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ストロボスコープ再び LED Stroboscope [顕微鏡・機材など]

前に、物体の運動解析でストロボスコープというお話をしましたが、
単発の運動では、ビデオモードで撮影してフレームを重ねた方がよさそう、というお話です。


こんな感じのビデオを、

自由落下60hz___.JPG
と、運動解析ですね。
一こまづつ取り出して合成した写真です。

フリッカーを軽減するのを忘れていたのと、シャッタースピードが遅いので粗い画像ですみません。
ですが、前の画像より明るく物体の落下の軌跡を示すことが出来ますね。

とは言うものの周期的なものを見る時に備えて、
一応、LEDストロボスコープの主要回路部分を示しておきます。
NE555_Stroboscope_.jpg
左の、トランジスター部分はLEDの種類によって変えるのはもちろんです。

右の555で周期を、そして左の555でワンショットですね。
R2、R3をボリュームとすることで特性を変化させられます。
(R2、R3をそれぞれ、VR1としてパルス幅、VR2として発光周期です)
図の回路では、
パルス幅は、1.1×50kΩ×0.01μF=0.55msで、
周期は、1/(1.4×100kΩ×0.33μF)=22Hz位でしょうか。
(10kΩで220Hz位、1kΩで2200Hz位です)

解説の必要もない回路かもしれませんが、シュミレートです。
NE555_.jpg
青が、周期から出てきた微分波形、緑が出力で、1パルスを拡大しています。

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止めます、とめます、LEDストロボスコープ Stroboscope [顕微鏡・機材など]

色々な動きを観察するために、ハイスピード撮影という方法で行ったものをご紹介しましたが、
周期的なものを見るために、ストロボスコープというのもあるのですね。

制作途中ですが、こんな感じです。

発光する周波数を変化させるという単純なものです。

ファンが止まったり、動いたりして見えますね。
最後にファンの電源を抜いているので、最後は本当に止まっているところです。

回転数は、64Hzですから、64×60=3840rpmでしょうか?
表示はデジタルですが、周波数の設定はアナログにしましたので大体です。

ちらついているのは、カメラのフリッカーですね?


さてもうひとつ、生物では無いのですが、
使われるのが物体の運動解析で、物理学ですね。

自由落下40hz.JPG
約40Hzの発光スピードで鉄球を落下させたものを撮影しています。
0.5秒の撮影時間でタイミングがいいとこんな感じですね。
(シャッターと、落下をシンクロさせるともっとはっきり写せるのでしょうが・・・)

自由落下60hz.JPG
こちらが、約60Hzです。

うーん、ちょっと暗いですね。
・・・光量が足りてません?

パルス電流、1Aではだめのようですね。
この感じですと、10A位は欲しいでしょうか?
LEDも探さないといけないようです。
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テレセントリック Telecentric [顕微鏡・機材など]

ご無沙汰しておりました、
やっと、少し暇ができましたので久しぶりに更新です。

深度合成を何度か試みましたが、ピント位置をずらせると被写体の大きさが変わるのです。
そこで、テレセントリックを試してみました。

機材は、以前と同じですが、焦点位置に絞り(といっても紙ですが)を入れます。
テレセントリック02.jpg
でっ、ピント位置をずらせて撮影です。

(「せ」と、「し」の使い方をよく気にします、
ピントを「ずらせる」であって「ずらしる」ではないですよね?あってます?
方言?かもしれないので、どちらが正しいかわからなくなって、
わたしも使ってしまうのですが、
「見して」とか言われると、気になって会話に集中出来ないのは病気でしょうか?
子供がそう言った言葉を使うと、箸の使い方とか大丈夫?なんて心配してしまいますが、私だけですかね・・笑
すみません、すぐ脱線してしまって・・・)


さて、良く見かける?6角ピン形状のヒートシンクです。
ヒートシンク01.JPG
斜めは、こんな感じです。

肝心の正面からは、
ヒートシンク02.JPG
奥行きは3cmあるのですが、大きさは一応変わってないようです。


近くの、ビオラ?パンジー?を撮影してみました。
ビオラ.jpg

3Dの動画です。


意外と簡単に、テレセントリックが使えそうですがいかがでしょうか?
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ローリングします。 Rolling shutter [顕微鏡・機材など]

ワムシさんのコロナも綺麗ですが、実際の形状は???です。

こんな映像を発掘しました。

翅がひずんじゃってますね。
見事?なローリングシャッター(Rolling shutter)です。”歪”はつかないのが正解なのかな?

以前、ケンミジンコさんのところでお話しました。

最近はソフト的に除去出来るそうで、

どの程度なのか、フリーソフト(有名なディシェイ○ーで、専用ではありません)でやってみると、

こんな感じです。
左が元画像、右が加工したものです。
手ぶれは減少してますが、ローリングの方の効果は・・・

うーん、フリーでは厳しそうですね○×△
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ドリル [顕微鏡・機材など]

お久しぶりです、dumboです。

さて、時間が色々と必要で・・・
きょうは機材のお話です。

以前、ネジを撮影しました。
その時の機材では照明がやりづらいのなんのって・・・
結局、1から新調しまして(新品はとってもお高いので、リサイクルですが)今日はそのお話です。

いきなりですが、全体像です。
drill_P1090074.jpg
相変わらず手作りって感じで、カメラを横にスライドするように変更しました。
これで照明に不自由がなくなりました???

スライドはステッピングモーターで駆動して、全ステップ量と、1コマごとの量を指定し、
シャッターも自動にしてしまいました。
(スライドテーブルにモーターをつける部分は、こりコリと自作しています。)

なので、ボタンひと押しでピント位置の違う像達が撮影出来ます。
以前は2相でしたが今回は5相のステッピングモーターで、動きが滑らかですね。

さて、テストですから動かないもので、
drill_P1090075.jpg
ドリルを撮影します。
φ2.5mmです。

出来た画像は、
drill.jpg
で、51枚からの深度合成です。
(合成ソフトは以前のままですが、いい仕事をしていますね。)

ドリルで手を切る事があるのですが、新品はカッターのように研がれているのですね。
これだけ鋭いと切れるのも納得です。


前の機材ではコマごとに、微妙に縦横ずれていたのですが、
さすが光学機器メーカーさんのものは中古でもピシッてしています。

動画では、
な感じで、
微妙ですがねっ。
もっと細かく枚数を重ねないといけません?



ご参考までに、駆動回路の回路図を示しておきましょう。
ステッピングモーター.png
CW、CCW→ABCDEへの配線部分の、ステッピングモータードライバーは上図にはありません。
(初めは自作していたのですが、個々のモーター専用の方が発熱等も少なく良いですね。)

駆動プログラムは、PICの16F873で、メモリに余裕があるので、C言語です。

(リストは下記をご覧ください。
なお商業利用以外はご自由にして頂いて結構です。
その場合「<」と「>」は小角文字に変更してください。
商業で使用される方がおられるかどうかは?ですが・・・)

ステップ駆動プログラム


LEDです、すみません。 [顕微鏡・機材など]

前に、乾電池でLEDを点灯させるお話をしましたが、今日は調光のお話です。

LED.jpg
一般に電圧が固定なら、上のように抵抗を間に入れて電流を制限します。

電源電圧5Vで、30mAを流したいのなら、LEDの電圧降下が30mAで3.4Vとすると、
オームの法則より、

(5-3.4)/0.03=53.333・・・

ですので、54Ωの抵抗をつければいいわけです。

ところが、LEDは低発熱と言ってもやはり熱を出しますし、
室温も変わりますね。

NSPWR70CS.jpg
NSPWR70CS(言わずもがなの日亜雷神です、30mAで10lmの高効率ですね)のデーターシートです。

これによると、温度が上昇すると、LEDの電圧降下が減少します。

たとえば、30°→60°に上昇すると、0.1~0.2V低下します。

そこで、上の式で求めた54Ωとしておくと、

(5-3.2)/54=0.03333・・・
となり、33mA流れるわけですね。

雷神さんは、高効率で低発熱ですのでそれほどでもありませんが、
顕微鏡で使用する5W以上ものLEDでは、かなりの発熱が起こります。
したがって、みている間にどんどん光の強さが変わって、
いい写真が撮れないってことになるわけですね。

では、どうするかというと、定電流回路を抵抗のかわりに使用します。

さらに、顕微鏡撮影では、光の量を調正しないといけないので、
可変抵抗(ボリューム)にすればいいのですが、
大電流を流すためにはすごい大きなボリュームが必要になるわけです。



さて、定電流回路は色々(ググって頂いた方がいいでしょうか?)あるのですが、

大きく分けて、リニア型とそれ以外に分けておきましょう。

リニア型は上の抵抗のように電圧降下を起こさせて所定の電圧なり、電流なりを得るものです。
なので、多くは発熱によって電気の無駄となるわけです。


対して、それ以外では、スイッチング型が有名で、

文字通りスイッチを入れて所定の電圧、電流が流れた後、すぐにスイッチを切ります。
以前の乾電池のところの様なものですね。(厳密には微妙らしいですが)


で、スイッチを入れたり切ったりするのでちらつきそうですが、
目に見える速度を超えたスピードで入切しますので、見た目にはずーっと点いているように感じるのですね。

そこで、
P1220130.JPG
にお教え頂いた、DIODES社に使えそうな石(ICのZXLD1366)がありましたので組んだのが上です。

最近はチップ製品になってしまって、
P1580802.JPG
こんな半田付けが要求されるので、顕微鏡を見ながらって・・・
TSOT25ですので、MAX1W(ですが1.25A、60VまでOKなつわものです)でまあ実験がてらですね。
(実際の使用ではON抵抗が1Aで0.5Ωですから0.5Wで、定格内ですが結構な発熱があるので放熱を工夫しませんといけませんね)

で実際に付けてみると、やはり電圧による光量制御では、25%?~100%(200mA位~1A)の光量となって、
うーん、暗くなりません。
データーシート通りと言えばその通り?


そこで、PWM制御ということで、
外部からスイッチの入り切りのタイミングを入力するようにする回路を別途組んでみると、
NE555.jpg
こんな感じに、
ジャンク箱で長らく寝ていた、有名な555でデューティ比0~100%可変できる回路を組んでみました。
(実際には、左のダイオード下の2つの抵抗部分はボリュームになります。LTSpiceには可変抵抗がないみたいです?)

パソコンにつないであるADコンバーターを介してどうなっているか調べると、
名称未設定 2022.jpg
こんな感じに、ボリュームによって割合が変化しているのを確認し、大体2.5kHzですね。



で、De、?、

外からPWMを加えるのであればその先はなんでもOKかなぁと考え直し、


上のZXLD1366ではなく、いつものカレントミラーによる回路に
555を直接組み込んで、
P1220129.JPG
リニア型と、PWMの合体が上ですね。

意外といい感じに動作しますが、PWM特有の音がちょっと聞こえたりします。
(ドレミファインバーターってご存知?京急ですね)
利点は、最大電流が固定されるので、危なさが少なそうっていうことでしょうか?


普通に、秋月さんのキットに組み込んで、
P1220128.JPG
な感じにもなったりします。
(CL6807:35Vで1Aまでを使用、マニュアルに0%では500Hz以下でと書いてありますが、5kHz位でも動作OKでした。実際は、100Hz以上で、かつ0.02%以上でないといけないようです。厳密にすると、マイコンが必要ですね)


うーん、LEDもほんと奥が深いですねぇ。

やっぱりLED? [顕微鏡・機材など]

おもちゃのお話だけでは、生き物たちから離れていってしまいそうですので軌道を戻していきましょう。
(昇圧回路はそれだけで本が1冊書けるくらいですから奥が深いというのが理由なのですがねっ、
楽しいのですが・・・)


顕微鏡で写真を撮影するには何が重要かというと、
やはりカメラですから、
光ですね。

なるべく明るくした方がシャッタースピードがかせげて便利なわけです。
デジカメでもISOを低くした方が画質がいいですしね。


しかし顕微鏡の光源は普通、ハロゲンランプなわけでそう簡単に光量アップとはいかないのです。
(最近の顕微鏡は殆んどLEDですが・・・それはそれでまた光量アップが難しいですね)

単純に、
P1210316.JPG
こんな感じにLEDを詰め込んで、
P1210317.JPG
中はこんなふうに、出来るだけ大きな放熱器ということで、ジャンク箱で寝ていたCPU用がぴったりと。
(写真はmax400Lm位で、メイン用にはさらに巨大なものですがっ?)


次は電源ですね。

前回からお話しているようにLEDの特性上、定電流で駆動しますので、
P1210318.JPG
市販の定電流回路+電源で初めは様子を見ます。


PWM駆動:パルス幅変調の定電流回路で効率がよく、放熱も特に必要としないのですが、
今度は暗く出来ないのですね。

うーんあちらを立てればこちらが・・・

でっ、


よくある、LM317を利用した定電流回路を使用すると、
P1210319.JPG
巨大な放熱器に、
P1210320.JPG
中はこんな感じに、大きな可変抵抗やなんかで苦労するのですね。
(写真のはさらに電流をかせげるLM338Tだったと思います)

まあ、1Aを超えようとするとやはり放熱が必要となるので、
・・・


抵抗(ボリューム)だけでも小さくできないかと探していると、
P1210321.JPG
おあつらえ向けに、カレントミラーを利用した定電流回路というものに今のところ落ち着いています。
タグ:LED

ポーチュラカ? [顕微鏡・機材など]

久しぶりに散歩の話題でも。

でも、やっぱりマクロ?、ミクロ?で・・・

フィールドで4倍の対物レンズが使えるかテストしてみました。
(4倍ですから、接眼をつけると×10で、都合40倍ですね)

で、
ポーチュラカ?1.jpg
おしべと、


ポーチュラカ?2.jpg
めしべですね。



普通の写真を撮り忘れてしまって、名前は?です。

風が吹くと全然ピントが合いませんでした。
外では無理ですね。

皆さんの写真を見て、花を撮りたくなったというお話でした。
では、また。

エリアシング誤差?ナイキスト周波数? [顕微鏡・機材など]

今日は、ちょっと離れて画像処理のお話です。

A:「うーん、100倍で入りきらないですねぇ」
B:「じゃあ、40倍で撮って、分析します?」

A:「何か、見た目と違って変な色が○×△?」
B:「色収差?」

A:「プランアポだし、だいいち真ん中だよ???」

デジタル時代になって、画像を撮影するのは簡単になりましたね。
便利なものには落とし穴があって、サンプリング誤差というのがつきものなのですね。
まあ、無視しても問題ないことが多いのですが、厳密に行おうとすると時々悪さをします。
カメラ内部で補正されることもありますが、なかにはしていないものもあるようです。

ナイキスト誤差.png
この場合の、キーワードは、
エリアシング誤差(Aliasing error)、ナイキスト周波数(Nyquist rate)ということなのでしょうか?
単純に、上図の感じでOKですかね?

要するに元のデーターより粗くサンプリングすると、もとの画像に無かった模様が発生し、
色も含めたデーターではにせの色が発生するのです。

なので、

B:「やっぱり、画像をつなぎますか?」
A:「大変だなぁ・・・」
となるわけですね。

では、また。

ネジ [顕微鏡・機材など]

ネジを深度合成してみました。
ネジ3mm.jpg
SUS304のプラスネジ3Mです。
この大きさで見る人は品質管理の方くらいでしょうか?


ようやく、決まったステップで撮影可能になりましたので、3D構築すべく試し撮りです。
上の写真は下の機材での撮影です。
この程度の倍率でしたら、レンズのリバースでOKですね。
顕微鏡.jpg
そこら辺の部品を寄せ集めたので、いかにも手作りって感じでしょ?
一つ前の形は「接眼レンズはいりません」でごらん頂けます。

ちなみに、以前ご紹介した、「合成してみよう」のソフトでやるとこんな感じです。
ネジ3mm01.jpg
コントラストのみで合成するとこんな感じです。



さて、本題の3D画像です。
盛り上げてみよう」でご紹介したソフトに読み込ませてっと、
横4.5mm位×縦3.5mm位、ステップ0・1mmと設定して、
ネジ3mm3D01.jpg
何かが迫ってきますねぇ。これは下から(裏側:半分なのでネジ内部?)眺めているところです。

横から見るとネジなのかぁ・・・上半分ですし、こんなもん?
ネジ3mm3D02.jpg

ぐるぐる回してみて、っと。
ネジの根元側の斜めから見るとこんな感じです。
ネジ3mm3D03.jpg
何となく、頭と、ネジ部分が確認できますかね?

またまたまたまた、機材の調整のお話ですみません。
次はソフトの調整ですね・・・今度はいつかなぁ?

タグ:ネジ 3mm
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