CEM60EC使用報告
本報告只針對CEM60EC，非CEM60。如果你不知道二者間的差異，你不是本文所設定的讀者群。
使用期：2014/05至今。照片例：
http://www.asiaa.sinica.edu.tw/~whwang/gallery/picutres/IC1805_1848_hxPer_2014.htm
http://www.asiaa.sinica.edu.tw/~whwang/gallery/picutres/Veil_2014.htm
http://www.asiaa.sinica.edu.tw/~whwang/gallery/picutres/California_wide_2014.htm
http://www.asiaa.sinica.edu.tw/~whwang/gallery/picutres/M45_wide_2014.htm
比較對象：高橋EM200
美國官方售價, 不含腳：CEM60EC = $3899，EM200 = $6690，約為1:1.7。
載重：CEM60EC = 27kg，EM200 = 16kg。
本體重量：CEM60EC = 12.3kg，EM200 = 15.5kg。
概略感想：
CEM60EC基本上物有所值，操作與架設都算簡單快速，適合移動觀測，追蹤精度高，但其製作與細部品質離日系產品有一段距離，頗有一分錢一分貨的意思。CEM60EC很多設計與既有赤道儀不同，但這些新設計未必真能改善使用體驗，或許是設計本身的問題，也或許是製造或品管問題。
設計方面，最顯著的例子是極軸體的方位與仰角微調並不順暢。方位角方面，要解鎖後才容易微調，但重新鎖緊後往往會看到極軸方向與鎖緊前略有不同。仰角方面亦有此問題，而且微調仰角時也會引發方位角變化。這樣的問題對高橋使用者來說幾乎不存在，而也因為微調不易，導致極軸校對無法完全發揮極望應有的精確度。以CEM60EC的極望倍率來說，假設刻度盤倍率正確且經過校正，應可達到1角分左右的精度。但因為方位與仰角微調不易，要真達到1角分的結果會需要相當大的耐心，換句話說是會需要失去不少寶貴的夜間時間。
極望本身也可以找到若干不盡理想處。譬如，暗視野照明器雖是連接在極望上，電源線卻需要外接而不是埋在赤道儀內，且每次使用時都要拆裝。此外，我所拿到的這台CEM60EC，在赤經體時角歸零後，極望內的十字線並非剛好垂直與水平。據蔡逸龍同好說，他的CEM60EC沒這問題，所以這很可能是出廠時的品管問題。為此，我得自行設法校正十字線。iOptron事後從南京寄了一個極望的水平汽泡環給我，這有助於我校正十字線後標記正確的水平位置。不過該汽泡環會跟極望上的暗視野照明器打架，我經過一番土法加工後才能順利安裝。這些，都顯示出CEM60EC在設計或製造上不夠細心之處。而這也還是要回到一分錢一分貨這件事，要體驗日系赤道儀才有的貼心細節或順暢操作，就得多花錢。
除了以上與極望相關的兩點，操作方面，我對CEM60EC並沒有其它的大抱怨。它的赤精與赤緯鎖緊機構與傳統赤道儀不同，美國有部份同好對此有很大的抱怨，有的則OK(包括我在內)，難說是設計還是品管問題，或者只是使用者不習慣。我覺得鎖緊螺絲的設置位置不夠順手，但這也可能只是我用不慣而已，不能說它不好。
另一個CEM60EC的“特點”(難說是缺點)是赤緯無法指向南極(對北半球使用者來說)：赤緯體轉到接近-90度時會被擋住，不能一路從-90度轉過去。換句話說，從預設位置(+90度)，赤緯體永遠不可能旋轉超過180度。因為CEM60EC上的鳩尾槽座方向固定，如果赤緯體不允許超過180度的旋轉，對於希望使用兩個鏡筒水平配置的同好就會有麻煩，有可能需要使用兩個鳩尾槽座，其中一個先把鳩尾槽座的預設方向從赤緯+90轉到0度，然後再在上頭水平放置兩個鏡筒各自指向+90度。這一點或許可透過軟體來克服，但我不清楚現有版本的軔體或ASCOM驅動程式是否可以處理。
操作上，CEM60EC具體的優點有：組裝簡單；赤經赤緯解鎖後齒輪非常滑順，平衡非常好抓；省電；安靜；高速運轉速度夠快，而且導入精度相當好；ASCOM驅動程式夠好用。
載重：
對於CEM60EC是否真能載重60磅(27kg)，我個人是存疑的。當然，載不載得動是一回事，追起來準不準或運作順不順暢是另一回事。同一部赤道儀，有人拿來載大傢伙眼視可能覺得很OK，有人拿來載小傢伙做高難度攝影可能覺得不夠好。如果是我拿它來攝影，我不會在上頭放超過20kg的東西。以我拿它承載高橋ε-180ED為例，下方約需19kg的重鎚(但沒放到底)才能平衡，一般的追蹤與導星不成問題。但要是在鏡筒前接上遮光罩，因為截面增加，對風的耐受力就顯著下降，穩定度明顯不如EM400，可能只能跟EM200打平。這是為什麼上面我主要拿它跟EM200比較。CEM60EC的酬載能力，在同一標準之下，很可能只比EM200略高或打平，並不如宣稱值那麼高。
追蹤精度：
這應該是大部份的人最關心的問題。以下基本上只討論赤經，請無視赤緯。
CEM60EC宣稱追蹤精度在0.5秒rms以下，我手上這部機器出廠時所附的測試圖表也確實顯示0.5秒以下的rms誤差。然而，此一誤差是由赤道儀內建的encoder所偵測到的追蹤狀況，不代表就是赤道儀上的望遠鏡所看到的實際狀況。一切還是要以實測為主。
首先是導星追蹤，圖1是實際拍攝中隨機抓取的PHD2導星圖。導星使用Fishcamp Starfish CCD，畫素大小是5.2um，導星鏡焦長是330mm，所以一個畫素約是3.2角秒。拍攝環境是大氣穩定度非常高的Maunakea，當天無風，天氣狀況絕佳。導星曝光時間是2秒，但約每2.9秒才產生一幅影像，所以整張圖的橫軸長度約是10分鐘。
從圖一中可看出，扣掉dither前後星點本來就會產生偏移，CEM60EC導星時可以把星點跳動維持在正負一秒以內，PHD2算出的rms振幅是0.7秒，這是相當好的精度，拍出的照片也完全沒問題。大體上，CEM60EC是部相當聽話的赤道儀，赤緯遊隙問題偶爾會在導星時出現，但機率不高。某種程度上來說，EM400都沒有比CEM60EC還聽話。
再看無導星追蹤，這應該是CEM60EC的重點。如果它的追蹤精度真的有0.5秒的水準，那它可以使用相當長的焦距拍攝相當一段時間而無需導星。以下圖2、3、4分別是一分鐘、三分鐘、與五分鐘無導星追蹤的結果。為避免運氣因素，三種曝光時間各拍兩張。使用的相機是Nikon D800，畫素大小是4.8um，望遠鏡是高橋ε-180ED，焦距是500mm，所以一個畫素約是1.9秒。東西方向是上下，南北是左右。
以上可以看到，曝光一分與三分的結果大體上都沒問題。但到了五分鐘的時候，右邊那張還是很好，左邊卻可以看到星點在垂直方向略有拉長。基本上，以這個光學系統與相機的組合來說，五分鐘是不導星追蹤的曝光時間上限。我當初購買這台赤道儀時，對它的要求是設定在曝光三分鐘不導星。從這個角度來看，CEM60EC完全滿足我的要求，而且還超過。
如果跟高橋的EM400或EM200比的話，CEM60EC的表現可以說是完勝。高橋這兩台赤道儀的追蹤精度都在正負4秒到6秒之間，相當於4到6個畫素，這種誤差在以上照片中是一定看得出來的，而我以EM400實際拍攝的結果顯示，無導星追蹤的曝光時間只要超過一分鐘，就有機會看到拖線。
眼睛利一點的人在圖4兩張照片中，會發現星點的水平位置略有不同，這是極軸不準確造成的赤緯飄移。這完全可以歸咎於我最上面說的，CEM60EC的極軸體微調裝置不易使用。有時候我可以得到很好的極軸校對，赤緯飄移量很小，有時則否。而拍攝以上照片時，正好是極軸對得較不好的那天。
從以上各結果來看，或許我們會說，焦距不超過1000mm時，使用CEM60EC拍攝，很可能可以做到曝光5分鐘以內不導星，這是連高橋的赤道儀都做不到的優秀表現。
另一方面，如果我們把要求提高，譬如使用更長的焦距，或更長時間的曝光，那或許只要透過導星就可以修正可能的誤差，至少圖1所示的導星結果顯示，CEM60EC足以透過導星長期維持1秒以下的追蹤誤差。考慮到絕大多數地點的視相狀況都在1秒以上，追蹤誤差維持在1秒以內其實就很夠了。但問題真的這麼簡單嗎？導星真的就可以讓CEM60EC滿足更嚴苛的需求嗎？
圖1的導星追蹤使用約每2.9秒一次的修正速率，一切看來都很美好。但如果我們使用更快速的導星速度，會看到什麼？以下圖5跟圖6各自顯示曝光時間0.2與1秒(每0.33秒與每1.13秒一幅)的無導星追蹤(不讓PHD2送出修正信號)狀況。兩張圖的橫軸總長都是兩分鐘多。
這兩張圖的赤經曲線都顯示一周期振盪，確切的周期是約5.4秒。這個振盪周期跟常見的導星曝光時間差不多，所以在一般的導星狀況下，此一振盪會被平均掉而看不出來。只有在曝光時間短於1秒時，才會看到此一振盪。根據國外同好的研究，這是CEM60EC內的encoder的數據誤差，術語是sub-divisional error (SDE)。iOptron曾透露他們在設法減少此一誤差，但到目前(2015/01)為止，此一誤差仍然存在，或許未來的軔體更新可以修正此誤差。
假設iOptron無法透過軔體更新降低SDE，這對長焦距的拍攝可能產生衝擊。首先，SDE周期是5.4秒，這個周期非常短，就算導星CCD與軟體可以如圖5一樣每0.3秒就產生一幅影像(顯然這需要夠亮的導引星)，也不表示赤道儀能夠每0.3秒就做出一次修正。我個人不太相信軟體加硬體的整體反應速度可以快到透過導星修正此一短周期誤差。
其次，從圖5可看出，此一誤差上下最高與最低點差異約在3到4秒之間，也就是peak to peak正負2秒。PHD2根據星點振蕩算出的rms誤差值是約1秒，是赤緯rms誤差的兩倍以上。這樣的誤差，在視相不太差的情況下，很可能大到足以在2m以上的長焦距攝影中顯現出來(星點呈現微橢圓)，而且很可能無法透過導星修正。
因為SDE誤差的存在，雖然CEM60EC在導星與無導星時的表現都非常好，它很可能無法勝任焦距2m以上的攝影，甚至在光學系統夠優秀且天氣夠好時，即使焦距1m上下都可能出問題。
最後，考慮到SDE誤差的存在甚至可能干擾一般狀況下的導星，尤其當導星曝光時間短於5秒時，PHD2作者群的建議是，RA導星模式可設成Hysteresis，Hysteresis參數設50或更高，Aggression參數設50或更低，曝光時間或許介於2到4秒之間。如此，可避免PHD2去追SDE跳動而弄巧成拙，而只修正長期的追蹤誤差。自從我採用相近的PHD2參數後，CEM60EC的導星狀況就變得非常平穩。
結論：
一分錢一分貨，以CEM60EC的售價來說，這是台物有所值的赤道儀。它大體上使用簡便、適合移動、且追蹤精度相當高，細部品質的不足就當做是低廉售價的必要代價。
CEM60EC的encoder是兩面刃，如果使用的望遠鏡焦長在1m以下，使用CEM60EC拍攝不論導星或不導星，應該都會有極高的成功率(當然前提是使用者操作正確)。但是，CEM60EC的encoder會造成周期5.4秒、約正負2角秒的快速振蕩，如果是使用2m以上的望遠鏡，即使有導星，星點也可能在東西方向上拉長。此一誤差在未來的軔體中或許可以得到修正，但為求保險起見，目前我建議長焦望遠鏡的使用者購買無高精度encoder的標準版CEM60，而非弄巧成拙版的CEM60EC。CEM60因為沒有這個短周期誤差，只要有導星，應可勝任長焦距的拍攝。
使用期：2014/05至今。照片例：
http://www.asiaa.sinica.edu.tw/~whwang/gallery/picutres/IC1805_1848_hxPer_2014.htm
http://www.asiaa.sinica.edu.tw/~whwang/gallery/picutres/Veil_2014.htm
http://www.asiaa.sinica.edu.tw/~whwang/gallery/picutres/California_wide_2014.htm
http://www.asiaa.sinica.edu.tw/~whwang/gallery/picutres/M45_wide_2014.htm
比較對象：高橋EM200
美國官方售價, 不含腳：CEM60EC = $3899，EM200 = $6690，約為1:1.7。
載重：CEM60EC = 27kg，EM200 = 16kg。
本體重量：CEM60EC = 12.3kg，EM200 = 15.5kg。
概略感想：
CEM60EC基本上物有所值，操作與架設都算簡單快速，適合移動觀測，追蹤精度高，但其製作與細部品質離日系產品有一段距離，頗有一分錢一分貨的意思。CEM60EC很多設計與既有赤道儀不同，但這些新設計未必真能改善使用體驗，或許是設計本身的問題，也或許是製造或品管問題。
設計方面，最顯著的例子是極軸體的方位與仰角微調並不順暢。方位角方面，要解鎖後才容易微調，但重新鎖緊後往往會看到極軸方向與鎖緊前略有不同。仰角方面亦有此問題，而且微調仰角時也會引發方位角變化。這樣的問題對高橋使用者來說幾乎不存在，而也因為微調不易，導致極軸校對無法完全發揮極望應有的精確度。以CEM60EC的極望倍率來說，假設刻度盤倍率正確且經過校正，應可達到1角分左右的精度。但因為方位與仰角微調不易，要真達到1角分的結果會需要相當大的耐心，換句話說是會需要失去不少寶貴的夜間時間。
極望本身也可以找到若干不盡理想處。譬如，暗視野照明器雖是連接在極望上，電源線卻需要外接而不是埋在赤道儀內，且每次使用時都要拆裝。此外，我所拿到的這台CEM60EC，在赤經體時角歸零後，極望內的十字線並非剛好垂直與水平。據蔡逸龍同好說，他的CEM60EC沒這問題，所以這很可能是出廠時的品管問題。為此，我得自行設法校正十字線。iOptron事後從南京寄了一個極望的水平汽泡環給我，這有助於我校正十字線後標記正確的水平位置。不過該汽泡環會跟極望上的暗視野照明器打架，我經過一番土法加工後才能順利安裝。這些，都顯示出CEM60EC在設計或製造上不夠細心之處。而這也還是要回到一分錢一分貨這件事，要體驗日系赤道儀才有的貼心細節或順暢操作，就得多花錢。
除了以上與極望相關的兩點，操作方面，我對CEM60EC並沒有其它的大抱怨。它的赤精與赤緯鎖緊機構與傳統赤道儀不同，美國有部份同好對此有很大的抱怨，有的則OK(包括我在內)，難說是設計還是品管問題，或者只是使用者不習慣。我覺得鎖緊螺絲的設置位置不夠順手，但這也可能只是我用不慣而已，不能說它不好。
另一個CEM60EC的“特點”(難說是缺點)是赤緯無法指向南極(對北半球使用者來說)：赤緯體轉到接近-90度時會被擋住，不能一路從-90度轉過去。換句話說，從預設位置(+90度)，赤緯體永遠不可能旋轉超過180度。因為CEM60EC上的鳩尾槽座方向固定，如果赤緯體不允許超過180度的旋轉，對於希望使用兩個鏡筒水平配置的同好就會有麻煩，有可能需要使用兩個鳩尾槽座，其中一個先把鳩尾槽座的預設方向從赤緯+90轉到0度，然後再在上頭水平放置兩個鏡筒各自指向+90度。這一點或許可透過軟體來克服，但我不清楚現有版本的軔體或ASCOM驅動程式是否可以處理。
操作上，CEM60EC具體的優點有：組裝簡單；赤經赤緯解鎖後齒輪非常滑順，平衡非常好抓；省電；安靜；高速運轉速度夠快，而且導入精度相當好；ASCOM驅動程式夠好用。
載重：
對於CEM60EC是否真能載重60磅(27kg)，我個人是存疑的。當然，載不載得動是一回事，追起來準不準或運作順不順暢是另一回事。同一部赤道儀，有人拿來載大傢伙眼視可能覺得很OK，有人拿來載小傢伙做高難度攝影可能覺得不夠好。如果是我拿它來攝影，我不會在上頭放超過20kg的東西。以我拿它承載高橋ε-180ED為例，下方約需19kg的重鎚(但沒放到底)才能平衡，一般的追蹤與導星不成問題。但要是在鏡筒前接上遮光罩，因為截面增加，對風的耐受力就顯著下降，穩定度明顯不如EM400，可能只能跟EM200打平。這是為什麼上面我主要拿它跟EM200比較。CEM60EC的酬載能力，在同一標準之下，很可能只比EM200略高或打平，並不如宣稱值那麼高。
追蹤精度：
這應該是大部份的人最關心的問題。以下基本上只討論赤經，請無視赤緯。
CEM60EC宣稱追蹤精度在0.5秒rms以下，我手上這部機器出廠時所附的測試圖表也確實顯示0.5秒以下的rms誤差。然而，此一誤差是由赤道儀內建的encoder所偵測到的追蹤狀況，不代表就是赤道儀上的望遠鏡所看到的實際狀況。一切還是要以實測為主。
首先是導星追蹤，圖1是實際拍攝中隨機抓取的PHD2導星圖。導星使用Fishcamp Starfish CCD，畫素大小是5.2um，導星鏡焦長是330mm，所以一個畫素約是3.2角秒。拍攝環境是大氣穩定度非常高的Maunakea，當天無風，天氣狀況絕佳。導星曝光時間是2秒，但約每2.9秒才產生一幅影像，所以整張圖的橫軸長度約是10分鐘。
圖1
從圖一中可看出，扣掉dither前後星點本來就會產生偏移，CEM60EC導星時可以把星點跳動維持在正負一秒以內，PHD2算出的rms振幅是0.7秒，這是相當好的精度，拍出的照片也完全沒問題。大體上，CEM60EC是部相當聽話的赤道儀，赤緯遊隙問題偶爾會在導星時出現，但機率不高。某種程度上來說，EM400都沒有比CEM60EC還聽話。
再看無導星追蹤，這應該是CEM60EC的重點。如果它的追蹤精度真的有0.5秒的水準，那它可以使用相當長的焦距拍攝相當一段時間而無需導星。以下圖2、3、4分別是一分鐘、三分鐘、與五分鐘無導星追蹤的結果。為避免運氣因素，三種曝光時間各拍兩張。使用的相機是Nikon D800，畫素大小是4.8um，望遠鏡是高橋ε-180ED，焦距是500mm，所以一個畫素約是1.9秒。東西方向是上下，南北是左右。
圖2
圖3
圖4
以上可以看到，曝光一分與三分的結果大體上都沒問題。但到了五分鐘的時候，右邊那張還是很好，左邊卻可以看到星點在垂直方向略有拉長。基本上，以這個光學系統與相機的組合來說，五分鐘是不導星追蹤的曝光時間上限。我當初購買這台赤道儀時，對它的要求是設定在曝光三分鐘不導星。從這個角度來看，CEM60EC完全滿足我的要求，而且還超過。
如果跟高橋的EM400或EM200比的話，CEM60EC的表現可以說是完勝。高橋這兩台赤道儀的追蹤精度都在正負4秒到6秒之間，相當於4到6個畫素，這種誤差在以上照片中是一定看得出來的，而我以EM400實際拍攝的結果顯示，無導星追蹤的曝光時間只要超過一分鐘，就有機會看到拖線。
眼睛利一點的人在圖4兩張照片中，會發現星點的水平位置略有不同，這是極軸不準確造成的赤緯飄移。這完全可以歸咎於我最上面說的，CEM60EC的極軸體微調裝置不易使用。有時候我可以得到很好的極軸校對，赤緯飄移量很小，有時則否。而拍攝以上照片時，正好是極軸對得較不好的那天。
從以上各結果來看，或許我們會說，焦距不超過1000mm時，使用CEM60EC拍攝，很可能可以做到曝光5分鐘以內不導星，這是連高橋的赤道儀都做不到的優秀表現。
另一方面，如果我們把要求提高，譬如使用更長的焦距，或更長時間的曝光，那或許只要透過導星就可以修正可能的誤差，至少圖1所示的導星結果顯示，CEM60EC足以透過導星長期維持1秒以下的追蹤誤差。考慮到絕大多數地點的視相狀況都在1秒以上，追蹤誤差維持在1秒以內其實就很夠了。但問題真的這麼簡單嗎？導星真的就可以讓CEM60EC滿足更嚴苛的需求嗎？
圖1的導星追蹤使用約每2.9秒一次的修正速率，一切看來都很美好。但如果我們使用更快速的導星速度，會看到什麼？以下圖5跟圖6各自顯示曝光時間0.2與1秒(每0.33秒與每1.13秒一幅)的無導星追蹤(不讓PHD2送出修正信號)狀況。兩張圖的橫軸總長都是兩分鐘多。
圖5
圖6
這兩張圖的赤經曲線都顯示一周期振盪，確切的周期是約5.4秒。這個振盪周期跟常見的導星曝光時間差不多，所以在一般的導星狀況下，此一振盪會被平均掉而看不出來。只有在曝光時間短於1秒時，才會看到此一振盪。根據國外同好的研究，這是CEM60EC內的encoder的數據誤差，術語是sub-divisional error (SDE)。iOptron曾透露他們在設法減少此一誤差，但到目前(2015/01)為止，此一誤差仍然存在，或許未來的軔體更新可以修正此誤差。
假設iOptron無法透過軔體更新降低SDE，這對長焦距的拍攝可能產生衝擊。首先，SDE周期是5.4秒，這個周期非常短，就算導星CCD與軟體可以如圖5一樣每0.3秒就產生一幅影像(顯然這需要夠亮的導引星)，也不表示赤道儀能夠每0.3秒就做出一次修正。我個人不太相信軟體加硬體的整體反應速度可以快到透過導星修正此一短周期誤差。
其次，從圖5可看出，此一誤差上下最高與最低點差異約在3到4秒之間，也就是peak to peak正負2秒。PHD2根據星點振蕩算出的rms誤差值是約1秒，是赤緯rms誤差的兩倍以上。這樣的誤差，在視相不太差的情況下，很可能大到足以在2m以上的長焦距攝影中顯現出來(星點呈現微橢圓)，而且很可能無法透過導星修正。
因為SDE誤差的存在，雖然CEM60EC在導星與無導星時的表現都非常好，它很可能無法勝任焦距2m以上的攝影，甚至在光學系統夠優秀且天氣夠好時，即使焦距1m上下都可能出問題。
最後，考慮到SDE誤差的存在甚至可能干擾一般狀況下的導星，尤其當導星曝光時間短於5秒時，PHD2作者群的建議是，RA導星模式可設成Hysteresis，Hysteresis參數設50或更高，Aggression參數設50或更低，曝光時間或許介於2到4秒之間。如此，可避免PHD2去追SDE跳動而弄巧成拙，而只修正長期的追蹤誤差。自從我採用相近的PHD2參數後，CEM60EC的導星狀況就變得非常平穩。
結論：
一分錢一分貨，以CEM60EC的售價來說，這是台物有所值的赤道儀。它大體上使用簡便、適合移動、且追蹤精度相當高，細部品質的不足就當做是低廉售價的必要代價。
CEM60EC的encoder是兩面刃，如果使用的望遠鏡焦長在1m以下，使用CEM60EC拍攝不論導星或不導星，應該都會有極高的成功率(當然前提是使用者操作正確)。但是，CEM60EC的encoder會造成周期5.4秒、約正負2角秒的快速振蕩，如果是使用2m以上的望遠鏡，即使有導星，星點也可能在東西方向上拉長。此一誤差在未來的軔體中或許可以得到修正，但為求保險起見，目前我建議長焦望遠鏡的使用者購買無高精度encoder的標準版CEM60，而非弄巧成拙版的CEM60EC。CEM60因為沒有這個短周期誤差，只要有導星，應可勝任長焦距的拍攝。
posted by ALOHA at 1:37 AM
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