福島の星まつりで見た「北軽井沢観測所」のアイピースを利用した縮小光学系、買ってしまいました。福島で見せてもらった秒単位で撮影した星雲星団。8倍の明るさになるとのことで、かなり反応速度の速い電視観望やS/Nのいい撮影が可能にになるはずですが、実際に使ってみてどうだったのでしょうか?



北軽井沢観測所のアイピースは、昔星まつりでジャンクで安く出ていたものを2本だけ持っています。紫がトレードカラーで、ラベンダーから撮ったと思いますが「Lavendura」という名前を冠しています。もともと個人の趣味が高じて販売までされているという、非常にこだわった高性能のアイピースです。視野はそこまで広くないですが、歪みがとても少ないのが特徴です。焦点距離が50mmや68mmという長いものまでラインナップがあり、この「長焦点アイピース」と「短焦点Cマウントレンズ」を使って縮小光学系を組みます。アイピースとレンズの焦点距離の比が縮小率、明るさで言うと倍率になります。

今回購入したセットは、63mmのアイピースと、アイピースの先につけてカメラを繋ぐ専用の金属の延長筒になります。

Cマウントレンズは手持ちの8mmのものを使うことにしました。このセットアップで63mm/8mm = ~8倍の明るさになるとはずです。


繋げてみると、アイピースが最後まで入り切らずに金属筒の途中で止まります。中に入りすぎないよう適した位置になるように、金属筒の中に加工がしてあるようです。アイピースは金属筒に付属のネジで固定しますが、アイピースの表面が傷つかないか心配です。ネジは先端が丸く加工されているもので、今のところ傷らしきものは見えていないです。カメラ側は内径が2インチになっていて、カメラの2インチのリングを利用してネジで固定します。




鏡筒をどうするか考えていたのですが、まずはC8で試すことにしました。口径が大きいこと、F10と暗いので8で割ると1.25になる計算です。この縮小光学系のF値はカメラ前に取り付けるCマウントレンズのF値で制限されるとのことです。今回のレンズはF1.4なので、1.25はすでに明るすぎで、少し倍率を抑えてもいいくらいかもしれません。C8の2000mmの焦点距離は2000/8 =  250mm程度になるはずです。多少の倍率はアイピースとレンズ間の距離を変えることで変更できるとのことですが、どのくらい変わるかなど実際に試してみないとわかりません。

鏡筒に取り付けてみますが、かなり長く、そこそこ重いので、赤道儀に乗せる際に前後の重量バランスに注意する必要があります。今回もか鏡筒をなり前にして固定しました。



当然なのですが、いくら縮小してみるといえども視野がそこまで広がることはなく、例えばフルサイズのカメラをつけても周辺が全部見えるようになるわけではありません。どれくらいの視野まで見えるか分からないので、とりあえずそこそこの視野があるASI294MCを取り付け流ことにしました。周りが暗いならROIで必要なところをカットすればいいのかと思います。

視野だけで考えると、オリジナルのC8にフルサイズのカメラをつけた時の視野と、C8に今回の1/8の縮小光学系を取り付けた時に、例えばセンサーの一辺がフルサイズの1/8のカメラを使うとすると、結局は見える範囲は同じになり、単純に明るさが8倍になるというわけです。視野の増加はあまり期待せずに、明るさの増加を期待して、その代わりに狭い範囲を拡大してみるために分解能は犠牲になると思えばいいでしょうか。

C8で銀河の電視観望をしようとしたことがあるのですが、やはりかなり暗いです。ykwkさんなんかは長時間露光でかなり成果を出していますが、もう少し明るく見えたらというのが今回の狙いになります。視野がどこまで実用で見えるのかわからないのですが、焦点距離が250mmの鏡筒に1/1.2インチのUranus
-Cや1/1.8インチのNeptune-C IIくらいの面積まで見えるなら、網状星雲を全部入れるのは厳しいですが、北アメリカ星雲くらいの大きさのもはある程度全体像が見えるのかと思います。例え本当に中心しか見えないとしても、小さい天体が明るく見えるはずなので、かなり楽しみです。



まず、見える範囲は明るい円になるのですが、やはりかなり狭いです。見える円の直径が、マイクロフォーサーズのASI294MCで、長辺の3分の1以下くらいになります。

次に、周辺の星像が彗星の形のようにものすごい歪んでいるのですが、アイピースとカメラ間の距離を変えたりしましたが改善しません。結局これは、カメラにあえて取り付けたCマウントとCSマウントの変換リングアダプター問題であることがわかり、外すことでかなり点像に近くなりました。


これでやっと星がまともに見えるようになったので、プレートソルブを試します。星が見えている面積が小さいためか、最初は全くうまくいきませんでした。そこで、明るい円が画面に広がるように、ROIを調整しました。元々4144×2822ありますが、1280x1024にすると円が画面いっぱい近くを占めるようになりました。それでも周辺は暗いままです。この状態でプレートソルブをかけますが、まだうまくいきません。焦点距離はすでに2000mmの8分の1の250mmにしてあります。ここで焦点距離を500mmに変更すると、プレートソルブがうまくいきました。後に400mmでもうまくいったので、8分の1まで小さくなっていないかもしれません。

上の画像にあるように、M27が入り込んでいて周りの星も位置がわかるので、Stellariumなどのプラネタリウムソフトと画面を比較して、星と星の間の距離から見積もって焦点距離を計算してみると、なんと256mmでほとんど設計通りでした。プレートソルブが250mmで動かなくてもっと長い焦点距離で動いたので、縮小率が出ていないかと心配してましたが、きちんと設計通りに出ているようです。ついでに明るい円の部分の視野径を見積もると、1.26度角となりました。元々C8とASI294MCで普通にみる場合は、32.83分角x22.35分角程度になります。60分角で1度角なので、視野は3倍近くにはなっているようです。8倍には当然ならないですが、少なくとも広がっていることはわかります。

そもそもこの明るい円ですが、鏡筒の視野で制限されているのか、カメラ前につけたCマウントレンズの視野で制限されているか、まだよくわかりません。カメラの仕様を見ると2/3インチまで対応だそうです。なので4/3インチのASI294MCでは半分くらいの視野になるはずです。見えている円はそれよりは小さいので、こう考えると鏡筒で制限されている可能性が高いです。今回いじらなかったところの一つが、レンズのピント調整リングです。レンズの焦点を無限遠に合わせたきり、変えませんでした。結局「アイピースで見えた像」を別レンズでマクロ的に見て焦点を合わせて、それをカメラに映していると考えると、レンズの焦点をもっと短く、数cmとかにしていいはずです。これでもう少し視野が広がるのかは、今一度試してみたいと思います。おそらく円周部でエッジがはっき見えるようになるかと思いますが、その分だけ見える範囲が広がるだけで、視野そのものは大きくは変わらないと思われます。



これ以降はROIを1280x1024にして、明るい円が画面にある程度広がった状態で見ることにします。

次の興味は肝心の明るさです。今回客観的な評価はできなかったのですが、焦点距離がほぼ設計通り1/8で出ているので、明るさも8倍程度出ていると思ってもそうおかしくはないでしょう。実際に明るいです。

ただ、電視観望で明るさをそこまで感じられるかというと、結局ライブスタックしてしまうと多少暗い鏡筒でもちょっと待てばノイズが減って綺麗になるので、そこまでありがたみは感じられないかもしれません。例えば下の画像は1.6秒露光で191枚、トータル5分程度です。流石に羽は見えていませんが、ラグビーボールの輪郭は余裕で見えています。

ちなみにこの日は月齢12.5日ともう満月にかなり近く、しかも下の写真のように雲が常にあるような状態だったのでかなり厳しい環境でしたが、それでも上の画像くらいまでは簡単に写るので、やはりかなり明るい光学系というのは間違いないでしょう。

ところで、なぜこんなに明るい光学系にこだわるかというと、理由は2つあります。

1. 一つは最近の撮影経験から考えてです。私がよく撮影する自宅のような光害地では、背景光が明るくスカイノイズがひどいため、S/Nを上げるにはより多くの光子を必要とします。これは露光時間を伸ばしてもいいですし、明るい鏡筒を使っても同じことです。たとえ背景の明るい光害地においても、F値の低い明るい鏡筒はやはり正義なのです。
2. もう一つは、リアルタイム電視観望をいつか実現したいとずっと思っているからです。元々HUQさんがやっていたα7Sを使った電視観望は、α7Sの8μm越えという巨大ピクセルサイズと、F値が1台の明るいレンズと、10万クラスの高ISOを活かして、リアルタイムで見えるものでした。当時はライブスタックもなかったですし、ミッドトーンストレッチで簡易画像処理をその場でやるというようなこともできなかったので、もう本当に力任せで多少ノイジーだったりもしました。それでも（ライブスタックとかではなく）リアルタイムで画角が動いていても星雲も一緒に動いて見えるというのは、インパクトがありました。現在の電視観望の主流が、ライブスタックでS/Nを稼ぐという方式になってしまっているので、本当の意味でのリアルタイム電視観望は新鮮に感じるはずです。

2の意味で考えると、今回のテストにおいても、少し方向性を見せることができるかと思います。例えば下はM13:ヘルクレス座の球状星団の電視観望画像です。

一見写りがイマイチな電視観望と思われるかもしれませんが、露光時間のところに注目してください。なんと250msです。これだと赤道儀コントローラーの方向ボタンにかなりリアルに反応して、画面が動くと星団そのものが動き、それでも星団だとはっきりわかります。導入時やプレートソルブ時に、星団がリアルタイムで入ってくるところは見ててちょっと感動しました。

続いて、露光時間400msのM27:亜鈴状星雲です。淡いですが、これもかなりリアルタイムに近い状態で反応し、画面が動いていてもきちんと星雲と認識できます。

ただ、もう少しはっきり見えて欲しいと言うのも正直なところです。フィルターはとりあえず弱めのCBPの48mm径をアイピースの先端に取り付けて見ています。今回は満月に近い月と薄曇りでのテストだったので、空がマシならももっと良く見えるはずです。次回以降、もう少し良い環境で試してみたいと思います。

この日は、その後厚い雲に覆われてしまい、残念ながら撤収となってしまいました。



最初とにかく口径の大きいものをと思っていましたが、あまり欲張らずに、まずはそもそも視野の広い鏡筒を選び、あまり縮小率を取らない方がいい気もしてきました。

例えば手持ちのTSA-120です。元々フルサイズでも十分撮影可能のなので、多少縮小しても大丈夫かと思います。縮小率ですが、現在68mmのアイピースと8mmのレンズを使っているので1/8程度になりますが、レンズを16mmにして、1/4程度にすると、元々のTSA-120のF値が7.5なので、1/4でF1.8程度になります。手持ちの16mmレンズのF値が1.8で制限されるようなので、ちょうどいいくらいです。TSA-120の焦点距離は900mmなので、こちらも1/4で225mmとなります。

もしくは、今回使ったC8に1/4の縮小光学系で、焦点距離500mmでF2.5にして、もう少し分解能を出す方向にしても良いのかもしれません。視野はまだ鏡筒制限なので実質変わりないか、もしくは次のレンズ制限になるかと思われます。

レンズは監視カメラ用の小さなCマウントのものなので、2/3インチまでのカメラに対応と明記されていて、視野角は限られています。手持ちだとNeptune-C IIが1/1.8インチ、ASI178MCが1/2インチ、あと惑星用カメラだと1/2インチを切ってきて1/3インチくらいまであるので、これらを使うのがいいかと思います。

ただし、カメラを固定流する金属筒の内径が2インチで、ZWOのカメラは2インチ外径の枠があるのでいいのですが、PlayerOneのカメラはそれに該当する枠がないので、取り付けは何か工夫をしなくてはいけません。T2と2インチの変換アダプターがあればいいのかと思います。

ちなみに、北軽さんはASI178MCを使っているそうです。ASI178はセンサー面積が小さい割に解像度が3096×2080と高いのが理由とのことです。ただ、ピクセルサイズが小さいので感度はどうしても低くなってしまいます。分解能と感度はトレードオフなので、慎重に選びたいと思います。



条件の悪い日でのテストだったので、試している最中はもう少し見えてもいいのにと思っていたのですが、縮小率もきちんと出ていることがわかりましたし、視野もC8なら妥当だと思います。次回以降で明るさの数値的な評価をしたいと思いますが、それでも今回だけでも明るさの十分な威力を垣間見ることができました。もう少し機材パラメータの調整は必要かもしれませんが、どこまで見えるようになるのか引き続き試したいと思います。目標は系外銀河のリアルタイム電視観望です。


 

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