観測装置制御
フレームワークの基礎と応用事例
LLP京都虹光房／京都産業大学神山天文台
吉川智裕

LLP京都虹光房
目的： アカデミズムを原動力とした社会の発展
手段： 研究者によるビジネス活動＝「ヒト・モノ・カネ」の循環
ヒト
高度な知識、技術を有する経営者の育成
ビジネス活動を通した人材交流

アカデミズムモノ
地域企業が持つ技術・ノウハウの開拓
天文学、装置開発技術の民間への還元
生涯教育プログラムの提供

一般企業

個人
カネ
研究者自らによる資金の確保
研究者のコスト意識の向上

メンバーと主な業務
池田優二（フォトコーディング）

河北秀世（ライトクレヨン）

光学機器の萬屋-設計、製造、販売
光学技術のコンサルティング

公共天文台等運営コンサルティング
講演会等講師、光学機器設計製作販売

藤代尚文（アストロ・オプト）

吉川智裕（エデックス）

幾何光学から物理光学までの幅広い光学分野における設計・解析、教育業務。

科学計測システムの設計、構築、販売
ソフトウエア技術のコンサルティング
各種講演、科学教育人材育成

中道晶香（アストロ・アカデミア）

小林仁美（エストリスタ）

天文学の寺子屋を主催。科学館のコンサルティングなどの天文教育普及業務。

天文観測、各種測定データの解析
研究者のトータルサポート

会社情報名称
有限責任事業組合 京都虹光房
設立年月日
2010年10月26日
出資金750万円
所在地
京都市左京区岩倉南大鷺町17-203
TEL: 075-748-1491
FAX: 075-748-1492
Web
http://www.kyoto-nijikoubou.com/
E-mailsales@kyoto-nijikoubou.com

事業内容
光学機器およびそれを含む光学関連システムの設計
光学機器およびそれを含む光学関連システムの製造
光学機器およびそれを含む関連技術のコンサルティング
天体観測データの解析代行、並びに解析用ソフトウエアの開発
5.
光学素子および関連部品、並びに関連システムの光学測定サービス
6.
科学館、公共天文台等の立ち上げ、並びに運営コンサル
ティング
7.
出版物の執筆、理科教材の開発
8.
天文学および物理学に関する各種講演会、研修会、セミナーの企画、開催、運営並びに講師の請負
9.
学術研究に関する情報の調査提供および資料作成、ならびに英文校閲
10. 学術研究に関する秘書の請負
11. 前各号に附帯関連する一切の業務1.
2.
3.
4.

業務事例

宇宙航空研究開発機構様
SPICA衛星用中間赤外線撮像分光装置の光学設計
自由曲面ミラーを使用した光学系の設計

コンパクトながらも良好な光学性能を実現

Credit: ISAS/JAXA

Fujishiro et al., 2012, ICSO

業務事例

北海道教育大学旭川校様
可視光分光装置の製造
特徴：
ビデオCCDカメラを使ったス
リットビューアー光学系
コリメータ光学系とカメラ光学系を独立させ、望遠鏡、観測地に最適なスリット幅

安価で小型望遠鏡に装着可能＝大学での実習、アマチュア、公開天文台向け分光器
冷却CCDカメラ
カメラレンズ
望遠鏡側

ビデオCCDカメラ

スリット部
回折格子
コリメーター

スリットビューアー
光学系

業務事例

国立天文台ハワイ観測所様
すばる望遠鏡補償光学用
像回転機構制御ソフトウエア
既存システムへの機能追加・改良

新規追加

AO188用イメージローテータ駆動モード整備• 恒星時・非恒星時追尾• 視野固定・瞳固定
駆動モード改良（PVT=位置・速度・時刻駆動）

業務事例

東京大学様
TAO望遠鏡観測制御コンサルティング
プロジェクトエンジニアとして観測制御システムの基礎設計に参加

望遠鏡及び周辺設備、観測装置が必要とする機能整理

観測装置SWIMS

ソフトウエアシステムの基礎
設計案の作成開発スケジュール、人的リソース計画案の作成

TAO望遠鏡

観測装置MIMIZUKU

観測装置制御フレームワークの基礎と応用事例
1. 制御フレームワークの基礎
2. AIRTReCS
3. AIRTReCSの応用事例

1. 制御フレームワークの基礎可視赤外望遠鏡・観測装置の制御
すばる～中小口径天文台を想定…
天体望遠鏡

観測装置制御ツール

観測者

観測装置

QLシステム

保守性を上げるためには？
• 機能追加・修正時の柔軟性
 同じ機能を何度も実装していないか？
 デバイス交換、更新時の管理？
 新規機能のテスト？

計算機による制御の背景
多くの処理を安価な汎用計算機で行えるようになった処理の高速化、容量の大型化
計算機ネットワークの構築
仮想計算機の活用
スケラビリティの向上
ハードウエア障害への対応
開発・テスト環境の構築

望遠鏡・観測装置技術の高度化・複雑化
複雑な処理は計算機に任せたい
考え方の枠組み＝フレームワークが必要
どのような機能が必要か？
どのようなインターフェイスが必要か？

SOSS toolkit（すばる望遠鏡の観測装置I/F）
コマンドの抽象化

観測装置インターフェイス

装置依存コマンドコマンド発行
ステータス配布
観測データアーカイブ

装置、望遠鏡などのコマンド

抽象化コマンド
複数の装置依存コマンドのシーケンス

コマンド
抽象化コマンド

観測者

SOSS

ステータス

データ

観測装置

観測制御フレームワーク
フロントエンド

コマンド

コマンド

ユーザー
へのイン
ターフェ
イス

デバイスエンド

バックエンドステータス

観測統合制御ステータス

望遠鏡・装置を駆動する

データ

データ

観測者

装置、望遠鏡、QLシステムなど

ミドルウエア
共通に必要な機能

観測制御に必要な機能
観測装置、目的ごとに作るべき機能

すばるGen2を参考に…
フロントエンド

バックエンドデバイスエンド

コマンドUI

タスク管理

望遠鏡制御

ステータスUI

デバイス管理観測装置制御データUI

データアーカイブ

データ処理

観測者

装置、望遠鏡、QLシステムなど

ミドルウエア
通信機能
様々な望遠鏡、観測装置で共通する機能

実行ログ管理ステータス管理フレームワークの活用＝保守性の向上
同じ機能を何度も実装していないか？
 共通する機能を共有し、開発を効率化
バックエンド： タスク管理、プロセス管理、デバイス管理、データアーカイブ
ミドルウエア： 通信機能、ステータス管理、実行ログ管理

デバイス交換、更新時の管理？
 デバイスエンドをモジュール化し、修正すべき部分を最小化

新規機能のテスト？
 インターフェイスをシミュレートすることによって、単体テス

トを容易に2. AIRTReCS

AIRTReCS – Astronomical InstRuments
and Telescopes Remote Control System
京都虹光房の天文用観測装置、望遠鏡制御フレームワーク
デバイス管理: コマンド、ステータス、データ取得
マクロ機能：複数のデバイスを駆動する観測シーケンス
データ管理：FITSファイル生成、オンサイトのデータ処理
開発言語: Python
軽量プログラミング言語 = コードの作成・修正が容易
コミュニティーベースの天文用リソースが豊富 （Astropy,Scipy, Numpy, matplotlib, PyRAF…）
Windows, Linux/UNIX, MacOS Xなどクロスプラットホーム
データ管理のミドルウエアとして、MySQLを採用
ネットワーク上への展開が容易
排他処理などはMySQL側がやってくれるデバイス管理フロントエンド

バックエンドデバイスエンド

コマンドUIタスク管理

望遠鏡制御

ステータスUI

デバイス管理観測装置制御データUI

データアーカイブ

データ処理

観測者

装置、望遠鏡、QLシステムなど

ミドルウエア
通信機能
実行ログ管理ステータス管理デバイス管理
デバイスエンドの定義
コマンドの発行
ステータスの取得
ステータスログ
ステータス自動更新
ステータス監視とコマンド実行

デバイスの振る舞いを定義するPythonコード= デバイスエンドの定義

デバイスの構成情報を定義するSQLデータベース= ミドルウエア

ミドルウエアへのアクセス
デバイス構成情報定義
ログファイル
コマンドの発行と結果
アプリケーションの実行記録
ログレベルの設定
Microsoft Accessベースの管理ソフトウエア

コマンドの抽象化
フロントエンド

バックエンドデバイスエンド

望遠鏡制御
コマンドUI マクロコマンドタスク管理 デバイスコマンド
ステータスUI

デバイス管理観測装置制御データUI

データアーカイブ

データ処理

観測者

装置、望遠鏡、QLシステムなど

ミドルウエア
通信機能
実行ログ管理ステータス管理コマンドの抽象化
複数のデバイスコマンドを実行する
マクロを定義コマンドの発行
観測シーケンスの定義

マクロコマンド

ステータスへのアクセス
即時更新
現在の値の参照
状態変化待ちPython言語によるマクロ
制御フロー文標準ライブラリ： データ構造、数値演算、入出力、エラー処理など

デバイス デバイス

デバイス

3. AIRTReCSの応用事例

京都産業大学神山天文台
ドームフラットシステム
荒木望遠鏡用ドームフラットシステム
制御室からのリモート制御
高分散分光装置から撮像装置まで、必要なダイナミックレンジ（～103）
φ17分の視野に渡って1%の測光精度システム構成リモート調光: DMX512+Artnet (UDP/IP)
減光: TCP/IPリレーでスライダックへのバイパス回路

ドームフラット
スクリーン

60W ハロゲン
ランプ x 6

1.3m荒木望遠鏡

システムデザイン
デバイスエンド

バックエンド

フロントエンド

コマンド

ステータス

コマンドラ
インツール
(domeflat)

コマンド

デバイス管理
ステータス
コマンド

ステータス

観測者

ミドルウエア

調光器
ドライバ

ステータス管理
デバイス情報管理

リレー
ドライバ

情報通信研究機構様光学望遠鏡による低軌道衛星観測システム
35cm光学望遠鏡による低軌道衛星の光学観測
背景の星から座標を計算し、通過時刻における衛星の位置を決定する

CCDカメラ（BITRAN）
35cm 光学望遠鏡（高橋製作所）
フォーク式赤道儀（西村製作所）

GPS時刻周波数発生器（日本通信機）システムデザイン
フロントエンド
コマンドラインツール
ステータス・コ
マンドGUI

データ表示
GUI

デバイスエンド

バックエンド
コマンド

ステータス

タスク管理

コマンド

望遠鏡ドライバ（西村製作所標準コントローラ）
GPSドライバ（シリアル）

ステータス監視ステータス

CCDドライバ（TCP/IP通信）
データデバイス管理

データ

観測者

データ処理
（衛星検出）

装置、望遠鏡、QLシステムなど

ミドルウエア
通信機能
実行ログ管理ステータス管理まとめ
観測装置制御フレームワーク
システムの保守性の向上
システムの分割
フロントエンド・バックエンド・デバイスエンド・ミドルウエア

コマンドの抽象化・デバイスインターフェイス
AIRTReCS
LLP京都虹光房が提供する装置制御フレームワーク
複数の観測所・研究所で導入・導入を検討中

お問い合わせは…

URL: http://www.kyoto-nijikoubou.com
e-mail: sales@kyoto-nijikoubou.com
tel: 075-748-1491 fax: 075-748-1492