掩蔽現象観測用 GPS 受信＋1PPS-LED 発光装置
ちょうちんコバンザメ(Lantern Sharksucker)の製作
宮下和久(JCLO・ちょうちんコバンザメ開発プロジェクト)

概要「観測時に複雑になりがちな GPS 関係のコードを 1 本（1 連）に」を目標に、受信感度や時刻精度をより高められるような掩蔽観測用 GPS 受信装置を製作した。最近バージョンアップされた HACSTIPGPS Ver.2 とともに用いることにより、+/-0.2msec の精度（推定）および安定性（実測）で PC のシス
テムタイムを補正・管理することができる。

１．はじめに（VK172 の長所と限界）
掩蔽観測に用いられている GPS 受信機の中で、VK172 は最も普及している機種である（図 2）。数千円で購入できる
ことと、USB ケーブル 1 本で PC と接続して望遠鏡の筒先に設置し、本体に実装された LED により時刻補正用の1PPS の光を照射できることなど、観測に手軽に活用できることなどがその長所である。設置場所である筒先は、一般的には観測時に最も衛星を捕捉しやすい場所であることも観図 1 先バラの GPS 受信機を活用して自作した PC 時刻補正用の装置の例
本体から以下のケーブルが延びる

測に有利である。ちなみに、Garmin18lvc を市販の RS232C-

下：RS232C-USB 変換器(ケーブル)

USB 変換ケーブルに接続した自作受信装置の場合（図 1）、

左：受信機 Garmin18xlvc

i. 受信機本体から伸びた数メートルのケーブル,

ii. 電源中：電源供給用 USB ケーブル
右：1PPS 用 LED

用の USB ケーブル, iii.

RS232C 変換ケーブル,

iv. LED用のケーブル の 4 本のケーブルがコントロール部の筐体から伸びることになり、観測時にこれらを引き回すことになるため、準備・撤収に手間取るだけでなく、観測時に足でケーブルをひっかけないように気を配らなければならなかった。それに比べれば、VK172 は USB ケーブル 1 本、とい
うのは圧倒的に有利であると言える(図 2 上図)。
ところが、その一方で、観測に利用する際に、衛星電波を受信できなくなるトラブルも少なからず報告されてきている。これは、受信感度が比較的低いことも一因である（付録参照）が、その他の大きな問題点のうちの一つに、望遠鏡に取り付けた受信機の向きがある（図 2 下）。
受信機のアンテナは、設置するときの向きにより受信感度が変化する。車載用のアンテナ等では接地の向きが分かりやすいが、VK172 は一見上下の区別がないように見える。
カバーを取り外した状態を図 2 下に示すが、アンテナを空に向ける向きに 1PPS の LED が取り付けられている。このため、LED を望遠鏡に向けて設置すると、アンテナの向き

図2

GPS 受信機 VK172

下はカバーを外して見た内部の様子。
白い正方形がアンテナの上面で、良好な受信を行うにはこの面を空に向ける必要がある。
一方、緑色の１PPS 発光用 LED は主鏡の方に向けなければならず、その場合にはアンテナも地面の方向を向いてしまう。

が上下逆になってしまうのである。
ソフトウエアを使って受信状況を調べると、補足衛星数はたとえばアンテナ上向きから下向きに変えると１機減ることが多い。ドームの中または周辺に建物等があるときには、上向きでも 4 機ということがあるが、これを下向きにすると 3 機となり、位置や時刻の情報が得られないことになる。
このように、VK172 を上記のように用いることは、使用上、根本的な問題を抱えていることになる。
回避法としては、VK172 に直角プリズムを貼り付け、全反射を 2 回繰り返させることで光路を反転させる方法もあるが、プリズムが剥がれたときには望遠鏡の主鏡や補正版が損傷することも考えられることから、それへの対策も考えなければならない。
以上をまとめて、VK172 の長所・短所を表 1 に示す。VK172 長所は他機種の短所に、短所は他機種の長所、のように逆の関係にある。
表 1 VK172 の長所・短所
長所

１．安価である
２．自作等で手を加える必要がない、または、加工の必要が少ない。
（ただし、カバーを外してパイロットランプ用の LED を破壊する必要がある。）
３．ＵＳＢケーブル 1 本あれば接続・設置できる
４．本体にＬＥＤが組み込まれており、ワンタッチで設置完了できる。
５．電波状態のよい望遠鏡の筒先に受信機（＝アンテナ）を設置できる。
短所

１．受信感度が低い
２．設置状態では、その向きにより、更に受信感度が低下する
３．ＬＥＤ光が弱く、光量の調節もできない
４．1PPS の信号を PC に送ることができないため、PC の時刻補正の精度はあまりよくない。

VK172 に関しては、受信不良のため観測ができなかったり、LED 光の調節ができないために高い時刻精度が得られなかったりするなど、掩蔽観測にとっては深刻な問題となって現れることが少なからず起こっていた。これらの問題を解消するために、自作の必要はあるものの、より信頼性・時刻精度ともに高い受信装置が必要であると考え、新たに受信装置を工夫することにした。

２．GPS 受信装置に求められる条件と仕様
上記のようなそれぞれの受信機に対する問題を解決するには、VK172 の長所を取り入れ、短所を改善できるような受信装置を作製すればよい。そのための要件をまとめたものを表 2 に示す。
表 2 精度・信頼性の向上と観測時の取り扱いを容易にするために受信装置に求められる要件(1) アンテナ（一体型の場合は受信機も）を、望遠鏡の筒先に設置する。
(2) 途中に複数の筐体があるとしても、PC を起点にそれらを 1 本（一連）のケーブルで配線する。
（ケーブルが分岐しない。
）(3) LED を、望遠鏡筒先の受信機（アンテナ）部から筒先あるいは接眼部に伸ばすことができる。
※ 以上で、望遠鏡の周りの地表を通る GPS 関係のケーブルは 1 本だけとなる。
→ 誤って足をひっかける等のトラブルを極小にできる。
(4) 必要に応じて、LED の ON-OFF や光量の調節を手元（PC の横）で行う。
(5) 筒先照明部(LED)の向きを微調整することができる。
(6) アンテナ部＋筒先照明 LED 部が一体構造で、全体をワンタッチで着脱することができる。
(7) RS232C の DSR 制御信号線経由で 1PPS 信号を PC に送り、PC のシステムタイムを精密に補正することができる。
※ HACSTIP-GPS Ver.2 を用いると、+/-0.2msec (推定値) で時刻補正が可能となる。

３．精密な 1PPS の信号を PC に伝達させるための回路
HACSTIP-GPS Ver.2 を利用すると、DSR 制御線に GPS の 1PPS 出力を接続することにより、PC のシステムタイムの精密な時刻補正が可能となる。この状態でビデオキャプチャを行うと、システムタイムがビデオの各フレームに記録される。ただし、フレームに記録されたタイムスタンプおよび時刻データは、キャプチャソフトの処理時間の分の遅延が加わった時刻となっている。それに対して、1PPS 信号により

図３

Limovie を用いた LED 光による時刻補正

LED を発光させ、それをビデオファイルに録画する

Limovie は SharpCap Timing Analysis 機能を用いことにより、ビデオフレームに記録された時刻の補正て、１PPS の LED 光から精密な時刻補正をすることを行って精密な現象時刻を得ることができる。ビデオができる。フレームレートにより、フレームに対する解析ソフトウエア Limovie を用いることにより、この補正が可能となる。（図 3）

１PPS の LED 光の立ち上がりのタイミングが異なることを利用して、精密な時刻補正を行う。

このように、1PPS 信号を PC に伝達することと、LED の１PPS 発光をビデオに記録することは、精密な掩蔽観測を行うのに必須となる。新たに製作する受信装置も、その両方を満たすように作製する必要がある。そのための基本的な回路を図 4 に示す。

USB-RS232C 変換器

GPS 受信機

DSR 〇

〇 PPS

USB

RXD 〇

〇 RXD

TXD 〇

〇 TXD

GND 〇

〇 GND

VCC 〇

〇 VCC

330Ω

図4

アンテナ

LED

RS232C-USB 変換器（左）と受信機（右）の配線の例撮影したビデオファイルの時刻補正のために 1PPS 発光の LED を接続するとともに DSR にも接続。
受信機と変換器の TXD(センテンス等出力)と RXD（センテンス等入力）はクロス配線とすること。
上図のアンテナは、他機種の大型のものと換装してある。受信機付属のアンテナはこの半分の大きさである。

図 4 の上図は、DSD TECH 社の RS232C-USB 変換器 SH-U09C5 に、Ren He 社の GPS 受信機
GY-NEO-6MV2（価格：1000 円程度） を接続した場合の基本的な配線である。 SH-U09C5 は、本稿の製作例でも使用している、自作に適した変換器である。一方、受信機 GY-NEO-6MV2 はアルマナッ
ク記憶用の電池を持たないことから、起動してからアルマナックのデータを衛星から受信されるまでの間はファームウエア作成時のうるう秒のデータに基づいての時刻表示がなされるため、UTC に対して
3 秒進んだ時刻を示す。この 3 秒進みの期間は、最長で受信開始後約 12.5 分の間である。スマートホンの電話時報などと比べると、3 秒進んでいるかどうかは容易に確認できる。しばらくして、アルマナッ
クが読み込まれたタイミングで、UTC と同じ時刻値となる。その意味では実用にあまり適した受信機ではないが、信号端子の種類が明瞭に記されており、例として示しやすいことから、図に採用してある。
また、アンテナが小さく受信感度も高くはないが、高性能の割には安価であり、初めての自作で接続について理解したい場合や、上記の秒ズレについて理解した上で活用する上ではたいへん適した機種である。なお、観測に適した秒ズレの起こりにくい受信機については、後に詳しく紹介する。
なお、LED の明るさを可変としたり、不要な期間は LED の電源を OFF にしたりする必要があるので、それぞれ可変抵抗器やスイッチを間に挟む必要がある。これについても後述する。

４．観測用受信装置“ちょうちんコバンザメ”の基本設計
図 4 の基本形を生かしながら表 2 に述べた要件を満たすために、図 5 のようなしくみを考えた。なお、装置名については、鏡筒に付着して使用する様子がスズキ目の魚類の一種の生態に、突起部の先に発光器があることがアンコウ目の深海魚の一種のようすに、それぞれ似ていることに由来する。
コントローラ

コバンザメ

USB-RS232C 変換器

ケーブル
〇 PPS

RXD 〇

〇 RXD

TXD 〇

〇 TXD

GND 〇

〇 GND

VCC 〇

〇 VCC

20kΩ

20kΩ

LED

アンテナ

USB

DSR 〇

空

330Ω

LED
図5

ちょうちんコバンザメの回路

ちょうちんコバンザメは、コントローラ部と受信機部（コバンザメ）の二つのケースからなり、そこから更に LED が伸びる構造となっている。これにより、PC に接続された USB ケーブルから LED ま
で、枝分かれのない一連のケーブルでそれぞれが接続されることになる。これにより、望遠鏡の周りに張られた複数のコードを手足にひっかけるのではないか、との恐れから観測時の人の動きが制限される、というような事態を改善することができる（図 6 右）。

図6ちょうちんコバンザメの全景（左）と観測時のコードの取り回し（右）途中で枝分かれせず、コードで「一連」となっている。

ここで検討しておくべきことは、図 5 の回路に依らなくても、図 1 のような受信装置を改良することで“ちょうちんコバンザメ”と同様の運用ができる可能性がある点である。たとえば Garmin18xlvc はアンテナ一体型の受信機から 5m の先バラとなった RS232C ケーブルが伸びている。それならば、受信機本体をケースに入れて鏡筒の先付近に取り付け、そのケーブルに 1PPS 照射用の LED のケーブルを添わせて途中をテープなどで留めていけばあたかも一連のケーブルのようにして扱うことができるだろう。実用的には 2 本のケーブルを束ねると、ケーブル収納時に様々なトラブルが起こりうるが、そこに目をつぶればちょうちんコバンザ
メと同様の運用となる。
ところが、この回路設計には大きな問題点がある。それは、筒先点灯の場合、LED を点灯させるためのケーブル長である。図 7 は、電源+や位置・時刻情報の通信線を割愛し、GND と 1PPS のみを残した回路で比較したものである。

受信器
アンテナ
20kΩ

330Ω
LED

受信器
アンテナ
330Ω
20kΩ
LED

図7

LED ケーブルを受信機ケーブルに沿って伸ばした設計（上）とちょうちんコバンザメ（下）の回路の比較

このように比べると、LED ケーブルを受信機ケーブルに沿って伸ばしたものは、LED 配線のための回路の長さがちょうちんコバンザメの約 2 倍となってしまう。ケーブル長が 5m であった場合、回路の片道が 10mに達し、静電容量が増加して LED 発光のタイミングにも影響を及ぼしかねない。RS232C のデータ信号線の部分の長さが同じであった場合、ちょうちんコバンザメの設計では、1PPS 発光 LED 用回路の長さを最短にすることができる。
本稿の作例では、受信機として YUECHUNG INTERNATIONAL CORP. (YIC)社製の GT-902PMGG（秋月電子通商扱い。価格：2600 円程度）を使用している。この受信機は u-blox 社の最新のチップ UBX-M8030KT を搭載している。平屋の木造家屋内（屋根がトタンぶきでない）であっても 12 個の衛星を捕捉することができるなど、他の受信機よりも格段に高い受信感度を持つ。ドームのような受信環境の厳しい場所であっても、望遠鏡の筒先に設置することにより、高い信頼性をもって利用することができる。
以上述べたように、「ちょうちんコバンザメ設計」により受信感度と LED 駆動の精度の両面でよりよいＧ
ＰＳ受信環境を得ることが可能となる。
以下に、作例を元に製作法を詳述していくが、これはあくまで「作例」であり、読者が各自工夫してよりよい受信装置を作製いただきたい。

５．各部の詳細
以下に、各部の構造と製作法について詳述する。なお、読者が様々な工夫を加える場合を考え、材料については列挙して一覧できるような形でまとめることはしないが、以下に述べる各部には示してあるので参考にしていただきたい。価格は執筆時点のものである。また、ケースの加工については省略する。
(1) ケーブル
図 6 が示すように、コントローラとコバンザメを 6 本のコードを接続する必要がある。そのためには 6 芯のケーブルを用いるとよい。本稿の試作では、ミヨシ社の 6 極 6 芯、長さ 5m の電話機コード DC-605/WH を用いた（価格：1000 円程度）
。なお、他にもクロス配線の製品が販売されているが、取り扱いがたいへん面倒である。上記のようなストレート配線のタイプの製品を使うことをお薦めする。なお、ケーブル長が 5ｍとなっているのは次のよ
うな見積もりによる。コントローラ部を例えば 1ｍ程度の高さの机の上に置き、そこから地面まで１ｍ。地表を１ｍ這って、2ｍの高さの鏡筒先端まで届く、と考えると 4ｍが必要となる。それに余裕で対応するために 5ｍとした。一方、GPS 受信機から送られてくる RS232C の規格に基づく信号は、
静電容量等による信号の劣化を避けるために最長 15m までとされている。
それに対して、５ｍのケーブルを使用して LED 用ケーブルを更に 1ｍ伸ばしたとしてもこの制限を余裕で満たすことができ、データ読み取りや精度低図 8 電話用 6 極 6 芯ス
トレート配線ケーブル

下への影響を受けない範囲で使用することができる。
また、電話機ケーブルは接続が容易であるが、頻繁な着脱には向いていないコネクタである。破損を防ぐために、観測を終えて片付けるときにはコネクタは抜かずに装置全体が一連となったままで大き目の箱やケース等に収納することをお薦めする。
(2) コントローラの製作[1] 筐体の加工
筐体には岩崎工業のタッパーウエア Lustroware 360mlを用いた。ここに RS232C-USB 変換器 SH-U09C5 用とモジュラージャック EA940CE-166 用の開口部をつくる。開口予定個所の内側をドリルで穴あけし、ニッパで切るなどした後、鉄やすりでそれぞれの部品に合う大きさまで開口部を広げる。
［2］RS232C-USB コネクタ用の配線コードの準備
まずコバンザメ方面行きのケーブルを接続するコネクタにコードを取り付ける必要があるが、その作業を行う前に、一度変換器につけて仮組をしてみて、最終的な仕上がりを理解しておくとよい。
（図 11, 16, 17 参照）
RS232C-USB は、DSD TECH 社の SH-U09C5（2000 円
程）を使用した。同社には同じような形のいくつかの変換器

図 9 コントローラ
上：下：

ふたを開けたところ
モジュラージャックの製品があるが、DSR 端子を持たない機種がほとんどであるため、製作には本機種を用いる必要がある。
SH-U09C5 の各端子に付属の端子付きコードを接続する。
付属のコードは 6 連となっており、一方は互いにくっついて一連となっている。他方は、コネクタはついているが先はばらけている。このコードを中央で切断し、6 連となっている方を SH-U09C5 のピン端子に接続する。後ほど本組み立てをする際の予行演習として、奥まで確実に差し込むことを確認しておくとよい。もう半分のコードは、オレンジ・白の 2 本を外して分けておく。こちらはオレンジ色を DSR に接続する。白は切断された側には何も接続しないが、オレンジのコードの端子を抑えて抜け止めとするために、DSR 端子の横のピンに差し込むようにする。

図 10 SH-U09C5 付属のケーブル加工
上： 中央で切断
中： 先のばらけた方は 2 本を使用
残りの 4 本は故障時の予備用として保管しておくとよい
下： 配線に使用するケーブル[3] 配線の確認と仮組み
VCC(電源+), GND（電源－）, TXD,RXD の端子は一列に並んでいるので、そのままコードの束を差し込む。なお、
このとき赤色コードが VCC となるように、変換器裏側の記号をよく見ながら方向を間違えないように接続する。また、使用中に抜けないように、奥に当たるところまで端子を差し込むこと。
DSR 端子は変換器上面にあるので、残ったオレンジ色のコードを DSR の端子に接続する。このとき、上述のよ
うに、白色のコードも隣の端子に接続して、オレンジ色のコードの抜け止めにするとよい。
なお、上部のピンの電圧設定用のジャンパーピンは 5V5に差し込む。購入時には 3V3 に差し込まれているが、3V3だと LED の発光が弱く、信号として安定しないので、必ず 5V0 に変更すること。

図 11

変換器へのコードの接続

左から VCC（赤）, GND（黒）,TXD（青）, RXD（緑）。 残りの右側 2 端子はこの回路では未使用。連になったコードのオレンジ・白は他に接続されずにコネクタ
抜け止めの役割となる。
DSR 端子は、手前から 3 番目の外側である。こちらに 2 本取り分けておいたうちのオ
レンジを接続する。

仮組で確認できたらコードを SH-U09C5 から外し、次の作業に移る。
[4]電話用モジュラーケーブル端子へのコードの取り付け
コントローラとコバンザメの筐体には、モジュラーケー
ブルのメス端子を取り付ける。この部分が最も工作的には「努力が必要」なところである。端子は、エスコ社 電話
用モジュラージャック 6 極 6 芯

EA940CE-166（価：700円程度。2 個必要）を用いた。多少高価であるが、頑丈な端子であり実用性も高い。このケーブルと端子を選んだのは、観測時の耐久性を重視したことによる。

図 12 モジュラージャック EA940CE-166
左：ケーブル接続口
右：電話配線ケーブルの接続法
コードの先の被覆を 10 ㎜むき、2 連の孔の一方から差し込む。ボタンを押しながら強く差し込み、ボタンを離すと固定される。本稿で扱うコードには適用できないので注意。

筆者は図 1 に示す受信装置を 3 年間継続して使用してきているが、この装置は受信機や電源からのケーブルをジ
ャックではなく直接筐体の RS232C 端子や抵抗類に接続していた。端子部の接触不良を避けるのが主たる目的であったが、筐体からのケーブルの出口をホットボンドを盛っ
図 13て抜け止めにするとともにコードの接続部が動かないよ
うな対策ともしていたにも関わらず、使用時の振動などにより、はんだ付け部付近で断線が発生するなど、観測時の信頼性が課題となっていた（図 13 左）。そこで、頑丈で信頼性の高い端子として、モジュラージャックを選択した。

接続部の強化

左：振動などによる動きがあったとき、折れ角が大きいと、金属疲労が起こりやすく、はんだ接合箇所付近で折損しやすい。
右：ジャックや基盤の孔などでコードの被覆部が支えられていれば、折れ角が小さくな
り、折損が起こりにくくなる。

かつて通信用として利用されたモデムは、同様のモジュラージャックおよびケーブルを用いて RS232C 規格の通信を行っていたことから、この受信装置への利用にも十分な性能が確保できるだろうと考えたことにもよる。
EA940CE-166 は電話等の建物内の配線に用いられるケーブルの接続に最適化された機構を持っている。配線ケー
ブルの導線は撚線ではなく 1 本の銅線となっており、二連の丸穴に差し込むと中の金具で固定されるような仕組みになっている。これにより、工事の時はワンタッチで接続を完了することができる。また、アーム状をした部分の上部がリ
リースボタンとなっており、ここを押すと差し込んだ線がリリースできるようになっている（図 12）。
ただしこれは、本稿で述べる受信機等に付属する「撚（より）線」には適用することができない。そこで、手数はかかるが、コードの固定と導通の向上のためにはんだ付けによる接続法をとることにして、次のような工作を行った。
はんだ付けをする金具は、ジャック本体内部にあることから、白いカバーを開ける必要がある。小さめのマイナスド

図 14
上：抜け止めを指で押し込み、ドライバーで蓋を開く方向に抉ると外れる。
中：本体（左）と蓋（右）下：蓋の裏の突起（金具の押さえ）ははんだが盛られると蓋がしまらなくなるので、予め切り取っておく。

ライバーを差し込むなどしてカバーを外す。なお、カバーにはスライド式のシャッターがついているので、カバーが下になるようにして外し、シャッター部品をなくさないように注意する。
ここでは 2 連の丸穴からの配線はせず、リリースボタン
を横に開き、コードの先をそこに差し込んで金具の丸穴から数ミリほど出してからはんだづけする（図 15）。金具が大きいので加熱するのに時間がかかるが、はんだごてを周囲のプラスチックに触れないように金属だけを熱していると、やがてはんだがとけて金具の上に丸く広がってつけることができる。誤ってはんだで金属の孔を覆ってしまったとき
は、1 ㎜のドリルなどで穴を開けなおせばよい。

図 15 コードの接続（はんだ付け）
上：リリースボタンを開いて差し込む
下；はんだの上に出た導線は、図の右側の列のように切り取る

接続は、表 3 に示すようにするとよい。どの番号の線が何に当たるかには特に決まりはないので作成者の考えでよいが、たとえば観測地で他の人のコバンザメを借りた場合など、線の番号が異なると動作しなかったり故障の元となったりするので、同一のピンアサインであることが分かっている場合以外は転用を避けるようにすること。
表3

モジュラージャック
端子番号

モジュラージャックへの接続（製作例）

コントローラ(裏返して左下→左上→右上→右下に回るように）

コバンザメ

DSD TECH
SH-U09C5

一般的な機器のコードの色YIC
GT-902PMGG

一 般 的 な機 器のコードの色L5

VCC(+)赤赤

VCC(+)赤赤

L3

GND(-)

黒黒GND(-)

黒

黒

L1

RXD

緑

緑

TXD

橙

白

L2

TXD

青

白

RXD

緑

緑

L4

1PPS

－

黄

1PPS

茶

黄

L6

LED

－

－

LED

－

－

なお、表２にはコードの色を示すが、ここで用いた機器は一般的な機器のコードの色とは多少異なる
ので機器のデータシートなどをよく見て間違えないように接続する。
[5] コントローラの仮組み
組み立てる前に、空中配線の状態でよいので仮組をして、全体を確認してからケースに部品を取り付けていく。
RS232C-USB 変換器 SH-U09C5 の裏側に両面テープを貼ってケースの底に貼り付ける。ただ、両面テープはプラスチ
ックへの粘着力は弱く、振動やケースの変形に伴って剥がれてしまうので、スペーサーとプラスチック板で、変換器のRS232C 側の端をケースに固定する（図 9 上の黄色い部品）。
モジュラージャックは、裏側の工事用取り付け部の窪み

図 16

コントローラ部仮組みを押さえるように 2 個のスペーサーを筐体にねじ止めすると、十分な強度でジャックを押さえることができる。
[6] コントローラの配線チェック
図 15 の左下から時計回りに、赤（VCC）、黒（GND）、
緑（RXD）、青（TXD）、黄色（１PPS）、橙（LED 出力）
この順が正しくないと正常に動作しないので、念入りにチェックすること。組み立てた様子は、図 9 を参照のこと。
また、スイッチと可変抵抗へのコードの取り付けは図 13の左側の形にならざるを得ないので、はんだを多めに盛っ図 17

モジュラージャックの固定

壁取付けのコンセント部への差し込み溝てコードが外れたり折れたりしにくいような付け方にする。 を使い、2 本の基盤用プラスチックスペーサ
ーで固定する。

(3) コバンザメ部の製作[1] 受信機からのケーブルの加工設計の項でも述べたように、LED の回路を短くするには、受信機にできるだけ近い位置で LED から GND に接続すべきである。そのためには受信機からのケーブルを切断してその位置 で LED のマイナ ス側を接地させ、そ こから
RS232C-USB 変換器までを代わりのケーブルに任せればよい。ただし、あまり短く切断してしまうと、工作がうまくいかなかったときに作り直す余裕がなくなる上、線が短いと
図 13 に示すように断線や接触不良が発生する可能性が高まる。そこで、ケース内で余裕をもってケーブルが一回りで

図 18

受信機の保持受信機の磁石により、鉄製 L アングルにつける。受信機はケースとアングルの間に挟まれており、他の方法を用いなくても実用上支障なく固定することができる。

きる長さとして、30 ㎝で切断した(図 19)。
ケーブル外側の厚い被覆をむいて中のコードを 10 ㎝ほど出しておく。コードの導線はたいへん細いので、被覆をむ
くとき、導線を傷めないように注意しながら行う。コードのむきはじめの個所にカッターで被覆だけに切り込みを入れ、手またはニッパで慎重に被覆部を抜くようにしてはがす。
また、切断した残りの余ったケーブルの 15 ㎝ほどを切り取り、中のコードをコバンザメ内部の結線用に利用する。

図 19

受信機ケーブルの切断

図 20

受信機ケーブル先端加工

図 21

コバンザメ部

モジュラーケーブルには、表 3 に基づいて接続する。L6端子には、余ったケーブルから作った橙（オレンジ）のコードを接続し、もう一方の端はミニピンジャックなどの LED
線の差し込み口（＋側）に接続する。ジャックの－側には余ったケーブルから得た緑線を接続し、もう一端を基盤上の330Ωの抵抗につなぐ。330Ωの他方の端は、GND 線に接続する (図 20, 21) 。
なお、受信機から出ているケーブルの赤色（VCC）と黒色（GND）のコードの端は、切断したケーブルの中から取り出したそれぞれ赤・黒のコードをより合わせて、モジュラージャックの金具にはんだ付けする。
余ったケーブルで作った赤いコードの他の端は、パイロットランプ用の赤色 LED の＋側に繋ぎ、LED から 20kΩの抵抗を経て GND に接続する。余ったケーブルで作った
黒いコードは、被覆をむいた部分を基板上に延ばして、上記の抵抗器を接続するための GND 側の端子として活用する。
[2] 仮組み組み立ての前に仮組みし、コントロール部とも 6 極 6 芯
ケーブルでつなげて動作チェックしておくとよい（図 21）。

仮組み

この時点で、6 極 6 芯ケーブルでコントローラ部とつなげば動作確認をすることができる。パイロットランプ LED が点灯し、電波の受信できるところでは数分以内に1PPS の LED が点滅を始める。

[3] 自在クリップ「せぼね君」の取り付け
せぼね君は共栄ブラスチック社の製品で、自在に曲がる
本体の両側にクリップを持つ保持器具である（価格は 500円程度）。山村秀人氏が小惑星 2001CC21 による掩蔽観測に向けての観測ガイドで、筒先発光に便利に使える用具として紹介・推奨された。筆者も早速購入したのだが、残念

図 22

せぼね君のクリップの外し方 1

黄色線の部分をニッパで切り離す。

ながら使用している望遠鏡の筒先の厚みが大きすぎ、せぼ
ね君では挟むことができなかった。クリップのうちの一方の可動部を取り去り、穴を開けてコバンザメ筐体に取り付けることで観測に利用できるようになった。せぼね君のク
リップの可動部を取り去るには、図 22 の印の部分の４か所（プラスチック部）をニッパで切り離し、Ω形をしたばね金具を揺するようにして取り除くとよい。または、ばね金具の丸い部分の隙間にドライバーなどを差し込んで抉る、という方法もある（図 23）。その場合にはばね金具が勢いよく飛び出す可能性もあるので気を付けること。挟む
部分を取り外した後、残ったクリップに穴を開け、コバン
ザメ筐体にねじ留めする。
（図 24）
なお、筐体にはパール金属（株）のネオキープロック

図 23

せぼね君のクリップの外し方 2

ばね金具を－ドライバーで押して反対側に隙間を作り…（上）隙間に＋ドライバー（細）をこじ入れて、矢印側に金具を引き出す。

HB5747 を用いている。
[4] コバンザメ部 組み立て
仮組みが終わったら、基盤に取り付けたスペーサーに合わせて筐体に孔を開けた後、最初はモジュラージャックを取り付け、そのほかの部品もだんだんに取り付けていく。
図 24

[５]

せぼね君の取り付け

鏡筒への取り付け部の作成

裏側にマジックテープ（オス側）を貼り付ける。 このとき、タッパーウエアの中央がくぼんでいた場合には、粘着剤付きゴムシートなどでくぼみを埋めるようにする。
[6] 鏡筒への取り付け
鏡筒へコバンザメ部を取り付ける場所には、マジックテープのメス側を貼り付けておく（図 26）。

図 25 組み立てたコバンザメ部

貸してもらった鏡筒であったり、公共天文台の鏡筒であったりした場合には、マジックテープを貼る、というわけにいかない場合もある。そのときには、ポリプロピレン板と吸盤でつくった部品（くっつきアイテム小判ちゃん）を用いる。
鏡筒には吸盤で固定し、部品上面のマジックテープにコバ
ンザメ部を取り付ける。

図 26 筐体裏のマジックテープ

[7] 全体の接続
図 6 の左図のように接続する。なお図 6 は PC との接続部
をわかりやすくするために USB コードの短い HUB を使っているが、後述するように HUB の使用は好ましくない。できるだけ 1 本の USB ケーブルで接続する。
PC → USB ケーブル → コントローラ → 電話用 6 極 6芯ケーブル → コバンザメ部 → 1PPS 用 LED とつなぐ。
ただし、PC との接続は、次項に述べる「マウス暴走対策」を施した後で行った方がよい。
図 27 くっつきアイテム小判ちゃん

６．マウスの暴走対策
Microsoft Windows の不具合として、「RS232C 通信の機器を接続すると、マウスカーソルが勝手に動き出し、クリック動作も行われて、範囲指定やウインドウが勝手に開く、などの状況が起こる。」というものがある。直接 USB に接続するタイプ（VK172 など）では起こらないが、RS232C-USB 変換器にGPS 受信機を接続して用いる場合にはしばしば発生する現象である。
後ほどその対策方法を述べるが、効果が永続的でない、との意見が一部にあることから、まず、突然起きてしまったときの対処法について説明する。
(1) マウス暴走の原因と「応急処置」
基本的に RS232C-USB 変換器が接続された時点で「未対策の Windows」はそれをシリアルマウス(RS232C 接続のマウス)として認識する。そしてシリアルマウス用のドライバが適用され、以降 RS232C-USB コネクタはマウスとして働いて、PC との通信を開始する。このとき GSP 受
信機からデータが送信されれば、それをマウスの移動やクリックとして Windows が扱い、暴走マウスとなるのである。
そのようなときは、ちょうちんコバンザメの場合にはコントローラから電話用ケーブルを抜く。するとデータが来なくなるので暴走はいったん止まる。そこで、スタート（田の字のような）アイコンを右クリックして、デバイスマネージャーを選択して開く。マウスの項目の中にシリアルマ
ウスがあるので、それを右クリックして無効化する。こうすると、現在暴れているマウスを無効にすることができる。
ということは、別の機種をつないだり、または後にもう一度接続したりしたときに Windows がそれを先ほどとは別の機器だと判断すれば、また暴走が始まるので、一時的な処置だと理解されたい。

図 28 デバイスマネージャーを利用したシ
リアルマウスの無効化
無効化されると、！マークの付いた注意標識のアイコンが追加される。

（2） 継続的なマウス暴走防止対策
できればマウスの暴走など起きてほしくないので、ちょうちんコバンザメを使う前に対策を施しておきたい。
後に述べるレジストリエディタを用いるのが「正攻法」だが、難しいと感じる場合には下記サイト
https://pcvogel.sarakura.net/2018/05/21/31838の「お手軽に変更するには」に示された url からファイルをダウンロードして実行するだけで、以下に述べる設定を自動的に行ってくれる。安全で確実であるので試してみられるとよい。
Micorsoft 社では、下記の方法を推奨している。レジストリエディタを使うことが必要になるが、図29 を参考に設定するとよい。
【設定法】
1) レジストリ
HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\sermouseの Start の値を 4 に変更。
2) PC を再起動

図 29

レジストリエディタによるシリアルマウス無効化の設定

７．PC の環境整備
時刻管理ソフトウエア HACSTIP-GPS を使うと、ちょうちんコバンザメを利用して精密な時刻合わ
せをすることができる。このように管理された時刻はキャプチャソフトウエアによってビデオの各フレ
ームに記録される。掩蔽観測においては、フレームに記録された時刻をキャプチャの遅延分を 1PPS の
LED 光を利用して補正して、現象の起きた時刻を得る。
観測用の PC には、キャプチャソフトウエア SharpCap と時刻補正ソフトウエア HACSTIP-GPS がイ
ンストールされていなければならない。また、CMOS カメラのドライバーもインストールする。古いカメラドライバーには USB の通信関係に不具合のあるものもあるので、最新のものに更新することをお薦めする。
また、PC に過大な負荷をかけるソフトウエアが動作した場合には、HACSTIP の動作が異常になる場合も報告されている。観測においては上記のソフトウエアのみを起動させるようにして PC の負荷を可能な限り軽減するように設定する。PC の処理が重くなる場合として、SharpCap でカメラとの接続が行われた瞬間がある。PC の環境によっては、HACSTIP-GPS の動作に異常が起こる場合もあることか
ら、事前に何回か動作確認を行って、このような異常があったときは、先に SharpCap のカメラ接続を行っておき、その後で HACSTIP-GPS を起動するようにすること。また、時刻補正がはたらいている間に、本稿のような画像入りの重い文書で大きなデータをコピー＆ペーストするなどの過度な負荷を PCに与えると異常が起こり得る。観測時には必要なソフトウエアのみ起動することをお薦めする。
次に、時刻管理ソフトウエアが他に動作していないかを確かめておくことも重要である。GPS-Clockという時刻管理ソフトウエアは最小化するとバックグラウンドで動作するようになり、あたかも常駐しているような形となる。また、さくら時計という NTP 利用の時刻管理ソフトウエアも、設定によっては常駐するソフトウエアとなる。過去に、GPS-Clock とさくら時計が同時に動作していたという可能性のある観測例もあったが、その場合、どのような補正がなされたのかをビデオファイルの記録から推定するのが極めて困難であった。HACSTIP-GPS 以外のソフトウエアを使用する場合であっても、使うソ
フトウエアは 1 種類とし、常駐は避けるべきである。ちなみに HACSTIP-GPS はウインドウの最小化はできないようになっており、バックグラウンド動作と類似の動作はできないように設計されている。

８．使用法(1) PC との接続
前項で述べたように一連の接続をしたちょうちんコバンザメのコントローラと PC を USB ケーブルでつなぐ。コントローラ内の RS232C-USB 変換器のパイロットランプが点灯した後、変換器の RXD ラ
ンプが点滅して受信機が繋がっていることの確認動作が行われる。 また、コバンザメ部のパイロット
ランプも点灯し、コントローラと接続していることを示している。
衛星電波の良好に受信できる場所では、1～２分ほど待つと１PPS の LED が点滅を始める。点滅を始めてから間もなくは、時刻や位置情報を伝える NMEA センテンスに充分な情報が含まれていないこともあるので、時刻修正用ソフトウエアを起動するのは点滅開始後 1 分ほど経ってから行うとよい。
(2) GPS 受信器の設定必要性はあまり高くないが、少しでも処理効率を上げるために、時刻補正に必要ない NMEA センテ
ンスを出力させないように設定しておくとよい。HACSTIP-GPS をはじめとする時刻管理ソフトウエア

が動作するために必要なセンテンスは、RMC 行と GGA 行である。ここではそれに加え、予備としてGLL 行も含めた 3 センテンスのみを出力させる設定について述べる。

図 30 u-blox 社の受信機設定ツール ucenter の設定手順 (1) 左から順に操作。

図 31 u-blox 社の受信機設定ツール ucenter の設定手順 (1)
図 30 のように操作すると、図 31 左図のような NMEA センテンス設定ウインドウが開く（〇印は筆者）。太字で示された文が出力されるが、この中で必要なのは RMC, GGA 行であるので、予備用の GLLも含めて残し、他は Disable とする（図 31 中）。選択し終わったら、下の Send ボタンをクリックする。
バグなのかどうかわからないが、利用不能を示す薄い表示となっている。このように表示されても正常に働いているので、クリックする（図 31 右）。

図 32

テキストコンソールで確認

の後

通信を切断

図 32 のようにすると、設定されたセンテンスが 1 秒ごとに表示されるので、確認することができる。
確認後通信を切断する。 なお、GPS 受信機として Garmin 社の製品を用いた場合の設定法は、付録に示すので参考にしていただきたい。

(3) HACSTIP-GPS による時刻管理
HACSTIP-GPS の使い方について、詳しくはマニュアルや解説を参考にしていただきたい。ここでは機能と観測時の使い方を述べる。
図 33 は、HACSTIP のメインウインドウである。
中央の Log 領域には 1 秒ごとの PC のシステムタイ
ムと GPS からの正秒の時刻値が表示される。左端の数値は、PC システムタイムと GPS からの UTC（DSR 制御線から伝えられた 1PPS 信号と NMEA
センテンスから得た時刻値）の差をミリ秒で表したものである。＋だとシステムタイムの方が大きな値、
すなわち進んだ時計であることを示す。中央は PC
システムタイムで右が GPS の時刻である。これらは旧バージョンでは全て一桁のミリ秒までの表示であったが、Ver.２で処理が高精度化したのに伴い、差の値のみ、小数点以下 2 桁のミリ秒で表示するよ

図 33 HACSTIP-GPS

うに改良した。
基本的な使い方としては、Connect ボタンをクリックすると GPS 受信機との通信が始まり、時刻の表示がなされる。次いで、Set Time on PC ボタンをクリックすると時刻の補正がなされる。「差」はたいてい 0.2msec 以下であり、この状態でビデオ観測を行うと、観測期間の PC システムタイムの進み遅
れが +/- 0.2msec 以下に管理されることから、現象前後のどちらかで LED 光を露光すれば十分な精度をもって観測を行うことができる。

9.

終わりに
ちょうちんコバンザメの構想を思いついたのは、小惑星 Phaethon による掩蔽観測に北海道を訪れた

折、観測地を案内してくださった吉田秀敏氏のご自宅で観測設備を見せていただいた時だった。ドーム
内であることから、望遠鏡の筒先に VK172 を取り付けて受信しやすさと LED 照射を兼ねた GPS 設備となっていた。吉田氏は、VK172 にフィルムケースをキャップとして被せ、現象中は LED 光が入射しないように工夫しておられた。小惑星の観測にはそれと CMOS カメラで行い、月による星食の場合は旧来のアナログビデオとビデオタイムインサータを用いておられるとのことだった。後に伺ったところ
だと、月による星食に CMOS カメラを利用できないかと様々に試されたが、LED 照射の扱いが大きな課題となっていたそうである。月による星食は、一夜に多数の現象が起こることから、上述のキャップを被せたり外したりする方法では、暗がりでは時には危険を伴うということだった。それならば、受信機（アンテナ）部と LED を筒先近くに置き、RS232C-USB 変換器を手許近く（机や台の上など）に置いてそこで LED の明るさの調節や ON-OFF の切り替えを行えるようにすればよいのではないか、と考えた。
更に、CMOS カメラの場合には現象の前後に 1PPS の LED 光を記録する必要があり、次々と起こる月による星食現象には観測のための撮影が間に合わない、という問題点もあった。従来は、1 ミリ秒の単位で常時時刻補正する手法そのものが存在せず、PC の内部時計が数分の間は一定の進み方（遅れ方）で安定して時を刻むので、その前後に１PPS の LED 光で補正すれば、進み遅れの率がわかり、それから現象時刻を計算できる、という方法に頼っていた。だから現象前後の１PPS の LED 露光が必須だったのである。ここでもし、1 ミリ秒またはそれ以下の誤差で PC の時刻補正をすることができたとした
ら、1PPS の LED は現象の前または後のどちらかで足りることになる。そういう時刻補正ソフトウエアの作成は可能だろうか？

このこともちょうちんコバンザメ計画の出発点でもあったし、HACSTIP-

GPS の高精度化を企図する契機ともなった。
HACSTIP-GPS の改良がある程度進んだところで、渡部勇人氏らの Didymos 観測チームの皆様にテストをしていただいた。そのおりに、渡辺裕之氏から、新たな受信装置を自作したがそれでは HACSTIPGPS が正常動作しない、との連絡があった。その装置にはこの作例で用いた RS232C-USB 変換器 SHU09C5 が使われていた。入手して調べてみると、変換器から出力される 1PPS は立下りのパルスであり、一般的な変換器と逆であることがわかった。それと同時に、配線等の取り扱いが容易であり自作にも向いた高性能の機種であることを知ることができた。一方、筆者が以前から気になっていた GPS 受
信機 GT-902PMGG もそれに合わせて購入し、受信感度が高い高性能な機種であることも確認した。そこでこれらを用いれば、受信環境の厳しいドーム内においても良好な掩蔽観測のための環境を構築できるのではないか、との見通しを持った。
ちょうちんコバンザメと HACSTIP-GPS の試作品が出来上がったところで、それらを吉田氏に送りテストをしていただいた。このうち HACSTIP-GPS については、従来よりも格段に高い時刻補正精度を目指していたことから難易度は高く、PC の環境によって動作する・しないがあるなどの問題が続出し、それを解決するための様々なアルゴリズムの工夫が求められた。これについては、渡辺氏が長時間にわたる連続試験を繰り返してくださり、その結果と情報を元に改良を重ねた結果、ひととおりの完成を見ることができた。これらの皆様のご尽力で、ハードウエア・ソフトウエアともにほぼ安定して動作するシステムとなってきている。
また、浅井晃氏にもテストしていただき、たとえば公共・公開天文台などの望遠鏡を使わせていただ
いたり、知り合いから貸してもらった望遠鏡を使用したりするとき、マジックテープを貼る、というわ
けにもいかない、とのご指摘をいただいた。それについては、新たに「くっつきアイテム小判ちゃん」を作って対応することができた。
ちょうちんコバンザメ＆HACSTIP-GPS Ver.2 は、このように多くの皆様から教えていただいたことを元に作製されている。ご教示とご協力を賜った皆様に心より感謝申し上げます。また、観測者の皆様には、製作や活用を試みていただければ幸いです。

付録

1.

Garmin 社の GPS 受信機での NMEA センテンスの設定

Garmin 社の受信機設定ソフトウエアを下記からダウンロードして任意のフォルダに格納。
https://www8.garmin.com/support/download_details.jsp?id=925#Instruct(1) 接続された garmin18lvc の COM ポート番号を調べておく(2) SNSRCFGxxx.exe をダブルクリックして起動(3) 対象とする受信機の機種(Garmin18lvc)を選んで、 OK(4) 表示されたウインドウ上部のプルダウンメニ
ューから Comm → Setup(5) (1)で調べておいた COM ポート番号をセット
Garmin18lvc では 4800bps と設定→ OK(6) ウインドウ上部のプルダウンメニューからComm → Connect
Trying Read Rate 4800が表示される※接続できないときはしばらく表示された後。
Failed と表示されるので、機器の接続を調べてから再度 Connect とする。
正常に接続されると Connection Successと表示されるので → OK
(7) ウインドウの右側には、出力されるセンテン
スの一覧が表示されている。このうち、GPRMCと GPGGA があれば HACSTIP の動作には十分であり、他は不要である。ただ、GPGLL については、今後利用する可能性も残っているので、この 3 行を以下のように選択する。
(9) 最上部のプルダウンメニューから、
Config → NMEA Sentence Selection(10) NMEA Sentence Selections のウインドウで必要な行(GPRMC, GPGGA, GPGLL)のみチ
ェックが付くようにしてから OK(11) 最上部のプルダウンメニューから
Config → Send Configuration to GPS
ダイヤログボックスに送信状況が表示されしばらくして設定内容の送信が完了

(12) 最上部のプルダウンメニューからComm → Disconnect※以上で、NMEA センテンスの設定は完了です。
２．各受信機の受信性能（感度）
受信状況を表す指標としては、捕捉衛星数を見ていくのが簡便である。各機種について起動してからの衛星数の時間変化を測定し、比較してみた。実験環境は、木造平屋の室内（屋根は瓦葺）とある程度
厳しい条件でのテストである。なお、受信機の設置場所は 20 ㎝以内で統一して測定している。
(1) VK172 について

VK172 は、捕捉衛星数が 10～11 とたいへん良好な受信がなされる場合もあるが、4 から 5 個にとどまることもあり、場合による差が大きい(2) 他の受信機について

これらの受信機は、UAESCAN IPX6 を除けば、VK172 ほどは時による捕捉衛星数のばらつきは小さい。しかし、過去に長時間使用している中では捕捉ができなくなる場合もいくつかの受信機で経験しているので、いつも高い受信性能を示すことができるのかは、この実験だけでは結論できない。ただ、その中でも GT-902PMGG が群を抜いて高い受信性能と安定性を有していることは確実であり、これまでのところ、筆者の長時間テストでは受信不良は起きていない。