サンクラのブログ一覧

先日書いた「妄想」のひとつを作ってみました。

これまで作ってきた丁番型の簡易赤道儀では、1時間ぐらいの時間しか連続して駆動できません。
1時間したら、ネジを巻き戻して、また駆動させています。

長時間の駆動が可能なように、写真のように、「100ｍｍ角の回転盤」を使い、ステッピングモーターの回転をタミヤのギアで減速(1/5402)して、回転盤に伝達するようにしました。

イメージ的には、構造は簡素で上手い具合に出来ていたと思ったのですが、プラスチック製のギアでは、回転部の重みに堪えられない感じて、空回りをしてしまいます。

本格的な金属製の歯車でないとダメなのかな～
DIY魂がメラメラと～(笑)

写真は、簡易赤道儀15号機でして、これは様々な工夫の集大成なのではないかと思っており、これになるまでに消えていった機材について、感謝も込めて書き留めておくこととします。

【極軸調整用方位磁石】方位磁石で、赤道儀の極軸を北に向ける補助器具として取り組んだが、丁番やカメラが金属製なので、その影響を受けないような工夫が大変でしたが、結果しては据付精度としては、低く、不安定でしたので、ボツとしました。
◆対策　赤道儀の丁番の後ろから、北極星の方へ合わせるです。

【極軸高度調整用分度器】錘をぶら下げて角度を読み取る方法をとったが、読み取り数値の精度にムラがあり、使い物にならなかった。
◆対策　上記と同じで、極軸の後ろから覗き込み、最終的にはデジカメの望遠レンズ(280～300mmで対応)で極軸合わせをやっています。

【極軸調整用ファインダー&筒】天体望遠鏡の極軸望遠鏡の代替品として製作したが、極軸との平行性を出すのが困難で目的を達成できなかった。
◆対策　簡易赤道儀に上下調整用の板とボルトを付けて、デジカメをその上に搭載して、極軸を180度回転させることで、極軸との平行性を出すことをしている。写真の赤い板のこと。

【極軸調整用微動雲台】木とボルト・ナットで製作し、上下・左右に赤道儀を動かし、極軸調整に寄与させようとしたもの。しかし、揺れの元となるともに、調整がかえって難しかった。
◆対策　暫くの間は、上下は次の三脚角度調整具で、左右は三脚の雲台で対応していた。

【三脚角度調整具】これも極軸調整用のモノで、三脚の脚のひとつの下に入れて、ネジを回すことで上下させ、赤道儀の角度を微妙に調整しようとするものです。しかし、これを三脚の下に入れることでバランスが崩れやすいです。
◆対応策　微動マウント・・・写真の三脚と簡易赤道儀の間にある薄緑色の器具(上下・左右対応)

【DCモーター】乾電池とタミヤのギアセットを組み合わせれば、可能と考えましたが、回転に伴うモーターの発熱により、回転ムラがあったり、電池の消耗を補完する機構(PWM)も取り組みましたが、安定感は確保できませんでした。
◆対策　総合評価では、ステッピングモーターに軍配が上がりました。

【スポーツファインダー】暗い空では、カメラのファインダーでは星が確認できないため、このスポーツファインダーで、アングルを確認を行うもの。しかし、星は見えるものの天頂付近などでは覗き込むことが出来なくことが多いことと、レンズの焦点距離による写る範囲の確認が難しかった。
◆対策　デジカメの良さということで、ISOを高感度にして、短時間露出を繰り返して、画角を確認する。

【簡易赤道儀1号機～14号機、17号機】ステップアップのための土台となり、後継機種の素材となっています。現存しているのは、15号機(M5ネジ・丁番型)、16号機(M5ネジ・回転型)、18号機(M6ネジ、丁番型)です。
◆対策　写真の15号機がほぼ理想の形となっています。小型で携行性があり、設置・撮影の安定感がある。

実際に作ってみないと判らない事がたくさん判りました。
皆、ありがとうございました。

理想通りではないですが、広角レンズで星座の写真を安定的に撮影できる程度まで、ステッピングモーターの駆動の精度アップが出来上がったので、ここまでの経過をまとめてみます。

(0)ステッピングモーターは、プリンターなど位置決めが必要な機器に使われているようで、回転数、スピードなどがコントロールしやすいモーターのようで、サンクラ製簡易赤道儀の1分間に1回転させることに、ぴったりなモーターだということで、取り組み始めました。

(1)　秋月電子オリジナルの「PICステッピングモータードライブ」でスタートを切り、水晶発振子に交換したり、可変抵抗を精密型に変更したりと取り組みましたが、「可変抵抗+コンデサ」によるスピード調整では、回転速度の再現性が乏しく、調整に手間取り、星座の写真を安定的に撮影するという精度を確保することが出来ませんでした。

(2) そこでステッピングモーターの回転を制御している「PIC」という電子回路を、直接プログラム変更して、希望する「1分間に1周」させるように取り組みました。この新しいPICを、秋月のモータードライブのPICと交換することとしました。

(3)ところで、ステッピングモーターは、5V程度の単三乾電池3～4本で回転することが可能なのですが、単純に電池を繋いだだけでは回転してくれませんで、パルスを一定間隔でモーターに供給することにより回転も、逆回転も、停止もするもので、PICから発生するパルスの間隔などで回転を制御でき、サンクラの取り組みたい、1分間に1周も可能としてくれます。

(4)PICは、小さいコンピューター(サイズは色々ありますが、サンクラが使用したものは16F84Aというで、約２cm×1cmで、ピン(足)が18本あり、ムカデのような形です(笑))でして、
プログラムを発振子(水晶発振子など)の振幅に載せて、18本の足で、入出力を行い様々な動作をすることができるもので、身の回りの電気製品にも入っているようです。

(5)PICのパルス(発振)は、PICの内蔵のものもありますが、精度があんまり良くないので外部に水晶発振子を取り付けています。この発振子は、いわば「頭の回転のスピード」なので、早ければ短時間でたくさんの仕事が可能なのですが、その分電気の消耗は激しくなります。16F84Aでは、20MHzまで対応可能なのですが、20MHzとは、１秒間に20,000,000/4＝500万分の１秒でひとつのプログラムを処理できるものです。サンクラのモーター(720ステップ/回)を１分間に１周ということは、12分の1秒で１ステップ分のパルスを送れば動くことになるので、20MHzではもったいないため、4MHzの水晶発信子を利用しました(それでも100万分の１秒になります)。加えて電池での駆動になるので、電気の消耗を抑えたいという思いもあります。

(6)モーターへのパルスは、サンクラの場合(5)に書きましたが、1/12秒で良い訳で、一方PICの能力的には1/100万秒(4MHzの場合)あるので、この時間を埋める必要があります。つまり、「1/12秒ごとに仕事があるので、次の1/12秒(0.083333秒)後までは、1/100万秒(0.000001秒)の寄り道を83,,332回して時間を潰して待っている」をやることになります(笑)
具体的には、「①モーターにパルスを送れ→②何にもやらないという命令を83,332回やれ→①に戻れ」ということを繰り返します。

(7)上記(6)のうちの、83,3332回を数えるというのが、PICでは結構難しいのです。
PICでは、「0と1の２進法の８桁分の数字しか覚えられない」ということになっており、２進法の８桁では、１０進法の「0～255」までしか数えられないことになります(あんまり頭良くないということ(笑))。
そこで、「何もしないという命令を131回やれ＝①」「①を106回やれ＝②」「②を6回やれ」とすると、83,316回何もやらないこととなります(差の16回は別途調整するか、0.000016秒差なので1時間で1秒ほどの差なので無視するか)。正確には、「待ち時間調整に行けという命令」や「戻れという命令」などもあるので、もう少し複雑にはなります。

(8)星の追尾による写真撮影の方法として、2種類あると思います。「完全に星の動きに合わせてカメラを動かして、星を点像に移す方法(恒星時追尾写真＝星雲とか星団とかの写真など)」と、もうひとつは「星の写真とともに、山や木などの風景も一緒に撮影する方法(星景写真)」となります、星景写真は、赤道儀の動きを「少し遅くして」、星も風景も共にそこそこ写るようにしようとするものです。星の動きに合わせると風景がボケてしまいますし、風景に合わせるためにカメラを固定して撮影すると、星が線状になってしまいます。そこで、赤道儀の動きを、星の動くスピードの1/2～2/3にすることにより、広角のレンズならある程度両立させて撮影しようとするものです。下の星景写真(ネットで拝借)のような写真が撮りたくて、暗い空を求めて現地に行けるように、小型な電池駆動の赤道儀を作りはじめた動機のひとつであります。


(7)星景写真を撮影するために、パルスをモーターに1分30秒で１回転するように、何にもしない時間を1/9秒にするプログラムを組み、1/12秒休み(恒星用)と1/9秒休み(星景用)をスイッチで切り替えられるようにしました。

(8)以上により、理論上は「ステッピングモーターの回転速度」は、ものすごく高精度になったのですが、実際の写真撮影では「赤道儀の製作誤差」「赤道儀の極軸設定」「三脚などを含めた揺れ対策」「写真のピント・アングル」「夜空の暗さ」「夜露対策」「撮影後の画像処理」などがあいまって、１枚の星の写真が出来上がります。

綺麗な星の写真をたくさん撮影したいです♪

(2/11追記)
ステッピングモーターの切り替えスイッチについて、恒星用/星景色用に加えて、モーターを「720ステップのものと360ステップのもの」の切り替えと、「北半球用と南半球用」の切り替えと、合計で8パターンを対応できるようになりました。

先日のブログでは、動いたことを報告させていただきましたが、その後、思ったように動かない部分が発見され、ここ数日は試行錯誤をやっておりましたorz

<<不調箇所>>
①　1分間に1周しない
②　360ステップのモーターと720ステップのモーターを切り替えたい→恒星/星景モードに加えて、左の条件を加えると、動かない。出来れば、南半球に旅行した場合にも利用できるようにしたかった。つまり、2×２×２の8パターンをオールインワンにしたいが。。。

<<調整状況>>
①については、水晶発振子とプログラムの回転数の組み合わせが間違っていた(ほぼ解決・・・正確な回転スピードに合わせる必要あるが、技術的には容易)。
②については、サンクラの技量不足で解決できないが、それぞれの目的にあったPICを書き込むことは可能で、差し替えにより対応はできるが、汎用性は乏しい。

<<妄想>>
①電池残量アラームプログラムを組み込みたい。PICを「16F88」にして、「A/D変換」機能を使う。
②写真に左側に写っている部品類を使って、「19号機」を作りたい。後日報告します。


ところで、雪かな～♪