ソーラーカメラ徹底比較：水素アルファと白色光で4つの天体カメラをテスト

はじめに

太陽撮影用カメラの選択は、スペックシートが示す以上に繊細な問題です。ここでの目的はシンプルです。100mm f/7の水素アルファ屈折望遠鏡やより大型の白色光屈折望遠鏡など、太陽面全体の撮影からプロミネンスや表面ディテールのクローズアップまでをカバーする中で、どのカメラが最も望遠鏡に合うのかを見極めることです。

検証方法は理論と実地テストの組み合わせでした。同じカメラをすべての焦点距離の組み合わせで入れ替え、バーローは1.75倍、2.5倍、4倍を使用して、太陽面全体とプロミネンスや表面のディテールのタイトなショットを撮影しました。すべての撮影はSharpcap Proを使用し、16bitのSERファイル、10msの露出、ヒストグラム75%になるようゲインを調整して行いました(白色光ではより短い露出の場合もありました)。AutoStakkertで2,000フレーム中の最高200枚を選択し、フラットはDaystarのフラットキャップで撮影し、Seeingが変動する数日間にわたりImPPGでは同一の設定を使用しました。

カメラのスペックは太陽撮影にどう生きるか

決定的なスペックとなるのは、センサーのピクセルサイズであることが判明しました。量子効率は一般的なソーラー用センサー間でほぼ同程度であり、大きな差別化要因ではありません。また、グローバルシャッターが高く評価されがちですが、実際の結果ではローリングシャッターとグローバルシャッターの違いは、一般的に言われるほど重要ではないことが示されました。しかし、フルウェル容量は太陽のコントラストにとって本当に重要です。

マッチングの法則は、焦点距離を口径で割った値に基づき、ピクセルサイズの3倍のサンプリング係数を目標とします(波長によってスケール:水素アルファは0.656マイクロメートル、白色光は0.54)。実際には、小さいピクセルサイズは小さい焦点比に、大きいピクセルサイズは長い焦点比に適しているということです。常に守るべき安全上の注意点として、適切な太陽フィルターまたは専用の太陽望遠鏡なしで太陽を絶対に見ないこと、そして水素アルファのエタロンフィルターは太陽フィルターではないことを忘れないでください。

ZWO ASI174MM(IMX174)

ASI174MMは太陽撮影で長年にわたり人気の機種であり、高倍率ではその理由がよくわかります。4倍のPower Mateを使用したf/28では、IMX174が明確な勝者となり、理論どおりの結果でした。f/7屈折望遠鏡、4倍Power Mate、このカメラの組み合わせは、Astronomy Picture of the Dayに選ばれた実績さえあります。

難点は5.86ミクロンのピクセルで、ネイティブのf/7では単純に大きすぎます。f/7での太陽面全体の水素アルファ撮影では、このカメラは最下位にランクしました。カメラ自体の欠点ではなく、低い焦点比では光学的にミスマッチだからです。安定したSeeingで高倍率に挑戦できるときにこそ輝きます。これは珍しい条件ですが、実現したときの結果は圧巻です。

QHY5III174M(IMX174)

QHY5III174Mは、ZWOの同等機と同じSony IMX174センサーを採用しており、テストでは両者はほぼ同等の動作を示しました。ここは強調しておくべき点です。同一センサーであっても、カメラメーカーによって同じセンサー機能が有効化されていなかったり、メモリーを追加していたり、フォームファクターやチルト調整のような付加機能が異なることがあり、同センサーのカメラが自動的に同一であるとは限りません。

姉妹機と同様に、このカメラはネイティブf/7および1.75倍バーローでは最下位あたり、2.5倍では中位に並び、4倍Power Mate使用のf/28で真価を発揮しました。太陽撮影のセットアップが長い実効焦点比で運用されるなら、注目すべきセンサーファミリーです。

Player One Saturn(IMX533)

IMX533を搭載したPlayer One Saturnは、太陽面全体の撮影において最も便利な万能機として頭角を現しました。正方形の3.76ミクロンピクセルグリッド上におよそ900万ピクセルを備え、1回の露出で太陽全体を余裕を持ってカバーし、プロミネンスの構図にも余裕があり、ワンステップで常に非常に魅力的な画像を生成しました。

2.5倍Power Mateを使用したf/7では、水素アルファと白色光の両方で1位となり、理論と一致しました。また、IMX290より約50%多いフルウェル容量と4倍の解像度を備えています。弱点は1つだけです。フルセンサーサイズではフレームレートが約29fpsに低下しますが、それでもこの組み合わせは、より広い視野とカメラの他の特性が補って余りあるため、最高クラスの太陽面全体の撮影結果を生み出しました。

Player One Mars-C(IMX290)

2.9ミクロンピクセルのIMX290をベースにしたMarsは、ネイティブf/7で最もシャープなパフォーマーであり、まさに理論の予測どおりでした。低倍率の水素アルファでは1位となり、テストしたどのカメラよりも多くのディテールを提供しました。その代償がフレーミングです。太陽面全体を撮るには5枚または6枚のパノラマ(モザイク)が必要となり、1回の撮影よりも時間がかかり、ミスも起きやすくなります。

1.75倍バーローでは1位または僅差の2位でしたが、焦点比が上がるにつれて順位を落とし、f/28では最下位でした。Player Oneの内蔵チルト機構も見逃せません。チルト調整は、ダブルスタックの水素アルファシステムにおけるニュートンリングの軽減に役立つからです。

あらゆる焦点比での実撮影結果

水素アルファと白色光の両方で、傾向は驚くほど一貫していました。ネイティブf/7ではIMX290がリードし、IMX533がワンショットの手軽さで僅かに続きましたが、IMX429とIMX174は後塵を拝しました。1.75倍バーロー使用のf/12.25では、IMX533とIMX429が上位に躍り出ました。2.5倍Power Mate使用のf/17.5ではIMX533が優勢でした。そして4倍Power Mate使用のf/28では、IMX174が明確に最高でした。

新しいIMX462について一言。IMX290とフレームレート、解像度、ピクセルサイズ、ADCを共有しながら、QEが高く、読み出しノイズはわずかに低いものの、フルウェルははるかに小さく、およそ5分の1です。近赤外の利点が無意味なモノクロの太陽撮影では、IMX290のほうが依然として良い選択かもしれませんが、確認には並べてのテストが必要でしょう。

ソーラーカメラ購入者へのアドバイス

いくつかの基準が極めて重要です。モノクロを選び、カラーは避けましょう。水素アルファは単一波長であり、モノクロのほうが感度とディテールに優れます。ピクセルサイズを焦点比に合わせること。これが技術的に最も重要な判断です。フレームレートを優先しましょう。Seeingを凍結させるために露出は10ms以下に保ち、可能であれば少なくとも60fpsを目指します。ただし、太陽面全体の撮影は遅くても他の利点で勝つことはあり得ます。コストは人それぞれですが、購入可能な範囲で最高のカメラを買いましょう。

有用な追加要素としては、余裕のあるフルウェル容量(コントラストには不可欠と言えるでしょう)、太陽は丸いため正方形のセンサー、そして1ショットでの太陽面全体のカバーが挙げられます。グローバルシャッターとローリングシャッターの違いは実際には重要でないことが判明しました。内蔵チルト対応とオフセット調整は便利な機能であり、Player Oneのカメラは内蔵チルトを備えています。

カメラ以外では、540nmのコンティニュアムフィルターは白色光で驚くほど効果的です。質の高いハーシェルプリズムは、屈折望遠鏡のフロントブロードバンドフィルターを一般に上回ります(LuntとBaaderの両プリズムがおすすめです)。Lunt式のエタロン搭載望遠鏡はUV/IRカットフィルターを必要としません。フラットキャップでのフラット撮影は明るさの均一性を向上させます。最適な撮影時間帯は通常、太陽が地表を熱する前の日没直後ではなく日の出直後です。そして、良好なSeeingが常に最重要要素であり、いかなる機材の選択をも凌駕します。

まとめ

最適なソーラーカメラは、撮影スタイルによって異なります。ネイティブf/7の水素アルファと低倍率なら、太陽面全体のモザイク撮影を受け入れられるのであれば、IMX290ベースのカメラが最もシャープなディテールを提供します。1回の露出での太陽面全体の撮影と2.5倍のパワーなら、IMX533が最も便利な強力なパフォーマーです。そして、優れたSeeing下での高倍率なら、IMX174カメラが今なお基準です。ピクセルサイズを焦点比に合わせること。それがすべてを変える教訓です。