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あぷらなーとの写真ブログ
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あぷらなーと
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久しぶりにレンズ設計『ごっこ』してみる

★むかーし昔のお話・・・

実家の荷物を色々と掃除していて、懐かしい本が大量に発掘されました。

・・・という訳で、子供時代の あぷらなーと と 天文書籍関連の思い出をば・・・。

★小学2年生
 誕生日プレゼントに旺文社の図鑑「宇宙」をもらう。
 表紙が取れてバラバラになるまで読みふける。

★小学3年生
 あかね書房の「科学のアルバムシリーズ」にハマる。
 藤井旭先生の「惑星」や「星座」の写真に憧れる。
 望遠鏡の性能は口径で決まることを刷り込まれる。
 『口径15cm』に憧れる。

★小学4年生
 誠文堂新光社の「子供の科学」購読開始。
 60mmF16.6 のアクロマート屈折経緯台で天体観測を始める。
 コリメート法で天体写真も撮り始める。

★小学5年生
 平凡社の「カラー天文百科」を祖母に買ってもらう。
 大学学部生レベルの内容だったので難しすぎ、半泣きで読んで内容を丸覚えする。
 (まさか、この知識が大学院時代にバリバリ役立つとは・・・・子供の記憶力恐るべし)

★小学6年生
 藤井旭先生の「星雲星団ガイドブック」を学校の図書室で見つけ衝撃を受ける。
 早速本屋に走り購入。ボロボロになるまで読んで主要な星雲星団の位置と形状を暗記する。
 さらに「天文ガイド」購読開始。広告ばかりを見る日々が続く。

★中学1年生
 吉田正太郎先生の「望遠鏡光学」を本屋で見つけ、明快な解説に感激する。
 この頃、口径15cmのカタディオプトリックカセグレンを使って本格的に天文にハマる。

・・・あぷらなーとの価値観や用語定義が『古くさい』のは、たぶん今の知識の大半が子供時代に身につけた物だからでしょうね。
「三つ子の魂百まで」とはよく言ったものです(笑)。


★HIROPONさんの記事を読んで

 にゃあさんの「ナローバンドで撮ると、ピントズレがひどい」というお悩みに呼応して、HIROPONさんが光学レイトレーシングソフトで鮮やかな検証と解説をされているのを拝見して感激しました。

ところで、スポットダイアグラムや収差曲線をシミュレートできる、いわゆる『光学設計ソフト』の大半は、正確には『光学評価ソフト』でして、そもそも自力で設計したレンズデータを入力しないと、なにも始まりません

実は、あぷらなーと も 大学生時代(MS-DOSとPC98が全盛期の頃)には、天文ガイド編集部から販売されていた「テレオプト」というDOSベースの光学設計ソフトがお気に入りで、日々「レンズ設計ごっこ」して遊んでいましたが、事前にN88BASICやTurboCで書いたプログラムでハルチングの解を計算させて得た設計データを「たたき台」として使ってました(うう、懐かしすぎる)。


★今後の「検証ごっこ」のために・・・

HIROPONさんに触発されて、早速光学設計ソフト「LensCal」をダウンロード
こんな素敵なソフトがフリーだなんて、スゴい時代ですね♪

となれば、「LensCal」とは別に「たたき台」としての設計初期データを求めるツールが欲しくなりますねぇ。
・・・いえ、別に高度な機能は必要ありません。

単に、フラウンホーフェル型の2枚玉アクロマートが自動設計できれば十分事足ります
要するにハルチング公式に基づいて、各エレメントの曲率半径が求まれば良いだけです。

・・・・というわけで・・・


ででん!
f0346040_02330568.jpg

EXCELだけで作った「自動レンズ設計シート」完成♪
プログラムコードを書くときには途中計算(式)がミスしていないかを頻繁にチェックしながら書き進めるのですが、EXCELくんなら「途中計算が全部見える」ので楽ちんですね。

ちなみに上記の自動計算シートなら、組み合わせる2種類のガラスのd線屈折率とアッベ数を入力した後に希望の焦点距離を入れれば勝手にアクロマートを設計してくれます。プログラミング言語が分からなくてもEXCELさえあれば誰でもアクロマートが設計できちゃう「ハルチングの解」は偉大ですねぇ。

※ハルチング解を求めるところまではものの30分で作れたのに、設計したレンズの断面図を描かせるロジックを考えるのに四苦八苦しちゃったなんてのは、ココだけの話(笑)。



★ドキドキのレイトレーシング♪

ああ、ここまで来ると、大昔テレオプトを使っていた頃の感覚がよみがえってきました。
収差曲線見るのが楽しいんですよねー♪
早速、インストールしたばかりのLensCalに設計データを移してみます
ちゃんと計算されるでしょうか??


☆まずは収差曲線(球面収差図)
f0346040_02355824.jpg
ふむふむ。
いかにも2枚玉のアクロマートらしい図です。
設計時に人間の目の感度が高いd線(黄色い光)に最適化して計算したので、d線に関しては完璧な像だなあ。
反対に、目では見えにくいg線(青紫の光)は大きく散らして目立たなくなってますね。
うん。典型的な眼視用の設計だー。

焦点距離1000mmのアクロマートだと、d線(黄色)とg線(青紫)とでは、焦点位置が約2mmもズレることが分かりますね。
しかも「口径によらず」。
(※上記グラフの上端まで使うと口径10cm、半分で切ると口径5cm相当の収差を見ていることになります)


☆次にスポットダイアグラムをば・・・

f0346040_02404721.jpg
なるほど、なるほど。
直感通りの像ですなぁ。
d線は中央に鋭く集中していて、g線は画面全体に散ってます。

いやー面白い!


★SDガラスを使って設計してみる

高校生の頃は、2枚玉でアポ化するために特殊低分散素材としては、フローライトとかFK01(いわゆる普通のED)しか知りませんでした。
今は、EDよりもフローライトに近いSDガラスが主流ですね。
では、ホタロンCaFK95と重クラウンSK5を使って、ハルチング解を求めてみます。

f0346040_03134997.jpg
ま、EDやフローライトはハルチング解一発では補正がキマらないのですが、一応LensCalに通してみましょう。

f0346040_03150752.jpg
おお!何もしなくても劇的に色収差が減少しましたねぇ。さすがホタロン♪
でも全体的に球面収差が負修正(補正不足)ですね。これだと口径7cmくらいまでが限界っぽいので、ベンディング(焦点距離を変えずに、各エレメントの曲率を微調整していくこと)して調整してみます。

えっ!
LensCalって調整したい面を指定してスライドバーを動かすだけで、収差曲線の変化をリアルタイムで見ながらベンディングできる!
すごっ!
これ、素人でも簡単にベンディング『ごっこ』できちゃうやん!

・・・でベンディング後の収差曲線は・・・
f0346040_03195526.jpg
うむ。なかなか美しい収差曲線だ!

では、スポットダイアグラムを見てみましょうか・・・

f0346040_03312417.jpg
ふむふむ。
普通のガラス使ったときには画面全体に散っていたg線が一気に収束してきましたね。
エアリーディスクの約3倍の範囲に全波長が収まってます♪
まあ、デジタル時代だと青ハロが濃縮されたように見えるかも知れませんが・・・ね。

実際は、ここからの試行錯誤が大変なんでしょうが、
とりあえず自作設計シートとLensCal使うと、ここまでの作業がわずか2~3分で完了することにビックリ。

・・・うーん。
時代は変わったなぁ・・・・
とても嬉しいんだけど、なんか少し寂しい(笑)


# by supernova1987a | 2017-11-14 06:17 | 天体望遠鏡 | Comments(12)

満月に負けない!③

★『難敵』馬頭星雲

いつも、ネット上の素晴らしい作品を見てため息をついている天体があります。
メジャーな割に結構難敵な対象、馬頭星雲です。
これ、すごく苦手なんですよねぇ。

そばに輝星があるし、そもそも暗いし、・・・暗いお空の元で明るい光学系使わないと上手く写せそうにありません。
これまでのチャレンジだと、星雲本体が淡いか盛大な『縮緬ノイズ』が出るかで全て玉砕。


★3つの『新兵器』フル動員でがんばってみる

久しぶりに晴れた先日の日曜日、満月期ではありますが、リベンジしてみることに。
今回は、昨年までと異なりVMC260Lに「3つの新兵器」を投入。

 ①ASI1600MCとMMで同時露光するビームスプリッター
 ②『縮緬ノイズ』を劇的に軽減する『クールファイル補正法』
 ③Hα12nmナローバンドフィルタ

さらに、普段無精して割愛しているポールマスターによる極軸合わせとPHD2によるオートガイドも実施します。

f0346040_14093122.jpg

馬頭初心者としては、あまり欲張らずに
「とりあえず、それっぽく見える」
ことを目標に仕上げてみます。


★撮影の主データ

望遠鏡:VMC260L+自作レデューサ
カメラ:ASI1600MC-COOL + ASI1600MM-COOL
赤道儀:K-ASTEC改造Newアトラクス
ガイド:PHD2+ミニBORG50によるオートガイド
ゲイン:400(MC.MMとも)
冷却:-10度(MC.MMとも)
フィルタ:MCにLPS-D1 MMにHα12nm
露光:30秒(MC.MMとも)
※ドリンクウォーマー転用ヒーターで結露とり

珍しくオートガイドを入れているので本来は露光をもっと伸ばせそうですが、すぐ近くに満月がありますしガイド鏡のたわみやVMCのミラーシフトなどがあるので、いつもの「短時間露光多数枚コンポジット」で行きます。


★1コマ撮りだと・・・

MCとMMの1コマ撮りだとこんな感じです。

f0346040_14182181.jpg
 ※左:MC1コマ撮り 右:MM1コマ撮り

お?
MCだと完全に満月の明かりに埋没している馬頭が、MM+Hαだとうっすらと見えます!!


★120コマコンポジットしてみます

MCはダーク減算とホットピクセル除去を施してコンポジット
MMはそれに加えて『クールファイル補正』を加味してコンポジット
できるだけ『縮緬ノイズ』を押さえ込んでみます。

f0346040_14214984.jpg
 ※左:MC120コマコンポジット 右:MM120コマコンポジット

おお!

MM+Hαの方は、クッキリと馬頭が浮かび上がってきました。
ナローバンド、すげぇ♪


★その他ゴニョゴニョしてLRGB合成

(炙り出しした際に)ある程度ノイジーになる画像の『応急処置』にも慣れてきました。
ステライメージの他にNikCollectionとシルキーピクスを使って、ノイズを『ごまかし』ます。

今回もフラット補正はしていないので、「今後のお楽しみ」

さて、ノイズ処理加工したMMのL画像とMMのRGB画像をLRGB合成してみます。

すると・・・


ででん!
f0346040_14310055.jpg
うむ。
明らかに「自己ベスト」の馬頭星雲ゲットです♪
・・・満月期に(笑)

・・・まあ、ベテラン諸氏から見ると『鼻で笑う』レベルでしょうが、前回作と比べるとその差は歴然
ここは自己満足しておきましょう。

前回の馬頭星雲(2016年8月31日撮影)↓

f0346040_14402157.jpg
 ※VMC260L+純正レデューサ+LPS-P2フィルタ
  ASI1600MC-COOL(-15度) ゲイン200 露光30秒×50枚コンポジット
  (低ゲインなのに『縦縞まみれ』なのは、無理して炙り出してる証拠xx)

さて、新月期に真面目に撮るとどうなるんでしょうなぁ。
わくわく!


# by supernova1987a | 2017-11-13 14:46 | 天体写真 | Comments(8)

満月に負けない!②

★満月期でもナローなら!

ナローバンドは「満月期や市街地に強い」らしい。
たしかに、前回画像処理したオリオン座大星雲M42は良い感じで撮影できました。

とは言うものの、暗めの天体でも「そう」なのかなぁ?
などと懐疑的だったので、今回は、少し暗めの天体で試してみることに。

・・・まあ、前回に撮りためてたデータを画像処理しただけなんですが・・・ね。


★あこがれの『シャボン玉』

シャボン玉星雲(バブル星雲)NGC7635。数年前から、これを撮るのに憧れてました。
とは言え『明るい天体専門』の あぷらなーと にとっては、これ結構暗いんですよねぇ・・・。
写ってるんだろうか・・・。

撮影機材は、例の「ヘンテコ」なセット
VMC260L+自作レデューサ+自作ビームスプリッタ に
ASI1600MC-COOL+LPS-D1フィルタ(ゲイン400)
ASI1600MM-COOL+Hα12nmフィルタ(ゲイン400)
の2台の冷却CMOSカメラを接続して同時露光
シャボン玉星雲はM42よりも前に撮ったのでオートガイド無しのノータッチガイドです。

f0346040_08543028.jpg
それにしても、満月の明かりが強烈でしたからねぇ。
ゲイン400の30秒露光の1コマ撮りだと(がんばって炙り出しても)こんな感じ。
f0346040_03515136.jpg
全然『シャボン玉』に見えない(涙)

さて、Hαナローだと、どうなりますか。


★驚異のナローパワー

いや、正直、侮ってました。
Hαナローって(安価な12nmタイプですら)スゴく効きますね。
まあ、下の画像を見てやってください。

左がMC+LPS-D1 ゲイン400・30秒露光×107コマコンポジットで
右がMM+Hα12nm ゲイン400・30秒露光×110コマコンポジットなのですが・・・

f0346040_03552392.jpg
げげっ!
あ、圧倒的じゃないか!

ナローバンド恐るべし

条件が揃うもなにも、そもそも全く同時刻に同じ鏡筒の像をビームスプリッタで2分割してそれぞれのカメラに入射させてますので、「完全に公平」な比較なわけですよ。・・・すみません。使う前から侮ってました。

※Hαの方はMCに比べて圧倒的に低ノイズ(SN比が高い)だったので、最大エントロピー画像復元を掛けています。



★早速L-RGB合成してみる

この2つの画像を合成するには、(素人頭では)主として2つの流儀が考えられます。

①MM+HαをL画像、MCをRGB画像として、LRGB合成する
②MCのRGB画像の内、RチャンネルをMM+Hαの画像にスワップする

双方やってみたのですが、①は解像度が高いものの「発色が浅い」ようです。対して②は「発色がエグい」上にノイジーでした。
仕方ないので①②をブレンドしてみます。(なんか胡散臭いですが、所詮遊びなので・・・)

すると・・・

ででん!
f0346040_04060538.jpg
おお! なかなか良い感じです♪

・・・というわけで、「人生初のシャボン玉」は、まさかの満月期にゲットできちゃいました。

めでたい♪


★★★補足★★★
自作ビームスプリッタは、カラーカメラとモノクロカメラを同時露光できる便利なグッズですが、懸念されていたのが「分厚いガラス塊を通過する際に生じる負の球面収差と色収差」でした。
※幾何光学的にシミュレートした試算結果は下記リンク参照↓

正確な考察では無いのですが、クローズアップレンズを転用した自作レデューサでは不可避な「正の球面収差」がビームスプリッタの「負の球面収差」と相殺する方向に働いており、色収差に関してはナローバンドフィルターの特性から大幅に軽減(というか、事実上消滅)されたことにより、たまたま「良い感じ」のコンディションになった可能性もあります。(VMC260Lとクローズアップレンズの設計データが不明なので、詳細な考察ごっこは不能ですが・・・)
無論、選別した光が長波長であることでシンチレーション(シーイング)の影響が軽減される点と、恒星像が暗くなったことによる「見かけ上のシャープさ」も大きく寄与していると考えられます。

ちなみに、ビームスプリッタの使用により各カメラに入射する光量は1/2になりますので、実質フィルタホイールを使った場合と運用効率は変わりません。
・・・でも、カメラごとにピントの微調整ができるので、楽と言えば楽なんですよねー。今後の展開を考えると♪

# by supernova1987a | 2017-11-09 06:32 | 天体写真 | Comments(8)


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