ちょっとした自作

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ちょっとした自作・工作をまとめたページです。最初にインデックスをつけました。


  • 研究等で使う自作品を掲載してます。最近は展示室で使う予定のものを作ることが多くなってます。ずっと古いものはトップページのリンクから見られます。「秋月」とは秋月電子通商のことです。

展示室DACの改良(2021/09/24)

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 1年近く前に作った展示室用のダイヤモンドアンビルセルで、加圧機構のネジ先端が圧力を高くすると黒い板にぶつかることに気づいた。場合によっては加圧が途中でできなくなりそうな感じ。そこで黒い板(ポリアセタール)の方にネジが中に入れる穴を開けた。ついでに試料も交換。光源をちょっといじって、より光が試料側に来るようにした。画像は以前より改善された。

micro:bitを使った行先表示(2021/06/13)

microbit-destination-indicator.png

 これは簡単な工作。可変抵抗をmicro:bit(右上の小さいボード)につなげただけのもの。居室の前に取り付けておいて、私の行先を表示する。micro:bitは前面に小さいLEDが5x5あって、文字は電光掲示板のように流れて表示することができる。これまではmicro:bit本体のスイッチ類を利用して数種の行先表示を変えるようにしていたが、今回は黒い箱につけた可変抵抗を回転することで、8つの行先から表示を選べるようにした。micro:bit本体に10 bitのAD変換機能があるので、可変抵抗の両端の抵抗にmicro:bitからもらった電圧をかけて、可変抵抗の中央端子に生じた電圧(回転角度で変わる)を読んでいる。電源はUSBケーブルをつなげて取っている。

展示室の偏光顕微鏡回転ステージコントローラーに人感センサーをつけた(2021/04/13)

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 以前製作した展示室の偏光顕微鏡の回転ステージコントローラーに人感センサーを取り付けた。偏光顕微鏡は回転している試料が特に綺麗なのだが、長時間連続回転させておくのも回転ステージによくないので、コントローラー前面のスイッチでON/OFFするようにしていたが、どうも目立たない。そこで、人が前に来ると(動くと)自動的に回転するように改良した。そのために秋月で買った人感センサーを使った。コントローラーには元々Arduinoを使っていたので、人感センサーもArduinoに入力して、人感センサーがONになったら回転ステージを30秒回すようにプログラムした。人がいても全く動かないとセンサーが反応しなくなるので、一度動きがあると30秒間は続けて回るようにしている。写真の前面パネル上側の白い円形のものが新しく取り付けた人感センサー。何も考えずに適当に取り付けたが、上蓋に取り付けたファンのことを完全に忘れていたが、運よくぶつかりはしなかった。
 この場合、ステッピングモーターのコントローラー自体は専用のものがあったので、回転させるにはパルスをコントローラーの特定の端子に送るだけでよい。このパルスをArduinoの5番端子から出させている。普通は音を出すために使うtone()関数を使って、パルスを出力するようにした。人感センサーは電源はArduino基板からもらって、出力信号はArduinoの2番ピンへ接続して、デジタルで読むようにした。2番ピンがHIGHの時に、パルスを出す。プログラムは短いので、以下にペーストしておく。人の動きがない時(2番ピンがLOW)には回転を止めるために、最初tone()で周波数を0にしたが止まらなかった。そこでnoTone()関数があるのに気づいて、それを使ったら止まった。

pol-micro-controller2-inside.png
#include <Arduino.h>
#define OUTPUT_PIN 5
#define INPUT_PIN 2
void setup() {
}
void loop() {
  if ( digitalRead( INPUT_PIN) == HIGH ) {
    tone(OUTPUT_PIN, 1500);
    delay(30000);
  } else {
    noTone(OUTPUT_PIN);   
  }
    delay(1000);
}

 micro:bitでも回転ステージの制御を試してみたのだが、数百マイクロ秒くらいの短いパルスがうまく出なかった。もっと長い時間のパルスは作れて、モーターも回転できるが、今回必要な速度にはできなかった。人感センサーの方は問題なかったが。同じシングルボードコンピュータでも得意なところと不得意なところがある。
 6月上旬にあった地球惑星連合学会の研究所の展示で、この偏光顕微鏡の動画(実際にはyoutubeにある)も使った。

micro:bitを使ったサーボモーターのコントローラー作製(2021/04/05)

rotary-ND-filter.png

 micro:bitを使ってサーボモーターのコントローラを作製した。これで行いたいことは、サーボモーターに取り付けた回転式NDフィルターを、1)マニュアルモード時は可変抵抗によって自由に回転させることができること、2)PC制御モードの時はON/OFF信号で、2つの角度(最大吸収と最小吸収位置)を移動すること。この回転NDフィルターはエドモンドで買ったもので、右に示している。サーボモーターに既にマウントされていて、下側はソーラボのポストを使っている。これで顕微ラマン装置のレーザーのON/OFF目的で使っている(実際には最大吸収位置でも少しはレーザー光が漏れてくるが、顕微鏡画像でレーザースポットが分かる利点もある)。これまでは秋月で買ったサーボモーター用コントローラ基板を使って制御しているが(作ったのは14年前だった)、これを更新した。今回は最近ちょっと遊んでいるmicro:bitを使って、コントローラーにすることにした。micro:bitはサーボモーター制御信号を出す部分が関数として用意されているので、プログラムからは関数に角度かマイクロ秒を指定するだけで、簡単に回転する。プログラムにはブロックエディタ、Javascript, Pythonが使える。外付け回路もいらない。ただし、micro:bitは3.3 V駆動なので、サーボモーター用に5 V電源を用意していて、そこから秋月で買った昇降圧スイッチング電源モジュールを使って3.3 Vを作り、micro:bitに供給するようにした。小さいサーボモーターは3.3 Vでも何とか回るが、私の使いたいモーターは回らなかった。電源モジュール、プルアップ抵抗等の回路を組む必要があったが、使ったブレークアウトボードに自由に使える配線エリアがちょっとだけだが用意されていたので、それをうまく使えた。

MicroBit-servo-controller.png

 回路的には問題なさそうなので、ボックス内に全て収められるように、ボックス側を加工した。大きめのボックスなので、上側に余裕があってUSBコードが何とかそのままでつなげるので、プログラムを書き込む時にmicro:bitをいちいち外さなくても済む。念の為、プログラムをダウンロードする時は5 V電源を外している。プログラムは簡単で、マニュアルスイッチがONの時は、可変抵抗部分からの電圧(0~1023)を読んで、その電圧に応じてサーボモーターを回転させる。マニュアルスイッチがOFFの時は、PCからの信号のON/OFFでサーボモーターを決まった2つの位置へ移動させる。プログラムも完成して、一応問題なく動作した。プログラムはブロックエディタで少し作っておいて、それをPythonに変換して、Pythonで最後手直しした。

MicroBit-NDfilter-controller-box.png

 仕上げに顕微ラマン分光装置のある部屋に持っていって、PCに接続したデジタル入出力IFから出ているケーブルと繋げて、回転位置の微調整を行った。顕微ラマン分光装置用のPC上から制御できて、レーザーのON/OFFができた。外見はこんな感じ。micro:bit本体についてくるシールを貼っておいた。
 Obnizも持っているので、それでも全く同じことができる。ただ、ObnizはWi-Fiが必須なのだが、使用したい部屋はWi-Fi環境が良くないのでmicro:bitを選択した。

トライアック調光器キット作成(2021/3/11)

triac_controller.png

 カートリッジヒーターを加熱する時のコントローラとして、秋月のトライアック調光器キットを買って作った。温度制御までする必要はないので、出力を適当に調整できるだけでよい。そういう用途にはピッタリ。キット部分は基板にパーツを半田付けするだけ。RSで買ったケースの前面、後面に、可変抵抗、ヒューズ、出力用ACコネクタなどの穴を開けて、キット基板をケース底に固定。そして配線した。最初、可変抵抗への配線が逆だったが、それは直してなんとか完成。白熱電球をつないでテストするのが定番だが、もはやその辺りに転がってないので、テストできそうなものを探す(最初からヒーターに繋いで壊したくはないので)。コーヒーミルがあったので、繋いで、モーターの回転数が可変抵抗で変わることを確認した。その後、カートリッジヒーター(100 V, 200 W max)にも繋いで、ちゃんと加熱、制御できることも確認した。

チューナブルバンドパスフィルターのテスト(2021/2/17)

tbpf_20210217_test_plot.png

 光の入射角度で吸収のエッジ位置が変わるショートパスフィルターとロングパスフィルター(Semrock製)を取り付けた。ブロードな光源を使って、エッジ位置と角度(パルス)の関係を校正した。それを元に波長を指定するとその位置にモーターが動いて、~2 nmバンド幅のバンドパスフィルターとして働くようにした。右図は500から550 nmへ10 nm毎移動させて測定したもの。高さが異なるのは光源の強度分布のせい。バンド幅はもう少し狭くできるが、1.5 nmくらいが限度のよう。毎回リミットスイッチで止めてから(原点復帰)、任意の角度へ移動させている。アソビを取るためで再現性はまあ良いが、たまに少しズレることがある。サーボモーターとは違ってフラフラしない。このフィルター対の場合は原理的には495 ~ 565 nmくらいが調整できる範囲であるが、実際的には500 ~ 550 nmくらいで使う予定。
 最近いくつかのメーカーから似た仕様のチューナブルフィルターが市販されるようになってきた…

モータードライバー用のケース加工(2021/2/27)

motor_board_case.png

 ステッピングモータードライバー基板2個を収納できるようにアルミケースを買って、基板固定用の穴、DCプラグ、トグルスイッチ、配線用の穴を開けた。フライスにうまく固定できないので、一部の穴はドリル穴開けとヤスリ加工。基板は横に並べてギリギリ入った。これで電源とモーターからのコネクターを繋げば動くはず。

チューナブルバンドパスフィルター部の完成(2021/2/11)

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 モーター軸とフィルター保持部分を繋ぐアダプターを真鍮で作製して、取り付け。さらにモーター回転の原点を設定するためにリミットスイッチを取り付けた。リミットスイッチはソーラボの穴なしケージボードを4つにカットして、そのうち2つにリミットスイッチを取り付けた。そのためケージの棒に固定でき、横にスライドしてスイッチの位置調整ができる。リミットスイッチの配線とフィルター自体の取り付けがまだだが、チューナブルフィルターの改造のハード部分がほぼ完成。

ステッピングモーター用の取り付けボード加工(2021/2/07)

stepmotor_board.png

 2つのステッピングモーターを取り付けるボードを作った。オリジナルマインドで買った黒いポリアセタール板を簡易NCフライスで加工した。モーターの軸が入る穴とモーターを固定する穴、さらにボード自体を光学系に取り付けるためのM4ネジ穴を開けた。モーター取り付けネジとM4ネジで光学系への固定で使うパーツが干渉する可能性をチェックするのを忘れていたが、うまいことに干渉しなかった。写真はとりあえずモーターを取り付けたところ。その後、ケージにも取り付けたが、フィルターを取り付ける部分で、モーター軸とフィルター保持部分のアダプターが必要で、それもこれから作らないといけない。

ステッピングモーターの制御テスト(2021/2/5)

dual_stepmotors.png

 元々のサーボモーターの制御でも使っていたCONTECのDAQユニットを使って、ステッピングモーターを制御してみた。サーボの時はDA変換を使って電圧を変えて角度を制御していたが、今回はdigital output4ポート分を使って2つのモーターに時計方向、逆時計方向回転のパルスを送る。最初、テストで使ったデモプログラムでdigitalのoutputがうまくいかない。 ネットで調べると、提供されているデモプログラムではdigital outputは動かないことが判明。最初にポートで出力できるようにソフトで設定しないといけない。Visual Studio 2015(大学のライセンスがあったので使っている)でデモプログラムを書き直して、2つのステッピングモーターが回転できるようになった。

ステッピングモーターのテスト(2021/2/2)

geared-pulse-motor.png

 以前作ったチューナブルバンドパスフィルターを回転させるサーボモーターが静止時に少しフラフラすることと、角度制御をもう少し精度良くしたいので、ステッピングモーターに変更しようと計画中。オリジナルマインドで買った中古のオリエンタルモーター製のギア付きステッピングモーター、そのドライバー基板、それとマニュアルのパルス発生器(これは以前別途買っていたもの)、秋月で買った5 Vと24 VのDC電源アダプタを繋いでテストしてみた。5 Vはパルス発生器で使っている。2式あるが、どちらも問題なく動いた。減速比が20で、ハーフステップだと0.018度/1パルスで、サーボモーターよりも回転位置の精度が1桁上がるはず。また当然フラフラはしない。制御用のパルスはPCからI/Oユニット経由で送って、制御する予定。

対称DACのラマン用ホルダー改良(2020/12/27)

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 対称DACを顕微ラマンの光学系の試料位置に置くときのアルミのアダプター。以前作ったものは2 mm凹んだところにDACを置くようにしていたが、圧力を変える時などで取り外す時に少し浮かせる必要があって、対物レンズと干渉しそうになる。そこで、手前側をフライスで削って、横に滑らすだけで設置、取り外しできるように改良した。今回削ったところは手前側の筋になっている部分。上に乗っているのが対称DAC。実際に使ってみて便利だった。

紫外LED照明(2020/12/13)

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 前にUVエポキシ接着剤の硬化のために、その目的用のUV LED照明をアズワンのカタログから買おうとしたら、既に扱っていなかった。業者に代わりにネール用のLED照明を提案されたのだが、それだと小さすぎるし、会計から変な目で見られそう。
以前買っておいた秋月の「UVLEDライト製作キット」があったことを思い出した。波長は375 nmである。これを使うことにした。キットには電池ケースが付いてくるが、DC電源6 Vアダプタを使うように変更した。UVエポキシ接着剤の硬化に使う。カメラで写すと紫外線がカットされているためか白LEDにしか見えないが、ルビーのカケラに当てたら赤くなった。試した時は紫外線カットのメガネをかけているが、以前鉱物用の蛍光ボックスで使った紫外用アクリル板が余っているので、照射用専用ボックスを作る予定。
 その後、UVエポキシ接着剤で実際にテストしてみた。UVLEDなしで5分放置では液体状のまま、UVLED点灯で5分後見たら完全に固まっていた。実用上問題なさそう。

霧箱完成(2020/10/22)

 霧箱が完成した。マントルの切れ端を置いて観察する。結構よく見える。スマホで写した動画をアップした(3.3 MB)。マントルは結構繊維がほどけたりして細かいゴミが出るので、ピッチブレンドを買ってみた。キュリー夫妻がラジウムを取り出すために大量に処理した時に使ったものと同じ産地のもの。そのカケラを使ってもアルファ線がよく出るので、今はそちらを使っている。粉とか出ないのでより安全。
 最初はすごくよく見えるのだが、数分すると見づらくなる。理由は特定できてないが、試料の表面にアルコールが凝縮してしまい、アルファ線を吸収してしまうためかもしれない。常時電源オンで展示するには難しいなあ。

filecloud_chamber201022.mov

霧箱のパーツ3(2020/10/21)

HighV20201021.png

 前に作った雑イオンを除くための高電圧回路の電圧が予想より低かったので、イカリング用のインバータを入手して、作り直した。これはDC12 V入力で交流900 V出る。それをコッククロフト・ウォルトン回路で倍増する。マルチメーター用の高圧プローブも手に入れて、最後の出力電圧(DC)が何とか測れるようになった。2.8 kV出ているようだ。ちょっと計算が合わない気がするが。高圧側のマイナスを最初DC電源のグランドにしたらうまくいかなかったので、インバータ出力の片側からとったら高電圧が生じた。出力端子を近づけると放電する。しかし、これがなくてもどんな天気でも良く見えるので、結局全く使っていない…

霧箱のテスト(2020/10/15)

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 ペルチェ素子を黒く塗装し、上側の透明蓋部分(アルコールを含ませるスポンジとLED照明を取り付けた)も作り、全体を組み上げた(左の写真)。実際に放射線の軌跡が見えるかテストした。ランタン用マントルの切れ端を置いてみた。時々アルファ線と思われる直線状の軌跡が見られた(右の写真)。切れ端の方から来ている。まだ雑イオン除去用高電圧部分がうまくいってないが、一応霧箱本体は完成した。

霧箱の本体組み立てと冷却テスト(2020/10/13)

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 電源用のプラグが届いたので、ペルチェ素子を2枚重ねて、さらにそれをCPUクーラーに取り付けて、配線を行った。PC電源に繋いでみる。この赤外線温度計は低い方が-30度までとなっているが、測定してみると-32度くらいで、時々温度が測定不能になる。今日は最近では珍しく室温が28度くらいはあったが、冷却は霧箱には十分な感じ。この霧箱の冷却装置は、大阪府立大学の放射線研究センターの秋吉先生が制作方法を公開されていて、それをベースに作ってます。完成品を安く販売もされてます。

霧箱のパーツ2(2020/10/11)

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 雑イオンを除くための高電圧回路を作った。秋月で買った冷陰極管用インバータ回路(上の細い基板)と2段のコッククロフト・ウォルトン回路(下のユニバーサル基板)の組み合わせでDC12 V入力で2 kV出るはず。タカチのケースに入れた。しかし測定すると電圧は800 Vくらいで予想より低い。最も本当に2 kVだと手持ちのデジタルマルチメーターでは測れない。高電圧プローブとそれが使えるマルチメーターを買わないとテストもできない。

霧箱のパーツ(2020/10/02)

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 ペルチェ素子を使って冷却するタイプの(放射線を見るための)霧箱を作っていて、そのベースの部分を簡易NCフライスでオリジナルマインドで買ったポリアセタール板(POM)を削って作った。中央の白い四角はペルチェ素子。使う時はもう1個重ねて十分な冷却を得る。見えてる面は下側で、下側の素子の下にはCPU用クーラーが取り付けられる。

レバーDAC+顕微鏡(2020/09/22)

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 展示室用のレバーDACの架台部を作り直した。XYステージを一回り大きなものに交換した。そのために3つのアダプタープレートを作り直した。写真は新しい架台で高圧氷VI相を観察しているところ。照明部分も作り直した。白色LED部分は前と同じだが、その上に偏光板を入れた。そのさらに上に回転濃度フィルターを入れた。濃度フィルターは明るさ調整のため。実体顕微鏡よりは倍率を高くできるし、よりはっきりと見える。写真を現在の状態に入れ替えた。
 私の場合、純水(miliQイオン交換水)を使っているためか、氷VIへの転移がなかなか生じないことが多い(過加圧?)。明らかにVIの領域なのに何の変化もない場合が多く、明らかにおかしいので降圧していると突然結晶化が始まり、VIの微小な結晶が沢山できる。しばらく放っておくと、5〜10個の単結晶になる。
 VIが融け始めたら、すぐ再加圧してやる。そして結晶が少し成長するくらいで加圧を止める。ここからゆっくり減圧してやると、VIと水の共存状態を比較的長く観察できるようだ。
 偏光フィルターを入れていると、VI相の大きな結晶は方位の違いで濃淡が着くので粒子が分かりやすいが、結晶が小さいとやはり見づらい(しばらく置いておくか少し減圧すると粒成長して見やすくなるが)。また、歪んだダイヤモンドによると思われる濃淡も見える。
 VI相の領域で置いておくと、粒界の移動や消滅(粒成長)が見られる。曲線的な粒界が真っ直ぐになったりと派手ではないが興味深い。

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 下のガスケットのところの2つの写真は実体顕微鏡で撮影。HDカメラで撮ったVI相と水の共存状態している写真がこちら(どちらかというと融けつつある状態)。偏光フィルターを使っている。倍率が高いこともあるが、こちらの方がきれい。なお、フィルターをクロス位置からずらているので、水部分が真っ暗になってない。

真ちゅうガスケット(2020/09/11)

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 デモ等で高圧氷を作る際に使う予定のダイヤモンドアンビルセル用のガスケットを作った。普通は硬いスチール等でガスケットを作っているが(インデンテーションしてから穴を開ける)、2 GPaくらいまでなら、真ちゅう(ブラス)に穴を開けるだけでも使える。真ちゅうくらいなら簡易型のNCフライスでも加工できそうなので、自分でいくつか作ってみた。真ちゅうはニラコで買った0.2 mm厚板を使っている。0.4 mm直径のボールエンドミルを使った。中央の穴は直径0.4 mmでキュレット径1 mmにダイヤで使う。ガスケット周囲を直径5.4 mmの円形になるように削っている。ただ、フライスの精度がよくなく、バックラッシュもうまく取れなかったので、完全な円からはズレているが、十分使えそう。外径を5.4 mmの円形にするのは、ガスケットガイドの内径がちょうどその大きさのため。理想的にはガスケットをガイドに置くだけでセンターリングができるようしたいのだが、実際はズレるのが今の課題。

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 (2020/09/14)このガスケットの中で良いもの(センターがよく合うもの)を選んで、試料なしで一度軽く加圧した後で、水を入れて、高圧氷を作ってみる。2 GPa近くまで加圧したらVII相が出てきたので、圧力を下げる。途中VI相が再結晶化して10数個の結晶になった。さらに圧力を下げるとVI相が融け始めた。VIと水の共存状態で約 1GPa(室温)。下の写真はVI相がかなり融けたところ。まだ融けつつある状態なので、結晶がみんな丸くなっている。そして小さい結晶から消えていく。注意深く操作すれば結晶1つだけ残すこともできる。再加圧すると成長して、結晶は自形になる。なお、この写真は実体顕微鏡での写真。

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 (2020/09/16) VI相は正方晶系だが、屈折率の差があまりないのか単相の集合体だと粒界がよく見えない。そのため加圧中に水から急速に結晶化すると、結晶化を見逃すことが多い(まだ水のままだと思ってさらに加圧してしまう)。一方、減圧時に融け始めると、VIと水の屈折率がかなり違うので、結晶外形がよく見えるようになる(上の写真)。この見逃しを防ぐ目的で、VI相だけの時でも結晶粒子がよく見えるようにするため、偏光フィルターを試料上下に入れて観察してみた(下の写真)。偏光を使わないと何のコントラストも見えないが、偏光を使うと粒子がよく見えるようになった。コントラストは方位が違うために生じる。なお、水は等方体で、VIIは立方晶系なので、偏光をクロスにすると真っ黒になるので、少しクロスからずらして観察する方が良さそう。こちらも実体顕微鏡での写真。

自作CCD顕微鏡カメラ2(2020/09/6)

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 少し前に作った顕微鏡カメラの架台が揺れに弱いので、エドモンドオプティクスで売っている架台に作り直した。アルミの自作アダプターで架台とソーラボパーツで作った顕微鏡部分を接続している。自作アダプターにはソーラボのケージプレートをM6ネジで止めている。このケージプレートのSM1内ネジを使って、下側には対物レンズを取り付け、上側にはレンズ筒をねじ込んでいる。対物レンズはミツトヨのx20超長作動距離のもの。ただし結像レンズとしてf = 100 mmを使っているので、実際の倍率は10倍になる。付いているUSBカメラはHayearのHDカメラ。カメラはCマウントで、ソーラボの変換リングで繋いでいる。焦点はラックピニオンで合わせる。
 こういう光学系で、焦点を少し調整したい、カメラ向きを回転したい時には、SM1内ネジのレンズ筒2つを繋ぐ、長めのオスネジで固定用のリングが2つセットになったパーツがあるので、これを利用すると便利。どれだけねじ込むかで焦点調整ができる。カメラの向きも同じく調整できる。調整できたら固定用リングで絞めて回転しないようにする。
 観察するのは古いレバー式DAC中の試料(主には高圧氷VIの予定)で、こちらもアルミとポリアセタールの2枚の自作アダプターでXYステージ、DACを黒ポリアセタール板に固定している。XYステージで試料のXY位置微調整ができる。このレバー式DACは、最初にDACを開発したNBSの科学者が作った会社High Pressure Opticsから30年以上前に買ったもの。黒い輪っかの部分を回すと、レバーの左側を引いて、もう一方の端のDAC側に圧力がかかる。今はダイヤモンドとその取り付け部分がまだ入っていない状態。
 透過光源はまだ適当なものを用意していなくて、とりあえず置いているのは別の製品についてきた小型白色LED照明である。

アルミアダプター(2020/09/01)

Al-adapter202009.png

 40 mmのXYステージと古いレバー式DACを接続するためのアルミのアダプターを作成した。M3ネジ用の穴4つとM5ネジ穴2つを簡易CNCで加工した。そしてM5ネジを切った。カットされたアルミ板はオリジナルマインドで購入。M3ネジ用穴のクリアランスがちょっと小さすぎたので、ネジ止めに少し苦労した。

自作CCD顕微鏡カメラ(2020/08/25)

microscope202008.png

 これも有ったものを組み合わせただけのちょっとした工作。展示室用でもう1つ顕微鏡が必要になったので、ストックパーツから作りました。架台部分は別の簡易CCD顕微鏡カメラのものを流用。そのカメラ自体は作動距離が足りないので今回の目的には使えず、顕微鏡部分を外して、ミツトヨの超長作動距離の対物レンズとf=100 mmの結像レンズを使って構成した。ミツトヨの無限光学系は本来f = 200 mmを使うのだけど、それだと鏡筒が長くなりすぎるので、半分にした。倍率も半分になる。今回は透過光で使う予定で、落射照明部分を作る必要がなく、偏光板も入れないのでシンプルになる。うまいことに、元のカメラを架台に取り付けるネジがM4(2本)で、ソーラボのケージプレート(M仕様)の取り付けネジと一致したので、ケージプレート2枚をレンズ筒の間に挟んで、顕微鏡部分を架台に固定できた。付いているUSBカメラはテスト用で、HDカメラに取り変える予定。カメラはCマウントで、ソーラボの変換リングでつなぐ。ミツトヨの対物レンズは本当はネジの規格が同じではないが、非常に近いのでソーラボのSM1ネジにねじ込める。
 しかしその後、倍率をx20にしてHDカメラも取り付けたところ、振動が気になった。そのため、この架台は止めて、もっとしっかりした架台に変えることになった。また、さらに工作が…

緑のネオンランプボックス(2020/07/29)

green-lamp.png

 本当にちょっとした自作ネオンランプのスペクトルに書いたように、緑のネオンランプにはネオンガスはもちろんですが、キセノンガスも多少入ってます。分光器の波長(波数)校正をしていると、488~525 nm付近はネオンだけだと輝線が疎らで強度も弱くて、精度よく校正が難しいことがあります。ラマン分光で488 nm励起だと、488~525 nmが0~1500 cm-1くらいの測定する領域になります。水銀ランプも本数が少なくあまり役に立ちません。そこでネオンランプのキセノンの輝線も合わせて使ってみようと思い、校正用の緑ネオンランプ光源(ボックス)を作りました。単に古い使ってないアルミケースにネオンランプを取り付けただけです。写真を見ると、ランプはほとんど緑色ですが、これはランプ側面に塗られた蛍光物質がキセノンの出す短い波長の光によって緑色に光っているからです。緑の部分はバックグラウンドになるので、なるべくなら避けたいところです。写真を見ると中央部分に少しオレンジ色が見えます。校正ではこの部分の光をなるべく拾ってやる予定です。

白色LEDのスイッチボックス(2020/07/13)

WhiteLED_driver_box.png

 1つ前の白色LED用のスイッチボックスを作った(下側)。中にLEDドライバーも入っている。すべて秋月で購入したパーツ。ドライバー基板が動くと困るので、グルーガンで線部分をボックスに固定した。上側は白LEDを組み込んだソーラボのケージだが、この白色LEDの色はちょっと黄色が強い感じ。直接LEDライトを見ると目を悪くしそうなぐらい明るい。これをレンズで一度ピンホールを通してから試料にフォーカスできるようにする予定。

白色LEDのソーラボ・ケージシステムへの組み込み(2020/07/09)

whiteLED_cage.png

 白色LEDをソーラボの30 mmケージへ組み込むためにいくつか工作した。白色LED自体は秋月で購入した3 Wのもの。12V必要。これをアルミの放熱板に放熱用の両面シールで貼っている。これ自体をソーラボのXYスリッププレートポジショナ(SPT1/M)に取り付ける。SPT1/Mは2つの部分からなり、片側はケージロッドに直接取り付けられるが、もう片側はそれに対してXY方向に少しずらすことができるようになっている。ちょっとセンターが合ってないようなものを設置する時に便利なパーツ。私はCCDカメラを取り付ける時にこれを使っていて、画像のセンターを少しずらすことができる。SPT1/Mには一応ネジが2つ空いているが、インチ仕様のようなので、少し穴を広げて、M3ネジを切って使った。アルミ放熱板にも3.1 mmの穴を開けて、M3ネジでアルミ放熱板に固定した。下の写真が固定した状態で、上側がSPT1/Mで、下側が放熱板。SPT1/Mがちょっと回転しているのは、放熱板の羽とネジ穴が干渉しないようにするため。SPT1/Mの片側でケージロッドに固定することで、ソーラボで作った光学系に組み込めるようになった。

実体顕微鏡リストア(2020/07/08)

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 少し前にニコンの実体顕微鏡が捨てられていたので、拾っておいた。対物レンズがなく、落射照明が使えない、試料部のガラス円盤がない。透過照明は使える。接眼レンズは水浸し状態だった。その後、部品などが揃ったので、リストアした。接眼レンズは乾かし、ズームや焦点用のつまみのラバーは触ると黒く手が汚れるので、アルコールで何度も拭き取った。対物レンズは中古をebayで見つけて、ガラス円盤はアズワンのカタログに載っているガラスを買った。落射照明は使ってない古いLEDリング照明がちょうどあったので、それを使った。これで試料が観察できるようになった。溶接等で使うようにする予定。

ファイバーラマンユニット(2020/07/03)

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 ほぼ同じ形状の光学ユニットをルビー蛍光測定用に以前作って使ってますが(下の方に写真あり)、同じことをラマン分光でも出来ないかと考えてます。まずは、レーザーのファイバーへの入射と試料からのラマン散乱光をファイバーに集光する光学系ユニットを作りました。全てソーラボのパーツを使ってます。ストックパーツがある程度あるので、数個パーツ追加注文するだけで(翌日届き)、すぐ作れました。ちょっと解説すると、左右の端にあるネジが付いたパーツが光ファイバーを取り付ける部分で、XY方向に微調整ができます。中央部分のキューブにはラマン用のダイクロイックビームスプリッターが入る部分で、こちらも微調整ができます。その中間にf=50 mmの集光レンズが左右1つづつ入ってます。さらに右側にはラマンエッジフィルターが集光レンズ前に入ります。

偏光シート付きカード(2020/07/3)

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 これは簡単な工作で、段ボールを切って、中央部分に穴を開けたものに、偏光シートをテープで貼っただけのもの。それを2個作りました。下の写真はそれをトレース台に載せた状態。トレース台は安く手に入ります。この目的には面積広すぎますが、これ自体はふだん展示室に置いて他に色々載せてます。
 (2020/08/06追記) 昨日起こったベイルートでの爆発は硝酸アンモニウムが原因のようです。過去にも硝酸アンモニウムによる巨大な爆発が報告されてます。以下ではその硝酸アンモニウムを取り上げていますが、ここで使っているような非常に少量で、かつ単体で扱っている場合には危険はありません。

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 さて、これを使って硝酸アンモニウムの転移を観察してみました。スライドガラスの上に少量置いた硝酸アンモニウム粉末をホットプレートで融かして(融点は175 °C)、その上にカバーガラスを乗せてやると、観察用のプレパラートができます。作ったカードの1つを段ボール側の上にしてトレース台に置いて置きます。そこに熱いままのプレパラートをピンセットなどで挟んで持ってきて、置きます(やけど注意)。その上にもう1つのカードを段ボール側を下にして(暗くなる方向に)重ねると、硝酸アンモニウムの結晶の冷却過程での変化を肉眼で観察できます。最初のメルトからの結晶化は色がついてないので、肉眼で見るのは難しいと思いますが、温度が下がる過程で転移がいくつか生じて、鮮やかな色に変わるところが見られると思います。しばらく待つともう1つ転移を見ることができるはずです。段ボールは熱いスライドガラスから偏光シート等を守るために使ってます。下の写真は転移で最初に鮮やかに変化した時のもの(この後さらに変化します)。丸いカバーガラスを使ったので、試料部分も丸くなってます。これはJpGUのキッチン地球科学セッション用に作ったものです。

レーザー電源をDCアダプターへ(2020/07/1)

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 ピストンシリンダー装置のその場圧力測定で使っているルビー等の蛍光を励起するレーザーは安いもので、単3電池2本を電源としてきたが、電池の残りを気にするのも面倒なので、DC3V出力のACアダプター(秋月)へ変更して、トグルスイッチを取り付けた。

ソーラボのレンズ筒へのネオンランプ取付(2020/06/19)

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 顕微ラマン分光装置に組み込んでいるネオンランプをサトーパーツのものと交換するために作成した。ネオンランプのスペクトルで書いたようにこれまで使ってきたネオンランプはネオンだけでアルゴンが全く入っていないため。ソーラボのレンズ筒の短いものに横から穴を開けて、そこにネオンランプを突っ込み、エポキシ接着剤で固定した。これでソーラボの光学系に組み込める。組み込んだ後でも、点灯しているかどうか分かるように穴を開けた対面側にも小さめの穴を開けている。
 顕微ラマン分光装置に組み込む場合は、特に集光せずにこのまま使ってます。校正用のファイバー出力とする時は、レンズでファイバーに集光するようにしてます。ただ、ネオンランプは広い領域で光っているので、あまり効率よく集光できません。

蛍光鉱物観察箱(2020/06/05)

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 これも展示室関係。アズワンで買ったUVランプ(MiniMAX)を使った蛍光を出す鉱物用の観察箱を作った。4面は黒アクリル(アクリ屋で調達)で、前面がUV吸収透明アクリル板(これもアズワンのカタログに載っていたもの)からなる。CNCでUVランプのランプ窓出っ張り部分がアクリル板にちょうどハマるような穴を加工して、取り付け。ティッシュケースのように見えます。

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 それで観察した玉滴石。緑の蛍光がでる。この強い蛍光のせいで、ラマン測定が難しい試料(488 nmレーザー使った場合)。

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 エドモンドオプティクスから買ったruby ballを潰した粉末(右)と自分で合成したSm:SrB4O7粉末(左)。どちらも圧力測定用であり、強い赤い蛍光を出す。こっちは赤い領域をカットするフィルターを入れるとラマン測定は可能。

Littrow型分光器を箱に収納(2020/06/02)

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 昨年夏にバラックで組んで、一応の動作確認までしておいた「高分解能ファイバーLittrow型分光器」を箱に収納した。光学系を固定するねじ穴、ファイバーを差し込む穴やUSB, DC電源ケーブルを通す穴を箱に加工した。これで必要な場所へ簡単に持っていくことができるようになった。光学系に触らなくなるので、調整も頻繁にしなくてよいと思う。PC画面(よく見えないが)はネオンランプを試しに測定したもので700 nm付近である。

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 (2020/6/3)実際に蓋を閉じると蓋の一部と光学系が干渉することが分かって、さらに改良した。やっと完成。秋月の緑レーザーをエドモンドオプティクスのルビーボールに当てて出てきたルビー蛍光線R1,R2を測定してみた。横軸はピクセルで、左側が長波長。使えそう。

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 (2020/06/04)さらにサトーパーツのネオンランプを測定してみた。これは別項ネオンランプのスペクトルに書いたように、アルゴンが少し入っているネオンランプで、弱いがアルゴンによるピークが2つ見える。強いピーク2つはネオン。波長校正には十分だろう。

AR sandboxの外部スイッチ(2019/11/12)

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 AR sandboxは先々週土曜日に私以外の方に初めて使ってもらいましたが、小学生には好評でした。さて、AR sandboxを動かしているキーボードの「1」キーに雨を全体で降らす、「2」キーに乾燥させる機能を割り振ってますが、利用者に直接キーボードを使わせるのはあまりよろしくないので(1の隣のEscキーを間違えて押されるとプログラムが止まるなど)、外部スイッチ(押しボタンスイッチ)でこれらの機能が利用者に簡単に使えるように改造をしました。こういう場合は、キーエンコーダーを使うのが簡単と思ったので、バード電子のWATT-USB2を買いました。これはUSBでPCとつながり、14個ある端子のどれか2本の短絡で、「1」や「2」に対応するキーボードを押したことと同じ信号をPCに送ります。それをスイッチボックスのスイッチにつなぐだけです。もう1つのキーボードが接続されているのと同じことになります。パーツが届いたので、早速ケース加工して、半田付けして、砂箱に取り付けました。とりあえず強力な両面テープで貼っただけ。

AR sandbox稼働始める(2019/10/30)

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 しばらく放っておいたが、やっと調整を行なって、とりあえず使えるようになった。かなり遅くなったが、予定していた今年の夏の工作シリーズ(分光器、偏光顕微鏡とAR sandbox)が終了。調整法については別途wikiにまとめておいた。今週土曜日に小学生が見学に来るのになんとか間に合った。手をかざしても雨が降らないので悩んだが、手の指を広げる必要があった。指同士がくっついていると認識してくれない。1階の展示室予定の部屋に移した。これで遊んでみたい方はご連絡ください(mkanzaki@okayama-u.ac.jp)。右側の白球はダジックアース用の風船。

自作偏光顕微鏡+加熱ステージ(2019/09/28)

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 既に完成している偏光顕微鏡は、薄片を自動回転ステージに置いて観察できる。さらに高温試料をその場観察できるような加熱ヒーター取り付けアダプターを作った。この場合には回転ステージは取り外す。加熱ヒーターは白金ワイヤーに穴を開けた簡単なもので、以前から利用しているもの。試料位置調整のために手動XYステージを追加した。これで加熱試料の観察もできるようになった。試しにNH4NO3を加熱してみたが、ちゃんと融解と転移が観察できた。普段は薄片用の設定にしておく。
 さらにこの顕微鏡の簡単な資料(使用方法と各部の説明)をpdfで作った。

filepl-microscope_manual.pdf

AR sandboxハードの完成(2019/09/24)

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 台風で最後の方が短縮された学会から帰って来たので、ハードの続き。ついに砂を投入。その前に大きめの隙間をシーリング剤で閉じておく。それ以外の部分にはテープを貼っておいた。Amazon USAで買っておいたPlaysandを8箱分入れる。計90 kgくらいになる。砂は白くて投影した時によく映える。

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 砂を入れた後の状態。やはり側面板の高さが高すぎた。板をポリカーボネートにしたので、透明で離れていても内部が見えるところはいい。この後、プロジェクターとセンサーを取り付けて、ハード側は一応の完成。角で怪我しないように、角部に取り付ける保護具を注文した。さて、ソフト側の設定を始めるか。

AR sandbox作成中revised(2019/09/19)

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 夏の工作シリーズ第3弾。AR sandboxの砂箱部分とプロジェクター取り付け部分を作成。砂箱の高さがちょっと高かった(30 cm)。砂が飛び散らないように高めにしたが、ちょっと使いづらいか。実際に砂を入れた時に再度チェックする。また、プロジェクターの支持は側面に固定しているだけなので、ゆらゆらする。設置地点で天井に固定する必要がありそう。また、最初支持するアングルを中央に取り付けたが、プロジェクターの映写レンズはプロジェクター中央にはないので、本当はずらす必要があった。そのため取り付け位置をずらせた。プロジェクター手前側で砂箱に映写できない領域が出るので、プロジェクター取り付け位置で傾けるように取り付けアダプターを加工して、なんとかほぼ砂箱全面に映写できるようになった。実際に設置してみると、色々と問題が見つかる。その後、X-Box用Kinect sensor(先端の黒い部分)の取り付けを行った。センサー部分のために、アングルで斜めの支持を両側につけたが、片側は映写レンズに近すぎて、取り付けると映写の邪魔になるため、取り外すことになった。Linuxマシンとプロジェクターをつないでテストしてみたいが、今夜から学会出張のため、続きは学会終了後。

自作偏光顕微鏡完成(2019/09/09)

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 手持ちのモニターの中にHDMI入力のものがあったので、偏光顕微鏡のホーザンのHDカメラと繋げて綺麗に見えた。スイッチ付き電源タップに電源系をまとめたので、そのスイッチを入れるだけで、モニター画面で回転する薄片像が表示されるようにした。実際の倍率をチェックしたところ、モニター横幅が試料約4 mmに対応する。その後、展示室予定場所へ移した。HDカメラが結構よかったので、顕微ラマン装置の方の顕微部分もHDカメラに交換した。
 動画も置いておきます。試料薄片は唐津高島のオリビンノジュール。色がつく理由は、鉱物の多くが複屈折を持つことと関係しますが…ちょっと解説書いている時間がありません。主にはオリビン。

filepl-micro2.mov

自作偏光顕微鏡(2019/09/09)

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 回転ステージのコントローラーケースに換気用の穴を開けて、ファンを取り付けた。40 mm角でDC24Vのもの。DC24Vにしてるのは、ドライバーボード自体の電源から取れるように。これで長時間使用でも安心かな。加工はミニNC加工機で行なった。3 mmエンドミルでF2命令で円弧を描かせている。45度のうち、30度分を切削するようにした。見積もりが甘くて、内側の穴同士がちょっと接近しすぎた。内部に取り付けたファンで空気を外に出すようにしている。それによって、上側の縦穴部分から外気が取り込まれて、その下にある回転ステージ用のドライバーボードを冷却することを期待している。

Littrow分光器(2019/09/04)

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 下記で加工したミニ分光器や部品を黒いポリアセタール板に固定した。これで必要な場所に持っていくことができる。このまま使うと外光が入るので、使用時は黒い布で覆っている。最後に調整が残っているが、夏の工作シリーズ2も大体終了。

ミニ分光器の角度調整2(2019/09/02)

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 下記用のアルミアダプターを作った。ちょっとしくじった部分もあるが、問題なさそう。上側の溝は固定ネジを回すための六角レンチが使えるようにつけた。距離調整がある程度できるように固定用ネジ穴を長くした。

ミニ分光器の角度調整(2019/09/01)

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 ミニ分光器をセンサーとして使うのだが、リニアセンサーと分散したスペクトルが平行になるような角度微調整が必要となる。どうするか色々と考えていたが、ソーラボのキネマテッィクマウント(レンズやミラーの角度調整で使うパーツ)を流用するアイデアが浮かんだ。早速プレートを少し加工して、組んでみる。ちょっとわかりづらいが、一番下の2つのプレート部分がキネマテッィクマウント部分。分光器基板は黒いプレートにネジ4本で固定されており、黒プレートはソーラボの30mmと60mmケージをつなぐためのプレートをM6ネジ4本で固定している。これらを30 mmケージ用の棒4本でつないでいる。ちょっとバランスが悪いが、何とか使えそう。(2020/06/04追記) 別の取り付け方法に変えたので、これはその後不要となった。

ミニ分光器との通信(2019/08/30)

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 下の写真の左側は、以前e-bayで買ったScience Surplusのミニ分光器である(ケースを外している)。これは元々B&W TecのOEM分光器で、組み込みとして使われていた中古品を、独自のソフトとケース等を追加して販売されている。e-bayで以前買えたが、最近在庫がないよう。これの検出器部分を下記の高分解能分光器に流用しようとしている。既にこの分光器本来のグレーティング等の光学系は邪魔なので、取り外してある。この分光器には、Windows用ソフトが付いてくるが、Mac用がなくて不便である。Windows用ソフトのヘルプにミニ分光器とのシリアル通信方法が書いてあったので、それを元にMacとの通信を試みた。分光器にはRS232Cが付いており、Serial-USB変換器を使ってMacと繋げている。色々試して、何とかMacとの通信ができるようになった。今の所、データをASCIIで受け取っているので非常に遅いが、一応スペクトルをMacに直接取り込むことができるようになった。バイナリーで受け取れば早くなるが、プログラムが面倒なので…下の写真の右側が試しに作ったソフトで、確認のためにスペクトルを画面に表示するようにした。プログラム作成にはXojoを使っている。

簡易な高分解能分光器(2019/08/27)

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 狭い波長範囲でよいが、分解能はかなり高い分光器のニーズがあったので、リトロー配置の分光器を試作中。ファイバー入力で、ペリクルビームスプリッター、f=200 mmアクロマートレンズ、2400 g/mmのグレーティング、USB CCDカメラを使用。スペクトルが見えるか試しているところ。ソーラボのパーツで組んでいる。グレーティング部分は組み込めないので、外に出ている。最初、普通のガラスのビームスプリッターを使ったら、ゴーストが出てきたので、ペリクルビームスプリッターに変更した。ミニ分光器のリニアセンサーを使うと35 nmくらいの範囲を測定できる。なお波長範囲はグレーティングを取り付けているキネマティックマウントのネジである程度は調整可能。それ以上変えたい時は取り付けポストのネジを緩めてキネマティックマウントごと手で回転させる。

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 以前作ったネオンランプの光ファイバー入射系を使って、この試作分光器にネオンランプ光を導入。下のイメージは、638 nm付近の比較的強い2本のピークがある辺りにグレーティング角度を合わせたところ。ピークに対応する2つのスポットが見られ、これらは波長が2 nmほど離れているので、分離もよい。ペリクルビームスプリッターにしたので、ゴーストもなくなったが、まだレンズ表面での反射由来のゴーストが出る。スポット径はファイバーのコア径にほぼ対応するので、もっと小さいコア径にすれば分解能も上がるが、当然強度は下がる。テストで使ったCCDカメラには赤外カットフィルターが入っているようで、650 nm以上ではネオンランプの輝線が見えなくなった。別のCCDで試す予定。なお、後でよく見たら、赤外カットフィルターはCCD手前にネジで止まっているので、自分で取り外しが可能だった。
 天文アマチュア用CCDカメラを使ってみると、700 nm付近の輝線もちゃんと観察された。現在はミニ分光器を少しバラして、そのリニアセンサー部分を流用して、測定を試みている。測定ソフトはミニ分光器のものが使える点が利点。固定用アタッチメントをまだ作ってないが、十分測れることがわかった。位置合わせには下記の赤レーザーが役立った。

赤レーザーの光ファイバー入射光学系(2019/08/24)

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 秋月の赤いレーザーをf=40 mm単レンズで集光して、光ファイバーに導入する簡単な光学系を作った。ソーラボの在庫パーツだけですぐ作れた。光ファイバー入力の分光器の調整時に使うためのもの。緑レーザーのものは既にある。

自作偏光顕微鏡(2019/08/11)

 8月前半のいくつかの工作は、この自動回転ステージ付き偏光顕微鏡を作るためのものだった。一応完成した。これは展示目的で作ったもの。岩石薄片を回転ステージで回転させながら、偏光像をUSBカメラで撮って、PC上で見ることができる。今後、カメラはHDカメラタイプに変更して、PC経由なしでHDテレビに表示できるようにする予定。
 [光学系の説明] 透過光源が必要なので、光ファイバー光源を右側から入れて、それをミラーで上方に向けている。ここは将来LEDに変更するかも。光は偏光フィルター(回転可)、f=50 mmの集光レンズ、絞り、回転ステージ穴を透過して、薄片試料へ。集光レンズは適当に光を試料部に集める目的で設置。試料は回転ステージ上に置いている。この回転ステージはセンターに穴があるので、光を下から導入できる。試料を透過した光は、対物レンズ(無限焦点用)、偏光フィルター(回転可)、結像レンズ(f=50 mm)を通って、CマウントのUSBカメラで撮影する。架台には微粗動のラックピニオンがあり、顕微鏡側が載っており、焦点調整ができる。

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 光学系部分は主にソーラボで組んでいるが、偏光フィルター2個、アクロマートレンズ、架台部分はエドモンドオプティクスで以前購入したもの。いくつかパーツを新しく購入したが、大半は中古品とスペアパーツを使用して組み上げた。対物レンズはニコンの中古だが、ミツトヨの対物レンズも使える。厳密にはソーラボのSMネジと対物レンズのネジはピッチと径が異なるが、差が非常に小さいので、実際上は問題なくねじ込める。コンパクトにするためと倍率を下げるために、結像レンズの焦点距離を50 mmとしている。ニコンの対物は結像レンズとしてf=180 mmを想定しているので、表示はx5であるが、実際の倍率はx1.4になる。ミツトヨの対物レンズの場合は結像レンズとしてf=200 mmを想定。
 (2019/08/31)その後、ホーザンのHDMI出力のあるCCDカメラを入手して、入れ替えて試してみた。HDMI入力のあるプロジェクターで映したら、綺麗に見えたので、このCCDを使うことにした。PCで中継する必要はなくなった。このCCDカメラはリモコンが付いており、静止画と動画を撮ることも可能。それで撮った動画を下に示す(2.5 MB)。試料は唐津高島のかんらん岩ノジュールらしい。

filenodule-pl-micro.mov

アルミアダプタの作成(2019/08/10)

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 下記回転ステージとソーラボ30 mmケージをつなぐアルミのアダプタを作成した。外側の4つのネジ穴が回転ステージと接続する部分。内側の4個の穴はソーラボの30 mmケージ用穴。中央の穴は光路用。切り込んでいるのは、ソーラボ用の穴をネジで固定できるようにするため。

回転ステージコントローラー完成(2019/08/09)

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 回転ステージドライバーボードとArduinoをタカチのアルミケース内に収納して、スイッチ穴等を加工。配線を行なって完成した。黒スイッチオンでArduinoの電源が入り、ステージが回転する。トグルスイッチで回転方向を変えることができる。これは展示用偏光顕微鏡のサンプルステージに使う予定。手元にあったアルミケースは空気穴も開いてないタイプ。30分連続で回転させていると、ドライバーボートが熱を持つので、スリット穴が付いているケースに替えるか、今のケースにファンとファン穴を付けるか検討中。

回転ステージを動かす(2019/08/08)

 回転ステージが必要となったので、以前にオリジナルマインドで買っておいた、中古のシグマ光機の回転ステージとドライバーボードを接続して動かしてみる。ドライバーボードの方のマニュアルがないので少し困ったが、後継機種のマニュアルと回転ステージのマニュアルを参考にして配線した。手動パルス発生器で回転することができ、配線が正しいことが分かった。現在は、Arduinoからパルスを出させて、それをドライバーのパルス入力に送って、回転させている。ドライバーのCN2の3,4番に5VをON/OFFすることで回転方向を変えられる。回転しているところのムービーを置いておく。

filerotating_stage.mov

アルミアダプター作成(2018/11/23)

2nd_plate.png

 顕微ラマン分光装置で使う、ブレッドボードとZ軸ステージをつなげるアルミのアダプターを作った。アルミ板自体はオリジナルマインドで購入。それに、M6のボルト穴(ブレッドボード側)4つとM4ネジ穴(Z軸ステージ側)4つを加工したもの。ボルト穴は、ボルトの頭が収まるように、上側は内径10 mm, 下側が内径6 mmになっている。早速、使用している。

オーブンの修理(2018/11/09)

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 オーブン(恒温槽)の1つが故障した。温度表示がおかしく、温度設定もできない。制御部分が壊れたようだ。分解して内部を見たが、メーカー独自設計回路を使っているので、直すのは難しい。古いためメーカーでも修理できないとのことだが、現在使っているオーブン4台の中では最も新しい… 制御回路以外は全く問題なさそうなので、手持ちのオムロン温度制御計と中古のSSR(ソリッドステートリレー)を取り付けて修理した。温度測定にはPt100センサーが使われていたが、それに対応した制御計が手元になかったので、Kタイプ熱電対と交換した。下の写真は前面パネルを加工して、オムロン温度制御計をはめ込んでみたところ。中央部分が元の温度制御の表示があったところである。PIDをチューニングして、復活。これくらいのオーブンは、新しく買うと10万近くするが、数千円で修理できた。

ペリクルビームスプリッター取り付け用アダプタ

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 顕微ラマン分光装置がもう1台必要な場合が増えつつあるので、既存のジャンクから顕微ラマン分光装置をもう1つ構築できないか試している。こちらでもペリクルビームスプリッターを出し入れするメカニズムが必要であり、そのために今回はガイド付きエアーシリンダーの上側にビームスプリッターホルダ(黒い部品)を固定できるようなアルミ板のアダプタを作った。現在稼働中の装置はエアーシリンダーがガイド付きではなかったので、振れ止めの自作が必要だった(しかしコンパクトではある)。シリンダーとアルミ板はオリジナルマインドで調達。しかし、これは結局使わなそうな感じ。

熱電対保持部品

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 電気炉の熱電対を保持する真ちゅう部品。もともと電気炉に初めはついていたが、自作電気炉にその部品を流用した関係で、旋盤で新しく自作した。熱電対の通る穴、熱電対を固定するネジ穴、部品を固定する穴3つを加工をした。

旋光計(polarimeter)(2018/02/23掲示)

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 下記の黄色LEDを光源とした、旋光計を作ってみた。LEDの載っているアルミ放熱板(左端)を除くと、全てソーラボのパーツを使用している。左端にある黄色LED光源からの光をf=50 mmのレンズで大雑把にコリメートして、589 nmのバンドパスフィルターを透過させ、一枚目の偏光板で偏光させる。視野を狭めるために可変絞りがその後に置いてある。その光が試料を透過して、2枚目の可変絞りを透過。最後に2枚目の偏光板の回転角度を手動で回転して、肉眼で光強度が最低となる角度を求める。液体試料はガラスセルにいれて、右側のベンチ部分に置く。後でモーター駆動のものに入れ替えて、検出もフォトダイオードにして、測定を自動化する予定。

黄色LED用制御ボックス(秋月利用)

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 ナトリウムランプの代替光源として、下の方で書いた秋月のLEDの黄色LEDを使うという話です。ナローバンドパスフィルターで589 nm付近を取り出して、ナトリウムランプの589 nm付近の強い輝線の代わりとするつもり。その装置用に、LEDドライバー、トグルスイッチ、DC12Vプラグを黒い箱に組み込んだものです。トグルスイッチで光源をON/OFFするだけのもの。部品はほとんど秋月で調達。箱はタカチ(RSで購入)だったと思う。LED本体(左側中央)はアルミの放熱板の上に載っており、それをソーラボの30 mmケージに組み込む。LEDドライバーは固定する部分がないので、つながっている配線をグルーガンで固定して動かないようにした。

フリスクレーザーポインター自作(2017/09/26掲示)

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 しばらく前に作っていたものを発掘。秋月の小さい赤レーザーをFriskのケースに組み込んだもので、レーザーはグルーガンで固定した。3Vコイン型電池と小さいプッシュスイッチを付けた。たまに発表で使っているが、特に反響はなし。

実体顕微鏡の架台部分(2017/09/15作成)

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 以前中古で買ったオリンパスSZ40の本体部分のみがあったので、ソーラボのパーツ、自作のアルミアダプタ、オリジナルマインドで買ったポリアセタール板を台として実体顕微鏡として使えるようにした。ソーラボの柱がちょっと過剰な感じ(重い)。実体顕微鏡外付けの円形LED照明を取り付けて、反射照明での観察ができる。溶接など少し荒い(汚い)もの用として、既存の実体顕微鏡と入れ替える予定。さすがに見え方はいい。

50度ミラーマウントの作成(2016/12/16作成)

 これは顕微ラマン用のパーツで、小さなミラーを50度傾けて取り付けるためのアルミの棒を加工したもの。下の写真の中央部分の斜めにカットされたアルミ棒がそれ。角度が変わっているので適当な既製品がなく自作した。棒自体は旋盤加工で、50度部分は簡易NCフライスで加工した。先端の丸いエンドミルを使って、横に移動した分、下にtan(40)だけ下げることで実現。下の写真ではソーラボの30 mmケージ用のキネマテッィクマウント(右側)とキューブと組み合わせている。キネマテッィクマウントはミラー角度調整のために流用している。

mirror_mount_in_cagecube.png

 使用時は、キューブの左側からくるレーザー光をミラーで上にはねて、キューブの上側に取り付ける予定のONDAX社(現Coherent社)の特殊なビームスプリッターで下側に送られる。下側には対物レンズがつく予定。対物レンズで集められたラマン散乱光は上側に送られ、ダイクロイックミラーを透過して、分光器の方へ送られる。

チューナブルフィルター用アダプター(2016/12/08作成)

 2017年度の知恵の見本市(12/1)で実物を展示しました。ポスターpdf

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 下記のサーボモーターコントローラーを買った理由は、角度によりチューナブルなバンドパスフィルターを作るためであり、デジタルサーボモーター2つを固定して、かつソーラボの光学ケージに組み込むためのアダプター板を作成した。オリジナルマインドで買った黒のポリアセタール板(8 mm厚)を、別項に書いている簡易NCフライス装置を使って加工した(サーボモーターの入る四角い穴など)。下にはモーターを取りつけたアダプターの写真を示す。モーターに付いているT字型のものはフィルターホルダーである。フィルターホルダーはフィルターメーカー提供のもので、ソーラボ側の光軸高さと合わせるために旋盤で2.8 mmくらい短くして(固定ネジぎりぎり)、かつモーターの軸に固定できるようにフィルターホルダーの穴を5.9 mmに広げた。

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 上記をソーラボのケージに組み込んだのが下の写真で、ソーラボの60 mmケージ用のアダプターで板を固定している。X字型のものはその60 mmケージを30 mmケージに変換するためのアダプター(ソーラボ)。私は全て30 mmケージを使って光学系を組んでおり、この場合のように光学素子自体が大きくて十分スペースがないところでは60 mmケージアダプタに変換して使っている。

homemade_BPF.png

 Semrock社(オプトラインから購入)のVersa_Chromeチューナブルショートパスフィルターとチューナブルロングパスフィルターを取り付けたのが下の写真。角度で透過率の立ち上がり位置が変化するため、両者をちょうどよい角度にすると比較的幅の狭い(~1 nm)バンドパスフィルターとして働かせることができる。Versa_Chromeフィルターを2枚使って幅の狭いバンドパスフィルターとするアイデアは数ヶ月前に偶然思いついたのだが、検索するとほぼ同じアイデアを既に発表している方がいたので残念ではあったが、実際に必要があったので作ってみたのが今回のもの。写真のフィルターの位置は532 nmレーザー(秋月のパーツを使ったもの)を利用して、ちょうど532 nm付近だけ透過するように2つのフィルターの角度をサーボモーターで調整した状態。この状態で2つのフィルター越しに部屋の照明を見ると、ちょうど532 nmレーザーの色になっている。今使っているフィルターだと回転により500~560 nmでバンドパスフィルターとして働かせることができる。他の波長のためには別のフィルターと交換する必要がある(現在手持ちは写真のものだけ)。2つのフィルターを逆方向に回転させているのは、光軸のズレを小さくするためであったが、後でこれだと透過光が均一ではなくなることに気づき、同じ方向に回転させるように変更した。つまり2つのフィルターがほぼ平行になるように。

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 その後、デジタルサーボコントロールキット付属の可変抵抗では細かい調整が難しいので、ポテンショメーターに変更した。性能を分光器で調べたところ、大体仕様から予想される1.0~1.5 nm程度の半値幅が得られている。コントロール基板とポテンショメーターを「アクリ屋」さんで加工してもらった黒アクリル板に取り付けてみた(下図)。
 本格的に使うようになるとPCから制御できないとダメです。もともとコントローラー基板は、外付けの3個の可変抵抗が乗っかっている別基板を5ピンのコネクター(CN10)で接続するようになってます(2つ下の写真)。ここの役割は可変抵抗の両端に5Vかけて、中央の電圧をコントローラー側のAD変換で読ませています。したがって、ここのポートに0~5 Vを与えることで回転角を制御できることになります。そこでCONTEC社からUSB接続のアナログ入出力変換器(12 bit DA 2ch)を購入しました。早速DA変換の出力をコントローラーのコネクターに接続して、CONTEC社提供のテストプログラムをPC上で動かして、アナログ電圧を変えて、サーボモーターの回転角度が実際に変わることを確認できました。これでPCからの制御ができそうです。制御用プログラムを今後作る予定です。

サンプル管瓶用のホルダー(2016/09/07作成)

 研究室ではアズワンのサンプル管瓶(2.2 cc)をよく使っているが、そのままデシケータに入れておくと、すぐ倒れる(10月の地震でも沢山倒れた)。製品で気に入るものがなかったので、アクリルで10個用ホルダーを作成している。最初はアクリル板の穴加工をNCで自分で加工していたが、エンドミルに融けたアクリルが付着して、穴径が大きくなったりと歩止まりが悪いので、最近はアクリル加工屋さんに加工を依頼している。私が依頼しているところは、ウェブから簡単に穴のサイズ、位置指定などができる。

sample_holder.png

 なので実際の工作は、アクリル加工屋から届いた穴開きの板と同じく頼んだアクリル棒4個を、接着剤の「アクリルサンデー」で板に接着するだけ。今回10個分作成。なぜか今回穴が少し小さめで、管瓶にラベルを貼ると入らない。アクリル加工屋にクレームをつけてもよかったのだが、既にアクリル棒を付けた後に気づいたので、リーマーで穴を少し広げてなんとか対応した。

サーボモーターコントローラー(これは秋月のキット)(2016/08/02作成)

 光学部品2個を回転制御する必要が出てきたので(上記参照)、秋月の「3サーボ・アクチュエーター・キット」を購入した。以前も秋月でサーボ・アクチュエーターキットを買ったことがあるが、それは1回路のみのもので、顕微ラマン分光の回転NDフィルターの制御ではまだ現役で使っている。今回入手したのは新しいキットで、デジタルサーボモーターに対応し、モーター3個をこれ1台で制御できる。今回2系統モーター制御する必要があり、またデジタルサーボモーターを試してみたかったのでこのキットを選んだ。下の写真に示したように、液晶ディスプレイ付きで、設定に3個の可変抵抗を使う。デジタルサーボモーター(SAVOX SG-0351)2個も秋月から買った。

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 マニュアル通りに半田付けすれば完成。5Vの電源をつなげば、デジタルサーボモーター2個が動作した。アクション位置での安定性についてはわずかにゆらいでいる。写真はダイレクトモードの設定で、可変抵抗を回すと、それに応じてサーボーモーターが回る。設定モードにすれば、常時位置、アクション位置、回転速度を可変抵抗で設定できる。これは普通の使い方で、信号やスイッチにより、定時位置とアクション位置を移動する。設定後は液晶と可変抵抗は外すことができる。私の用途はダイレクトモードで使うことになると予想される。仕様上は角度は0.2~0.3度程度で制御できる。

ラマン分光装置ビームスプリッター出し入れ制御部分の改造(2016/06/21作成)

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 これも下記のラマン分光装置の改造の一環。「ラマン分光器用制御装置」の実際に制御する部分の1つである。我々のラマン分光装置では、ペリクルビームスプリッターを使って、それを光路に入れることで観察用CCDへ光を送ったり、照明用光源を導入したりしている。しかしラマン測定時にはビームスプリッターは邪魔であり、ラマン散乱光を1枚で半分捨ててしまうので、これらのビームスプリッターは測定時には光路から外した方がよい。そのため、エアーシリンダーを使って、ビームスプリッターの出し入れを行っている。そのエアーシリンダーを電気的に制御しているのが、ソレノイドバルブであり、今回の制御部分である。下の写真では中央に3つソレノイドバルブが見えている。エアーシリンダーを出し入れするので、上下に2系統の電線が出ている。ここにDC24Vかけると、バルブが開閉する。これ自体の制御信号は下記の「ラマン分光器用制御装置」からくる。もともと2回路作ってあったが、今回改造して1回路増やして、基板(右上)も新しく作った。下記「ラマン分光器用制御装置」ともつないで、動作を確認した。今回はブロックターミナルを活用して、外部からくる線の接続が簡単なように、また分解する時に半田付けを外したり、線をカットしないでいいようにした。現在活躍中。

実験用LED照明(秋月の製品そのまま)(2016/06/14作成)

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 これは本当にちょっとした工作。実験で使うLEDランプが2種必要だったので、秋月電子通商で適当なものを買って、半田付けした。3 WのLED2種(白、黄色)、定電流LEDドライバー、12V電源アダプタ、アルミ放熱板を全て秋月で購入。LED,ドライバーと電源アダプラ用プラグを半田付けし、放熱板に高熱伝導用両面テープで固定するだけ。電源につないでみると直視できないくらい明るい。十分使えそう。
 白LEDは光学装置の光源として使う予定で、最初ファイバー光源を使ったが、光が広がりすぎ、点光源により近いものが必要だったため。黄色LEDは、532 nmレーザーを使ったある分光実験の時にバックグラウンドノイズを減らすために使う。この実験ではなるべく外光が入らない様にしないといけないが、真っ暗にしてしまうと装置自体の調整も難しい。そこでこの黄色LEDを使照明代わりにするつもり。検出器には532 nm付近のバンドバスフィルターをつける予定なので、532 nm以外の波長なら、赤や青でもいいが、見易さから黄色を選んだ。

ラマン分光器用制御装置(秋月の製品を一部利用)(2016/05/30作成)

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 (ラマン分光器用制御基板)(2016/05/30) :連合学会前にはパーツは集まり、ケースの加工もほぼ終わっていたので、連合学会後に工作を再開した。今回作るのはラマン分光器用の制御装置で、落射照明、透過照明光源のON/OFF,レーザー光路にある回転NDフィルターの2位置制御(要はレーザー光が出てくる位置と最大に減光している位置)、ビームスプリッターを光路に出し入れ(2箇所)をする。以前もほぼ同等品を作っていたが、そちらはPrincetonの冷却CCDカメラ用コントローラー内臓のIO出力を利用するものであった。古い検出器のコントローラは大きくて、その中にIO出力もあったが、今度導入する新しいCCDカメラには(フライヤーをみる限りは)独立したコントローラはなく、そのため別途制御回路が必要となりそうだった。CCDカメラ実物が納品されてみると、IO出力が実際には利用可能だった。まあ、これでWinspecと制御が独立してできるようになったので悪くはない。今回の場合は、パソコンからUSB-シリアル変換器を介して、ANDDIOという秋月のデジタルIOモジュールを制御する。ただしこれではリレーなどは直接ドライブできないので、インターフェース回路が必要となり、今回自作した部分になる。

circuit-Raman2.png

 テスト用のプログラムをMac上のXojoで数分で作った(単に6つのチャンネルをON/OFFするボタンがあるだけ)。本回路、秋月のANDDIO、シリアル-USB変換器、電源アダプターを仮につないで、動作を確認した。シリアル-USB変換器は下図の左上側に見えている小さい基板で(これも秋月から)、Macにつないで問題なく動く。
 下図はケースに納めたところ(前面部分の穴をずらしてしまったが)。ANDDIOは取り付けネジ穴もなく、固定ができないので、結局両側のRS232C用のコネクター用部分のネジ穴を使って、パネル前面、後面で保持するようにした。宙に浮いている。
 実際には分光器の測定ソフトがWindows PCでしか動かないので、これの制御プログラムも同じWindows上から使えた方がよい。Xojoの場合、Mac上で作って、Windows用にクロスコンパイルすることもできる(そのライセンスが必要)。それならと、昨日のプログラムをベースにサクッと作ってしまった。

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 Macで完璧に動くが、クロスコンパイルしたものを制御用Win7マシンにコピーして動作させたところ、少し動作がおかしい。複数チャンネルを一度に制御する部分がうまくいかない。タイミングの問題なんだろうが、待ち時間を入れたりしてもダメだった。Macでは問題ないのだが。一時に1つだけ動かすこと自体は問題ないので、ちょっと不便だが、その状態で使用中。そのうち、Visual Studioへプログラムを移して、Winspecとも連携させる予定。その後、何もしていないのだが、ある時から問題が解決した。Windows OSのアップデートで改善されたのだろうか。
 その後、冷却CCDが納品されて同封されていたマニュアルを読んだところ、実際にはTTL入出力8ビット分が使えることが分かったが、まあそのまま使用中。

APD検出器用電源(秋月のキット利用)(2016/04/27)

 浜松ホトニクスのAPD検出器モジュールを買ったところ、ノイズの少ないDC12 V電源が必要だということが分かりました。精密な測定をする予定なので、安価なスイッチング電源アダプターでは不安があります。秋月電子通商でちょうど「超ローノイズ・プログラマブル電源キット」を見つけたので買ってみました。これはTIのTPS7A4700を使用したもので、1.4~20.5 Vまで0.1 Vステップで出力を設定できます。
 キットといっても、半田付けするのは、ターミナル2個と電解コンデンサー1個だけです。キット取説の推奨どおりに、放熱器も取り付けました。基板上のDIPスイッチで、0.1 V単位で出力電圧を設定できます。APD検出器モジュールの取説では+/-0.1 V精度を要求されていたので、都合よく合ってます。実際に入力側にこれも秋月で買ったスイッチング電源アダプターDC15 Vをつないで、出力が12 +/1 0.1 Vに入るようにDIPスイッチで調整しました。

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 それをケースに電源用スイッチ、DCプラグとともに取り付けます。LEDランプでも付けたいところですが、APD検出器使用時に邪魔にしかならないので止めました。ところで、放熱器は基板の反対側に取りつけるため、基板両側にターミナルブロック等の突起物があり、基板をケースに固定することができません。探したところ「垂直取付用ブロック」というものがあることが分かりました。これは金属立方体6面にM3の穴があいているものです。これを使えば基板を立てて固定できるので、今の場合に使えそうです。それをまた秋月で買って、基板を立ててケース内に固定することができました。ケースのバックパネルのDCジャックと出力用配線の穴、フロントパネルのスイッチ用穴は簡易NCフライスであけてます。
 APD検出器モジュール側の電源端子はDsub 9pin(male)なので、female端子の半田付けできるものを買って、配線しました。その後、APD検出器モジュールを繋いでちゃんと動作することを確認しました。


Last-modified: 2021-06-13 (日) 15:48:17