冷却CMOSカメラ ASI6200MM Pro

2022/05/19 更新


1.ASI 6200MM Pro
2.望遠鏡との接続
3.試写 
4.フラット補正がうまくいかない
5.スケアリング調整
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1.冷却CMOSカメラ ASI 6200MM Pro

  ASI 6200MM Pro (ZWO)


 光学系  焦点距離 写野  ビニング  画素 1画素   スケール 使用フィルター
ε250C(タカハシ)  850mm  2.43°× 1.62° 1×1 9576×6388 3.76 μm 0.91″/pixel LRGB(Astrodon Gen2 TシリーズLRGB)
Hα(半値幅 7nm・Baader) 
OV(半値幅 8.5nm・Baader) 
2×2
4788×3194 7.52 μm 1.82″/pixel
コーワPROMINAR500nm F5.6 FL 
TX-07T 使用 
 350mm  5.89°× 3.93° 1×1 9576×6388 3.76 μm 2.20″/pixel
2×2 4788×3194 7.52 μm 4.40″/pixel
・ASI6200MM Pro は、CMOSにIMX455 を使用しており、1 画素が 3.76μmであること(STL-11000Mは 9μm, QHY16200A は 6μm)、低ノイズであることが導入した理由である。ガイドカメラは ASI120MM mini を使用。
・ファイルサイズは FITS 16bit 整数 119.484MB(1x1)、29.878MB(2x2)。

2望遠鏡との接続

 @ カメラの構成

ASI 6200MM + EFW + OAG + ASI 6200MM 用テーパーリング接続キット」 をタカハシε250C または コーワ PROMINAR 500mm F5.6 FL と接続
 ε250C の場合    接続  メーカー
ε250C 補正レンズ     M92  タカハシ
 98-92L3  変換リング  M92-M98  タカハシ
 βSGR  フォーカサー  M98  ダイイチ
 カメラ接続リングA  接続リング  M98-M54  タカハシ
 ASI 6200MM 用テーパーリング接続キット    M54  K-Astec
 M68 OAG  オフアキシスガイダー    ZWO
 EFW 2" 7  電動フィルターホイール2インチ×7    ZWO
 ASI6200MM Pro      ZWO
・フランジバックは 82.4mm (正規 82.4mm)
・この組み合わせでは、OAGのガイドカメラ固定ネジ・OAGのピント調節ヘリコイドのロックネジの両方がβ-SGR と干渉するのでロックネジの位置を変更した。
・この組み合わせでのケラレは特注アダプターによって接続した STL-11000M より若干多い。



コーワ PROMINAR 500mm F5.6 FL +TX07-T の場合  接続  メーカー
TX-07T 本体+付属TX10C-TC    M54      コーワ
 ASI 6200MM 用テーパーリング接続キット    M54  K-Astec
 M68 OAG  オフアキシスガイダー    ZWO
 EFW 2" 7  電動フィルターホイール2インチ×7    ZWO
 ASI6200MM Pro      ZWO
・フランジバック 91.0mm (正規 91.0mm)
・TX07-Tを使用時は f.l. 350 mm F4.0

 A 撮影ソフト

ASIStudio

 ZWO のサイトから download できる純正ソフト。最小限の撮影が安定してできるが機能的に MaxIm-DL や NINA に比べ不足しているので使用していない。


MaxIm-DL Pro (Ver 5.12)

 数回撮影したが、時々ASCOM driver の Error がおこった。 露出が終わり画像を Download するとき、 MaxIm-DL から ASCOM driver の Error メッセージが表示された。Download された画像は保存されない。その後 MaxIm-DL は撮影を中断する。撮影をそのままスタートすると通常通り撮影は始めから続行される。しばらくするとこの Error は頻繁におこり始める。カメラの接続を OFF にして MaxIm-DL を再起動させると Error の頻度は少なくなるが限られた撮影時間を無駄に使った。Ver5 のためか、 Ver 6 にすると解決できるか不明である。MaxIm-DL は高価であるので Ver 6 への Update は安易にできない。
 MaxIm-DLによるASI 6200MMの冷却温度コントロールは撮影中の1℃程度の変動があった。しかしASCOM driver Ver6.5.1.12 にアップデート後、温度変動は小さくなった。温度変動がの影響は ノイズが非常に少ないのでこの影響はほとんどないと思われる。

ASI 6200 MM  ASCOM  ASCOM Driver (Ver6.5.1.12) ASI Camera
フィルターホイール  EFW 2" 7 (ZWO) ASCOM  
オートガイダー
 PHD2   ASI 120MMmini
フォーカサー  βSGR  ASCOM (ダイイチ) Auto Focus でβSGR動作後に露出開始までの遅延時間が認識されずブレた画像で Focusを決定してしまう
導入    撮影画像をMaxIm-DLのPinpointAstrometryで中心位置を解析  
 自作ソフトで SuperStarWと連携 
 撮影した現在位置をSuperStarW上に表示
 目的位置へSuperStarWで位置修正
・ノートパソコン: Window7 (32bit)では1x1のときハードウエア―エラーのため使用不可(USB2.0)であった。


N.I.N.A (Nighttime Imaging 'N' Astronomy)

 システムを構築して数回試行したが非常に安定している。MaxIm-DL 5での撮影に慣れているせいか初めは使いにくさを感じたが何とか撮影できた。現在撮影に使用。トラブルは皆無。
ASI 6200 MM  ASCOM  ASCOM Driver (Ver6.5.1.12) ASI Camera
フィルターホイール  EFW 2" 7 (ZWO)ASCOM  
オートガイダー
 PHD2  ASI 120MMmini
フォーカサー    βSGR (ASCOM) をASCOM Device Hub経由で接続          Auto Focus が安定して使用できる。
Auto Focus の他に Bahtinov Mask の解析ができる(短時間で合焦できる)        
NINAによるβ SGRシリーズのオートフォーカス動作について - YouTube
NINAとβ SGRシリーズの接続設定について - YouTube
導入    撮影画像をMaxIm-DLのPinpointAstrometryで中心位置を解析 MaxIm-DL を起動しなければならない
自作ソフトで SuperStarWと連携  
 撮影した現在位置をSuperStarW上に表示
 目的位置へSuperStarWで位置修正
・ノートパソコンは HP 4540s Windows10 (64bit Corei5 2.5MHz メモリー8GB:USB3.0)では特に問題なくカメラを制御できた。
・NINAはWindows7に対応していない。
・ASCOM Platform(Ver6.5)
・SuperStarWの最新版はXであるがWには天体案内表示機能があり便利なので使い続けている。Windows10 でも問題なく動きも軽い。天体案内ファイル(Option file)を自分で作ることにより、彗星の位報や星空案内など、さまざまな表示ができる。 各種マーク、実線、点線、矢印などがあり、文字列も表示できる。しかも天体案内ファイルを更新すると即、星図に表示される。この機能を利用して事前に構図等を登録しておき自動導入する。Xではユーザーが作る機能がなくなってしまった。

SuperStarWに表示した焦点距離 850mm の写野。PinpointAstrometry で解析した写野中心の位置を▲現在位置として表示する。緑の枠は事前に作成した写野。少し面倒だが▲現在位置で同期して☆目的位置に自動導入する。
・PlateSolver2、Cartes du Ciel は試行中

 B OAG のプリズム位置の調整

 オフアキシスガイド用のプリズム位置は調整ができる。光軸に近すぎるとケラレを生じ、遠くなるにつれてガイドカメラへの光量が少なくなる。カメラ一式を望遠鏡に取り付け、カメラのみを外して目視でケラレのない位置に固定する。微調整はフラット画像の撮影の要領で確認する。
 調整中にプリズムの支持部?の先端の反射光がかなりあるので反射防止用の植毛紙を貼った。

 C カメラの光漏れ

EFW のモーター取り付け部の隙間から光が漏れることが確認できた。夜間の撮影では影響は少ないと思われるが、明室での Dark や Flat 撮影では影響があると思われる。モーター回転軸を避けてシールを貼って対応。

 D CMOSの結露

ASI 6200MM を防湿ケースに保管しておく。カメラ内蔵のヒーター使用することができる。ヒーターの操作はASCOM driver でおこなう。ヒーター OFF で撮影後フィルターの清掃中にカバーガラスの周辺部に結露を疑うようなシミがあったので以後ヒーターはONで使用する。

 E その他

・USB3.0接続でダウンロード時間は短いがファイル保存時間を含めると 1x1 で約6秒、 2x2 で約2秒であった。
・カメラ本体の USB2.0 HUB でガイドカメラ ASI 120MM mini やフイルターホイールを使用しても画像の乱れや誤作動等はなかった。
・収納 防湿ケースに乾燥剤とともに保管。このケースに入れたままフィルタ清掃などのメンテナンス等を行う。



3.試写

 @ Bias

・納品後の初期動作の確認で Bias 1x1 の画像のヒストグラムに山が2つあることが確認できた。現れ方は不規則で何回も撮影しているとヒストグラムが1山になることがあった。1山のときの Bias は非常に低ノイズで、今までに使用したCCDカメラの Bias の比ではない。ところが2山のBias になると画像が乱れて明らかに不良と思われた。このため販売店に対応してもらい解決したが ZWO での修理(基板交換)に2ヶ月半の日数がかかった 。

 Bias画像のヒストグラム


 Bias のヒストグラムが1山のとき。                         Bias のヒストグラムが2山のとき


 A Dark 

Drakを300秒露出(-10℃冷却)では輝点ノイズは存在が確認できる。Dark の減算処理は必要である。

Dark 処理の結果(冷却温度-10℃) 

4フラット補正がうまくいかない

フラット補正は可もなく不可もなく実用できる程度に行っていたが、あるときフラット補正が甚だしく合わなくなった(図1)。フラット画像を再撮影したりすべてチェックしたが解決できなかった。特徴は、

@.カメラ内のケラレの大きな周辺部でおこった。
A.撮影日によって出方が異なる。
B.フラット補正した画像と この画像を180°回転した画像を加算平均するとほぼ完璧にフラットになる(天体は2重になるが)。
C.カメラ、鏡筒、フード内の光漏れ、迷光をチェックしたが解決できない。

図1 フラット補正後に光害による光害による傾斜カブリを除去後の画像

 試行錯誤の結果、原因がわかった。「カメラを望遠鏡に接続するテーパーリングの隙間が原因であった」
テーパーリングは構造上、光軸に垂直方向にわずかに隙間がある。すなわちテーパーリングメスの内径とテーパーリング外径の大きさの違いのことである。この隙間は 0 mm にすると脱着できなくなってしまう。3本のテーパーリング固定ネジの締め方によってこの隙間ができる場所と量が違う(図2)。これが原因であればフラット画像をソフト上でシフト(平行移動)させればこの問題は解決できるのではないか。この仮説を検証するためにソフト上でフラット画像をシフトしてこのフラット画像でフラット補正をしてみた。

図2 テーパーリングの隙間(隙間は誇張してある)


結果
 フラット画像をシフトしたものを使ってフラット補正を行うと図4のように大きなムラはなくなった。シフトの大きさは試行錯誤して最適なものを使った。さらに、テーパーリング固定ネジを締める順番を変えて隙間の位置を変化させながらフラット画像を試写した。このフラット画像でフラット補正するとマッチングするフラット画像があった。いくつかのフラット画像の中には図1のようになるフラット画像もあったことから原因が「テーパーリングとテーパーリングのわずかな隙間」であることがわかった。
フラット画像のシフトはStellaImage 8 を使った。フラット画像を開き、同じ大きさの新規画像を作る。コンポジットでフラット画像と新規画像のコンポジットをおこなう。このときフラット画像のシフトを設定してコンポジットは加算を選び実行する。

図4 フラット画像をシフトしてフラット補正した画像 
X方向 39pixel (=0.14mm)、 Y方向 35pixel(=0.13mm)


結論

フッラト補正がうまくいくための対策

フッラト撮影と天体撮影のときの隙間の位置をいつも同じにする。

そのためには、
@.天体撮影をしたらカメラをはずさないで毎回フラット画像を撮影する。フラット画像を毎回撮影することはかなりの時間的な負担がある。
A.フラット画像を使いまわしする場合は、テーパーリング固定ネジを締める順番を決めておき隙間のできる位置を常に同じにする。
B.フラット補正後図1のようなパターンが出てしまったらソフト上でフラット画像をシフトしてフラット補正する。

Bの方法は、変な筋状のパターンが現れる(図5)。フラット補正はPixelごとの感度ムラを不正する機能もあるのでこの影響と思われる。従って、@かAの方法が対策として実用できる。フラット画像の使いまわしを意識した場合はAの方法が考えられる。Aの方法が実用できるか試行してみた。この結果、
対策Aを行い、テーパーリング固定ネジを締める順番をフラット画像撮影のときと同じにして天体を撮影することによって現在問題なくフラット補正ができた。
カメラの光軸に垂直方向のシフトによる影響は、周辺部のケラレが大きな場合に顕著に現れる。たかが 0.15 mm でも!。特にε250CとASI620MMの接続システムでは内部のケラレが大きい。STL-11000Mは開口部を大きくとったので影響は少ない。QHY16200AではCCDの大きさが小さいのでケラレの影響が小さい。

図5 縦方向のむら(黒いスジ)
  

5スケアリング調整

 ASI 6200MM のセンサーチルトアダプター(スケアリング調整プレート)を外してEFW(電動フィルターホイール)とOAG(オフアキシスガイダー)を取り付けるのでユーザーでスケアリングを調整する。スケアリングはASI 6200MM 用テーパーリング接続キット(K-Astec) で調整する。初期設定の状態でレーザー光で調べたらほぼ合っていたので微調整を行った。このテーパーリングはスケアリング調整ネジをわずかに締めるだけで容易に変形する。調整後に平面ガラスを押し当てて変形に気づいた。このため、調整を再びやり直して最終的に変形していないことを確認してスケアリングを終了した。この変形に気づかないで使用するとカメラを望遠鏡に取り付けるとき3ヵ所のテーパーリング固定ネジの締め付けの強さによってスケアリングが簡単に狂ってしまうので注意が必要である。
スケアリング調整は CMOSにレーザー光を当て、CMOSの反射光とマウント部に置いたガラス板の反射光を利用して行った。レーザーはペン型の安価なものを利用した。
K-Astec ASI 6200MM用テーパーリング接続キットのスケアリング調整機能を使い調整した。なお、スケアリング調整方法は星の牧場2 http://ml29050.cocolog-nifty.com/blog/ に詳しく解説されており、この方法を使わせていただいた。