チャレンジ偏光観測
気分は天文学者-2019年南米皆既日食、ものづくり編-

2019/10/05
田中辰治

自己紹介&やりたいこと•職無、金無、ストレス無。プレミ
アムエブリディは天文ボランティ
アに全力投球?

•星より機材、日食より工作。金なくとも時間有、地上最悪上野の空で天文やるぜ•

美しい写真は他人にまかせた。
サイエンスしたい、おじさんの自由研究は偏光観測だ−!
マンション廊下、戦う冷やしカ
メラと5nmフィルタ

偏光観測とは•Kコロナ(太陽自身による)の明るさ（エネルギー量）を測りたいが、太陽周りのチリで反射した光(Fコロナ)が混ざってるー＞偏光フィルタで分離可!（プールのギラギラを消すあのフィルタ）•

無偏光、0度、60度、120度偏光の4つを段階露出、しかも複数セット。（5段x4フィルタx5セット）•

フラット、ダーク等校正用データも含め数百枚必要。-->
効率的な自動化が必須(PC,マイコン等)。

主要機材
•

フィルタホィール:ZWOEFWmini•

鏡筒:65mm420mmカメラ:α6400

赤道儀:アイベルCD-1•

三脚:輝星BT-38

コントローラ比較と選択
他にも種々環境があるが私に扱えるのは下記くらい

PIC

ArduinoRaspberyPi

形態(代表例)IC(6-100pin)

FRISKサイズ基板<

FRISKサイズ基板<

歴史

1975〜

2005〜

2012〜

開発言語

アセンブラ、C

C風”Linux”環境

デジタルI/O例

16(16F88)

14(Uno)

26

価格(例)

200円<

1000円<

1000円<

長所

安い、小さい拡張性、開発容易”Unix”資産楽USBホスト

短所

開発難、要書込機

拡張すると高価

電源ぶち切厳禁

https://ja.wikipedia.org/wiki/PIC_(コントローラ)

https://ja.wikipedia.org/wiki/Arduino
https://ja.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi5

一番ちいさいゼロWを使用

ハードウェア
5段階＊4フィルタ＊5回繰り返す。

コンピュータRPi

リモート端子へ
撮影指示

5段階撮影

SONY
α6400

100枚/76秒
撮影終了

INDIコマンド
回転終了

INDIコマンド
フィルタ変更ストロボ接点からパルスフィルタホィールZWO EFWmini
プログラムはbashとPython3

6

カウンタIC
74HC4017

INDI ?
•

INDIはWindowsのASCOMみたいなUNIX上の共通プラットホーム(かな？)•

赤道儀、カメラ、ドーム、ピント調整、フィルターホィールなどを制御•

クライアント（アプリケーション）、サーバ、ドライバ（デバイス）間をやりとり。

https://indilib.org

7ソフトウェア？（たったこれだけ）•

LED点灯プログラムをコールし、スイッチ入力待ち。スイッチ押すと、メインにもどる•#!/usr/bin/env bash#!/usr/bin/env python3•

export LANG=en_US

import wiringpi as pi, time•#start INDI server, and wait three sec•

sudo indiserver indi_asi_wheel &•sleep 3s•

#setup of EFW•indi_setprop "ASI EFW.CONNECTION.CONNECT=On"•

indi_setprop "ASI EFW.CONNECTION.DISCONNECT=Off"•#back ground•jobs

新しいdaughter bdでRaspi0W用
74HC4017リングカウンタ使用。

indi_setprop "ASI EFW.FILTER_SLOT.FILTER_SLOT_VALUE=1"•# （loop if the last char(-1). of message is NOT 1）

GPIOピンの定義。
REM_PIN EOSのリモート端子。RasPiからの撮影指示。LoでEOSをトリガー（ここではLoは200ms）•

while [[ ${files: -1} != '1' ]]•do

EOSのX接点（3.3Vプルアップ)シャッタの開閉毎にLo/Hiを繰り返す。パルス幅は当然シャッタースピード依存。

•files=$(indi_getprop "ASI EFW.FILTER_SLOT.FILTER_SLOT_VALUE")

EOC_PIN カウント完了。ブラケット撮影終了。

echo ${files: -1}

MSR_PIN 4017のMRピン。最初Hi。Loの間クロック有効。

•done•

最初にREM_PINをHiにしておく。そうしないとなんか変。２Vくらいになってる。

•#def EWF function as F_ROT() to change filter #1->2->3->4)•#call rem_sw8n26.py(RasPi trig. DSLR) if I got proper Filter#•function F_ROT()•{#複数行コメント終ここまで'''

i=1

REM_PIN = 27

final ver.

EOC_PIN = 4

while [ $i -lt 5 ]•#temp ver.

•#while [ $i -lt 3 ]MSR_PIN = 6
pi.wiringPiSetupGpio()do•indi_setprop "ASI EFW.FILTER_SLOT.FILTER_SLOT_VALUE=$i"•#20190228•

while [[ ${files: -1} != $i ]]#SW_PINをハードウェアでプルアップ、pi.PUD_DOWNをやめた•

do•files=$(indi_getprop "ASI EFW.FILTER_SLOT.FILTER_SLOT_VALUE")•

echo ${files: -1}#論理を逆転#20190227作成•#SW_PIN 5->17•#call Python script rem_sw8n26.py n.b.->required full path for systemd#LED_PIN 同一•

sudo python3 /home/pi/rem_sw8n26.py•

import wiringpi as pi, time

ここから複数行コメント始

X接点のライズエッジを6回数えブラケット撮影を完了する。

••

sw_7802.py

rem_sw8n26.py'''

6*2EVを1セット(6shots:1/1000-1sec)。
#set filter1•#raspi0のための小さい基板用eclipse.sh••#!/usr/bin/env python3

カメラに撮影指示。撮影完了はICで知る。

done

pi.pinMode( EOC_PIN, pi.INPUT )pi.pinMode( MSR_PIN, pi.OUTPUT )pi.digitalWrite( REM_PIN, pi.HIGH )time.sleep(0.1)
pi.digitalWrite( MSR_PIN, pi.HIGH )#echo $ii=$(($i+1))•

pi.pinMode( REM_PIN, pi.OUTPUT )time.sleep(0.1)

•

done

SW_PIN = 17•#set filter first # for next trig

LED_PIN = 22•

indi_setprop "ASI EFW.FILTER_SLOT.FILTER_SLOT_VALUE=1"

pi.digitalWrite( MSR_PIN, pi.LOW )time.sleep(0.1)
pi.digitalWrite( REM_PIN, pi.LOW )•}pi.wiringPiSetupGpio()•#main#pi.pullUpDnControl( SW_PIN, pi.PUD_DOWN )•while :

pi.pinMode( SW_PIN, pi.INPUT )•dotime.sleep(0.2)
pi.digitalWrite( REM_PIN, pi.HIGH )•pi.pinMode( LED_PIN, pi.OUTPUT )#LED_ON, and waiting for push-SW ON(call python script sw_7802.py)•#n.b.->required full path for systemd

pi.digitalWrite( LED_PIN, pi.HIGH )•sudo python3 /home/pi/sw_7802.py•#start timer•

SECONDS=0

while True:•#•break•#temp ver.

•#for i in {0..1}; dotime.sleep(0.01)

done

•

#get time•

passtime.sleep(0.01)
F_ROT

•

•

breakelse:

for i in {0..4}; do•pi.digitalWrite( LED_PIN, pi.HIGH )passfinal ver.

pi.digitalWrite( LED_PIN, pi.LOW )else:

if ( pi.digitalRead(EOC_PIN) == pi.HIGH ):#call FIL_ROT function•

if ( pi.digitalRead( SW_PIN ) == pi.LOW ):while True:echo $SECONDS
done

Python3:カメラ制御
Python3:
LED、スイッチ制御

bash:
メイン（フィルタ制御）

モニタ、キーボードレス自動起動•

WindowsのAUTOEXEC.BAT同様、電源ONで起動するsystemd使用。
/usr/lib/systemd/system/eclipse.serviceというテキストファイルに[Unit]
Description=eclipse shoting raspberry pi by GPIO button input
Wants=network.target[Service]
ExecStart=/home/pi/eclipse.sh
Restart=on-failure
RestartSec=10s
依存関係とかいろいろ設定[Install]できる。でもまねたら動いた
WantedBy=multi-user.target
を書いてのでよし。
sudo systemctl start eclipse
sudo systemctl enable eclipse
で準備完了

http://hammmm.hatenablog.com/entry/2016/11/14/231337
http://enakai00.hatenablog.com/entry/20130917/1379374797
http://hendigi.karaage.xyz/2016/11/auto-boot/RPi用バックアップ電源
RPi
3.6v

Li-ionNi-MN

http://scw.asahi-u.ac.jp/~sanozemi/Sakuhin/NiMH01/NiMH01.html

RPiは電源ぶち切り禁止。万一のためバックアップ必要

カメラの選定とブレ確認•

現有カメラ（キャノンX7i）はミラーショック大。

•“ミラーアップ”すると時間かかる（しかも都度アップ）。

•

やっぱミラーレスだよね。1/1000〜1/4秒(5段階露出)、14bit
RAW、APS-CのSONYα6400を選定。

•

10m先のテストパターンでブレ確認し、問題はなさそう。

1/4(ISO200)

1/15(ISO800)

1/60(ISO3200)

カメラストロボ接点改造
データ保存

撮影中

フィルタ回
転

74HC4017AP使用

シューアダプタとリモコンで撮影完了を知るケーブル作成

論理図
真理値表
タイミングチャート
はデータシート参照

http://www.astro-landscapes.com/2016/07/21/hacking-timer-remote-not-need-batteries-sony-mirrorless-cameras-usb-port/
https://toshiba.semicon-storage.com/jp/product/logic/cmos-logic/detail.TC74HC4017AP.html

偏光フィルタと無偏光フィルタ•

偏光／無偏光が素通しでは透過光が異：露出差•

偏光／無偏光でガラス厚差あると：差あるとピントずれ•

無偏光をNDフィルタ使用：透過量同一化•

厚さは2.244mm対2.204mm：ピント差13um

8

ピント用外付け7インチモニタ
7インチモニタ

段ボールに植毛紙冠布バッテリ
クランプ

2X拡大レンズ
https://www.amazon.co.jp/gp/product/B077D2HNTW/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_image?ie=UTF8&psc=1

組み上げた状態

ピント合わせの電動化
ピント合わせ時にカメラが動いて合わせにくいので電動化

ケース:アルミとプラスチック
DCギアモータ

秋月のDCモータド
ライバキット

http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-06497/?fbclid=IwAR1DH5tXY7rsbpl4wXwIOS5n-LVxDHeamzFyKxOvacz_MCKNbyVhayaYqr0
https://www.amazon.co.jp/gp/product/B00UWVYZLM/ref=ppx_yo_dt_b_asin_title_o01_s00?ie=UTF8&psc=1

日食フィルタの開閉自動化
秋月電子の３サーボ・アクチュエーター・キットで日食フィルタ開閉を電動化し、さらに日食フィルターを開くとラズパイが撮影指示するよう連動した。(74HC221APの立上りエッジ利用)
サーボモータ

日食フィルタはブタの鼻（ハルトマンプ
レート風）

74HC221AP使用
論理図
真理値表
タイミングチャート
はデータシート参照

ボタンの代わりの74HC221AP

http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-09192/
https://toshiba.semicon-storage.com/info/docget.jsp?did=12899&prodN...

できあがった装置

RPizeroW基板

サーボ用基板

ピント用基板成果？(実はいんちき)
DARK/FLAT/位置合/露出合無1セット
無偏光

60度偏光

0度偏光

120度偏光いんちきのいいわけ1
DARK/FLATの向きがおかしくなった
無偏光

60度偏光

0度偏光

120度偏光いんちきのいいわけ2
キッチンリフォームで画像処理どころではなかった

無偏光

60度偏光

0度偏光

120度偏光今後の計画(ものづくり依存症)•GPSで自動化 (めざせノータッチエクリプス!)•基板一体化 (配線ダラケ対策)•

フィルタと保存の高速化 (敵は2023豪州にあり)•Python3で統一化 （頭の体操:認知症対策）•

軽量化（荷物重量制限と腰痛対策）

その前に画像解析しっかりやれよ！

ありがとうございました
Whisky

旅のご酒飲帳Pisco
CERVEZAJack Daniel’s

JamesonKirin Ichiban