あぷらなーと


あぷらなーとの写真ブログ
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あぷらなーと
文系寄りの元理系(?)
「天体」「マクロ」「実験ごっこ」その他諸々の科学写真が大好きな HN:あぷらなーと が いろんな写真ネタをのんびり語ります。あまり気合い入れすぎると続かないので、「ぼちぼち」いきます。
※コメント大歓迎です♪

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カテゴリ:機材考案( 6 )

『メカニカルPEC』開発プロジェクト始動♪

★なんだ、この『邪悪』な機材は!?

こんにちは。
すっかり『ど変態・魔道』に墜ちちゃった あぷらなーとです(笑)。

先日のエントリーで、せっかくポチったスカイメモTが手持ちのスカイメモSと合体したというネタを書きました。
f0346040_20082401.jpg
怪我のストレスでついにおかしくなってしまったと思われるといけないので・・・・
・・・よし。どうやら『真意』を公開する時がやって来たようだ。


★ピリオディックモーションの周期
赤道儀は天の北極(地球の自転軸)を中心に1日で一回転させる装置です。
要するに、天体の日周運動を自動追尾するための道具ですね。
ただし、実際には加工精度などの関係で完全に追尾することはできません。
f0346040_09375970.jpg
たいていは、こんな感じで、東西方向に往復運動をしてしまいます。
上の写真では上下方向が東西です。(水平方向への移動は極軸セット時の誤差による運動)

この(機構上回避できない)往復運動のことを「ピリオディックモーション」もしくは「ピリオディックエラー」とよびます。このピリオディックモーションにより極軸をいくら正確に合わせても東西方向への追尾エラーが残りますので、長時間露光は不可能になります。そこで、ガイド星を監視して誤差をリアルタイムで補正する「オートガイダー」や、一度測定した誤差を覚えて見込み補正する「PEC」などという技術が生まれたわけですね。ちなみに、あぷらなーとが大好きな「短時間露光・多数枚コンポジット」も基本的にはピリオディックモーションの回避のための便法です。

さて、ピリオディックモーションはその名の通り、周期的な運動を示しますが、その周期は赤道儀のウォームホイルの歯数によって決まります。原理的には、ウォームホイルの「歯」が1つ通過するごとに1往復しますので、ウオームホイルの1周を24時間(ホントは約23時間56分)と見なせば、

24時間÷歯数

で、およそのピリオディックモーションの周期が計算できます。
たとえば、スカイメモSやGP-Dにように歯数144枚の赤道儀なら

24(時間)×60(分)÷144(枚)=10

となって、約10分を1周期としたピリオディックモーションがあることが分かります。


★ここ10年来の妄想
ほら、あるじゃないですか。「毒をもって毒を制す」っていう素敵な言葉。で、あぷらなーとは10年ほど妄想していたわけですよー。
「同程度のピリオディックモーションを持つ赤道儀を互いに逆回転させれば、ピリオディックモーションを機械的に相殺できるのでは?」
という珍妙なアイディア。

ただし、同じ仕様のウオームホイルをそのまま互いに逆回転させてしまうと結局前にも後ろにも進まなくなっちゃいますので、ここで工夫が必要となります。
それは・・・
「歯数の比が1:2になっているウオームホイルを組み合わせる!」
というアイディアです。

たとえば、歯数144枚の赤道儀のピリオディックモーションは約10分、歯数72枚の場合は約20分の周期を持ちます。

ここで、歯数144枚の赤道儀を倍速で日周運動と回転させ、その先に歯数72枚の赤道儀を2倍速で回転させると、ピリオディックモーションの周期は一致しますが、日周運動方向への追尾運動は残る計算となります。あとは、位相を微調整すれば・・・・ゴクリ。という訳ですね。


★ついに出た「歯数72枚の赤道儀」!
ここで意外と難儀するのが、歯数の比が1:2となる赤道儀のペア探しです。
あぷらなーとの手持ち赤道儀は、ミザールAR-1・ビクセンGP-D・ケンコースカイメモSなど歯数144枚の物が多いので、
「どっかから歯数72枚の赤道儀が出てこないかなー」
と心待ちにしていたのですよー。・・・でも、どこからも出てくる気配が無い・・・。

ところが
ケンコーの最新ポータブル赤道儀「スカイメモT」の仕様を見て、口から心臓が飛び出しそうになりました。
「で、でたー。歯数72枚の赤道儀っ!」
これは、もう行くしかないでしょー。
(我ながら『軍拡終了宣言』撤回のための、なんという苦しい言い訳・・・)

スカイメモSとスカイメモTのピリオディックモーションをごく簡単にシミュレーションしてみると、こんな感じです。
f0346040_10145043.jpg
ブルーのSに対してオレンジのTは周期が2倍になっていることが分かりますね。

ここで、S倍速で回転させ、T倍速回転させると・・・・

f0346040_10171498.jpg
こんな感じになることが予想されます。

うむ。
これを組み合わせれば・・・・・・!


★『魔改造機』降臨♪

というわけで、完成しましたよ。こんな『魔改造』機が・・・♪

ででん!!
f0346040_10194754.jpg
スカイメモSの先端にスカイメモTを同軸接続するという、マル秘・合体作戦。
名付けて『メカニカルPEC』赤道儀♪
うーむ。我ながら邪悪な機材だ(笑)。

★雲間をついてテスト撮影してみる

いや、ホントは分かってるんですよ。
 ○ウォームホイル以外に起因する短周期エラーも大きい
 ○厳密に同軸接続は困難なので、極軸が合わない
 ○エンコーダも無しでどうやって位相調整するの?
 ○そもそも耐可重量超えちゃうよ
ええとね・・・・
これは単に「好奇心」を満たすための『実験ごっこ』なの!

幸い、昨夜は少し晴れ間が広がりました。
チャンス到来です。

よし。今こそ降臨せい『メカニカルPECマシン』よ!
そして10年来の疑問を晴らすがよいわーっ!

・・・ごめんなさい。
ちと、最近、ブログの文体が乱れてますね。
たぶん怪我のストレスがそうさせるのでしょう(笑)

と言うわけで、実写テストやってみました

すると・・・

ででん!!
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※ミニBORG60ED+純正レデューサ+ASI1600MC-COOL ゲイン137+30秒露光を繰り返したものを比較明コンポジット処理してピクセル300%表示
※注:縦の伸びではなく、左右の往復運動を比較するための画像です。

肝心のS+T合体バージョンだけ途中で雲とにわか雨にやられて泣く泣く中断しちゃいましたが、ある程度の傾向は掴めてきました。

まだ位相の調整を追い込まないとダメですが・・・
本邦初(?)の珍アイディア『メカニカルPEC法』
これはこれで、なかなか面白いではないか♪

★★★お約束★★★
○『メカニカルPEC』とは、単にあぷらなーとの造語です
○強風のため、比較画像はあくまで『参考記録』にすぎません
○諸々の影響を計算に含めるまで定量的な記述は避けます
○メーカーの意図したトルクを超過している恐れがあり、危険です
○実際のピリオディックモーションは結構いびつになるものです
○素直にオートガイドとか電子的なPECに行った方が楽ちんです


by supernova1987a | 2018-05-04 10:52 | 機材考案 | Comments(10)

『にせBORG』日中試写(息抜き♪)

★せっかくの連休突入ですが

怪我した右肩のせいで重い機材は運べないし、入院+手術の時期が先に伸びたし、
まあ、やることが無いわけですよ。
ついでに天気も悪いし・・・・。

ちなみに主治医の先生からは
「腱をつなぐ手術に備えて少しずつ周辺の筋肉をほぐし肩の可動範囲を広げておきなさい」
とのお達し。お注射とお薬で痛みを和らげておいて、少しずつストレッチをして肩をほぐす毎日。
軽い物なら持てるので、少しだけ気晴らしを・・・・。

★『にせBORG』なるもの

ケンコーのACクローズアップレンズはとても便利なパーツでして、下記の3種類の用途が考えられます。

 ①本来の用途であるマクロ撮影用(カメラ用レンズの前に取り付ける)
 ②望遠鏡のフォーカルレデューサへの転用(望遠鏡とカメラの間に入れる)
 ③望遠鏡の対物レンズへの転用(望遠鏡の対物レンズと交換する)

このうち、あぷらなーとが特に気に入っているのが、③でして、
例えばACクローズアップNo4なら、それだけで
口径50mm・焦点距離250mmのアクロマート屈折望遠鏡の代用になります。
レンズ以外の部品としてBORGのパーツを用いますので、外観は完全にBORG。名付けて『にせBORG』です♪


さらに2枚のクローズアップレンズを使って②+③の役割をもたせると、そこそこ良い感じの望遠レンズになるんですねー。
しかも、結構後ボケのとろけ具合が素敵なんですよー。

※ニコンのVR70-210mmF2.8やミニBORG50と比較したボケ具合はこちら↓
最近だと、にゃあさん も色々と研究されてます。

ううっ、誰ですか?
「善良なる にゃあさんを『ど変態・魔道』に引きずり込んじまったのか!?
「おのれ悪魔めっ!」
なんて言っているのは!(笑)。


では久々に組んでみるとしますか、『にせBORG』望遠レンズ♪


★何度も試行錯誤した身なので組み立ては一瞬♪

ま、こんな感じで、
 ACクローズアップNo4を対物レンズに
 ACクローズアップレンズNo3をレデューサに
それぞれ見立てます。
f0346040_10535897.jpg
で、組み上げると・・・・


ででん!!
f0346040_10552332.jpg
超カッコいい『にせBORG望遠レンズが完成♪

どうです?
まさか対物レンズとレデューサ合わせて3500円足らずという爆安機材には思えないでしょう??


※注:ナローバンド撮影における天体望遠鏡のレデューサとしてNo3を用いる場合は、ノーマルのACではなくPro1D仕様のNo3を用いないとゴーストなどが発生することを確認しています。この場合は少し高価↓になります。



★早速、お花を『ニワトリ』♪

早速、満開のツツジを狙ってみましょう。
今日は曇り空ですが、個人的にはピーカン(快晴)よりも曇天の方が魅力的に写ると感じています。

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※ニコンD610+自作望遠レンズ ISO800・絞り優先オート RAW キャプチャーNX-Dで現像 少しトリミング

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※ニコンD610+自作望遠レンズ ISO800・絞り優先オート RAW キャプチャーNX-Dで現像 少しトリミング

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※ニコンD610+自作望遠レンズ ISO800・絞り優先オート RAW キャプチャーNX-Dで現像 少しトリミング

うむ。やはり曇天は『天然レフ板』、光が良く回るなぁ。
『にせBORG望遠レンズ』の威力で後ボケもトロトロ♪
 なかなか良い感じです♪

ま、細かいことを言えば(ペッツファール条件の計算とかしていないし・専用設計でもないので)周辺の像の流れや像面湾曲は残っているのだけれど、普段使いなら全然問題ありませんね。
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※ニコンD610+自作望遠レンズ ISO800・絞り優先オート RAW キャプチャーNX-Dで現像 ノートリミング

ボケを活かした構図なら、フルサイズデジカメでノートリミングでもご覧の通り↑

どうです?
あなたも、 『ど変態・魔道』 もとい 『望遠レンズ自作ごっこ道』に足を突っ込んで見たくなったでしょう!?
・・・うひひ。


★★★酔狂な方への重要なご注意★★★

※ACクローズアップNo3は決して対物レンズには用いないでください。
 すさまじい球面収差が出て使い物になりません。 

※対物レンズとして有用なのは(あぷらなーとの個人的経験上)ACNo2・ACNo4・ACNo5の三種類です。

※球面収差が出るのなら「アクロマート(AC)」ではなくて「色消しレンズ」じゃないのか?
 というツッコミはNGです。
 本来の用途と異なりますので、無茶言っちゃいけないでしょう(笑)

※『後ボケがトロトロ』ということは、たいていアンダーコレクション気味であることを示すので、
 前ボケはウルサくなる傾向にあります。

by supernova1987a | 2018-05-02 12:07 | 機材考案 | Comments(6)

『光害チョッパー』製作プロジェクト その⑤

★回らないことには始まらない

PLフィルタを使って光源の明滅に同期させるという『光害チョッパー』製作プロジェクト
恐らく世界初の暴挙だよなぁ・・・うひひ。面白れー!
・・・などと悦に入っている場合ではありません。
とにかく、ジャンクHDDから摘出したスピンドルモーターを回すことができなければ何も始まりません。


★探せば、先人が見つかるもので・・・
メカにもエレキにも弱い あぷらなーと が全てを自力で解決するのはムリっぽかったので、ネット上から情報をかき集めてみました。
・・・すると幸いなことに、「似たようなこと」を考えている先人達が見つかりました
いえ、もちろん『光害チョッパー』についてではなくて、『HDDのモーターをPWM制御する』方ですが・・・。

無断で引用するのは気が引けるのでリンクは張りませんが、
 三相スピンドルモーターの仕組みについて解説されている方
 モーターをPWM制御するための回路図を考案されている方
 Arduinoで制御するためのスケッチ(ソースコード)を公開されている方
そして、各種部品のメーカーさんが公開しているデータシート・・・

・・・とりあえず、かき集めた資料とマニュアルを数時間みっちりと読み込んで、お勉強。
よし。だいたいのイメージは把握したっ!!


★手持ちの部品で同様の回路を構築する!
手持ちのArduinoスターターキットの中に入っている部品+αで構築するため、厳密に同じ部品は揃ってないわけですが、とりあえず、トランジスタとダイオードと抵抗を組み合わせて三相スピンドルモーター制御用の「ハーフブリッジ」を構築してみます。

f0346040_19394840.jpg

・・・で、コイツをArduino互換マイコンボードから制御できるように接続。

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上の2本はパワー供給、下の6本がPWM信号の供給ラインです。

f0346040_19423930.jpg
変なところでショートしてたり極性をミスってないか、入念にチェックして・・・・
慎重にHDDのモーターに接続。
先人の知恵をお借りして作製したスケッチ(コード)をコンパイルしてマイコンボードに転送して、電源ON!

すると・・・

ででん!!

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回ったーっ!!
うひゃー。むちゃくちゃ嬉しい♪

なにせ、「超・苦手分野」でしたからねぇ。



★ホントは、何度も失敗しました

白状すると、回路とスケッチ(コード)が完成してから、実際にモーターが回るまでには、相当の時間を要しました。
何度も回路をチェックして、スケッチ(コード)のバグをつぶしても、モーターがウンともスンとも言わない・・・・。
もう、泣きそうになったとき、ふと
「ブレッドボード(ハンダ不要基板)が不良品ではないか?」
と思いついて、Arduino互換ボード(Elegoo製)のスターターキットに付いてきたブレッドボードではなくて、
念のため購入していた『信頼の日本製』:サンハヤトのブレッドボードに取り替えて回路を組み直したら、あっけなく動きました

さもありなん。
なにしろ、各部品をサクッと差し込むだけの基板ですからねぇ。
よほど品質管理が良くないと接触不良とか起こるよなぁ。

サンハヤト 恐るべし!!

とにかく、
『光害チョッパー』制作における最大の障壁、ついに突破です。
めでたい♪


P.S.
「ん?なんかHDDが前のと変わってね?」
ですと?
もう・・・するどいなあ。
実は、日立のヤツは三相モーターなのに信号線が4本あって困惑(どれがコモンなの??・・・ううー時限爆弾を解除する警官の気持ち。)
さらに悪いことに、手持ちのテスターが2台とも故障してたので推定も不能で、結局上手く制御できなかったの。

・・・で、シーゲート製の7200RPMハードディスクを分解してみたら信号線が3本だけだったので鞍替え、という顛末でした♪

★★★補足★★★
フィルタを回転させるためには、まだいくつかの関門があります。
電源電圧の最適値を探したり、高速回転させるためのパラメータを試行錯誤したり、脱調を防ぐ工夫が必要だったり、課題は山積です。
場合によっては、トランジスタなどの交換も必要かも知れません。


by supernova1987a | 2018-04-30 20:14 | 機材考案 | Comments(6)

『光害チョッパー』製作プロジェクト その④

★RPMに関する大チョンボ

秒間120回の点滅周期に同期させる『光害チョッパー』構想ですが、
秒間120回=120×60=7200RPMでOKじゃね?
などと考えて、手持ちの7200RPM仕様ジャンクハードディスクをバラしたまでは良かったのですが、
シャッター機構として考案した回転式PLフィルタは原理上180度回転で位相が一周してしまうので、
実際に必要なモーターは
7200RPMではなく3600RPMだった!(泣)
という情けないオチ。


慌てて、手持ちのジャンクHDDをガサゴソ漁るも、4200RPM・5400RPM・7200RPMの3種類しか見当たらず玉砕。

別な方法を考えることにしました。


★HDDのスピンドルモーターを直接制御する?

あぷらなーとは、元理系ですが、これがまた中途半端な『理系』でして、
 「理論物理」に傾倒できるほどの「頭脳」(数学力)はなく
 「メカやエレキ」を製作できるほどの「器用さ」もなし
という有様で、結局、大学院での研究では「理論屋」と「実験屋」の中間である『観測&解析屋』だったのですね。

だから、電子工作は苦手・・・・・
・・・・なんですが

「そもそも、色んな光源に対応するには、同期タイムを制御できないとダメだ!」

と思い立って、ちょっぴりお勉強してみることに。

ええ、ポチりましたとも。

なんぞコレ!?
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はい。
ELEGOOのArduino互換機です!


ハードウェア制御用の、いわゆる『マイコンボード』ですね。

PWM制御も可能な仕様なので、コイツを使えばHDDのスピンドルモーターの回転数を制御できるのではないか、という作戦。


★初心者のつらさ
メカやエレキに強い人であれば一瞬で構築できるんでしょうが、残念ながら(謙遜ではなく真の)ど素人なあぷらなーとは、イチからお勉強です。

ふむふむ。
Arduinoでは、拡張ボードのことを「シールド」、制御用のプログラムコードのことを「スケッチ」と称するのかー。
では、さっそくタイポイントブレッドボード(半田付け不要の部品突き刺し基板)にスイッチとLEDを載せて配線をば・・・

f0346040_23052458.jpg
マニュアルなどを参考にメインボードに転送するスケッチ(ソースコード)を書きます。
ふむふむ。
この文法は、私の嫌いな(苦手な)C++系の言語だなぁ。
ボク、FORTRANとPASCALとBASICが好きなんだけどなぁ。
f0346040_23164396.jpg
「スイッチ押したらLEDが光るよ」
っていうだけのスケッチを書いて転送。

すると・・・

ででん!
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光った♪

よし、互換機だけど、ちゃんと動作はするみたい。


★お次は、簡単なPWM制御をば・・・

いや、以前、フラット撮影用の光源として、
美術用のA3サイズLEDトレース台をポチったことがありまして、




なかなか良い感じでフラット撮影できてたのですが、このトレース台の光量を絞った状態でASI1600シリーズでフラット撮影すると画面に盛大なシマシマが生じていたので、
「ああ、ローリングシャッター機で撮影してシマシマになるということは、これ光量を絞ってるんじゃ無くて、高速で点滅させて暗く見せかけてるんだろうなぁ。」
と推測していました。

ま、要するに、LEDをPWM制御してるってことですね。

じゃ、そのマネっこをすることで、PWM制御のお勉強をしてみましょう♪

f0346040_23304628.jpg
スケッチを描き直して、パーツの接続を変えてみます。
すると・・・
f0346040_23315586.jpg
おお!
一定周期でゆっくりと
「明るくなったり暗くなったりを繰り返す動作」(蛍の明滅的な)
が簡単にできたちゃった♪

うむ。なかなか良い感じです♪

・・・と、今日のお勉強はここまで。



★★ご注意★★
本エントリー途中で出てきた「LEDトレース台」は、フラット光源に転用可能な安価なアイテムだと思うのですが、表面がフラット(全面が光る)なタイプと、点光源が並んでいるように光るタイプが存在しています(拡散板の仕様でしょうね)。上記メーカーの場合、A3タイプは大丈夫でしたが、A4タイプはダメなタイプでした。お気を付けくださいませ。


by supernova1987a | 2018-04-29 23:41 | 機材考案 | Comments(6)

『光害チョッパー』製作プロジェクト その③

★PLフィルタを使った『光害チョッパー』

まず、簡易分光器を使って測定した結果、自宅周辺の光害は蛍光灯などの輝線スペクトルが支配的だということが判明しました。
次にグローバルシャッターCMOSカメラを使って高速動画撮影した結果、自宅周辺の光害は蛍光灯の点滅と同期している可能性が出てきました。

そして、蛍光灯などの明滅に同期するシャッターを考案・・・・

PLフィルタを2枚用意して、そのうちの1枚を高速回転することで、光害のフリッカー現象に同期した撮影ができそうと推測。

・・・と、ここまでは順調だったのですが・・・


★問題は「回転方法」だなぁ・・・

いや、白状すると、もっと簡単にいくはずだったんですよぉ。
当初、PLフィルタを使った回転シャッターの開閉周期が1回転につき2周期あることを忘れていて、
「なんだ、7200rpm でバッチシじゃないか!」
と喜んだのもつかの間、本当は3600rpmが必要であることが発覚・・・・という、お粗末な結果に。

え?なんで7200rpmなら楽勝だったのかって?
そりゃもう、「7200rpm」の高速モーターと言えば、コレでしょう!
f0346040_23442719.jpg
はい。ぶっ壊れたハードディスクです。
大抵のHDDは7200rpmこれを分解してシャッター回転機に仕立て上げようという作戦です。
このときばかりは、「西日本に生まれて良かった~」(電源が60Hz)と小躍りしたものですが・・・・

PLフィルタは180度回転で位相が一周するので、必要な回転数は7200じゃなくて3600rpmじゃないか!

うえーん。
手持ちの秘蔵ジャンクボックスをかき回したものの
SATAはもちろんのこと、IDEやSCSI(笑)に至るまで、回転数が
4200rpmと5400rpmと7200rpmのHDDばっかり!

・・・・ここに来て『光害チョッパー』プロジェクト座礁か?!


★なにはともあれ、分解です

と、まあ色々と紆余曲折があったのですが、思うところあって「とりあえず分解!」行ってみます♪
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学生時代に異物が混入して故障したHDDを分解修理(ホントはそんなことやっちゃダメ)したことがあったので、サクサクと開腹♪
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電源ケーブルのみを接続して、開いた状態でもディスクが回転することを確認。
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おおー出ましたね。ヘッドを動かすムービングコイルとネオジム磁石♪
あ、このネオジム磁石は『別のプロジェクト』で使用予定だったので、早々に外して確保します。
(あれですよ。突発的ホットピクセルの原因究明のため、自然放射線の荷電粒子の弁別云々に用いる予定でして・・・♪)

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うーん。いつ見てもHDDの表面って魅惑的ですなぁ。
吸い込まれそうな魔力を感じます。
f0346040_00053653.jpg
・・・と、ここで問題発生!
ヘッドを撤去した状態で通電すると、(はじめは全速で回転を始めるのですが)20秒程度で勝手にモーターが停止するじゃないか!

ああ、なるほどね。ヘッドが壊れた場合にディスクを保護するため、安全回路が仕込んであるのかー。

f0346040_00084730.jpg
コントロール基板を外すと、ボディに貫通穴が空いていて、そこにヘッドに接続されたICチップが刺さってました。
たぶん、この辺が安全回路なのでしょうかね?

仕方なく取り外したヘッドの配線のみを復元するとディスクは無限回転を取り戻しました。


★どうせ7200rpmじゃダメだし

こ、こうなったら、スピンドルモーターそのものに、信号入れて制御するか?
うーん。
arduinoあたりを転用すればPWM制御コントローラ作れそうな気はするんだけど・・・・。

ま、この辺の『お楽しみ』は あぷらなーとの右肩修理入院が明けてからですね。

PS
明日は入院+手術の打ち合わせ(もう、順番待ちで1ヶ月半もかかったぜ・・・)
本日の部活指導は左半身だけを使って、右半身の動きと左半身の動きを交互に見せるというロボットのような所作。
いやー参った参った。(もうね、脳みそこんがらがっちゃう)

ま、手術しても(部活コーチへの)完全復帰はムリかなぁ。
格闘技系の動きと違い応援演舞の動きって『人間工学を無視した動作』なので、どうしてもオッサンになると負担が大きいものなぁ。
肘を曲げずに両腕全速旋回とか、腕が伸びきった状態で手刀の急停止とか・・・・。そりゃスジも切れるわなー。
現役時代には『残像の○○』とか『疾風の○○』の名をほしいままにして、コーチに就任してからも『レジェンド』って呼ばれてたけど、そろそろ引退か・・・・。


by supernova1987a | 2018-04-24 00:35 | 機材考案 | Comments(12)

『光害チョッパー』制作プロジェクト:その②

★実を言うと・・・

あぷらなーとは、結構小心者なので、
「ブログで大きな事を公言して、失敗したらどうしよう・・・」
などと、心配することも多いわけですねぇ。

だから白状すると、「250円霧箱制作記」の時も、仮実験が成功してから執筆開始
実は、その前に
「PET樹脂を使った積層型シンチレータ作ってミューオンの軌跡を撮る」ことに挑戦して玉砕したり、
アクリル板で製作した霧箱がドライアイス冷却による温度差に耐えられず一瞬で大破したり
その他もろもろの『大失敗実験ごっこ』があったことは、ほとんどヤミに葬ってます
書くとしても、別案が成功した後・・・・・・我ながらズルいなあ(笑)。


★今回の遊びは、リアルタイム連載です

『光害チョッパー』プロジェクト考えれば考えるほど失敗の公算が高いのですが、今回は『あほネタ』となることを覚悟の上でのお遊びなので、まだ結果が見えないうちから、リアルタイム連載にチャレンジします。(だから、期待しちゃダメ・・・・)
ええ、失敗しても笑いが取れたら良いか、という体当たり企画です♪


★『光害が照明と同期して点滅している』のを前提に
さて、高価な機材(位相コントロール機能付き液晶シャッターとか)を使わずに、点滅する光害を軽減して天体写真を撮るために最初に思いつくのは『プロペラ状の回転シャッター』でしょうねぇ。
f0346040_02420058.jpg
F:光害の点滅周波数(1秒に何回点滅するか)
N:回転シャッターの羽の数
X:回転シャッターの(1秒あたりの)回転数

とすると、

F=NX

が成り立つように調整すれば、成功しそうです。
ちょうど光害が明るいときに羽でカメラを隠して、光害が暗くなるタイミングで羽のスキマがカメラを通過するという発想です。
これなら安上がりで、まさに光害を斬って捨てる『光害チョッパー』が完成しそう・・・
・・・ですが・・・

★いや、ちょっと待て

この案は数年前に思いつきましたが、試作することもなく、速攻で却下したんですよー。
却下した理由は主に2つ。

 ①プロペラ式回転シャッターで点滅光源を撮影すると、光量ムラが生じる。
 ②(センサーなど高度な部品を使わないと)回転位相を調整する手段が思いつかない。

では、①について思考実験してみます。
f0346040_02544167.jpg
上の概念図のように、どうしてもシャッターの羽が通過するタイムラグで、撮像素子の部分によって光害のON-OFFに同期できない箇所が出てしまいます。
※光学的には、光学絞りの位置に配置することでこの現象は回避できます。ただし実際には色々と厄介そうです。

望遠鏡のようにレンズ構成が単純な場合は対物レンズの直前に配置すればいけそうな気はしますが、問題は②です。
プロペラの羽が通過するタイミングと光源の明滅タイミングを同期させる仕組み(位相調整)が、どうしても思いつかないのです。
この②の回避法は後ほど詳しく書くとして、まずは改善案をお見せします。


★プロペラのどこをとっても「位相が同じ」になるには

光量ムラや位相調整の困難が生じる原因は、プロペラ型の回転シャッターの構造にあります。
場所によって『羽の角度が異なる』のが諸悪の根源だと判断しました。
要するに12時方向の羽は「位相が0』なのに、3時方向の羽は『位相がπ(90度)』といった具合で、放射状にシャッターを配置すること自体が問題を生んでいます。

そこで!!

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放射状ではなく、スリット状のシャッターを2枚組み合わせる方法を考案しました。
上の概念図のようにレンズの前に置く第①スリットはグルグル回転しますが、各スリットは平行なため、どこをとっても位相(傾き)が同じです。
ただし、このままでは、全体的に常に光量が1/2になるだけで点滅に同期できませんので、第①スリットとカメラとの間に第②スリットを配置します。
このスリットは、第①スリットと同じ構造(スリット幅など)ですが、回転せず固定されています。

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すると、上図のように第①スリットが1/4回転するごとに第②スリットのスキマを完全にふさぐことになるので、回転数の2倍の周波数でシャッターのON-OFFが繰り返されることになります。

それになにより、この手法が(我ながら)面白いのは、第②スリットの固定角度を手動で調整することがシャッター全体の動作位相の微調整になり得る点です。

例えば、ですよー。
プロペラ式回転シャッターの通過タイミングを1/1000秒のオーダーで調整するのは神業(と言うか人力ではムリ)ですが、
二重スリット式シャッターなら第①スリットの回転数が毎秒100回転の場合、360度の角度エラーが1/100秒のタイミングエラーに相当します。
ということは、360度÷10=36度 だけ第2スリットの固定位置を回転させれば、1/1000秒の調整が可能となるのです。

言い換えると、仮に第2スリットの角度設定誤差が3度あったとしても、シャッタータイミングの同期精度は実に1万8000分の1秒まで追い込める計算になりますね♪

実際には、格子が太いとそれ自体が格子状のムラを生みそうなので、スリットを無限小に細くする努力は必要そうです。


★無限に細いスリットって、根本的にダメなんじゃ?

ここまで来て、鋭い読者の方は「そんなんダメだ」と思ったかもしれません。
・・・だって・・・極細のスリットって一種の『回折格子』なので、天体が写らずにスペクトルが写っちゃうんじゃ?・・・(笑)

でもね!
身近なところにあるんですよ!
回折が起こらない『無限小のスリット』がっ!!

それは・・・

ででん!!
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PL(偏光)フィルターだっ!

これに・・・

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安物偏光板を組み合わせると・・・

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「平行ニコル」でシャッターOPEN!
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「直交ニコル」でシャッターCLOSE!

※偏光板が通常の偏光仕様のため、デジカメ時代の円偏光フィルタ(サーキュラーPL)ではなくて
フィルム時代の偏光フィルタ(ノーマルPL)を用いる必要があります。

ね?
なんだか実現しそうな気配がしてきませんか?

あとは、いかにして偏光板を高速回転させるかですが、そのための材料は秘蔵の『ガラクタボックス』から発掘済みなんですねー。


★★★以下つづきます★★★

by supernova1987a | 2018-04-17 05:58 | 機材考案 | Comments(6)


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