのです。まあガイド中は触らないからいいかと思っていたのですが、これが間違いでした。

よくよくレンズを見てみると、ズームタイプでULTRASONICとか書いています。Webで調べたら、超音波モーターを使っているとのことです。静音でいいらしいのですが、パワーがなさそうなのは容易に想像できます。駆動力がないということは、動かす対象は軽くて、構造的に弱いものにならざるを得ないということでしょうか。四千円程度と安くてよかったのですが、天体用には向かないということがよくわかりました。


検証

今回の検証のためにやったことを書いておきます。まずは前回の再現。できる限り同じ機材、同じ環境で星像が流れるかを確認します。バラ星雲あたりとスピカあたりで試しましたが、見事に流れます。

使っている機材は撮影条件によらず共通のものが
  • 鏡筒: FS-60Q (f=600mm)
  • 赤道儀: Advanced VX
  • カメラ: EOS 60D
  • ガイド用CCD: ASI224MC
  • ガイドソフト: PHD2

変えている撮影条件は
となります。

1. 最初はバラ星雲あたりを、CanonのZOOM LENS EF 55-200mmを使いPHD2でAVXの2軸に返しました。5分露光で5枚、22時39分29秒から23時05分8秒まで25分39秒かけて撮った画像を比較明合成します。比較明合成はstarstax (紹介記事本家) というソフトを使いました。5分 x 5枚の25分より長くなっている理由は毎撮影時にBackyardEOSでPC側にダウンロードしているために、その間は撮影できないからです。

rosse_canon_2axis

左右が赤経方向、上下が赤緯方向に相当するので、どうも赤径方向に大きく流れているようです。

流れた距離をPhotoshopの定規ツール(スポイトツールに隠れています)で測定すると19.06pixelありました。

IMG_1270


EOS 60Dはセンサーサイズが22.7mm x 15.1mmなので、600mmの焦点距離だと画角は2.167 x 1.441度になります。これが5184 x 3456pixelの画像になるので、1pixelあたり0.0004181度になります。秒角に直すと1.505秒/pixelとなります。なので星像が流れた距離を角度で表すと

19.06pixel x 1.505秒/pixel = 28.69秒

となります。これを25分39秒、すなわち1539秒かけて撮影しているので、移動速度は

28.69秒角 / 1539秒 = 0.01864秒角/秒 = 1.119秒角/分 = 67.11秒角/時

となります。1分で1秒以上もずれたら、数分で流れが見えるようになるのも当たり前です。


2. 同じくバラ星雲あたりを、CanonのZOOM LENS EF 55-200mmを使いPHD2で今度は赤緯のフィードバックをなくし、赤経の1軸のみに返しました。

rosse_canon_1axis

同じく5分露光が5枚で、23時6分14秒から23時31分56秒の25分41秒です。先ほどの赤経方向の動きに、さらに赤緯の方向にずれが加わっているように見えます。これは極軸の精度が悪かったために加わったと考えられます。

移動距離は22.94pixelなので、速度は1.347秒角/分となり、少し速度が増しています。これは赤緯方向のずれが加わったからでしょうか。


3. もう少し時間が経って、バラ星雲がかなり西の低い高度に移動した時の速的です。2軸に返しているだけで上と条件は同じです。5分露光3枚で、0時6分13秒から0時21分36秒の15分23秒です。

rosse_canon_2axis_West

同様に測定すると、58.82pixelとなり、約15分でこの距離なので速度は相当速くなり、5.75秒角/分となりました。やはり方向は赤経方向が主です。CCDに付いているレンズがほぼ水平になり、赤経方向に重力がかかり非常にたわみやすい状況でした。


4.  ここでバラ星雲が沈んでいったので、次はスピカ近辺で試して見ました。レンズは同等で、2軸制御です。1時38分29秒から1時59分45秒の21分16秒です。

spica_canon_2axis

測定すると、距離は27.93pixelとなり、1.976秒角/分となりました。ちょっと速いですが、場所を移動しても再現性はありそうです。


いずれにせよ2軸制御をしているときは基本的にほぼ赤経の方向のみの流れです。ガイドのCCDの像とカメラで撮影している像が、なんらかの理由で赤経方向に相対的にずれることにより、星像が赤経方向に流れているということです。


5. ここでレンズが怪しいと睨み、以前使っていたCマウントの50mm、f=1.4の軽くて短いレンズに交換しました。実はレンズを交換する前に赤系も止めてフィードバックなしで撮影してしまおうとしたのですが、Advanced VXはピリオディックモーションが+/-15秒程度あることが実測で分かっているので、ちょうど今のずれとコンパラなオーダーなので混乱してしまうと思い、先にレンズを代えることにしました。この読みは正解で、星像の流れがぴったりと止まりました

2軸制御で、2時6分50秒から2時32分35秒の25分45秒です。

spica_50mm_2axis


流れる距離が短すぎるので誤差も大きいですが、とりあえず2.14pixelと計測しました。速度はなんと0.125秒角/分となり、星像が流れる量は10分の1位になったということです。

しかも、明るいレンズのせいなのかと思いますが、PHD2のカメラのゲイン設定をデフォルトの95%から60%くらいまで下げと、カメラからのノイズが減って背景がすごく安定し、位置を読み取る時のピークの山の形がほとんど変形せずきれいになるので、位置精度が上がるためでしょう、ピクセルあたりの精度が余裕でRMSで0.2ピクセルを切っています。200mmの時の精度が適当なときは0.35-0.4ピクセル、すごく頑張って0.25ピクセル程度なので平均だとピクセルあたりで倍近くいいです。角度で表すと、2.5秒くらいまでいく(200mmの場合は1秒ちょっとくらい)ので、レンズの焦点距離の4倍の違い程の差は出ずに、実質2倍くらいの差しかありません。星像の流れは比べるまでもなく50mmのほうがいいので、しばらくは50mmでもう少しパラメータを詰めていくことにします。


さて、ここで一つ疑問が湧きました。なぜ星像の流れは赤経方向ばっかり出たのかということです。

1. まずレンズ自身が弱くてたわんだと仮定します。レンズは円筒形なので、円柱の軸に対しては円対称で、たわみは円柱軸の回転方向に依らないはずなので、星像の流れの方向は鏡筒の向きが変われば変わるはずです。なので赤緯方向に出てもおかしくありません。

2. 一方、これまではレンズが大きくて重いから、レンズやCCDを支えている根元の機械的な構造の強度が十分でなくたわんだと仮定します。構造的に赤経方向の固定方法が何かしら弱いとすれば、赤経方向のみに流れが出たというのは納得できます。

実際には赤経方向のみに流れが出ているので、一見2が正しいように思えます。ですがもし2が正しいとすると、50mmのレンズに変えた場合にずれの量は2つのレンズのモーメント比くらいでしか改善されないはずです。200mmのレンズは図体は大きいけれど密度が低いので、重さは50mmのレンズと大して変わりません。長さは200mmの方が倍くらいあるので、モーメント比はたかだか2倍です。ということは50mmのレンズに変えたとしてもずれの量は半分くらいにしかならないはずですが、実測では10分の1と圧倒的にずれは小さくなっています。

しばらく悩んだのですが、色々考えてやっと分かったのは、実は赤道儀に載せて南の空に鏡筒を向けると、いつも鏡筒が長手軸方向を中心に90度傾いた状態になるということです。これは実際にやってみるとすぐにわかるのですが、鏡筒が極軸方向を向いているホームポジションでは、長手軸方向の回転で考えた時に水平になりますが、南方向では地面の下を見ない限り、水平にはなりません。ベテランの方には当たり前のことなのかもしれませんが、少なくとも私は今回初めて気づきました。そのために重力は常に赤経方向に働き、レンズはいつも赤経方向にたわむというわけで、1のレンズ自身がたわんだと考えて矛盾しないのです。


もう一つ気になったのはPHD2のカメラのゲインがどうも自動で変わっているようなのです。これはスピカを画角に入れた時に気付いたのですが、明らかに背景が真っ暗になります。どこにもオートゲインの切り替えの設定場所はないので、というかゲインは任意に変えることができるので固定のはずなのですが、これはバグなのでしょうか?


いろいろ進んだり後退したりして回り道をしていますが、PHD2の理解がだいぶん進んできたのはもうけものです。なんとなくですがSWATでの撮影も見込みが出そうな気がしてきました。

 

久しぶりに電視ネタです。

IMG_0873

年末実家に帰った時に、中古でニコンのかなり古いレンズを購入しました。レンズ前面には

NIKKOR-S Auto 1:1.4 f=50mm Nippon Kogaku Japan No.85578

と書かれています。焦点距離50mm、F値はなんと1.4で、我が家初の明るいレンズです。というより、うちには娘が最初に買ったEOS X7のダブルズームキットで付いてきたレンズしかないので、初の別買いのレンズです。

このレンズ、調べて見るとニコンの明るいレンズの標準と言われるくらい相当数が出たらしく、いまでも安く手に入れることができるようです。しかも今回はジャンク扱いだったので、値段は格安です。ジャンクといっても絞りはリングを手で回す完全マニュアル絞りですし、ピントもどうせ星を見るだけでマニュアルしか使わないので、レンズさえ綺麗なら十分です。少しだけ曇りがありましたが、これもクリーニングすればすぐに取れそうです。カメラ初心者の私にとって希少価値などはまだ気にしていないので、古くても良い性能のものが安価に手に入れられることが助かります。

実は同じ値段で同じ50mmで現行のCanon EFマウントのもあったのですが、AFでいいのかとも思いましたが壊れている可能性もあるのと、F値が1.8になってしまうので、とにかく明るいのを試したくて、アダプターをつけるのを前提にニコンにしました。 アダプターはアマゾンでレンズ側がNIKON Fマウント、ボディー側がEOS用という、安いものを買いました。注意したところは無限遠を保証しているかどうかです。星を見るので、無限遠が出ないと意味がないです。

EOS 60Dに取り付けてみたのが以下の写真です。

IMG_0872

ちょっと変わった雰囲気になりました。ところが、取り付けたのはいいのですが、アダプターをレンズから外すのにすごく苦労しました。下の写真のように

IMG_0874


指でつまみを押して、小さなピンを1mmほど上に引き抜いた状態でアダプターを回転させるのですが、まずアダプターを反時計回りに力をいれて少しだけ締め込んだ状態にしないと、ピンが出て来ません。うまくつまみを押すことができてピンが出たのを確認して、その状態でアダプターを「時計回り」に回転させます。注意ですが、CanonとNikonは回転方向が逆らしく、時計回りが取り外す方向です。アダプターを外すだけで色々調べたりして20分くらい格闘しました。

試し撮りをしたのですが、これまで持っていた50mmでF4.5のものと比べると、当たり前ですが圧倒的に明るいです。星はリングの無限遠位置より少し手前でピントがあいました。

さて、ここからが本番です。これだけ明るいので、以前試したMagic Lanternの長時間露光ライブビューで電視ができないかを明るいレンズで再度試してみました。場所はいつものように自宅の庭です。

以前の記事の繰り返しになりますが、手順を再度書いておきます。
  1. まずEOS 60Dを動画モードにします。
  2. isoは6400にします。
  3. ゴミ箱ボタンを押してMagic Lanternを起動し、メニューの「Expo」というページの「Expo. Override」をオンにします。
  4. 「Movie」の「FPS override」をオンにし、さらにQボタンを押して「Desired FPS」を小さな値にします。今回は0.33とか0.25とかを使いました。それぞれ3秒露光、4秒露光に相当します。0.2までいくので、5秒露光までできることになります。前回の記事では露光時間をある程度長くすると、これ以上明るくならないと書きましたが、今回は5秒露光まで、きちんと段階的に明るくなるのを確認しました。
  5. さらに「Display」メニューの「LV contrast」を「Very High」に、「LV Saturation」を「High」にするともう少し見やすくなります。
ポイントはこんなところです。今回は雲が出てきていたためにあまり時間がなかったので、PCに接続したりせず、ライブビュー画面だけの結果ですが、それでもそこそこ実用的なレベルになってきています。

最初はオリオン座です。3秒露光です。

IMG_0882

そこそこの星の数と、オリオン大星雲、雲の向こうの星なども見えると思います。オリオン大星雲のところを10倍に拡大してみると

IMG_0886


のように見えます。あくまでカメラ付属のモニター上のライブビュー画面の表示をいつものようにiPhoneで撮っただけなので、PCやHDMIでモニターに出すともう少し綺麗に見えるのかと思います。

だんだん雲が多くなって来たのですが、最後に木を写してみました。

IMG_0891

夜にもかかわらず木の緑色が綺麗に出ています。当然ですが目で見る限り木のところは真っ暗にしか見えません。写真では星が写っていますが、目で見ると実際には薄雲でほとんど何も見えていません。

明るいレンズの威力は相当なものです。HUQさんのα7Sでの電視が、iso10万とか20万、0.25秒露光が最長なので、レンズが同じとしたら、今回はiso6400でこれが15倍から30倍くらい暗く、露光時間が5秒まで持っていけるので20倍くらい明るいので、ほぼ打ち消しあい、だいたいコンパラなくらいのオーダーになります。もちろん、露光時間が長いということは、リアルタイム性を犠牲にしているという点で不利なのは否めません。さらにHUQさんは最初の頃のレンズは58mmでF1.2くらいだったと思いますが、最近は100mmでF1.0のとんでもないレンズを使っているとのことなので、どうしてもレンズの差は出てしまいます。それでも実用上はかなり楽しめるところまで来ているのではないかと思います。

もう少し時間があるときに、PCかHDMIでモニターにつないでみようと思っています。とにかくやっとある程度広角で電視が楽しめそうな状況になってきました。
 

やっと帰国したのですが、アメリカに行く前に発注しておいた、主にASI224MCに取り付けるためのレンズ系が届いていました。もちろん電子観望(いい造語なので早速使わせて頂いています)用です。もともとASI224には焦点距離2.1mm、F値不明の魚眼レンズが付いていて、それで見た自宅の空のことも少しこのページの最後の方にレポートしてあるのですが、あまりに広角なのと、F値が分からないのでどれくらい明るいものかわからなかったので、他にも色々試してみたいと思っていました。

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左から
6-15mm F1.4 CSマウントレンズ
8mm F1.2 CSマウントレンズ (HUQさんに勧めてもらったものです)
16mm F1.2 CSマウントレンズ
C-T2: ASIカメラ用のTマウントからCSマウントに変換しCSレンズをつけるためのアダプター
EOS-T2ADJ: CANONレンズをASIに取り付けるマウント

その中で、ASI用CSマウント変換アダプターは最初からASI224に付属しているものと同じものでした。最初から2.1mmの魚眼レンズがついているのでわかりにくいのですが、レンズ部を取り外すと同じものになります。後から気づいたので、時すでに遅しです。

ちなみに、EOS-T2ADJを見つけるまでは、CANONレンズをどうしてもASI224につけてみたいと思い、CANONレンズのカメラ側にかぶせるキャップを改造してこんなもの

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をかなり気合いを入れて作ったのですが、これは完全に失敗でした。後から考えれば当たり前なのですが、筒が長すぎて焦点が全く取れません。しかも娘に断らずに、勝手にカバーに穴を開けてしまって使い物にならなくしてしまったので、後から怒られてしまいました。結局、もっと短い筒が必要でさらに改造しようとしたら、上記EOS-T2ADJを見つけたというわけです。こちらはさすが商品というだけあって、レンズまでの長さをねじ込み式の構造で任意の長さに変えることができるので、非常に便利です。

これらのレンズ径を、明るいうちに試しに全部取り付けてみたのですが、CANONレンズも含めてどれも焦点を取ることができました。ASI224に最初から付いてきたレンズはF値が書いていないのですが、少なくとも上記レンズは付属のものよりも明るいです。


この日は曇っていたので、ほとんど何もできなかったのですが、じゃあこの曇りの中どれくらい見ることができるか試してみました。時間帯にもよりますが、月は目で見て雲に覆われているが、明るくなっている場所はわかりる程度、もしくは丸い形がほんのりわかるくらいです。写真で撮ってみると大体これくらいです。

IMG_9999


中央が月で、下のは電灯です。iPhoneでとったのですが、見た目の印象より少し暗く出てしまっています。とりあえず一番最初に撮影した時で、最悪な時間帯でこれくらい、これ以降時間によってはもう少し見えるときもあるくらいですが、雲が切れる場所は目で見る限りほぼ無しといったところです。


このような状況下で、ASI224にとりあえず6-15mm F1.4 CSマウントレンズをつけて、6mmの広角側で見てみました。使ったソフトはOCTで聞いてきたSharpCap2.9です。

IMG_0005


驚いたことにこんな状況下でも、もちろん見る場所によりますが、雲の少し薄いところを狙うと明るい星ならば余裕で見ることができます。もちろん目では雲だけで、まったく星など見えはしません。ただ、胎内で見せていただいた時ほどの印象はないです。もちろん天候もあの時より悪いので、直接の比較はできないと思いますが、ここら辺は機器の差なのでしょうか。まあ、今日はお試しレベルのテストなので、雲がないときにどれくらい見せてくれるかが楽しみです。その後、他のレンズを試したりもしましたが、曇りの状況下ではあからさまな違いを見るには至りませんでした。

あと、OTCでSharpCapは動画を撮っている最中に何枚かの画像をスタックできるのでいいと聞いたのですが、明らかにダークノイズが減るので、確かにより鮮明に星をあぶりだすことができました。ただし今日は雲だらけなので、雲も平均化されてしまい全体に明るくのっぺりした印象になってしまいました。これは暗いところではダークノイズだけ減らせるので強力な武器になるでしょう。でも実はそれよりも単純に、BrightnessだとかContrastなど見た目の調整がFireCaptureよりも充実していることがよかったです。電視観望にはSharpCapはお勧めです。

さて、OTC手に入れててきたREVOLUTION IMAGERですが、明るいうちに少しだけ試したのですが、電池があまり充電されていなくて、しかも充電の仕方を間違えていて(よく見ると書いていますが充電中は電池側のスイッチは0ではなく1側にしておかなければいけない)充電できていなかったので、また次の機会に試したいと思います。




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