USBカメラで星を撮る

高感度なUSBカメラをAliexpressで注文し､天文用に組み立ててみた｡

搭載センサはONsemiのAR0130CSで､1.2Mピクセルカラーのバージョン｡
普通のCMOSセンサに比べると､ダイナミックレンジや量子効率がかなり高い｡

ソニー製のセンサなどと共に､夜に強い監視カメラ向けとして人気のようで､センサ名で検索するといろいろな形態で販売されている｡ボードカメラのモデルは40ドル程度で入手できる｡
同じセンサを搭載した望遠鏡用のカメラ/オートガイダーも存在する｡低価格な望遠鏡のカメラとしても幾つかのメーカーから出ているようだ｡

値段をケチるために筐体無しのものを選んだが､動作中は結構熱くなるので､放熱等を考えると筐体モデルのほうが良いのかもしれない｡消費電力は0.5W程度だった｡

タカチの小型ケースのネジ穴と基板のネジの配置がぴったりだったので､簡単に固定台をつくり､自撮り棒についていたスマートフォン用のホルダを使って､三脚に固定した｡

SharpCapという天文用のカメラ制御ソフトを使用して、キャプチャを行ってみた。UVC対応なので､特にドライバ等は必要ない｡

このカメラは露出時間を最大にすると、撮影間隔が1～2fpsに落ち､街明かりが飽和を起こす程度まで明るくなる。　iPhoneのカメラと比べると、数段くらい暗く撮影出来ている様子｡

ボードカメラでお馴染みのM12規格のレンズだが、Aliexpressでいろいろなレンズがみつかる。1000円以下のものは大半が車や監視カメラ用なので、解像度を考慮すると、Megapixel対応と謳うものがよさそうだ。素子面積は1/3インチなので、焦点距離と併せて画角を考慮すると良い。
魚眼レンズが多いけれど、空に向けた場合、広すぎると細かいディテールが失われやすい。

最近はGoPro用の高級(？)レンズも増えてきて、すごいお値段なものもあるけど､撮像素子が1.2Mピクセルなので、そこまで違いはなさそう｡

明るさはF2程度のものが大半なので、より明るいレンズを使ってみたいときは、CSマウントに交換するのも良い。どちらかというと､CSマウントのほうがピント合わせが楽で良い｡
aitendoでも取り扱われている。　http://www.aitendo.com/product/12784

CSマウントに交換したもの｡

梅雨明けとともに晴れ間が見えたので､3時間ほど撮影してみたものがこちら｡レンズはCSマウントで､焦点距離2.8mm F1.2をIRカットフィルタなしで取り付けた｡ 115度ほどの画角がある｡映像は128倍速にした｡

ゲインは控えめにしたので､肉眼でみた空の明るさに近くなっている｡下に土星､火星とアンタレスで構成された三角形が映っていて､日周運動で移動していく様子がわかる｡

最大感度でゲインを上げると､熱ノイズのような固定パターンが現れるため､暗い星との区別が難しい｡ダークフレームを取得しておいて､減算していく必要がありそうだ｡

やや夜に強いUSBカメラということで､応用性は高い｡ただ､露出時間は1/2秒程度までなので､本格的な用途には厳しいかもしれない｡天文用の製品は数百秒まで露出可能になっている｡

UVC対応でドライバレスなので､RaspberryPiなどと相性が良い｡

簡単な直焦点撮影をしてみた｡ ETX-60ATに3倍バーローをとりつけて撮影した土星｡1050mm相当の焦点距離で､画像の一部を切り出したもの｡あまり追尾精度が良くないのでコンポジット等はできないけれど､撮れてはいる｡頑張れば輪の模様も映りそうだ｡
(惑星撮影するなら､カセグレン式の望遠鏡が欲しいなぁ･･･)
木星は地平線に近くて条件が悪かったが､ガリレオ衛星が確認できた｡

追記
熱ノイズ対策は重要らしいので、冷却を検討したほうが良さそう。

【サボテン】太陽電池の結線

久しぶりにサボテン計画。忙しかったり投薬治療直前でだるかったりして、かなり放置していた。さぼてんも不機嫌そうだ。せっかくなので、園芸用の水受けに移す。関節痛で寝込んでる間に、エイプリルフール終わってましたね＾＾･･･。太陽電池の展開機構を想像したが、まずは太陽電池の結線を済ませよう。配線を綺麗にまとめたくていろいろ探していたら、千石電商でぴったりなものを見つけた。 LEDリング基板というらしい http://www.led-paradise.com/product/629? 本来はチップLEDをリング状にまとめる代物。イレギュラーな使い道だ。今度は小径のを買って、GX200のリングライトに仕立て上げよう。嬉しいことにフレーム径にジャストフィット。配線を綺麗にまとめられた。太陽電池の接続部。逆流防止用にショットキーダイオードを入れている。かなりスッキリ。蛍光灯下 500ルクスでの実験。 EDLCは10Fを使用。ちゃんと充電が行われている。といっても、とてもとてもゆっくりとだけれど･･･。

Arduino Nano Everyを試す

秋月で売っていたAtmega8と、感光基板でエッチングしたArduino互換ボードを製作してみて、次に本家ボードも買って… と気が付いたら10年が経過していた。ハードウェア的な観点では、今は32bitMCUの低価格化、高性能化、低消費電力化が著しい。動作周波数も100MHz超えが当たり前で、30ｍA程度しか消費しない。動作電圧範囲が広く、単純な8ビットMCUが不要になることはまだないだろうけど、クラシックなAVRマイコンは値上がりしており、価格競争力は無くなりつつある。そしてコモディティ化により、公式ボードでは不可能な値付けの安価な互換ボードがたいていの需要を満たすようになってしまった。 Arduino Nano Every https://store.arduino.cc/usa/nano-every https://www.arduino.cc/en/Guide/NANOEvery そんな中、Arduino本家がリリースした新しいNanoボードの一つ。他のボード2種はATSAMD21(Cortex-M0+)と無線モジュールを搭載したArduino zero（生産終了済み）ベースのIoT向けボードだが、 Nano EveryはWifi Rev2と同じくAtmega4809を採用していて、安価で5V単電源な8ビットAVRボードだ。 Atmega4809はATmegaと名がついているが、アーキテクチャはXMEGAベースとなり、クラシックAVRとの間にレジスタレベルの互換性は無い。 https://blog.kemushicomputer.com/2018/08/megaavr0.html もちろん、ArduinoとしてはArduinoAPIのみで記述されたスケッチやライブラリは普通に動作するし、Nano Every用のボードオプションとして、I/Oレジスタ操作についてはAPIでエミュレーションするコンパイルオプション（328Pモード）がある。公式のMegaAVR0ボードはどれもブートローダーを使わず、オンボードデバッガで直接書き込みを行っている。ボードを観察...

ATmega4809(megaAVR0)を試す

megaAVR 0という新しいAVRシリーズを試してみた｡小さいパッケージなのに､UARTが4本もあるのが気になったのがきっかけ｡登場すると噂の Arduino Uno Wifi rev2 にも採用されるらしい｡簡単にデータシートを眺めてみると､アーキテクチャはXmegaシリーズを簡素化し、動作電圧範囲を広げたもののようだ。 CPUの命令セットはAVRxtと新しくなっているが、Xmegaで拡張された一部の命令（DESやUSBで使われる命令）が削除されていて、基本的に今までのATmegaとほぼ同じだ。コンパイラからは、先に登場した新しいtinyAVR0, tinyAVR1シリーズと共にAVR8Xと呼ばれて区別されている。 CPU周りを見てみると､割り込みレベルなど､今までのクラシックなATmegaで足りないなと思っていたものがかなり強化されていた｡ ArduinoAPIを再実装するとしたら便利そうなペリフェラルもだいたい揃っている｡データシート P6 DMAは無いけれど､周辺機能にイベント駆動用の割り込みネットワークが張り巡らされているのがわかる｡できるだけCPUを介在させない使い方がいろいろ提案されているので、アプリケーションノートやマニュアルを読み込むことになる。ピックアップした特徴･データメモリ空間(64kB)に統合されたFlashROMとEEPROM ･RAM 6kB ROM 最大48kB (メモリ空間制限のため) ･デバッグ専用の端子 UPDIを搭載･優先度付きの割り込み(NMIと2レベル) ･ピン単位の割り込み（かなり複雑になった）･リセットコントローラ（ソフトウェアリセット用レジスタが実装され、リセット原因が何だったかもリセット後に読み出せるようになった）･豊富な16ビットタイマ(4809では5基）･16ビットリアルタイムカウンタ(RTC) ･豊富な非同期シリアル/同期シリアル(USART 4ch､SPI 1ch,TWI 1ch) ･内蔵クロックは最高20MHz(PLL)と32kHzの2種類。外部クロックは発振器と時計用水晶のみ･ADCは10bit 16ch...

GPSアンテナをつくる

GPSアンテナを作ってみた｡ 1575MHzの波長は約19cmなので､半波長で9.5cmとなる｡ GHz帯とはいえ､結構長いものだなぁ｡セラミック等の誘電体がなければ､平面アンテナで真面目に半波長アンテナを作ろうとすると手のひらサイズの面積が必要になってしまう｡普通のダイポールだと指向性があるので､交差させてクロスダイポールにする｡屋外地上局のアマチュア衛星用アンテナの設計をそのまま縮小したもの｡水平パターンはややいびつ 92.2mmの真鍮の針金(Φ=0.5mmくらい)を2本用意して､42.3mmで90°に曲げる｡長さの同じ素子同士を並べて配置する｡ (全長が半波長より長い素子と短い素子が交差した状態) 片方をアンテナ信号線､もう片方をGNDにつなげば完成｡実際5分くらいでつくったけれど､果たしてどうだろうか｡今回は､道具箱に眠っていた表面実装タイプのMT3339系モジュールに取り付けた｡アンテナはもともと3x1.2mm程度のとても小さいチップアンテナで､ LNAが入っているけど感度が悪かったのでお蔵入りしていた代物｡最近の携帯機器はみなアンテナに厳しい｡さて･･･クロスダイポール版モジュールをPCでモニタしたウインドウ(左)と､QZ-Rader画面東側に建物遮蔽があるので､そちら側の衛星はSNが悪い｡とりあえず補足できた衛星数はシミュレーションされたものとほぼおなじだった｡アンテナの角度をいろいろ振って､逆さまにしてもロストすることはなかった｡セラミックのパッチアンテナレベルにはなったかな･･･｡簡単にできてそれなりに測位するけれど､携帯性は皆無になった｡あと､近接周波数の干渉を受けやすいかもしれない｡ GPSアンテナのDIY例としては､QFHアンテナもある｡ラジオゾンデなどで使われている例がある｡いつもお世話になっているQFHアンテナ計算シートのサイト https://www.jcoppens.com/ant/qfh/fotos_gps.en.php ヘリカルアンテナは加工精度の難易度が上がるので､今回はクロスダイポールにした｡ GNSSとなると､複数の周波数のために調整されているセラミックパッチアンテナが有利だと思う｡セラミックパッチア...

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