PCカメラの改造

PCカメラの改造

　研究室で、長時間の画像観測用にタイムラプスシステムがあったらなぁと思うことはよくあると思います。本格的なものは十数万円しますが、簡易な用途にそんなものをわざわざ買うなど考えられません。そこで登場するのが市販の安価なPCカメラとフリーウェアの定点観測用ソフトです。どちらも十分な実用性をもっています。

　PCカメラといえば以前はせいぜい30万画素でしたが、最近はメガピクセル CMOSセンサを使ったカメラが安価で市販されるようになりました。CMOSセンサは顕微鏡などの高度な用途に使うわけにはいきませんが、植物の生育などをモニターしたりするなら十分です。そこで、市販のPCカメラを改造してみることにしました。後述するように、予備実験の結果は非常に良好で、こうなると研究用にも使いたいところですが、とりあえずは比叡山のタイムラプス撮影用に長焦点の望遠レンズを取り付けることにしました。

　今回、使ったのはサンワサプライのCMS-V20SETSVという130万画素 CMOSカメラです。このカメラはオートフォーカスなどの余計なものがついておらず、しかも、φ12 0.5ピッチのレンズがついているので市販のマイクロレンズを取り付けるだけで格段に高性能なカメラに変身します。例えば、単位共役比デザインのレンズを付ければマクロ撮影ができるようになりますし、無限共役比デザインのレンズを付ければ超広角から望遠まで、用途に応じて色々な撮影が可能です。レンズを色々取り替えてみたのですが、画質は非常に良好で、ちょっとした計測用にも十分使えることがわかりました。マイクロレンズはせいぜい数千円ですから、数本購入しても大した額にはなりません（エドモンドオプティクスなどから購入できます）。固定標的の簡易定点観測用や各種機器の遠隔モニター用などには十分な性能が得られますし、過酷環境用のレンズもありますから、ケースを改造すれば恒温恒湿チャンバの中などで使うこともできます。

　さて、今回は比叡山の撮影が目的であるわけですが、ちょっと問題が生じました。それは、以前に比叡山撮影用のカメラを設置していた場所と違って、システムが設置してある物理の学生実験室は比叡山の反対側である一番西側にあるので、屋上にあるガス冷暖房ユニットやドラフトの排気管などが邪魔になって視界が限定されてしまうことです。以前のように比叡山の全景を撮したいところですが、USBを使うのが前提ですからケーブルを余り長くはできません。やむなく、望遠の倍率を上げることにしました。
　CMS-V20SETSVはチャットなどに使うPCカメラですから広角レンズが付いています。マウントのフォーカシング範囲には多少の余裕はありますが、せいぜい焦点距離が12ｍｍ程度までのレンズしか使えません。今回使いたいのは 35ｍｍのレンズなので、オリジナルのマウントにそのままレンズを取り付けても合焦しません。仕方がないので、基板にネジ止めされているマウントを取り外して黒いアクリルの板で7 mmほどのスペーサを作り、接着剤でマウントを固定することにしました。スペーサは薄く削ったアクリル板をジクロロメタンで貼り合わせて四角を作ってからフライスで上下の面を出して平行度を確保しています。多少画像が歪んでいる可能性はありますが、今回は比叡山を撮影するのが目的ですからあまり堅いことは言わずにおくことにします。使ったレンズが1/2インチ素子用の大口径のもので、中心部分の画像しか使わないので恐らくほとんど影響はないと思われます。テストパターンの撮影などは行っていません。
　さて、実際の改造作業ですが、都合のよいことに、CMS-V20SETSVはCMOS センサ部とドライバ部の基板が二重になっていて多ピンコネクタでつながっており、分離できますから改造には好都合です。CMOSセンサの基板にはマウント位置を示す白い四角がシルク印刷されていますから、スペーサをそれに合わせて黒いシリコン接着剤で固定しました。硬化後、今度はマウントをスペーサの上に同じくシリコン接着剤で固定します。35 mmのレンズを取り付けてコネクタを仮結線すると見事に望遠画像が得られました。

　用途に応じてケースをずっとコンパクトなものにすることもできますが、今回は全体をABSの防水ボックスに入れるので、もとのケースの後半分だけを使うことにしました。前半分は雲台のボールジョイントへの接続部分だけを残して切り取ってしまいます。以前使っていた双眼鏡型のPCカメラを収納していたケースに雲台を接着剤で固定して完成です。
　定点観測用のフリーソフトはいくつか出ていますが、今回使ったのは ListCamというものです。非常に高機能で大変よく出来ています。
　これまではレーザやマイクロポンプなどの機器の動作監視といった簡易用途にもわざわざ数万円もするCマウントCCDカメラとグラバボードを使っていたことを考えると、PCカメラを改造すれば信じられないほど安価で十分な性能が得られます。しかも、ケースをとっぱらってしまえば超小型ですから光学定盤の上や暗箱の中に設置する際に場所をとらないことが一番ありがたいです。この手のPCカメラはいずれ全てオートフォーカスになるでしょうから、いまのうちに数台購入しておいたほうがいいかも知れません。