t惑星撮影用
 可変式大気色分散補正
  ウエッジプリズムの試作
( Planetary Atmospheric Dispersion Corrector with twin Wedge prism )
2007/06/11(2007/07/11追加) 追記(2013/06/14) と言うほどのものではないのですが、私のこの記事を参考にしていただいているのはありがたいことなんです。
 でも、最後まで見ていただけ無い方が多いようで、ウエッジプリズムの組み合わせを、最初は1度と2度の組み合わせで作りましたが、直ぐに1度と1度の組み合わせに変えております。
 タイトルが長いほど難しいことはしていないのですが、低空の惑星を撮影したときに生じる大気による色ズレを補正することです。

 以前にも書いてはいるのですが、より進化?した形を作ってみました。
 今回のウエッジプリズムは、検眼用ではなく眼鏡用そのものの特注品です。
 星仲間の眼鏡屋さんによるもので、ガラス(BK材?:K3 屈折率1.525だそうです)製で偏角1度と2度の2枚を作っていただきました。眼鏡用のUVカットマルチコートがされています。

 当初は、以前の方法と同じシステムでの利用を考えていたのですが、あちこち覗いている間に、ケンコーフィルターのバリクロスフィルターに辿り着きました。

バリクロスフィルターは平行線を刻んだ2枚のフィルターを、それぞれ回転させることにより、あらゆる光源にクロス(とは限らない)の光芒を生じさせるものです。
 この「2枚のフィルターをそれぞれ回転させる」ところがみそで、フィルターの代わりに2枚のウエッジプリズムを入れ、それぞれ回転させることによって、連続的に色分散の量を変化させることができるのです。

 ケンコー・バリ・クロスフィルターの1枚はセットリングで簡単に外れたのですが、奥(カメラレンズ側)にあるフィルターはセットリングを外しても出てこなくて、フィルター摺動回転部の方が小さくて取り出せず、また分解方法がいくら睨んでも分からず分解できませんでしたので、仕方なく奥のフィルターは力尽くで割って取り出しました。
 奥に入るウエッジプリズム(偏角1度)は直径を小さくしてもらい、ボンドで枠にくっつけてしまいました。もう1枚(偏角2度)のウエッジプリズムは普通にセットリングで固定しています。
 今回のシステムでは、本来、偏角2度のウエッジプリズム2枚があれば、偏角0度〜4度の効果を得ることができ、ちょうど良かったのですが、最初に述べたように、以前の方法を予定していたために、偏角1度と2度のウエッジプリズムの組み合わせとなり、効果は偏角1度〜3度となりました。
(後に1度と1度のウエッジプリズムに変更しました。)

 ケンコー・バリ・クロスフィルター枠は全長17mmあり、フィルターボックスなども持っていなかったので、5mm厚のアルミ板と、ビクセンのアダプターリングを利用してフィルターボックス?を作ってみました。
 なにせ格好は悪いですが、節約のおり、実用優先工作です。


 撮影の実際
 現時点の撮影システムはLRGB法での惑星撮影に使用しており、モノクロモードのDMK21AF04では変化量を確認できませんので、PHILIPS ToUcam PROのカラーモードで、その効果を確認しながら補正量を見ています。
 もちろん、DMK21AF04にもその効果は必要です。


 惑星撮影用ウエッジプリズムに必要とされているものは、

1、惑星の地平高度によって連続的に大気色分散を補正できる。

2、時間とともに変化する重力軸と望遠鏡の視野の傾きの差を補正するために、ウエッジプリズムの作用軸を回転し合わせることができる。

3、光軸の変化を起こさないウエッジプリズム、つまり偏角を生じなくて、色分散のみ起こすもの。(今回のシステムでは不可能です。)

4、ウエッジプリズムの面精度やコーティングの種類なども考慮が必要

 とにかく?今回のシステムは今までのものよりも随分と進化しているはずだと思っています。
 しばらくはこの「バリ・ウエッジ」で惑星撮影を続けてみたいと思います。

 バリ・ウエッジを通して撮影した木星(LRGB) 2007/06/07-13h18m(UT) 20cm Dall-Kirkham & DMK21AF04 & ToUcam PRO



おまけ
 「 ウエッジプリズムの必要性」

 右の土星像は、2007/03/23に、ソフィア・堺天文台の60cmとATK−2Cで撮影したものです。
 シーイングも良くて詳細が写ってはいるのですが、如何せん、ウエッジプリズムと赤外カットフィルターを使用していない(用意していなかった)ため、60cmの能力が十分に発揮されていません。
 カラー画像を見ても大気色分散の影響は、色のにじみとして捉えることはできませんが、RGBの各プレーンを比較してみれば分かります。
 土星はこの時、地平高度70度を超えており、見た目で大気色分散が見えない状態で、撮影時のモニターでも、特に見えることはありませんでした。

 R画像とB画像を比較すると、B画像のカッシーニの隙間は、本体手前で大きくボケており、隙間がかすかに判別できる程度になっています。
 しかし、土星本体の上部を見るとR画像とB画像は位置もピタリと合っています。
 つまり、B画像は青色光と赤外漏れを起こしている近赤外部までの広い波長域を捉えているので、大気色分散方向に縦に長く写っているのです。
 それでは赤外カットフィルターだけで良いと思われるかもしれませんが、B画像の土星本体手前にあるカッシーニの隙間をじっくり見てください。
 R画像と比べるとかすかに写っている隙間はR画像よりも極僅かですが上に位置しています。
 B画像で見える微かなカッシーニの隙間は、近赤外の像で、青色光によるカッシーニの隙間は全くと言っていいほど写っていないのです。
 これはフィルターワークで単色光の青色だけで撮っているからと言って、ウエッジプリズムをおろそかにしていると、青色光波長域だけでも色ズレ(波長ズレ)は生じて、ボケ画像を得ていることになります。

 最近の高解像惑星写真の撮影はここまで?必要になってきたと言うことでしょうか。
 ただ映像的に青色画像は人間の眼には分かり難いので、少々ボケていても気付かないことが多いです。
 まあ、どちらにしても必要性を感じなければ必要ないと思いますが、高解像での惑星写真には必要不可欠と思って、私自身は使っています。


追加(2007/07/11)
 大気による色分散量と、現在の光学系による補正分散量を計算してみました。
 とは言っても、計算はフリー(一部)のソフトを利用させていただきました。感謝いたします。
 大気の色分散量は「PlanetPrism」(一部フリーソフト)で、光学系の分散補正量は「POPS」(フリーソフト)の両ソフトの力を、お借りしました。ありがとうございます。
 
バリプリズムは偏角1°のプリズムを再度作っていただき、1°x2枚の構成になりました。
 よって、バリプリズム効果は 0°〜2°になりました。地平高度15°ぐらいが補正限度のようです。

天体の地平高度(°) 90 75 65 60 50 40 30 20 10
大気分散量(R-G)(角度秒) 0.00 0.08 0.15 0.18 0.26 0.38 0.55 0.87 1.80
大気分散量(G-B)(角度秒) 0.00 0.17 0.29 0.36 0.53 0.75 1.09 1.74 3.61
大気分散量(R-G-B)(角度秒) 0.00 0.25 0.44 0.64 0.79 1.13 1.64 2.61 5.41
10m焦点での大気分散量(μm) 0.00 12.1 21.3 26.2 38.3 54.8 79.5 126.5 262.3
バリプリズムの作用線開角度(°) 180 170 160 150 140 110 0
10m焦点でのバリプリズム分散量(μm) 0.0 19.8 40.2 59.4 79.8 124.8 224.4

 nc線=R:656nm 、nd線=G:588nm、ng線=B:436nmで計算しました。
 バリプリズムのガラス材は、ショット社のK3ガラスデータで計算しました。
 私がよく使う20cm合成F50、合成焦点距離10mを想定し、焦点の手前250mmのところにバリプリズムを置いた計算です。
 天体高度60°でも20cmのドーズ値を超えています。

 下の画像は「POPS」光線追跡ソフトによる、天体高度30°を補正するバリプリズムのスポットダイアグラムです。絵として分かりやすいように、ちょっとピンボケにしています。

 実はと言うべきか、当然と言うべきかわかりませんが、光路上に置くプリズムによって色分散だけでなく、非点収差(アス)も生じます。
 下画像は、同じく天体高度30°の時のnd線だけのスポットダイアグラムです。
 かろうじて、5μmの枠の中に入っています。
 PHILIPS ToUcam PROやDMK21AF04で使われている、ソニーのCCD:ICX-98BQ、BLのピクセルサイズとほぼ同じです。

 下のスポットダイアグラムは内外像を見ています。見事な非点収差(アス)が現れています。(上の図とはスケールが違います。)