赤道儀

図面をざっと書いた。基本構造はタンジェントスクリュー。製図用のコンパスみたいな造り。コンパスの軸を地軸と平行にしてネジの部分を地球の自転速度に同期させて回せば星が流れない写真が撮影できる。

ステッピングモーターで動かす。ネジや軸は金属になるがそれ以外は木製。グラノールを塗っておけば湿度の変化にも負けない。モーターを等速度回転させるとコンパスが閉じているときと開いているときでは角速度が違ってしまうので次の１ステップを動かすまでの時間をＭＰＵで計算する。ゆっくり動く物なのでしょぼいＭＰＵでも大丈夫．．．のはず。

軸の部分は大きな円錐コロ軸受けを使う。味噌すり運動するかもしれないがちょっとしか回転しないのでたぶん大丈夫。

２軸目はこんな構造。微修正用なので動きは大きく取れなくて良い。

２軸目の軸構造。ちょっとかっこ悪い。

アクリル板でテンプレートを作る。

外径１００ｍｍのベアリング。このサイズまでならそんなに高くない。税込￥１４７６

テンプレート完成。見た目をよくするための物なので精度は必要ない。

ソフトの実験。最終的にはロボットガイドにするので地球の自転に同期するプログラムは必要ないが極軸合わせ可能な場所で簡易に使えるように実験ソフトを書いてみた。コントローラーはarduino。ポイントは
・地球の自転速度は宇宙空間に対して２４時間／１回転では無い。
　　太陽に対しては２４時間／１回転している。
　　太陽の周りを公転しながら自転しているので１年間で１回転分誤差が発生して宇宙空間に対しては１日あたり約４分短い。
・タンジェントスクリュー方式なので閉じているときと開いているときでは回転速度を変化させる必要がある
　　コンパスが開くに従って徐々に回転を落とす必要がある。シャッタースピードが早いと定速で動かしても誤差の範疇だけど．．．
　　閉じているときが一番精度が高い。
　　三角関数が必要。arduinoは何故かリファレンスにasin,acos,atanが載っていないが実装はされている。
・マイクロステップ使っているのでモーター１回転は１６００ステップ。
　　モータードライバーに１パルス送ると１ステップ分だけ回る
　　計算すると１ステップは約６８ミリ秒
　　浮動小数点やａｓｉｎ関数の計算があるが６８ミリ秒もあれば余裕で計算が可能

座ぐり．．．するつもりだったのだが間違えて貫通穴を開けてしまった。

作り直し。厚さ６ｍｍのＡ５０５２。タップはＭ８。鉄だと固くて無理。このフライス盤は逆転できるように改造してあるのでタップも切れる。穴の間隔は３５ｍｍ。ビクセンの赤道儀の規格に合わせてみた。

ロボットガイドのソフトインストール。オートガイドと呼ばれている物。Ｇｕｉｄｅｍａｓｔｅｒ，ＧｕｉｄｅＤｏｇ等のフリーソフトがある。パソコンに接続したＣＣＤ（最近のカメラはＣＭＯＳだけど）カメラがとらえた恒星の画像が画面の一点にとどまるように望遠鏡のモーターに指令を出してくれる。望遠鏡への指令はＲＳ２３２Ｃ経由。コマンドはメーカーごとに異なるがＭｅａｄｅ社ＬＸ２００のものが有名。こんな感じで接続することになる。

ガイド専用望遠鏡　撮影用の望遠鏡とは別に用意する必要がある
　▽
Ｈ／Ｗ：ＵＳＢ　ｗｅｂカメラ
Ｓ／Ｗ：Ｗｅｂカメラデバイスドライバ
　▽
Ｈ／Ｗ：ＰＣ
Ｓ／Ｗ：ＧｕｉｄｅＭａｓｔｅｒ　オートガイドソフト
Ｓ／Ｗインターフェース：
　カメラ側：Ｗｉｎｄｏｗｓ　イメージ何とかといったたぐいのＡＰＩがあるんだと思う
　望遠鏡側：ＡＳＣＯＭ経由でＣＯＭポート接続　ＬＸ２００コマンド
　　　　　　ＡＳＣＯＭは望遠鏡をＰＣ操作するときの基本ソフト
　▽
Ｈ／Ｗ：ａｒｄｕｉｎｏ　ＵＳＢ接続
　　　　ＵＳＢはＦＴ２３２を使っているのでソフトからはＣＯＭポートに見える
Ｓ／Ｗ：ａｒｄｕｉｎｏスケッチ
　これは専用の物を書かないといけない
　送られてくるＬＸ２００コマンドを解釈してステッピングモーターを動かす
　コマンドは単純で１ステップだけ赤緯軸を正回転、１ステップだけ赤経軸を逆回転　といったもの
　これらを　ステッピングモーターの回転に置き換えれば良いのですごく簡単

ブルースクリーンが出てしまう。屋外で使うので小型の機械が良いのだがこれ以外にノートＰＣは無い。ノートＰＣはキーボードが使いにくいので新規に買いたくない。

部品が届いた。全部で約￥２３０００。標準部品と呼ばれる物。ミスミが有名だが多くの機械部品メーカーは個人向けの販売をしていない。
機械部品の標準部品メーカーはこんな所か。
ＴＳＫ
　・購入には最低でも個人事業主である必要がある
　・今回はここから購入した
ミスミ
　・株式会社や有限会社でないと購入できない（たぶん）
　・個人で部品が欲しい場合は購入代行してもらうしかない
　・標準部品なら何でも売っている最大手
岩田製作所
　・個人向け販売もしている
　・部品品種は少ない
これ以外の鍋屋バイテックやｉｍａｏ製品はＭｏｎｏｔａＲＯで個人でも購入できる。

送りネジはセミオーダー。各部の寸法を購入時に決める。軸の部分はベアリングをはめ込むことを想定してあるのでかなり高精度。

WinXpをインストールし直してみたがブルースクリーンからは抜け出せず。ＣＰＵの処理速度上ダメな可能性大なので、オートガイドは後回し。

３０ｍｍ－１０倍の単眼鏡とＷｅｂカメラの組み合わせで試してみた。ＰＥＮＴＩＵＭ４の開発機でもガイドマスターは問題なく動く。

おまけで付いてきたソフトを動かしてみた。動体認識ＭＯＶＩＥ撮影機能はＤＩＳＫ容量の節約に有効。動きを検知すると録画を開始、動きが無くなると終了。ＰＥＮＴＩＵＭ４のだと駒落ちが激しい。距離約２０ｍで人の表情や車のナンバーが判別できる。スピードを出しているとたぶん読み取れない。動きを検知した数フレーム前から録画するようだ。この位置で仕掛けておくと家の前を通ると通行人や車を全部チェックできる。昼間はじじばば率１００％。夜間の監視は３０ｍｍでは光量不足。

暗いガイド星はフレーム合成して明るくすることが出来る。たぶん反応速度が遅くなる。口径３０ｍｍでこれだけいけるので６０ｍｍを使えば十分ガイドできそう。ＰＣを外に持ち出さなくても長いＵＳＢケーブルを使うかネットワークＵＳＢで対応できるはず。

中央にダウエルピンを打ち込んでテンプレートを固定。外周部はコーススレッド固定。ドーナツ型は芯を合わせるためのジグ

ベアリングガイドの溝掘り。大きめのベアリングを刃物に取り付けてある。

ベアリングガイドは少し出っ張っている

外周をスライド丸鋸で荒く切断

ルーターで整える

座堀カッターで大穴開け。

ここは精度を出しておきたいところなのでフライス盤を使う。２つの穴が平行になっている必要がある。

切り出し完了

グラノールで塗装。３度塗りして防水性を高める。

補強板の外周切削。厚さは６ｍｍ。４ｍｍ埋め込む。

アルミと木の組み合わせ。

黒いジュラコンを中ぐり。中ぐりは刃先が見えないのでＤＲＯがたより。

何度か分解する可能性があるのでオニメナットを埋め込む。

失敗。セットカラーの固定ネジがぶつかって送りネジが回らない。

１軸仕様でも使えるようにカメラネジを切ってある。

２軸仕様。組み立て精度が良くないとネジの動きが渋くなる。

かなり重いので丈夫な三脚が必要。カメラ用三脚は望遠鏡には使えない。

モーターを取り付けた。こちらはシンプルな構造

今のところ制御回路は宙ぶらりん。

arduinoにLCDを付けてガイドマスターがどんなコマンドを送ってくるか確認。今のところ解ったのは９種だけ。
#:Mn#
#:Me#
#:Mw#
#:Ms#
#:Qn#
#:Qe#
#:Qw#
#:Qs#
#:Q#
Mは移動、Qは停止、小文字は東西南北。#や:はコマンドの区切り文字。
Mコマンドが送られてきてからしばらく時間をおいてQコマンドが送られてくる。赤道儀はMコマンドを受信したら一定速度でモーターを回す。Qコマンドを受け取ったら停止。通信速度は9600bps。モーターはトルク不足。電流を多く流せば回るのだが振動が大きくなる。ギヤで減速する必要がありそう。

リングになった。赤道儀は使っていない。

天気予報は曇りだったが晴れた。埼玉県日高市　7:35

モーター取付プレート加工中。

ギヤで減速した。ピニオンギヤは１４枚歯、平ギヤ大は１２０歯、中は４２歯。歯数比が整数倍になっていて毎回同じ歯同士がかみ合うので機械的には望ましくない組み合わせ。トルク比を大きくしたかったので協育歯車工業のストックギヤから取り付け可能な一番小さい物と大きい物を組み合わせた。

ソフトをざっと書いた

Arduinoの２３２C通信ターミナルでコマンドを送る。LX200のコマンドリファレンスをよく見ると
　# <- コマンド終了文字
　: <- コマンド開始文字
のようだ。 :Mn## というコマンドが送られてきたら、北に動いて（動きっぱなしになる）、その次に何もしない　という意味のようだ。

ステッピングモーターの振動が大きい。減速比を大きくしてDCモーターで動かした方が望遠鏡向きのような気がする。とりあえずこのままにする。

懐中電灯の明かりを動かしてロックするか確認。等速度運動していなくてもロックするようだ。目標の星が画面カーソル位置からずれる－＞モーターを動かす－＞星が画面上のカーソル位置に来たらモーターを止める。これを繰り返すので赤道儀は脈動することになる。

カメラ用とガイド用の２つの雲台を取り付けるための台座の構造を検討中。切削が容易なので木製にする。

ルーターで外形を整えてフライス盤で穴開け

今日は曇りなのでテストは後日

流れない写真が撮れた。１２０秒露光。問題点もかなりある
・暗い星はカメラにとらえられない。明るい星を探す必要がある。カメラを取り付けてしまうと肉眼でのぞけない。ミラーで切り替えられる機構が欲しい。
・モーターがトルク不足。電流制限抵抗要変更
・自由雲台が無いと好きな方向へ向けられない。普通の雲台は役に立たない。
・星の動きは意外と速い。モーターの回転速度が遅かった。プログラム要修正。今回は１－２相駆動にしてごまかした
・三脚の剛性が低い。
・広角レンズ撮影では精度の確認が出来ない。望遠鏡がもう一つ必要。

これは冬場撮影した物。２分で星はこれだけ流れる。

少しでも感度を上げるため赤外線カットフィルターを取り外した。フィルターはガラス。この機種はセンサーにフィルターが接着してある。

センサーにゴミが大量付着。コンプレッサーで吹き飛ばしたがコンプレッサーの油も付着してしまった。撮影用には使えなくなったがオートガイドに使うのであれば問題ないレベル。

フィルターを取るとこんな色になる。センサーは赤外線の感度がかなり高いらしい。

ギヤーをプラスチックに変更。モーターも小さくした。ストロベリーリナックスのステッピングモーター。安いので再生品かな？

ドライバーも新基板に変更。回路図は別ページを参照

雲台を購入。ＳＬＩＫのバル。

テスト撮影。マクロモードになっていたのでボケボケ。最近は殆ど晴れない。２枚撮影して雲がかかってしまいテスト終了。赤外線カットフィルターを外しても余り感度は変わらず。現時点の電気系はカメラ（ロジクールＷｅｂカメラＣ２７０）、電子回路（arduino+ステッピングモーター制御回路）、モーター（ストロベリーリナックスのバイポーラステッピングモーター）全部で１万円以下コース。本気でやっている人のホームページを調べるとカメラは４万円以上の物を使っている。感度の高いカメラを使うとガイド用望遠鏡をどこに向けてもガイド星が視野に入るらしい。￥１０００のＷｅｂカメラは肉眼よりも感度が低い。

３０倍の望遠鏡で十分なガイド精度が得られるのか計算してみた。約１０ｍ先に１ｍの定規を置いて撮影

同じ物を同じ距離からガイド望遠鏡で撮影。計算すると
　ガイド鏡の１ピクセル＝８．２秒角
　デジカメの１ピクセル＝６９．７秒角
デジカメは広角レンズなので十分余裕がある。２００ｍｍ程度の望遠レンズになるとガイド鏡の倍率を上げないと理想的なガイドが出来たという条件を付け加えても精度が足りない。

安価にオートガイドを構築する場合はこれを使用するようだ。セレストロンのNexGuide。amazonで約￥３００００。スタンドアローンで使用できる。パソコンは不要。最近の赤道儀であれば専用のオードガイドコネクターに接続するだけで良い。インターフェースはオープンドレインで２軸赤道儀のモーターの回転方向を表す４つの信号線が出ているだけのシンプルな仕組みなので電子回路のイロハがわかっていれば旧式のモーター付き赤道儀を制御することも容易。

リモコンを追加した。右下のボタンは加速ボタン。これを押しながら４方向ボタンを押すと速く動く。ＬＥＤは真っ暗な環境でリモコンを踏みつぶしてしまわないようにするための目印。全く絶縁していないがプルアップ抵抗は４．７ｋΩあるので回路を指で触れても誤動作しない。

オニメナットを大量購入。ムラコシ精工の直販ネットショップ。木工用工具がそろったので大きな物は木＋金属の組み合わせの方が作りやすい。合計３００個で約￥５０００。ホームセンターにはＭ４以上の長さが短い物が多いが、ネットショップだとＭ３の小さな物から長さ２５ｍｍの物までそろっている。新規会員登録で￥５００分ポイントが付いて初回購入時に使える。

最近のＷｅｂカメラは撮像素子がＣＭＯＳになったために夜間の感度が低すぎる。ＣＣＤ素子の物は殆ど絶滅してしまっている。感度の高いカラーＣＣＤを購入。SAMSUNGのSCB-2000ND。Qoo10とか言うおもしろ国家のネットショッピングモールで約￥９３００。光学機器を購入するときは
　・海外との価格差を調べる
　・ＯＥＭ製品が無いか調べる
この２つを守ることが重要。そうしないと日本人向けプレミアム価格で買わされることになる。海外製の望遠鏡などは特に注意。日本国内価格が高いときは輸入代行業者や並行輸入品を買うようにする。価格が倍違っているとも当たり前の世界。

フィルターは青い。赤外線カットフィルターは赤いのだが．．． レンズ取付ネジはＣマウント／ＣＳマウントという１インチサイズの物。ＣＣＤカメラの一般的な規格。

カメラの出力はＮＴＳＣなので直接パソコンに接続できない。こんなビデオキャプチャーインターフェースを購入。amazonで約￥１６００。

カメラは韓国仕様なので日本とは
　・電源電圧（韓国は１００、２００混在？）、コンセント形状
　・言語
が異なる。コンセントは切断して交換。信号は日本と同じＮＴＳＣ。ＳＣＢ－２０００にはＰＡＬのモデルもある。ＰＡＬモデルは型番がＳＣＢ－２０００Ｐ？。ＮＴＳＣのモデルはＳＣＢ－２０００Ｎ？。ＰＡＬ圏の国から購入しないように注意。ＰＡＬ用のビデオキャプチャーインターフェースは日本国内で入手難。

ドライバーだけインストールしてGuideMasterで起動。メニューは理解不能。独島は我が領土とか書かれていてもわからない。改行マークは複数選択肢があるという意味だと思う。８．がＳＰＥＣＩＡＬの意味。その中の８．が言語設定。日本語、英語、フランス語、スペイン語、ポルトガル語、中国語に対応している。変更すると即座に反映される。説明書は日本語や英語の物がネットからダウンロードできる。

下側に緑色の帯が出るが使用上は問題なし。Pentium4の２．８ＧＨｚだと動きがカクカクしてオートガイドには使えない。Corei5は問題なし。距離約５ｍ。室内に置いてある自転車の後輪ハブ。

ＣＭＯＳよりだいぶ感度は高い。３Ｖの懐中電灯で外の金網を照らして撮影。金網までの距離は約１４ｍ。懐中電灯の位置は金網から８ｍ。焦点距離４００ｍｍ（たぶん）のスポッティングスコープを使用。接眼レンズはナシ。スコープの対物レンズだけを使ってセンサー上に結像させている。うっすらと金網が写っている。銀色の物はアルミ製のほうきの柄。

invoiceに$40とあるけど、これは仕入れ値かな？

Pentium4で動きがカクカクなのはグラフィックボードが原因のようだ。同じcorei5でもグラフィックボードが遅いとカクカクになる。ダメなビデオボードはHD5450。

ブレッドボードで組まなくていいように232Cのモニターを作った。出力がぶつかるので赤道儀のステッピングモーターシールドとの共存は不可。

ビデオカードを入れ替えてみたがほんの少し速くなったかな　と言う程度。オートガイドソフトをいろいろ試してみたが全部問題がある
・GuideMaster　映像表示されるも動きがカクカク
・GuideDog　映像表示されず
・PHDGuiding　映像表示されず
・iAG 映像問題なく表示される動きも問題なし、但しASCOMの問題で望遠鏡が制御できず。
iAG以外は古くさいコーディングをしていると思う。画面のデザインも上の３つはWindows3.1の臭いがする。

ASCOMのエラー。これがうまくいけばiAGで制御できる。COMなんとかでエラーになっているがこれは232CのCOMポートという意味では無くWindowsのプログラム間通信のCOM。ソースコードが公開されていればバグ取りできるのだが非公開なのでお手上げ。ソースを公開しているソフトは無さそうなのでキムチカメラを有効利用するためには
　１．PCをオーバースペックにする
　２．オートガイドソフトを自作する
　３．iAGの独自インターフェースUSB-IO（テクノキットのUSBインターフェースを使った物）用のハード＆ソフトを作る
の３通り

ソフトを全部自作するとモーターのON/OFF動作ではなく加速/減速制御によるオートガイドも可能になる。どれくらい面倒なことになるかWebカメラのサンプルプログラムを動かしてみた。使ったインターフェースはDirectShow。WindowsSDK　V7に含まれている物。問題なく動いたがすごく面倒なコードを書かないといけない。フォームにビデオコントロールを貼り付けてプロパティーをいじればＯＫという方式では無い。サンプルは画面に表示されるだけの物なので他に
　１．普通のWindowsプログラムに組み込む
　　　（サンプルはwindowsメッセージループを気にしないといけない古めかしい物）
　２．画面の一部の領域をビットマップデータとして切り取る
　３．ガイド用のカーソルを画面に重ねて表示する
の３つがわかれば後は普通のつまらないプログラムになるはず。

BORGのアダプター経由でスポッティングコープに取付。バランスが悪そうに見えるがそんなにカメラは重くない。

近距離での画質は悪くないが

無限遠だと

周囲の画像が放射状に流れる。スポッティングコープは接眼レンズが無いと無限遠に焦点が合わないので対物レンズだけの状態には出来ない。

薄曇りで空の状態が良くないがたいていどこに向けてもガイドに使えそうな星が視野に入る。Webカメラは肉眼で見える明るい星しかガイドに使えないが、キムチカメラの方はスポッティングコープで見える星が全てガイドに使える感じ。コントラストを最大にするとノイズも殆ど除去できる。GuideMasterはコマ落ちが酷くて使えなかった。やはりプログラムを書く必要有り。別のビデオキャプチャーインターフェースを試してみるという方法もあるがうまくいく保証は無い。DirectShowのサンプルをC++でいじってみたがC++そのものがすごく面倒。Java同様C++は言語としては失敗作なんじゃ無いかと思う。DirectShowをもう少し使いやすくしたdirectshow.netというのがあるがサンプルプログラムがC#。書いたことが無い言語なので時間がかかりそう。C#の書籍が１，２冊出版された頃にざっと斜め読みしてみたが、これといった特徴も無くなんでこんな言語を作ったのか理解に苦しんだがC++を使ってみてそれがわかった。

SCB-2000NDの性能テスト。これは普通のデジカメで撮影。シャッタースピードが遅いので肉眼だともう少し暗く見える。距離は１５ｍ

街灯の下の雑草を３０倍で撮影。スポッティングコープを無理矢理望遠鏡にしているので酷い画像だが雑草の色も緑に写っている。黒く見える葉はレッドロビンの葉。レンズを広角にすれば夜間防犯カメラとしての性能も十分ある。肉眼よりやや感度が低いといったレベル。暗いところでも使えるが「暗視カメラ」と呼べるレベルでは無い。

念のためOSのインストールから全部やり直してみたが変化無し。

USBコネクターを引っこ抜くとCOMポートがOPEN出来ないというエラーになるので原因は
　・プロトコルが間違っている
　・ASCOMのバグ
の可能性がある。

よく見たらASCOMのLX200ドライバーのソースは公開されていた。非公開だと思っていたので無駄な努力をしてしまった。VB6をインストールしていろいろいじっていくと原因がわかった。arduinoがデータを取りこぼしていることが原因のようだ。LX200ドライバーがCOMポートをOPENした直後にコマンドを送信してしまうとarduinoの準備が整わずにデータを取りこぼす。間に合わせとしてドライバーに微修正を入れて対応。:Mn#や:Qn#などPCから赤道儀に一方的にコマンドを垂れ流すコマンドだけで動くならガイドマスターのように正常動作するが、:GR#,:GD#のようにGET系の応答を待つコマンドは取りこぼすと応答が返せなくなりドライバーがタイムアウトしてエラーになる。