冷却CMOSカメラ ASI6200MM Pro
2023/03/25 更新
１．ASI 6200MM Pro
２．望遠鏡との接続
３．試写
４．フラット補正 2023 03 25
５．フラット補正がうまくいかない
６．テーパーリングの新規製作 2022 12 23
７．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 ⅠｼﾘｰｽﾞLRGB)
Hα(半値幅 7nm・Baader)
OⅢ(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
① カメラの構成 2022年11月まで
「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
・フランジバックは 82.4mm (正規 82.4mm）
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
・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。
・フランジバック 91.0mm (正規 91.0mm）
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
・TX07-Tを使用時は f.l. 350 mm F4.0
② 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。
・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。
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 SuperStarⅣと連携 撮影した現在位置をSuperStarⅣ上に表示 目的位置へSuperStarⅣで位置修正
・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。
・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。
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 SuperStarⅣと連携撮影した現在位置をSuperStarⅣ上に表示 目的位置へSuperStarⅣで位置修正
・NINAはWindows7に対応していない。
・ASCOM Platform(Ver6.5)
・SuperStarⅣの最新版はⅤであるがⅣ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。Ⅴではユーザーが作る機能がなくなってしまった。
SuperStarⅣ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
③ 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。
④ 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。
⑤ 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。
⑥ 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。
① 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
② 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
光源としてLEDフッラトジェネレーター372mm を使用
LEDフッラトジェネレーター372mm （GEOPTIK社製）の電源はDC12V、光源はLEDである。発光面のムラはかなりあり購入後に閉口した（図１の左）。発光面の直径は 372mm あるが、全面を使えると思ってはいけない。ムラを改善するために以下のように改造した。改造後は比較的実用上良好なフラット画像が得られた。
・周辺部の明るい部分を隠すマスクを作った
LEDフラットジェネレーターは周辺に配置されたLEDが拡散板を照らす構造である。このLEDの配置が周辺部の激しい明るさムラの原因である。周辺部にマスクを作り明るさムラの部分を隠すようにした。ε250c のフードの開口部は315mmにしたのでフラットジェネレーターの発光面Φ372mmをΦ315mmになるようにマスクで隠した（図１の中央）。
・発光面の中心部から周辺部に向かって変化する明るさの不均一を改善する
LED からの光は拡散板にあるイボのような突起に当たるとこれが光源のような働きで全面が輝く構造である。この各部の輝きが場所によって異なるのでムラの原因になる。LED とイボのような突起に当たる角や距離が異なるためである。内部には銀色の反射板（紙）があったがこの反射板を取り去り中心から周辺に向かってグラデーションのある反射板を作り明るさが均一になるように調整した(図１の右）。グラデーションのある反射板はプリンターで作成して写真用紙に印刷したものである。試行錯誤でもっともムラがないものを選んだ（図２）。
図１ フッラトジェネレーターの発光面の様子。 発光面をカメラで撮影したもの。
図２ 新たに作った反射板 プリンターで印刷したものを使用
・その他
フラットジェネレーターの背面には高さ5ｃｍ・大きさ約10ｃｍ四方ほどの突起がありここに電源ケーブルを差し込む。またここにある可変抵抗器で明るさを調整する。この突起は移動観測時の梱包に邪魔になる。また望遠鏡を天頂に向けて明るさを調整するときに高すぎて不便であった。そこでこの突起を切断して平らにして可変抵抗器とスイッチを別のケースに収めた。
フラット画像は基本的に100ﾌﾚｰﾑ撮影してメジアンコンポジットを行う。
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３）。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、
①.カメラ内のケラレの大きな周辺部でおこった。
②.撮影日によって出方が異なる。
③.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）。
④.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３ フラット補正後に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４）。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４ 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５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３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。
図５ 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
フラッ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、
①.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。しかし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。
②.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。
③.フラット補正後図３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。
④.周辺減光が大きな光学系ではカメラのセンタリングの影響が大きい。光軸を修正したらフラット画像は新たに撮影する（特に反射望遠鏡）。
⑤.接続リング内のケラレ等がある場合はケラレの小さい接続方法を考える（作製する）。テーパーリングで接続する場合はオス・メスの隙間のチェックが必要。
③の方法は、変な筋状のパターンが現れる（図６）。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、①か②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②の方法が考えられる。
対策②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（センタリングの誤差）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６ 縦方向のむら（黒いスジ）
フラット補正の精度を良くするために周辺減光の大きな光学系ではカメラのセンタリングを注意深く行うことが重要である。既製品の M54接続のテーパーリングの内径は 49mm で F3.4 のε250C ではケラレが生じている。このケラレのために、周辺光量は写野の端では急激に少なくなりカメラのわずかなセンタリングのズレでフラット補正の精度が極端に悪くなる。写野中心から外側に向けた周辺光量の変化量をできるだけ小さくすることがフラット補正の精度を上げることになる。今回、ケラレを小さくするために新たにテーパーリング・オスを外注によって製作した。テーパー部は K-ASTEC の「ASI 6200MM 用テーパーリング接続キット」のメスをそのまま使用して内径60mm のテーパーリング・オスのみを新たに製作してもらった。このテーパーリング・オスはβSGR にM98 P1.0 で直接取り付ける。またテーパーリング・オスの外径とメスの内径の差(クリアランス）は脱着に差し支えない範囲でできるだけ小さくなるように依頼した。
裏面
正面（テーパー部・左が新規製作））
ケラレの様子
「新規製作テーパーリングを使用して撮影した天体画像」 を 「旧テーパーリングを使用して撮影したフラット画像」で強引にフラット補正をした画像。
周辺部の白い部分はケラレが大きい部分である。
「新規製作テーパーリングを使用して撮影した天体画像」 を 「新規製作テーパーリングを使用して撮影したフラット画像」でフラット補正をした画像。
正常にフラット補正が行なわれてる。
新規製作したテーパーリングでフラット補正を行い LRGB 合成をおこなった。強調処理してもフラット補正の誤差がきわめて小さくなった。ただし、テーパーリングのネジを締める順番は４で述べたように天体画像とフラット画像撮影で同じにしている。
「ASI 6200MM + EFW + OAG + ASI 6200MM 用テーパーリング接続キット・テーパーリングメス + 新規製作テーパーリング・オス」 （ コーワ PROMINAR 500mm F5.6 FL と接続は変更なし）
・フランジバックは 82.4mm (正規 82.4mm）
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 新規製作テーパーリング・オス 接続リング M98 新規製作 ASI 6200MM 用テーパーリング接続キット・メス 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
フラット画像の比較
7．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。カメラ、EFW、OAG の工作精度が良いのでスケアリング調整量は非常に小さくスケアリング調整は容易であった。
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。
