天体撮影ノウハウ

天体撮影設定で試行錯誤したことなど、忘れないように覚え書きとして残しておきます。

現在のシステム

赤道儀GP-D赤道儀＋50cm短ピラー脚＋Skysensor2000PC（Ver2.05）
ガイド鏡筒FS-60C＋ビクセンフリップミラー＋2倍テレコンバーター
ガイドカメラDSI-PRO、ToUcamProII
ガイドソフトPHDGuiding、Guidemaster、GuideDog 1.06
撮影鏡筒セレストロンC5、Canon NFD300/F2.8L


Skysensor2000PCとWEBカメラを使って、PCソフトでオートガイドを実現してます。
上記の他にノートPC等が必要です。

赤道儀の基本調整

極軸望遠鏡の軸合わせ
赤道儀をセッティングするときの基準となる極軸合わせに使用される極軸望遠鏡を、赤道儀の軸と一致させます。
これがずれていると赤道儀の本来の性能が出ません。
  1. 極軸望遠鏡と赤経体の中心を合わせる。
    遠くの景色・目標物（数km離れたところがよい）に極軸望遠鏡内の十字線中心を合わせる。赤経軸を180°廻して中心のずれをセットビスで調整していく。
    0°、180°だけでは回転途中で中心がずれるので、望ましくは一周回した各場所で中心がずれないように追い込んで調整するのが望ましい。

  2. 北極星の南中時刻を合わせる。
    上記調整が終了後、北極星メモリの縦線を垂直な目標物（建物などの壁端）に合わせる。
    赤経メモリを固定後、日付リングの10月10日を赤経メモリの午前1:18に合わせる。
    私のGP-D赤道儀はJ2000年分点なので、北極星南中時刻は2000年10月10日東経135°地点での南中時間1時18分に合わせる。北極星が歳差で円の中心からずれていく分は設置時に補正する。
    GP赤道儀の方は1990年基準なので南中時刻は1時10分。
    そのときに日付リングの経度差メモリ（East-West調整）の中心に来るように白線が付いたリングをビスでセットする。
ウォームギアのバックラッシュ調整（今のところうまくいっていないのでおすすめしません）
ガイドで問題となる要因の1つに、モーターから駆動体に至るまでのギアのバックラッシュがあります。ギアは駆動する関係上、隙間無くぴったり組み合わせてしまうと噛み込んで動かなくなってしまいますので、ある程度の遊びが必要です。これがパックラッシュであり、ガイド時には制御信号を送っているのにギアの遊び分動かない時間が生じてしまいます。
ウォームギアのバックラッシュはできるだけ無いほうが良いのですが、あまりに詰めすぎると赤道儀もモーターも寿命を縮めますのでメカ調整に自信のある方だけ行ってください。
  1. モーターを取り外し、ギアを左右に回してみてこのときのトルク（ギアを回した時の抵抗感）を覚えておきます。
    下記の調整をする時にこのトルクより重くならないように調整します。
  2. ウォームギアのスラスト方向調整
    ウォームギアの遊びは左の写真の左右方向にあるガタになります。調整方法は、右の写真のメッキのネジをゆるめると、中の黒いネジが動かせますので、これを閉め込んでガタを取ります。このとき、ギアを回して重くならない範囲で黒ネジを一番閉め込んだ位置にし、メッキのネジで位置固定します。

  3. ウォームホイールとの接合調整
    ウォームギアとウォームホイール（駆動体の中に入っている大きい輪っかのギア）との間隔調整は、写真の3つのネジによって調整します。真ん中の芋ネジはストッパーで、ギアとホイールの間隔がこれ以上近づかないようにするもので、両側の2つのネジはギアとホイールを近づけるものです。
    ギアを左右に回しながら、ギアを逆回転に切り替えた時にすぐに駆動体が動くようになるまでウォームギアを近づけます。真ん中の芋ネジを1/8回転ずつゆるめ、両脇のネジを均等に閉め込んでギアの遊びを詰めていきます。
    ギアのトルクが重くなったら、遊びがあってもウォームギアを離すようにします。
    ウォームギアのボックスを固定するネジが写真のネジと垂直に2本ありますが、このネジを締め込まないとウォームギアがボックスごと動いてしまいますので、バックラッシュは判りません。調整ネジを動かす度に締め込んで、バックラッシュとトルクを確認してください。

モーターのバックラッシュ調整
モーターの取り付けに対してもバックラッシュが発生します。
GP系赤道儀では、モーターは1点止めなので、このモーター取り付けを調整して、なるべくバックラッシュを少なくしてやります。
  1. バックラッシュ調整
    モーターギアをぴったり付けた状態から、爪楊枝の先が1〜2mm入るようにギアの隙間を空ける。
  2. 動作確認
    モーターを動かして、負荷がかかっていないか（回転のスピードがスムーズか）確認する。
    負荷がかかっているようなら、爪楊枝の差し込み量を増やして隙間を広げ、再度確認する。

赤道儀のバランス

赤緯側（ガイドと撮影鏡筒のバランス）
赤緯側は恒星時駆動が行われないので、赤緯体の中心と重心があっているように調整します。
但し、ガイドプレートにガイド鏡筒と撮影鏡筒が乗ったH字型の格好をしていますので、前後左右のバランスを取る必要があります。
  1. ガイド鏡筒のバランス調整
    ガイドプレートにガイドマウントを介して撮影鏡筒を付けます。このとき、重量バランスを見ますので、使用時の状態に近づける為、アイピースやWEBカメラも取り付けておきます。
    バランスを見るには、左手前の木の台のような狭い台に乗せて、ヤジロベエ方式で重心を見つけます。
    鏡筒バンドへの取り付け位置でバランスを取ったら、鏡筒に印をしておくと便利です。

  2. 撮影鏡筒のバランス調整
    撮影鏡筒も同様に、カメラやフードを付けた使用時と同じ状態でバランスを取ります。
    今回はガイドプレートに鏡筒を直接ネジ止めしますので、鏡筒単体でバランス取りしてます。鏡筒バンド等を介する場合には全て取り付けた状態で、バランスを見ます。
    アリガタの場合にはきっちり中心が出ますが、ネジ穴の場合には決まった場所にしか開いていませんので、ガイドプレートの中心と撮影鏡筒の重心が一番近づく位置に取り付けます。

  3. ガイド鏡筒と撮影鏡筒のバランス調整
    ガイドプレートに両方取り付けて、全体の重心を取ります。印を付けておいて、赤道儀に乗せる時に軸の中心とこの印を合わせるようにします。
赤経側（鏡筒とウエイトのバランス）
赤経側も基本的には鏡筒側とウエイト側のバランスが釣り合っているように調整しますが、赤経側は恒星時駆動で常に駆動されていますので、ガイド時にバックラッシュによる補正エラーが出ないように赤経の東側を少し重くしてギアが常時噛んでいるようにします。
そこで、バランスがすぐに変えられるように、上側のウエイトを写真のようにウエイト軸の中心位置に置いて、鏡筒側とウエイト側が釣り合うよう下のウエイト位置を調整します。実際のガイド時には上のウエイトを上下に動かすことで東側が重くなるようにします。

赤道儀の設置

極軸を合わせる
  1. 赤道儀にウエイトと鏡筒を乗せます。重さが変わると極軸の向きが変わってしまうため、あらかじめだいたいの重量物は積載した状態で極軸を合わせます。
  2. 赤道儀の水平を正確に出します。GP系の赤道儀は水平が出ていないと極軸が合いません。
  3. 経度差メモリを合わせます。この辺は東経139度なので、135度との差分の4度分Eに振ります。
  4. 時間と日付を合わせ、北極星を設定の円に入れます。
  5. 設定円の中心は2000年分点なので、歳差分をずらします。円の中心から円周までで10年を目安に、10時半の方向にずらします。このとき、アングルファインダー等を使って拡大すると合わせやすい。
アライメント
Skysensor2000PCのアライメントは3点アライメントまでありますが、2点アライメントからは極軸の補正が入ります。そこで、アライメントは1点アライメントだけにしておきます。
また、最初の1点アライメントにはテレスコープEast側（望遠鏡が赤道儀の赤経体の東側にある、つまり西の空を見ている状態）の星を選ばないと計算がうまくいきません。

バランス
恒星時駆動を行う赤経（RA）側のギアに常に加重が掛けられるように、赤緯体の上下で東側が重くなるようにウエイトを調整します。
テレスコープEastではガイド鏡が載っている側（赤緯体上側）が東側にありますので、バランス取りした時の2つのウエイトのうち上のウエイトをシャフトの上いっぱいまで持ち上げ、鏡筒側がウエイト側よりも重くなるようにします。
テレスコープWestではウエイトがある側（赤緯体下側）が東側になりますので、上のウエイトを下のウエイトまで下げて、ウエイト側が重くなるように調整します。

Skysensor2000PCの設定

パラメータの設定
キーの方向性↑-↓＝N-S　←-→＝E-W
マウントのモードキョクジクヲアワセタセキドウギ
ETCキーの設定ガイドスピード　0.5
モーターパラメータRA=3　DEC=3
Protocol　BaudLX200　9600

バックラッシュの補正（ソフトが自動でCalibrationを行うものは不要）
モーターの付け外しを行ったらバックラッシュの値も変わるので、Skysensorでバックラッシュ補正をしておきます。
  1. 恒星時駆動の影響をのぞくために、地上の目標物を真ん中に導入する。低速で動きがわかるくらいの倍率にするため、200倍くらいの倍率になるようアイピースを選択する。
  2. MODEキーでコントロールをX-Yモードにする。−（マイナス）を押して低速にする。
  3. SETUPキーでセットアップに入り、望遠鏡の設定メニューからバックラッシュを選び、数値を変更する。数値の目安は、押した方向と逆にまず動くときには数値を小さく、押してから動くまで間があるときには数値を大きくする。
  4. 左右の動きはRaの値、上下はDecの値を調整する。
  5. スムーズな動き（押したときにすぐその方向に動くよう）になるまで調整を繰り返す。

PECの設定
後述のオートガイドソフトがきちんと動作した時点で、オードガイドを利用して記録し登録します。
  1. 赤道儀のモードをキョクジクヲアワセタセキドウギにしないとPECメニューは出てきません。
  2. オートガイドソフトでガイドしていることを確認し、PECメニューのモードをキロクスルにしてENTERキーを押す。
  3. 記録が終わったらジッコウスルにして、PECをオンにしておく。

ガイドソフトの設定

AstroSnap
初めて使ったガイドソフトです。本来は撮影ソフトなので、ガイドの機能は全体の一部分です。そのため、設定する箇所がちょっとわかりにくく、ガイドソフトとしては不要なボタンが多数あります。赤道儀の動作パラメータのキャリブレーション機能など、多機能な面がありますが、当時はバランス取りがいい加減だったせいで値がばらついて、機能を満足に生かしてませんでした。
今は使っていないので、当時の記録のみ書き写しておきます。
  1. ToUcamの取り付け角度
    ASTROSNAP画面で赤経が水平方向(X方向)、赤緯が垂直方向(Y方向)とする
    ガイド鏡接眼側から見てToUcamを右90度、USBケーブルが左方向
  2. Options -> Telescope control
    パラレル・ポートのI/Oアドレスをセット->COM5
    LX200を選択　(Skysensor側も設定)
  3. Options -> Autoguiding
    Dead zone = 0
    Guiding Interval = 10
    Motor Speed = 15 (四方向とも)
    LearnボタンによりMotor Speedを自動設定(Skysensor側はガイドスピードに設定)
    Inertia length = 0% (バックラッシュ補正はSkysensor側で設定)
    *Reverse Dec = テレスコープWest時にチェック(但しテレスコープEastでCamera Angleを検出した場合)
    *Show activity = チェックすると修正駆動の様子を表示するウィンドウが現れる
  4. メイン・ウィンドウ
    Refresh timing = 50ms　右下
    *Zones - Detection = 100〜150　右上
    *Reticle = チェック(Options -> Optics,Camera設定でスケールを合わせる)
    *Track = チェックしガイド星を選択
    *Operation -> Camera Angleでカメラの取り付け角度を検出(カメラ付け外し時に1回)
    *Track -> Autoguide チェックでオードガイド開始(SkysensorのETCキーでガイドスピードにしておく)

GuideDog
'06年から使用しているガイドソフトです。ガイドのみの単機能なのでわかりやすい反面、パラメータは手動設定、カメラの回転角度補正は無いなど、AstroSnapより劣る部分があります。
  1. カメラとの接続
    CameraメニューよりMicrosoft WDM Image Capture..を選ぶと接続します。
    CameraメニューのSourceよりToUcamProIIの設定を立ち上げ、Image controlsタブのFull autoのチェックを外し、Frame rateを一番早くする（なぜか60は選べなかったので30とした）。
    Camera controlsタブのWhite balanceをOutdoorにし、ExposureのShutter speedを一番Slow側の1/25にする。Gainはとりあえず一番Highにしておく。
    CameraメニューのFormatより、画像解像度をVGA（640×480）、カラースペースをI420にしておきます。
  2. 望遠鏡との接続
    GuidingメニューからASCOMを選びます。
    TelescopeメニューからChoose Telescope..を選び、ASCOMを立ち上げ、ASCOMメニューでSkysensor2000-PCを選びます。
    Properties..を押して、COMポート（USB-RS232C変換を使っている場合にはこの変換器機が登録されたポート）番号とSkysensorのバージョン番号を設定します。
    TelescopeメニューからConnectedで接続。
  3. パラメータの設定
    Optionsメニューから各種パラメータを設定します。
    CameraタブPixel5.6×5.6（ToUcamProIIの場合）
    GuideScopeタブ710mm（FS-60C（f=355mm）×2倍テレコンバーターの場合）
    Guiding Parametersタブ
    とりあえずデフォルト
    （調整は下に記載）    		Radius24
    RAGuideRate15
    DecGuideRate15
    MaximumError15.0
    MinimumError2.5
    BacklashRA,Decともに0（Skysensor側で補正を行うため）
    Declination Correctionsチェックを入れる（Dec方向も補正を行うため）
  4. メイン画面
    Focusボタンを押して、カメラのピントを調整後、Exposureを2秒にし、Previewでガイド星を導入。
    Lockボタンを押してガイド星をクリックし、ガイド開始。
  5. パラメータ調整
    シーイングが悪いと星が画面上を飛び歩くので、Exposureは2秒くらい取る方がよい。また、3秒以上ではガイドが追いつかなくなる。
    シーイングが悪い場合にはMinimumErrorを2.0以下にするとガイドが暴れるようになるので、MinimumErrorは2.5のまま使うのがよい。
    AggressivnessはRA,Decともに効いてしまうので100%にしておいて、ガイドの調整はOptionsのGuideRateを調整する。調整幅を5としてデフォルトの15から増減してやる。目安は、ガイドエラーのdXdYを見て、一回の補正でMinimumErrorの値の2.5ほど補正できるくらいがよい。それより補正が多いと補正過多で逆補正が掛かってしまい、シャクリが起こる。
    RAとDecの補正バランスは、Centerボタンを押した時に移動が均等に行われているかで調べることができる。

Guidemaster
'07から挑戦中のガイドソフトです。駆動パラメータの自動設定や、エラー値の逐次グラフ表示など、使い勝手がよいので年初より試してます。
まだ試行錯誤中なので、判ったことなどを記しておきます。
  1. Setup＞Optionsの設定
    TelescopeタブGuide interfaceLX200
    Move PortCOMポートを指定してその下のLX200〜のチェックは外す
    Don't do backlash correctionチェックを外す（バックラッシュの補正をソフトに行わせるため）
    Calibration optionsチェックをすべて入れて、Timeの値を20000に増やしておく。
    Focallength710mm（ガイド鏡の焦点距離）
    Max error uncorrectedRA,DECともに2（ガイド駆動を行わないエラー範囲、GuideDogのMinimumErrorと同じ）
    Delay after Slew200（ガイド駆動するまでの待ち時間。Guideの実時間であるRateよりも大きい最小値にしておく）
    Max. Slewtime500（calibration後の値から1回の駆動で2秒角くらい動ける時間にしておく。但し、駆動の遅い方のモーター基準）
    Alarm0（デフォルト、とりあえずアラームは切っておく）
    Guiding ImagerタブVideoForWindowsとNo modified webcamにチェック
    Pixel Size5.6×5.6

PHD Guiding
新たにガイド用カメラとしてDSI-PROを購入したので、ソフトもカメラが対応しているこのソフトを使うようになりました。
このソフトもGuidemaster同様、自動でパラメータを取得してくれますが、ユーザーが調整する部分がほとんどありません。
  1. メニューのmountからASCOMを選択。
  2. 望遠鏡ボタンを押してASCOMを呼び出し、Skysensor2000PCを設定。
  3. カメラボタンを押してDSI-PROを選択。（ToUcamProIIの場合はWindows VFW-style webcam）
  4. 脳みそボタンを押してパラメータ設定
    RA Aggressivness80
    RA Hysteresis10（デフォルト）
    Dec guide modeAUTO（デフォルト）
    Dec AlgorithmResist switch（デフォルト）
    Calibration step(ms)1000
    Min. motion(pixels)0.72（DSI-PROのpixelサイズで2秒分）
    Search region(pixels)15（デフォルト）
    Noise ReductionNone（デフォルト）
    Time lapse(ms)0（デフォルト）
    Camera gain(%)95（変更不可）
    LE PortPort378（デフォルト）
    LE Read Delay0（デフォルト）
    Force calibrationCalibrationを行うときにチェック
  5. 回り矢印ボタンを押して画像を表示し、スライダーと露光時間でガイド星の見え具合を調整し、ピントも合わせます。
  6. いったんストップボタンを押し露光を止めてから、ガイド星をクリックしてマークし、的ボタンでCalibration開始。Calibrationが終わったら十字線が黄色から緑に変わり、そのままガイドが開始されます。
  7. ストップボタンでガイドを停止。再会する時は的ボタンで開始ですが、位置を変えた場合にはいったん露光してガイド星を探します。
  8. 鏡筒反転した時にはForce calibrationにチェックを入れ、Calibrationをやり直します。

画像処理

画像処理は主にステライメージ5を使用しています。実際の写真の味を殺さないように処理は最低限を心がけています。
  1. 現像処理
    ダーク画像を2枚加算平均でコンポジットして準備。fts形式で保存、時間と感度と温度をファイル名とする。撮影画像をダークを引いて処理し、現像する。
  2. コンポジット
    10分露光の画像はダークを引いた後に加算でコンポジット、露光5分以下のものは（ダークを作ってないので）そのまま加算コンポジット。基準点は対象を挟めば真ん中寄りの星像が小さめで明るい星が使いやすい。アクティブ画像から指定で10ピクセル以内。
  3. フラット処理
    フラット画像を2枚コンポジット後、ぼかし（平均値、半径5、強さ1）をかけて準備。すべての撮影画像をコンポジット後に1回だけフラット補正を行い、わずかに残る周辺減光はソフトで補正。
  4. カラーバランス調整
    バックグランドの部分と一番明るい星の部分を使って、ピクセル情報ツールの平均でカラーバランスを調整する。
  5. デジタル現像処理
    ガンマ補正を0.5とし、レベル補正を画像の暗部-明部をぎりぎりにする。デジタル現像のハイライトはレベル最大値を若干下回る値（-5）位で、エッジ1.0としている。
  6. 画像保存
    Photoshopで仕上げるため、別名で保存で、tif形式、16bit、日付_対象名_コンポジットした分×枚数をファイル名とする。
  7. 最終調整
    Photoshopでトーンカーブ調整とアンシャープマスクをかけ、派手目に仕上げる。お好みにより、明るさ調整やNeatImage（ノイズ処理）、カラーバランス処理も行う。
  8. 印刷
    プリンターによって色味が合わないので、主に明るさとカラーバランスを調整し、画面に合うよう出力。

'09/10追記。Webで調べると、色々と良い方法が見つかったので、忘れないように書いておきます。
ソフトはステライメージ5とPhotoshopCS
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