機材レビュー

QBPフィルタと格闘する

★アクロマートでEDに勝つ?
近年はネットを徘徊するだけで色々な情報が手に入るので、書籍や論文を読破しなくても「なにが正解っぽいか」を知りやすくなってます。でも、所詮アマチュア天文は道楽なので色んなアプローチ法があっても良いと信じています。

さて、SkyWatcherの15cmF5アクロマート屈折BK150750は大変安価な大口径屈折で、低倍率での星雲星団観望に人気がある望遠鏡です。
一方、いざ天体写真を撮ろうとすると、盛大な色収差のために青ハロまみれでボテボテの像しか得られません。そこで屈折望遠鏡で星雲の写真を撮るなら「フローライトやEDを用いたアポクロマート」に乗り換える必要があったのですが・・・。


上記の記事で書いたように、NB1などのデュアルナローバンド系フィルタを併用すると、

 ①古典的アクロマート設計の色消し基準であるC線とF線の波長
 ②星雲の輝きの主成分であるHα線とOⅢ線の波長
 ③デュアルナローバンド系フィルタの透過波長

以上3つの要素が『奇跡的に一致』することにより、「下手なEDアポよりもシャープに写るアクロマート」というゾクゾクするほどパラドキシカルな現象が起こります。
※②と③が一致するのは意図的ですが、①でC線(Hα)とF線(OⅢ近傍)が昔から色消しの基準点として用いられたのは奇跡としか言いようがありません。

BK150750もその例に漏れず、NB1フィルタを用いるとアクロマートとは信じがたい迫力ある星雲像が写せることは確認済みでした。


★サイトロンQBPではどうか
さて、サイトロンジャパンさんから発売されているQBPフィルタは、Hβ・OⅢ・Hα・SⅡという星雲撮影で「おいしい波長」のみを透過するフィルターです。
ただし、HβとOⅢ、HαとSⅡはそれぞれごく近傍にありますので、実質的には前述のC線とF線付近を透過するフィルタと考えて良いでしょう。

実は以前から「BK150750+QBPの組み合わせでの星雲撮影性能を試してみてほしい」とのオファーはいただいていたのですが、仕事と天気の組み合わせが悪く今回ようやくファーストライトとなりました。

QBPフィルタと格闘する_f0346040_22055879.jpg


★15cmの、ツインだと??

はい。思わぬ方面からの援軍がありまして、いつの間にか15cmアクロマートは二連装砲になっていたのですよ。
フードを除き教筒のカラーリングが白黒真逆という邪悪な組み合わせですが、おそらく中身は同じようなものでしょうね。
今回は、その一方にQBP+ASI294MC-Proを、他方にNB1+ASI1600MC-Coolをそれぞれ装填してサイドバイサイドでの比較撮影をしてみようという企画です。
厳密には、鏡筒の販売元が異なりますしカメラも別機種なのですが、大まかな傾向はつかめるでしょう。

さて、15cmアクロマートとQBPの相性はどうでしょうか??

ところが・・・・



★謎のハロが勃発!
撮影対象としては、AOOパレットと相性抜群のはくちょう座網状星雲にしようと最初から決めていました。
早速、撮影に入ったのですが、どうも様子が変です。

QBPフィルタと格闘する_f0346040_22193267.jpg
星雲自体は非常に良く写るのですが、周りの輝星に大きな滲みが生じています。
はじめは薄雲による滲みだと思っていたのですが、よくよく観察すると、なにやら構造めいたものが見えます。
そこで、原因を探るべく明るい恒星のみを短時間露光で撮影してスタックしてみました。

QBPフィルタと格闘する_f0346040_22232706.jpg
対物レンズのスペーサーによると思われる6本の影や、回折リング状のものがハッキリと認められます
どうやら薄雲による滲みなどではなくシステマチックに生じた像のようです。

では、露光をさらに伸ばしてみましょう
すると・・・
QBPフィルタと格闘する_f0346040_22263406.jpg
この像の出方には記憶があります。
本来の焦点よりも内側にピントを持って行った際に、連続スペクトルを有する光源から出た光がモノクロセンサーに照射された場合の『サッポロポテト現象』ですね。
※センサーの種類・透過する波長・ピント位置などで、この現象で生じるパターン像の形状が決まります。


ところが、これは非常に不可解なのです。



★何が謎なのか?

<謎①>このピント位置ではこの形状の回折像になるはずがない

下記の記事中で検証ごっこしてみたとおり、

比較的鋭いスパイク状の『サッポロポテト現象』が生じるのは光源にピントが合っていない時です。
QBPフィルタと格闘する_f0346040_22401051.jpg
ところが、今回のケースでは光源の恒星に合焦させています。
通常、この時に生じる回折像は下記のような丸い像のハズです。

QBPフィルタと格闘する_f0346040_22403907.jpg
しかし、今回の像は「スパイク状」です
QBPフィルタと格闘する_f0346040_22263406.jpg

 
<謎②>ASI294MCでサッポロポテト現象が生じるはずがない
間違っている可能性はありますが、おそらく『サッポロポテト現象』は特定の波長の光から見てカメラのセンサーが規則正しく並んでいることから生じる反射回折像だと考えています。そのためには、各色のフィルターを乗せたピクセルが縦横ともに等間隔に並んでいる必要があります。
ところが、ASI294MC-Proのセンサー面を『自作顕微鏡』で強拡大してみたところ


下記のように、ASI294MCのセンサーは等間隔ではなく、4個ずつがグループになり固まっている「クアッドベイヤー構造」を有していることが分かりました。

QBPフィルタと格闘する_f0346040_22485135.jpg
上の写真を見てください。Gピクセルがきれいに格子状に並んでいるASI174MC(左)とくらべ、ASI294MC(右)はG素子が格子状にならず4個ひとかたまりに配置されていることが分かります。これでは等間隔になる条件(回転位相)自体が存在しません。どうやらこのクアッドベイヤー構造によりASI294MCではサッポロポテト現象による回折像が生じないようなのです。

ところが、今回のケースではASI294MCで明瞭な『サッポロポテト現象』が生じてしまいました



★この矛盾を解消するためには・・・
ここまで検証ごっこを進めてきて、ハッとしました。
これ、ハロじゃなくて『実体』だ!!
スパイク状の『サッポロポテト現象』が起こったことの矛盾を解消するには、
QBPフィルタと格闘する_f0346040_23251655.jpg
このように、「C線とF線による合焦像」と「別波長の光による焦点内像」との二段重ねになっていると解釈するしかありません。
光源の実体が合焦したり焦点外像になった場合はスパイク状の『サッポロポテト現象』が生じるわけがないからです。

また、デュアルナローバンド系フィルタと相性の良い古典的アクロマートのケースだと、下記のように
QBPフィルタと格闘する_f0346040_23291326.jpg
C線とF線にピントを合わせるとS線など長波長の赤外線は大きな焦点内像となることが推測できます。

※(推測パラメータが多いため数値自体は割愛しますが)上記に類した設計によるアクロマートで推算すると900nm前後の赤外線が作る焦点内像の大きさは実測値とオーダーレベルで一致しました。

次に(残念ながらASI294MCの広域分光特性グラフは公開されていないので代理として)ASI1600MCの分光特性グラフを見ても分かるように
QBPフィルタと格闘する_f0346040_23335716.jpg
センサー上に配置された各種のカラーフィルターは、入射光の波長が長波長の赤外域に突入するとその差が徐々に縮まっていき、ついには完全に一致してしまうことが推測されます。(実際にZWOさんも、その特性を活かして「カラーカメラをデモザイク不要の赤外モノクロカメラとして転用する」裏技があると公言されています)

そうすると、特殊なフィルター配置を有するクアッドベイヤー構造のASI294MCのセンサーも、長波長の赤外域では単純な格子状のピクセル群に過ぎなくなります。したがって、赤外線域では『サッポロポテト現象』が発生しても矛盾しないことになります。
QBPフィルタと格闘する_f0346040_00500766.jpg

と・・・ここまで考察ごっこを進めていたら、猛烈なデジャブが・・・・



★そういえば、すでに検証されてた!
なんだろう、このデジャブは・・・・・

あっ!!そうだ。
『赤外王』を目指されているシベットさんの検証記事だ!!

実際には、ツイッターで色々とやりとりしながらブログの記事のことを思い出して慌てて読み直してみたんですが、ほとんど同じ結論でしたね。
というわけで、すでに2月にシベットさんが検証されてた現象を、別アプローチで確かめただけのことでした(笑)
(素直な像ではなくてサッポロポテト現象の発生から赤外線に思い至る・・・てのが、なんとも邪悪ですが)

ならば、対処法は簡単。
QBPとIRカットフィルタを併用すれば良いだけです。


さて、予想通り解決するでしょうか?

・・・ででん!!

QBPフィルタと格闘する_f0346040_00093015.jpg
 ※共通:BK150750+Pro1D-ACNo3+QBP+ASI294MC-Pro
  左:IRカットフィルタ無し 右:IRカットフィルタ併用

おお、見事に『ハロ』が解消しました。

というわけで、本来色収差が大きな古典的アクロマートはその色消しポイントのみを透過するQBPフィルタによって劇的にシャープになるが、QBPフィルタが赤外線を透過することによって、そのぼけた焦点内像が恒星像に重なって写ってしまう。というのが答えのようですね。

え。
「もっと早く、シベットさんの記事を思い出せ・・・というか、覚えてろ!」
ですか。
はい・・・面目ないです。

でもね、でもね・・・
正解を忘れていたおかげで遠回りしたけど、ほら、ASI294MCだけ『サッポロポテト現象』が発生しない謎がついに解決したじゃないですか♪



★NB1 VS QBP 
さて、気を取り直して、15cmアクロマート2連装砲による「NB1 VS QBP のサイドバイサイド」を行ってみましょう。

・・・ででん!!

QBPフィルタと格闘する_f0346040_00261009.jpg
 ※共通:15cmF5アクロマート+Pro1D-ACNo3 30秒露光×240コマ(ダーク・フラット補正あり)
 ※左:QBP+IRカット+ASI294MC-Pro ※右:NB1+ASI1600MC-Cool

おお、すげえ!
QBPお安いのにNB1と良い勝負だ!!

厳密には、カメラとか鏡筒の販売元とか色々と異なるんですが、ほぼ同じ機材で全く同一時刻に撮影したことで、光害のカット度合いも比較できますね。

<追記>
後日、アクロマートで生じる赤外ハロを解消したQBPⅢが開発されました。早速テスト撮影してみるとQBPⅢでは赤外ハロが見事に消えていたため、下記のCP+2022セミナーでも紹介しました。



★★★お約束★★★
①透過した赤外線の波長は全く不明です(900nmよりは長波長だと思われる)
②メーカーさん公称の波長グラフでは900nm付近までの赤外線がカットされているのが分かりますが、それ以上の波長域は不明です
③『サッポロポテト現象』の各種考察に関しては、正しい保証はありません
④BK150750やQBPの個体差については、不明です
(SE120やBORG89EDやASI1600MMのように3個体以上保有しているもの以外は個体差の有無が分かりません)
⑤色収差の無い反射系望遠鏡や高級アポでは赤外線の影響は無視できると思います
⑥元々IRカットフィルタが内蔵されているデジカメなどでは赤外線の影響は無視できると思います

<※2024年1月8日追記>
その後の検証ごっこにより、センサーがクアッドベイヤー配置であっても、可視光域のサッポロポテト現象は発生し、その強さは他要因(カバーガラスの位置や反射特性など)が効いている可能性が高くなりました。ただし、本記事で着目した回折像のピント位置が通常(可視光域)と異なる事から赤外線による像であると推測した点については問題無いと考えます。

Commented by 上杉蒼太 at 2020-08-24 07:31 x
お久しぶりです。私もBKP150750に興味津々なのですが、BPK150750の接眼部はSE102と同じタイプのものでしょうか? 写真で見ると同じように見えるのですが。もしSE102用のシステムが転用できれば楽になるなーと思っています。ちなみにBORGの7914(M56⇒M57変換)も1つですが手に入れて重宝しています。これも使えれば……。
Commented by te kure at 2020-08-24 08:59 x
え〜と、つまりQBPとIRカットを重ねる事でNB1フィルターと同じ効果が得られるという事でしょうか?
アクロマートである限り(F線・C線のみが一致)、quad の様な四つのbandを透過させるフィルターを使ってもより色彩豊かでシャープな画像を得るのは難しい・・と?
そうしますとCBPフィルターもまた同じでしょうか?
Commented by シベット at 2020-08-24 18:38 x
あぷらなーとさんによる、古典的アクロマートとデュアル・ナローバンドの組み合わせによる「2バンド限定無収差状態」の発見は、天文アマチュアに大きなブレークスルーをもたらしました。また、下手な2枚玉EDよりも球面収差が少なく、そのシャープネスの恩恵もまたはかり知れず、このテーマだけでもあと10年は戦えそうですね!

さて、QBPについての当方ブログ記事紹介、ありがとうございます。こちらでの検証結果でも赤外成分を透過していることが示唆されていますね。おっしゃるとおり、自分とは別のアプローチで同じ結論に達しておられることに非常に意味があると思います。

現状、自分のように可視光と赤外を同時に利用しようというニーズはあまりないですが、その目的にはQBPは最適のフィルターと言えます。具体的には光害をカットしつつ銀河を電視観望するような場合です。さらに、赤外成分が不要ならUV/IRフィルターを併用すればよいわけで、自由度が高いと思います。しかし、赤外透過はデュアル・ナローバンドとしてはやはり欠点なので、次のロットでは改良されるかも知れないですね。

ところで、全くの蛇足ですが、「サッポロポテト現象」ではなくて「サッポロポテトバーべQあじ現象」ではないでしょうか?(笑)と常々思っているのですが、長いから省略してるだけですよね?
Commented by supernova1987a at 2020-08-24 19:10
> 上杉蒼太さん
ご推察のとおり、BK150750とSE120とSE102の接眼部の寸法やネジ規格は同じです。厳密にはラックピニオンのハンドル仕様が少し異なるのでフォーカシングモーターの互換性だけがありません。手動のピント合わせなら無問題ですね!
Commented by supernova1987a at 2020-08-24 19:15
> te kureさん
ご推察のとおり、IRカットフィルターを併用するとQBPがNB1と似たテイストになります。ちなみに、アクロマートでもアポクロマートでもQBPを使うと黄色系は出せません。(フィルターが赤とシアン以外を全部殺しちゃってるので)一方、青も通すCBPをアポクロマートや反射に使えばカラフルになりますが、アクロマートに使っちゃうと、せっかく打ち消した青ハロが復活して、普通のボケボケ像に戻ってしまいますね。
Commented by supernova1987a at 2020-08-24 19:17
追記です。
安価なアクロマートでカラフルな星雲を撮るには、ビームスプリッタを用いるか、多連装にすることです。
Commented by supernova1987a at 2020-08-24 19:48
> シベットさん
いやー、シベットさんの検証記事見ていなかったら、赤外線透過の可能性にはたどり着いていなかったかもしれません。なにしろ「先入観」がありましたので。
とにかく、アクロマート+デュアルバンド系フィルターのお気軽星雲撮影(+電視観望)は、さらに広まって欲しいです。

さて、サッポロポテト現象は、風景写真界隈ですでに定着した名称だったので、それに従いましたが、仰るとおり本来は「バーベQ味」ですよねぇ。
Commented by タカsi at 2020-08-25 10:43 x
こんにちは。
なんか見慣れた親近感のわくツイン砲だなぁ、と思ってみていると、、
カメラが小さい!!
15cm砲はド迫力です(^^;
しかし、見事にハロを撃退されましたね。
QBPフィルター、欲しくなっちゃうじゃないですか~^^
Commented by supernova1987a at 2020-08-25 18:52
> タカsiさん
こんにちは。
タカsiさん家では、イプシロンの黄色三兄弟が勢揃いしたようでおめでとうございます。こちらは10cm、12cm、15cmのアクロマートファミリーが集結しました(笑)

QBPは安価でよく写るので、多連装にも向いています。もし反射系に用いるならIRカットも必要ないのだと思いますのでコスパ高いですね♪
Commented by te kure at 2022-02-04 22:20 x
ヒェ〜! 私もコメントしている💦
アクロのSE102を生かすフィルターに何が適しているかの確認に再訪問したのに、今の私よりも理解していそうな?
結論はアクロとデュアルナローでは黄色は厳しいと・・

C線がHαでF線は0Ⅲの青相当?
Commented by te kure at 2022-02-04 22:31 x
あっ!違った💦
シアンは別として青は通さないのですね?
Commented by supernova1987a at 2022-02-05 18:58
> te kureさん
ですです。シアン(青緑)は通すけれど、青や緑は通さないので、「青色系」と「赤+緑で現れる黄色系」が表現できないのが、デュアルナローバンドの弱点と言えば弱点ですね。
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by supernova1987a | 2020-08-24 00:40 | 機材レビュー | Comments(12)

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