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DVDのメディアで簡易分光器を作る-その4、(デジ1使って撮影)

 DVDの媒体ディスクを使った簡易分光器作りの話は一旦終わりにしていたのですが、セッピーナさんの記事を見ていると、どんどん性能を改善されています。

 一旦終わりにした理由は、この時使ったコンデジではピント合わせが難しいという点でした。だったらデジタル一眼レフを使えばいいのですが、そのためには重いカメラをしっかりと固定するための構造物を作らないといけません。でも私が作った分光器は段ボール箱で出来ているので、これを頑丈にするのはほとんど不可能でです。

 ということで、やりようが無くなってしまい放置していました。ところが、カメラを別の三脚で固定すればとりあえず撮影出来そうなことに気付きました。

▼三脚を二つ使ったスペクトル撮影装置
三脚を二つ使ってスペクトル撮影
 段ボール分光器の観測用の穴から覗き込むようにしてスペクトルを撮影します。余計な光がレンズに入り難いようにするため、穴を開けた黒い紙を使っています。人が動くと床のたわみでスペクトルの位置が動くので、撮影中はじっとしていないといけません。ということで、赤外リモコンを使ってカメラに触れないでそっとレリーズしました。

 なお、以下の撮影は全てスリットギャップ75μ、スリット・回折格子間の距離は180mmで行っており、上の写真のように窓の外の雲の光を分光しています。

▼撮影用機材
使った撮影機材
 カメラのボディはキャノンのEOS70D。レンズはEF70-200/F4L(この写真でボディに装着している物) と EFS60/F2.8マクロの二本を使いました。どちらのレンズも解像度はかなり高いはずです。またフォーカシングなどの操作を行ってもレンズの全長が変わらないので使い易いはずです。

 以下はスペクトルの撮影結果です。まずは60mmマクロから、

▼撮影結果 (写真をクリックすると別窓にもう少し大きな写真を表示)
EFS60マクロレンズで撮影
 EOS 70D, EFS60mm/F2.8マクロ, f/4.5, 1.3sec, ISO400, WB:DayLight

 スペクトルが傾いているうえに少し露光がアンダーですが、カメラで撮ったままのjpeg画像です。(リサイズしています)

 露出はマニュアル設定。ピントは液晶画面のライブビューで拡大画像を見ながらマニュアルで合わせています。なお、画像はものすごく暗いので、ファインダーからピントを合わせすることは出来ません。暗幕かぶって目を慣らせば出来るかも知れませんが、拡大ライブビューの精度にはかなわないと思います。

▼傾きを修正してトリミング(元画像は上とは別の写真です)
EFS60のスペクトルを切り出し
 拡大して見ると、b1, b2, b4 の吸収線がはっきりと確認出来ます。以前はb2とb4をはっきり分離して見ることが出来ませんでした。なお、b1線付近にピントを合わせている影響だと思いますが、画面端の近くのD1,D2線ははっきりと分離出来なくなっています。

▼望遠ズーム(EF70-200/F4L)のテレ端で撮影
EF70-200のテレ端で撮影
 EOS 70D, EF70-200mm/F4L, FL:200mm, f/8, 2.5sec, ISO400, WB:DayLight

 レンズの焦点距離が長いので拡大(望遠)撮影になっています。ちなみに35mm換算の焦点距離は316mmで撮影しています。E線からb1線あたりが画面の中央になるように撮っています。

▼上記画像のb線からE線あたりを拡大
Mgのb1,b2,b4線
 Mgのb1, b2, b4の吸収線がはっきりと分離できています。なお、60mmのマクロレンズ(EFS60/F2.8)で撮影した画像でも単に小さく撮影されているだけで、画像としての情報量は同じ感じでした。つまり、撮影系の空間分解能にはまだ余裕がありそうで、性能は分光器の色分解能で決まっている状態です。

 以前の記事では、ピント合わせの問題からスリットのギャップは100μにしていましたが、今回はデジ一を使ったので、ギャップの小さなスリットでも撮影が可能になりました。そのおかげで b2 と b4の分離が出来たのだと思います。

 ちなみにb2 の波長は517.27nm、b4の波長は516.733nm で、両者の差は0.537 nm。つまりこの値以上の分解能が得られていることになります。間隔が半分になっても検知出来そうな気配なので、0.25nm くらいの分解能になっている感じです。

 ということで記事を書き終わってセッピーナさんのサイトを見てみると、半値幅0.05nmまで到達されています。スリット・回折格子間距離 350mm、スリットギャップ50μでやられた、ということなので色分解能はうちの約4倍あるはずで、なるほど、理屈通りの結果になっているようです。ちなみに光量不足対策として太陽の直射光観察でやられています。

 使っている回折格子(DVD-R)の色分解能にはまだ余裕があるそうなので、どこまで分解能が上がるか興味深いです。

外部バッテリー式クリーナーに電圧計を取り付け

 ブラデカのハンディクリーナー(PV1210)を外部バッテリー式に改造しました。電源は余っていたシールドバッテリー(12V/8Ah)から取るようにしています。このバッテリーの充電状態はテスターで電圧を測定して行うつもりだったのですが、実際にやってみるとけっこう面倒です。

 バッテリー電圧のチェックがおろそかになって、バッテリーを過放電させてしまうのが怖いので電圧計を付けることにしました。というか、積み部品となってしまっていた秋月の2線式LEDデジタル電圧計の活用を兼ねています。

▼完成状態 (後ろの黒い箱がシールドバッテリーです)
バッテリー電圧計付きに改造
 バッテリーの管理という趣旨からすると、バッテリー側に電圧計を取り付けた方が良いのですが、取り付け方法が難しいので、クリーナーの本体にデジタル電圧計を組み込みました。この写真の取っ手の下の 7セグLED が電圧計です。

 電圧計の消費電流は25mAくらいあるので、常時点灯させておくことは出来ません。そこで、電圧をチェックしたい時にスイッチを押す方式にします。但し、ここにトグルスイッチなどの機械的に状態が保持される部品を使うと切り忘れが怖いです。モーメンタリーのプッシュスイッチで押した時だけ電圧計を表示するようにすればいいのですが、手を放すとすぐに表示が消えるはちょっと寂しい感じがします。

 ということで、スイッチを押すと約20秒間電圧計が動く回路を組み込んでみました。

▼回路図
回路図
 P-mos FETを使った遅延OFF回路で、プッシュスイッチを押すと、電圧計に通電され、C1,R1 の時定数で決まる時間経過後にOFFとなる回路です。動作完了後はほとんど電流を消費しません。

 GND側を共通にしておきたかったのでP-mos FET を使っています。2SJ334は手持ちの活用で、もっと容量の小さな物でも大丈夫です。何しろ負荷はLED電圧計だけなので、25mA くらいしか電流は流れません。
 なお、タイムアップが近づくとFETがOFFになり始めるので電圧は急速に低下しますが、それまではほぼ一定の電圧が表示されます。

▼改造作業中
デジタル電圧計取り付け作業中
 大きなバッテリーを取り外した跡地なので、場所はたっぷりあります。LED電圧計やFETはホットボンドで固定しています。

▼バッテリー電圧チェック
バッテリー電圧
 黒いスイッチを押すと電圧を表示します。13.4V と表示されています。モーターは廻していない状態なので、バッテリーの無負荷電圧が表示されています。この電圧が11V台になるとそろそろ充電しないといけません。

▼モーターを廻した状態
動作中の電圧
 10.5V まで電圧が下がっています。この時のバッテリー電圧は12.4V くらいあったので、配線やコネクタのロスで電圧のドロップがあるようです。2Vのロスは結構大きいので、機会があれば原因の調査と対策をやってみたいと思います。
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