ミクロ・マクロ・時々風景

拡散開始

本体はまだ登攀中なんだけれど、拡散し始めた人々もいる

登攀中

足も出さずに泳いでいる人がいるので油断していたのだけれど、上陸ポイントを見ると、尻尾の残った人が準備中

そして、尻尾もなくなり登攀中の人々もいる。

このあたりの人は単独行を好んでいるようだけれど、こちらには登攀（？）集団がいる

ピンポイント

神保町を歩いていて、山関係の古本を多く扱っている店の前を通ったので、久しぶりに覗いてみた。アルプ全冊が、数冊の欠があるものの3万しないのを見て、随分と安いなぁなどとしみじみし、今井雄二さんの本も、周はじめさんの本も見当らずに帰ろうかとおもったら、あまりにもピンポイントのタイトルに惹かれて、思わず買込んでしまった。


著者は、このキノコのファン。なにしろ、試食するぐらいだから、病膏肓に入るという状況ではあるけれども、どちらかというと、絵画や文学などで出てくる話を拾っていて、このキノコを通して菌類に詳しくなれるかとも思って買込んだ身の上としては少しばかり予想外の買物となってしまった。

諏訪のあたりに住んでいた人から、このキノコをゆでこぼして干した後に、味噌汁のだしにすると旨いけど、入れすぎると舌がしびれるという話を聞いたことがあるのだけれども、ざっくり読んだ限りでは、舌のしびれをもたらすような毒性分ではない気もするけれども、どうなんだろう。さすがに、自分で試す気はない。

CASEと現実の間 又

前のエントリーで前向き推論と後ろ向き推論を取りあげた。後ろ向き推論は科学研究で多用されるものだが、、科学教育として明示的に意識され、それをはぐくむ手法が検討されてはいない手法である気がしている。多くの「考える科学教育」は提唱されているけれども、それらで扱われているのは「観察」から一本道に「仮説」を立てて進むような、前向き推論に基づいたものである印象が強い。

こうなってしまっている理由の一つは科学教育は教育学者によりなされており、前向き推論の使い手であっても、後ろ向き推論を研究に使うことは少なく、理系の科学研究の方法が体感出来ていないためだろうと思う。しかし、後ろ向き推論が研究の現場で使われる手法で、しかも、多くの生徒さんが、その思考法を身につけていないとするならば、後ろ向き推論こそ、このブログで昔に取上げたCASEと現実の間を繋ぐもの（の少なくとも1つ）として、科学教育の一つの柱になりそうだ。

「CASEと現実の間」にひさしぶりに戻ってきたのは、高等学校の課題研究で「未知で新規なことがら」を対象とする「教育的意義」について少しばかり思案していたためだ。理数科の高校では課題研究というものが行われているし、新しい指導要領では、探求活動というのが入ってきて、高等学校の生徒さんも「研究的なこと」をやる場面が出現することになるらしい。でも、個人的には、それらの「研究的なこと」の内容や進め方は、研究者視点からは「研究ではないなにか」になりそうな気がしている。そして、「研究ではないなにか」をやっても、生徒さんが学ぶことは少ないだろうと思う。そんな、背景があるものだから、課題研究の感想を求められた時に、「それは研究ではない」と言ったことを口に出してしまうことがあるのだけれど、それに対して、高校の先生方からは「企業や大学のような装置がない高校では新規な事柄を対象にした研究はできないし、目的は教育だ。」と言われると、なかなかに返す言葉が見つからなかった。これは、私だけのことではなく、どうも、研究を生業とする人間と、高校の先生型の研究のやり方を巡る議論は平行線で不毛なものとなってしまいがちのようだ。

このような状況を打開するためには、高等学校の先生に、理系の普通の研究スタイルと、その手法により「未知で新規な事柄」を相手にすることによって初めて得られる「教育的価値」を説明して、それらの価値を理解してもらう必要がある。理系の研究スタイルを理解してもらうためには、平賀壯太さんの『蝶・サナギの謎』などを題材に説明するのがわかりやすいかと思案している。この説明の過程で、同時に、後ろ向き推論がどのように研究の過程で使われているかも示す事が出来ると思う。

ただ、未知で新規な事柄を相手にしたからと言って無条件で後ろ向き推論の技術を身につけられるわけではない。効果的な教育を行うためには、それなりの準備が必要となる。「未知で新規な事柄」を扱う場合には、後ろ向き推論をする前提として「探偵術に最重要なのは、数ある事実から周辺のものと本質とを見極める能力です」が必要となる。最初のステップで着目した事実が本質から外れた物であったとすると、いくら後ろ向き推論をおこなっても、正しい結論には行き着けない。このため、「数ある事実から周辺のものと本質とを見極める能力」をとりあえずは棚上げして、本質的な事実がは限定して与えられた状況で、後ろ向き推論を行う練習から始めるのが良い気がする。

後ろ向き推論を行う課題開発に対して参考になるのは、NHKの「ドクターG」という番組で、研修医が症例とその再現ドラマを元に病理診断を目指すものである。この番組では、最初に示された症例を引き起す病因を可能な限りあげて、その病因で症例を全体的に説明できるか、反する部分はないかなどをチェックしていく。そして、複数の候補が残った場合には、さらにそれらを区別する検査を行い、最終診断となることが多い。この仮定で、研修医達は、自分か考えていなかった可能性も含めて思考の幅を広げ、さらに初期診断で説明不可能な症例部分を追求される。実際の医療の現場でも症例検討などで、このような作業を通して全体を見渡しながら、可能性を絞っていく後ろ向き推論の芸が身についていくのだろうと思う。ただ、さかのぼれる深さは、研修医の知識レベルにも依存している。番組では研修医は、その場の議論に対応できる知識は持ち合せている。それ故、自分の診断では説明のつかない症状があると追求されれば、その診断が誤っていることを認識出来る。また、最終的な診断も納得して理解できる。

前のエントリーであげた、装置の故障診断で話を進めるなら、ヒューズの存在を知らない人間は、故障の原因としてヒューズ切れを上げることは出来ない。ただ、一方で、また、ヒューズが切れていることが故障の原因であると示されても、新たな（単体の）知識の習得にはなっても、論理的な思考方法の訓練とはならない。しかし、それでもケーブルや電源等の確認を通して、装置本体に問題があるまではたどり着ける。知識のレベルにより、最終的に到達する深さは異なり、また、後ろ向き推論の幅も変化するけれども、一応の訓練は可能であるようには感じられる。

皐月後半

少し前に咲き誇っていた皐も

もはや咲き遅れたものを残すだけ。

そして、気がつくと紫陽花が咲き始めている

そして水の上では睡蓮

睡蓮の葉っぱに捉まり産卵する人

こちらは、葉陰でのんびり泳ぐ人

まだ足は出ていない。

草稿：前向き推論と後ろ向き推論について

人間の理解が皮相的になりがちであるのは、我が身を振り返って屡々感じること。そんなこともあり、本屋でタイトルに惹かれて手に取った本の中に前向き推論(Reasoning forward)と後ろ向きの推論(Reasoning backward)の話が書いてあった。


前向き推論というのは、その時点で知られている事柄を元に、その結果を予測する操作。本では予測推論(causal reasoning　あるいはpredictive reasoning　)という言葉も使われている。後ろ向きの推論というのは、生じた事象に対して、その原因を遡って推測する操作で本では診断推論(diagnostic reasoning)とも記されている。本によると、前向き推論の方が後ろ向き推論より容易であるという。

もっとも、この話は、この本で始めて主張されたことではなく、私の知る限りでは、ホームズ氏がワトソン氏に向かって話していることそのままである。ホームズ氏は前向き推論をreason synthetically、後ろ向き推論をreason analyticallyと記している。ホームズ氏によれば、後ろ向き推論を出来る人は50人に1人程度だという。ホームズ氏はこの点について、日常生活では前向き推論の方が役に立つ能力であると記している。ホームズ氏は、この方法は簡単な物だとも言っているのだけれど、ワトソン氏には出来ないと、その後で主張しているところを見ると、ホームズ氏にとっては簡単な方法でも、普通の人にとっては、必ずしも容易ではない印象が強い。しかし、ホームズ氏も、この本の著者も、何故前向き推論の方が容易であり、多くの人が前向き推論しかしない理由を説明していない。

後ろ向き推論は、理系の研究現場では頻繁に使われる手法であるように思える。医者の病理診断は診断推理であり、まさに後ろ向き診断そのものだ。病理診断の場合には、その症状を起こす可能性のある理由を可能な限り考えて、その中で最も適合するものを選んでいくようだけれども、これは、未解明の問題に立ち向かう時の人のやり方そのものでもある。謎に対して、可能な解釈を考え、その解釈の妥当性を検討しながら先に進んでいく。科学の進み方そのものである。

可能な解釈は、仮説（作業仮説）と呼ばれることもある。よくある科学の進め方の解説では、一つの仮説が提示され、それの成否を検証するという筋道になっているけれども、診断巣いるでは、複数の仮説が並列に存在して、しかも、それらの仮説の間には矛盾が存在するのが普通である。研究の進み方は、決して単線的なものではなく、複雑な分岐から、もっともらしいことを選んでいく作業だ。研究は、仮説の妥当性の検証ではなく、複数の仮説の中から、より正しいものを選択する作業であることが多い。

さて、本題に戻って、後ろ向き推論が何故難しいのかを、一つの例を用いて考えて見よう。上では医者の病理診断の話を出したけれども、そちら方面の知識はないので、もう少し身近な機器のトラブルシューティングを扱うことにする。例えば、ある機器を使う時には、その機器の電源ケーブルをコンセントに差し込む。これは、「電源ケーブルが入っていない→その機器のスイッチを入れても動かない」という前向き推論があるから、前段を満たす操作をおこなっていると考えて良いかと思う。一方、日常的に使っていたはずの機器が動かない場合には、後ろ向き推論では、単一ではない複数の可能性が考えられる。たとえば
・器機に接続したケーブルが抜けていないか
・ケーブルが断線していないか
・本体のヒューズかブレーカーが落ちていないか
・テーブルタップの元の電源が抜けていないか
・コンセントのブレーカーが落ちていないか
・停電していないか
・バックアップバッテリーは大丈夫か
・機器の故障ではないか
・部屋の空調がついていないか
・部屋のドアの開っていないか
・仏滅ではないか
と言った可能性をあげることが出来る。そして、上の方の理由をより重視して、「仏滅だからだ」などと冗談で言うことはあっても、真剣には考えないでいられるためには、それなりの背景知識が必要となる。実際、電気に関する一切の知識の持ち合わせがなかったら、心から「仏滅だから」とか、「蜘蛛を殺した祟り」だと考えていても驚かない。仏滅の上の２つは、トラブルとは直接結びつかないように思うかもしれないけれども、空調の故障で部屋の温度が上がって装置が停止している可能性や、空調がついているなら停電の可能性は除外する情報になっているなど、実は事象に関わっている可能性は排除できない。ドアの開閉についてはその建物に特異な事象として関係がある可能性がある。この場合は、その場所に限った知識の有無が重要となる。

この例で分かることは、前向き推論では、分かっている情報以外の新たな情報は用いずに推論を行えるのに対して、後ろ向き推論では、関連する情報を選択する必要があること。いわゆるフレーム問題が関わってくる。そして、適切な枠組みを選ぶためには、生じていることに対する、ある程度の知識が要求される。勿論、前向き推論でも、「電気がなければ動かない」という知識は要求されているのだけれども、後ろ向き推論は、より具体的に、電気が遮断されうる状況や装置の状態に関する知識が必要となる。

実際、ホームズ氏は古今東西の犯罪に関する知識は豊富に持ち合せているし、お医者さんも一般人に比べると症例に関する豊富な知識の持ち合せがある。ただし、持っている知識の中で、どれが適合出来るかの判断が出来なければ知識は使い物にならない。この作業は、診断結果が既知の現象で、的確な情報が得られており、その現象に関する知識も存在する場合には、機械的に行える要素が強くなる。少し前に病理診断のAIが人間の医者には見抜けなかった、特殊な白血病の判断を正しく下したことが話題になったが、病因毎に症例のリストが存在していて、それらの比較検討が可能なら、たしかに起こりうる事だろうと思う。

しかし、対象が未知の事象の場合は、何を情報として取り上げるかから問題となる。ホームズ氏が「探偵術に最重要なのは、数ある事実から周辺のものと本質とを見極める能力です」と言っている部分が最初の関門となる。

この項続く　（たぶん）

少し違う

ホットステージを使う場合は、超長作動の対物レンズが必要になるのだけれど、当然のように、コンデンサの方も長作動のものが必要となる。ところが、ニコンさんの正立用の長作動コンデンサの作動距離は10mmしかない。某M社のホットステージも、自作のホットステージも試料面まで15mm程度はあるので、作動距離が足りない。米国の液晶研究者が起こした企業さんでは、作動距離が20mmでニコンにもオリンパスにも装着できるコンデンサを売っているのだけれど、新品は手に届く値段ではないし、ネットオークションに出てくるのは見たことない。こんな話を顕微鏡に詳しい人に話したら、ニコンの倒立顕微鏡用の長作動コンデンサが正立にも装着可能と教えてくれた。
幸い、こちらはネットオークションにも出ることがあるので、入手して便利に使っていたのだけれど、当然のように予備が欲しいなぁと思っていたら、少し前にオークションに出ているよと教えてもらって、めでたく2つめが手元にやってきた。

眺めると、一方はPhase Contrastで、新しく来たのはPhase Contrast-2。違いは何かと眺めてみると初代はPh-LからPh-3とO、Aのターレットだけれど、2代目はOがなくなってPh-4がついていた。それ以外に、位相差の部分を眺めてみると

初代が完全なリングなのに対して、2代目名は

3カ所の支えが着いている。少し角度をかえると、2代目は

リングの間には何もなく穴であるのに対して、初代は

ガラス板に遮光板が取り付けられた構造になっている。
比べてみると、初代の方がコストがかかる作りになっているような印象。あるいは、単に、2代目で使われているような打ち抜きが出来なかったせいかもしれないのだけれど、ニコンの顕微鏡の変化の流れを見ていると、2代目の方が低コストなんじゃないかと感じてしまう。

2mm水槽

1.5mm厚の水槽で正面向いた姿も映っているので、水槽の厚みは問題ない気もしたのだけれど、一応、2mm厚の水槽も作ってみた。縦置きでも横顔の率があんまり上がらないので、水平置きで顕微鏡で撮影している。




やってみて分かったことは、深さ方向のピントあわせが難しくなり、歩留まりがさらに低下すること。
相変わらず、位相差リングでの照明だけれど、フラッシュの多灯にするなどして、もう少し照明を工夫する必要がありそうだ。
ただ、ここのところ、ミジンコの増えがわるくて、どうしたものかと思案している。

縦水槽

ミジンコの写真というと、側面からの図が多い気がするのだけれども、ここのところの写真は正面からばかりで、エジプト壁画のような横顔はなかなか取れていない。一つの可能性として、水槽を水平に置いている可能性を考えて、縦置きの水槽を試してみることにした。
それまで使っていた水槽は1.5mmのアクリル丸棒を両端に使った物で、2方向は開放していた。縦置きにすると水が漏れてしまうので、3方向を塞ぐように修正して試してみた。

ストロボは片方から焚いているの。後ろをくらくして暗視野にすると



と確かに横顔も取れないことはないけれども、歩留まりは悪く


といった万歳している姿が多い。
これは、あるいは水槽が薄くて両手を広げると万歳になるのかとおもったけれども、


のように方向転換中もあるので、水槽の厚みはそれなりにあるような気もしている。

暗視野風

水槽は前と同じ1.5mm厚で顕微鏡撮影。位相差用のコンデンサを使っているので、対物のNAより大きなリングを選べば暗視野風になる。




とはいえ、以前のマクロ撮影の暗視野的な照明と随分と違った印象。露出の違いではなく、光線の違いのような気がしている。

要検討

前のエントリーのミジンコ写真はマクロレンズで撮影したもの。今回は顕微鏡での撮影を試みた。
使っている顕微鏡の光源部分には光学系はないので、ハーフミラーを使って通常光源とストロボ光が両方とも本体に入るようにすれば良いかなと思っていたのだけれど、ハーフミラーを入れると光源までの距離が離れすぎてしまい、均一な照明にならなかった。

ハーフミラーの幅を狭くして光源を近づけられるようにするとかも考えたのだけれど、ストロボヘッドはかなり大きいので、それでも、どこまで近づけるかは分からない。というわけで、とりあえず、コンデンサの下に拡散板を入れてみた。






今回の水槽は厚さ1.5mm。前回の写真は厚さ1mm弱なんだけれど、それだと、大きめのミジンコが引っかかるような印象があり、少し厚めにした。深さの分だけ、ピンぼけが生じやすくなり、歩留まりがさらに下がっている。

光学系・水槽の厚みなど、検討事項の山だ。

ミジンコ撮影の困難さに佐々木昆さんを思う

ここのところ、ミジンコ写真を撮っている。といっても、いつ終わるとも分からない練習中というのが現状だ。







昨シーズンは、ミジンコは入手したんだけれど、水槽を作って撮影をしようという矢先に、飛び込んで来た蚊に向けて吹きかけた殺虫剤の影響か、一夜にして全滅してしまい、そのまま、新たなミジンコを入手せぬままに終わってしまった。

ミジンコ屋さん（本当は魚屋さんらしいのだけれど、私の中ではミジンコ屋かつゾウリムシ屋さんだ）は、昨年は袋詰めの品を売っていたのだけれど、今シーズンは店で飼っているタマミジンコをその場で袋詰めして暮れる。袋の中で弱ってしまう恐れがなくあんり、また、品切れもなくめでたいところだ。

ミジンコは、その辺の緑がかった水に入れておくと増える。ゾウリムシ用に買い込んだワカマツを入れておくと、さらに増える気がする。

動きは速く、定常光のシャッター速度では止められないので、ストロボを炊いている。使っているのはフィルム時代のOMシステムのマクロフラッシュだ。OMシステムではストロボのTTL調光が可能なのだけれど、カメラのX接点でつないでいるので調光は出来ずにマニュアルで使っている。撮影したその場で露出確認が出来るし、ISO感度もある範囲で変えられるので、露光調整はそれほど困難ではない。デジタルカメラになって、この手の撮影は素人が手を出せるものになった。

フィルム時代には、ポラロイドを使う以外は、その場での露出確認は不可能だった。適正露出条件を出すのには、時間と金のかかる試行錯誤が必要だったはずで、とても気軽に出来るものではなかったはずだ。その時代に生き物のマクロ撮影を行っていたのは佐々木昆さん。佐々木さんは、膨大な試行をもとに、様々撮影条件での露光に対するデータをまとめていて、それを使っての撮影は佐々木さんの独擅場だった。オリンパスがストロボのTTL調光システムを開発したときに、佐々木さんは、開発者の米谷さんに、これで、誰でもマクロのストロボ撮影が出来るようになってしまったと言ったという話をどこかで読んだ記憶があるのだけれど、それでもTTL調光は平均測光でしかないので、暗視野画像なんかには使えないと思う。それが、デジタルの時代になって、どんな条件下でも、素人さんでも露出が取れるようになった。そしてまた、フィルム代金を気にすることなく何枚でも撮影出来る。TTL調光とは比べものにならないほどの影響がある。

とはいえ、ミジンコの撮影、いまだに練習中のわけで、フィルムだけの時代であのような写真を撮影されていた技術力とそれを支える努力のすごさを改めて感じている。

違和感倍増

違和感突出のクレーンが気がつくと2本になっていて、違和感が倍増していた。

いやだって、前にも書いたけれど、周りは、すごく庶民的な住宅地

細い路地の向こうにクレーンが見えるのは、違和感だらけの光景だ。

猫だって、あきれて投げやりな態度をしている。

この物件、新たな広告が入っていて、7000万が最低ラインらしいのだけれど、周りを見渡すと、この値段で買う人がいるのか不思議になってしまう。
と思っていたら、線路を挟んで反対側には

なプレートがかかっている。
なんか、ものすごくちぐはぐな街が出来そうな気がしてきた。

さかり

今年は花が早く、連休頃には大方咲き終わりそうな感じだ

負けない

MWSさんの4月12日の写真にニコンのコンテスト向けの作例が挙がっているけれども、手元にも負けないぐらいカラフルな絵があったので思わずアップすることにした。

一応、液晶の写真なので、もっともらしい説明をつけることもできるのだけれど、実体は、すごく適当に撮った一枚。
まあ、こんなところに上げているということは、出す気はないということなんだけれども……。
あ、でも、液晶を偏光顕微鏡で覗いていると、楽しいよ。

演色性評価指数についてのメモ

しばらく前に、何人かでezSpectra 815Vを使ってLEDの演色性評価指数を計りながら頭を悩ませていた。多くのLEDは色温度が高すぎるので、適当なフィルターで色温度を下げて色味をよくしようという話で、実際、フィルターによって、LEDの青すぎる色味が落着いて、見た目には自然な光に近づくのだけれども、演色性評価指数は低下してしまうのだ。
何でかなぁと思って、演色性評価指数の計算方法を調べて分ったことは、あの値は、計測光源の色温度と同じ色温度の参照光源（黒体放射か色温度の関数として指定されるスペクトル）からのズレを特定の8色について評価した平均値であるということ。このため、青色光が強くて、色温度が1万Kを超えちゃうようなLEDでは、赤色側の光が欠如していても、その色温度の光としては赤色が弱いのは当然なので、それなりの値の指数が出てしまう。そして、フィルターを使って青色光を遮ると、色温度が低下する結果として、あるべきはずの赤色光の欠如により指数が低い値となってしまう。
でも、フィルターを入れた方が、光源の色温度が下がって、回りの光との色温度の差が小さくなるために、青みが取れた、より自然な光に見える。

その時のLEDは手元にないのだけれども、フィルターにより演色指数が低下するのは、豆電球を使っても再現できる。

まず、豆電球のみの測定ではRa98が出てくる。この時の色温度は2600Kだ。

これに写真用のMC-80Aをかぶせてみると、色温度は4100Kまで上昇する一方で、Raは88に低下する。

80BだとRaの低下は少なく、91だけれど、色温度は3500Kまでしか上昇しない。

ついでに、ニコンの顕微鏡についている色温度変換フィルターを試してみると、80Bより効果は少なく色温度は3000K程度で、Raは94という高い値を保っていた。
フィルターにより色温度を変えることにより、どうしても黒体放射からは外れてしまうために、Ra値が低下するという印象だけれども、現実問題として、それにより色再現に問題が生じることはないような印象がある。

附 その設計法

山北藤一郎さんの「モーターと変圧器の作り方」タイトルに「附　その設計法」なんて文言が入っているのがすてきなところ。

それにしても、この本、決して戦争末期に出たものでないのだけれど、紙質が悪く、今にも崩壊しそうな感じだ。

高密度

C12666MAとC12800MAの感度を考える

ezSpectraはC12666MAをカラーコンパスPCFはC12880MAを使っている。両者で何が違うのかと言えば、浜松ホトニクスのカタログでは、C12666MAが高ダイナミックレンジ、C12880MAが高感度とされている（それ以外にC12880MAの方が長波長まで測定できるといった違いもある）。C12800MAは内部に増幅器を持っていて信号を増幅しているらしい。ただし、両方の感度に関する情報はなく、どの程度高感度で、どの程度ダイナミックレンジが広いのかはカタログを眺めてもよくわからない。

ところで、そのカタログにある測定出来る入射光量範囲を見てみると、C12880MAが3E×10^-14～1×10^-6であるのに対して、C12666MAは3.5×10^-13～3×10^-7となっている。C12880MAの方が測定可能範囲が広いわけで、単純に考えると、C12880MAの方がダイナミックレンジも広いのではないかと思われる状況になっている。


ただ、カタログを見ると、測定出来る入射光量範囲は、それぞれのデバイスの設定可能な蓄積時間から算出していると記してある。設定可能な蓄積時間は両者で異なるとされているのだけれども、その範囲については明示的には示されていない。

ただ、浜松ホトニクス製の評価ボードのスペックとして、C12666MAに対応するものは5ミリ秒から10秒となっており、C12800MAの方は、0.011ミリ秒から100もしくは1000ミリ秒となっている（カタログにより異なる。単体のカタログは1000ミリ秒になっている。）。他にデータがないので、これを設定可能な蓄積時間として考えることにする。

すると、光量範囲の最大値は、最小蓄積時間、最小値は最大蓄積時間に対応するはずである。そこで、最小と最大を蓄積時間10ミリ秒にした場合にどのような値になるかを計算することにする。このときの最小値は、測定可能な最小電荷で、最大値が飽和電荷になると考えられる。両者の比がダイナミックレンジになるはずだ。

C12666MAの方は、10秒で3.5×10^-13なので、10m秒だと3.5×10^-10が最小値となる。最大値は5ミリ秒で3×10^-7なので、10ミリ秒だと、1.5E×10^-7となる。一方のC12800MAは、最大蓄積時間を100ミリ秒とすると、最小値は3×10^-13、1000ミリ秒なら3×10^-12となる。最大値は、0.011ミリ秒で1×10^-6なので、1.1×10^-9となる。まとめると、
C12666MA　3.5×10^-10～1.5×10^-7
C12800MA　3×10^-12(3×10^-13)～1.1×10^-9
となる。最大値と最小値の比をとると、C12666MAは430、C12800MAは370程度となる。なお、C128000MAについては、最大蓄積時間を100ミリ秒とすると、比率は3700になってしまうのだけれど、これは、さすがに値が大きすぎるので、1000ミリ秒を用いた値としている。

この計算にどの程度の正当性があるのか分からないけれども、一応、C12666MAの方が15%程度ダイナミックレンジが広いことになる。高ダイナミックレンジというには、差が少ない気もする。
ただ、前にも記したけれど、C12800MAを使ったカラーコンパスPCFは測定データが揺らぐのだけれども、これはC12800MA本体の特性が絡んでいるようだ。

カラーコンパスPCFの飽和値について

カラーコンパスPCFは12ビットのA/Dを使っている事になっているが、表示されるグラフの最大値は4100程度であるにも関わらず、各波長の強度データは小数点以下の数値がある。この点は、前に記したように、本来は、整数波長ではない横軸を整数波長毎の値にするときの補間計算により生じた物なのだろうと思える。

ただ、ダークが800程度あるにも関わらず、ダークを引いた値の強度データが3300を平然と超えるのは腑に落ちない点であった。差引き後の値が3300より大きくてもスペクトルが歪まないのなら、信号強度の最大値は4095ではなく、より大きな値でなくてはならないからだ。

そこで、わざと露光時間を長くして、スペクトルの所々が画面を超えるような状況の測定を行った。ダークを引いていないものでは、飽和値は8000程度となっている。一方、ダークを引いたものは、最大値が7200程度で、8000からダークの800程度の値を引いたところで飽和している。


この結果を見ると、カラーコンパスPCFの飽和レベルは、8000程度であることになるのだけれど、そうなるとA/Dが12ビットであることや、ホワイトの初期値を4095としていることなどとの間に齟齬が生じてしまう。8000までの値を扱うなら13ビット欲しいはずで、それを12ビットで処理していたら、強度は2単位での変化となってしまう。

まあ、分光器の使い勝手としては、フルスケールを超えたとたんに信号が飽和するよりも、ある程度の余裕があった方が有難いのはたしかではある。でも、フルスケールの倍まで余裕があるとなると、少しばかりだまされた気分となる。何しろ、現状では4000を11ビットで扱っていることになるので、最小分解能は1/4000ではなく1/2000とA/Dからの思い込みの半分になってしまっているのだから。

昨日今日

昨日の野良チューリップ

一日たった今朝は見違えるよう。

地面には桜の花びら

水の中は、あと一歩

カラーコンパスPCFの保存ファイルの内容

カラーコンパスの入射光部分には厚さ3mmのプラスチック板が取り付けてある。



これを外すと分光ユニットが顔を出す。

周囲の板より0.5mmほど奥まった位置に分光ユニットの前面がある。スリットの位置は分光ユニット前面から2.5mmほど内側らしいので、3mmのプラスチック板と合わせると、6mmほど内側にスリットがあることになる。
厚さ3mmのプラスチック板には半径1.5mmmの穴が開いている。入射スリットは幅があるけれども、とりあえず、穴の中心の一点からで考えると、入射角度は14度ほど、NAは0.24程度となる。ということは、プラスチック板の穴に適当な拡散板を取り付ければ、入射NAは大体確保出来る事になる。

測定データをCSV形式で保存した物の一部を示す。これは、「縦波長」にチェックをいれたもの。チェックを忘れると、横方向に波長が連なったデータファイルとなる。



不思議なのは、波長が整数単位で1nm刻みになっていること。使っている分光ユニットは340～850nmで288ピクセルなので、おおよそ1.8nm刻み。整数になるわけもないし、整数値の間に測定データがない状況も出現するはず。カラーコンパスが出している測定値は、何らかの補間操作を行ったもので、本当の生データではない。

このデータは、ダークを測定していない状態で書き出したもの。この出力からすると、ダークの初期値は0、ホワイトの初期値は4095となっている。ホワイトの初期値はA/Dが12ビットだからだろうという印象だ。

ダークの測定を行った状態では、ダークに測定値が入る。生データはダークがのった測定値となっている。正規化の値は生データをホワイトで割ったものを2000倍したものだけれども、すごく小さな値となっている。ということは、生データ（とホワイトから）ダークを引いた状態のもので演算をしているようだ。


ダークを引くにチェックを入れると、保存されるデータはダークを引いた物となる。


少しばかり不思議なのは、どの段階で差をとっているか。A/Dは12ビットのはずなので、単純には0～4095の値になる。その値で生データやダークを拾ってきて差をとると、ダークが800程度はあるので、最大値でも3200程度にしかならない気がする。でも、差をとる画面では4095までの表示が行われる。ということは、A/Dの前のアナログ状態でオフセットを引いているのかしらとも思うけれども、そうなると、本体のA/Dの前に差分演算があることになるけれども、それは少しばかり考えにくい気がする。何をやっているのだろうか。

なお、ダークの原因としては、読み込み時のオフセットやノイズと、測定時間に比例する成分があるはずかえれども、比例成分は他に比べると影響は小さいようで、測定時間を大幅に変えてもダークレベルは実質的に変わらないようだ。


ダークの測定を行わずにホワイト登録をすると、ダークの値は0のままホワイトに値が入る。この場合、正規化は下駄を履いたデータ同士で行われることになるため、まっとうな比率にはならない。


ダークとホワイトの両方を測定して、ダークを引く設定をすると、生データとホワイトともダークを引いた値となり、この状態での正規化は正しい透過率となる。



ダークとホワイトが測定してあっても、ダークを引く設定になっていないと生データもホワイトもダークがのった状況となる。しかし正規化はダークを引いた後に計算しているようで、値としてh正しい物になるようだ。


このあたり、きちんとした取説が欲しいところだ。

爛漫

気がつけば桜が満開。ふと見ると幹にも花。

水の中では、ほぼ準備完了の様子

水辺にはスミレが顔を出している。

野良チューリップもあと一歩。

ezSpectra 815Vのフィルター補整効果

ezSpectraのソフトバージョンが1.8台から1.9台になって、フィルター補整が付け加えられた。マニュアルもそれにあわせて改訂されているので使い方はマニュアルを見て頂くとして、ここでは、それ以外の使った印象を紹介する。
フィルターは初期設定で、幾つかのNDフィルターが用意されている。ezSpectraを使って透過測定した結果をフィルターとして保存もできる。保存したテキストファイルをマイドキュメントの下に作られたezSpectraフォルダーの下のFiltersの中に入れると次回以降は選択できるようになる。
マニュアルによると、ユーザー設定のフィルターファイルは、その個体のみで有効とのことだけれど、これは、ezSpectraで使っている分光ユニットは個体毎に波長が微妙に違うためだと思う。実際、テキストファイルを見ると、分光ユニットのシリアル番号らしいものがあり、そして、波長も半端な数値ですべて書き込まれている。
楢ノ木技研さんの用意したフィルターファイルは、ユーザー設定のフォルダーには見当たらない。どこにあるかというとezSpectraのプログラムがあるフォルダーの下に作られたFiltersフォルダーに入っている。こちらは、200nmか300nmから1nm毎のデータファイルになっている。これらを別のフォルダーに移すと、フィルターの選択肢には入らないようになる。選択肢が多くて面倒と感じる場合にはファイルを移動すると良いだろう。
これらのファイルはテキストファイルなので、その気になれば、他の分光器で測定したデータを使って、独自にフィルターファイルを作れると思う。ただ、やってみた限りで、何かが悪いとまともに動作しない。ユーザー設定の方は、一応は使える物が出来たけれど、共通の方はうまく作れていない。

さて、フィルターを使うと何が良いのかを眺めてみよう。

これは、フィルターなしで豆電球を測定したもの。400nmより短波長の迷光の浮き上がりがある。これに、近赤外を低下させる熱線フィルターを組み合わせてみる。

これは、フィルター設定をいれたけれども、実際にはフィルターを入れていない状態。スペクトルが大きく歪んでいる。これに、実際にフィルターを入れて測定するとまっとうなスペクトルとなる。

スペクトルの形状は問題なく、そして、400nmより短波長の浮き上がりが大きく抑制されている。浜松ホトニクスのマイクロ分光ユニットは近赤外光に弱いようなので、より正確なスペクトルが欲しかったら、熱線吸収フィルターとの組み合わせがお勧めで、フィルター補整を使えば、それでスペクトルが見えるので悪くないと思う。
ただ、フィルターを欠けた状態だと、測定時は、見た目の信号強度が小さくなる

信号強度を上げようと、露光時間を長くするとスペクトルが歪む。

最初に見た時は何が起こったのか分からなかったけれど、冷静に考えると、補整前の生データがオーバーフローを起こしているという話だ。
自動露光調整にしておくとオーバーフローすることなく、生データのマックスをあわせる形になるので、フィルター補整を使う時は、露光調整は自動にするのがお勧めのようだ。

カラーコンパスPCF

楢ノ木技研さんのezSpectra 815Vを見せびらかして遊んでいたら、秋月で浜松ホトニクスのマイクロ分光器を使った分光ユニットを3万円台で売っていると教えてくれた人がいた。
驚いてWebを見ると、確かに浜松ホトニクスのC12880MAを使ったUSB分光器を32200円で売っている。ATシステムという会社のカラーコンパスPCFという商品だ。

ATシステムのWebを見ると分光ユニットのお膝元にある会社でC12880MAを使ったカラーコンパスPCFとC12666MAを使ったカラーコンパスPCNを作っている。両方とも、定価は43200円なのだけれど、秋月の価格はそれより1万も安く、大丈夫だろうかと心配になってしまう。


ソフトはWindows用と、アンドロイド用（試作中）が提供されている。


本体は非常にコンパクト。ラベルが貼ってあるのが見えるが、これは、使っているユニットのシリアル番号のようだ。本体とともに、波長校正データの係数を記載したシートが添付されていた。

初期の製品ではケースには受光部の穴が開いているだけだったようだが、現在の製品では、四角のプラスチック板がつけられている。きちんと計測していないが、ファイバーコネクタを取り付けられるようになっている気がする。ただし、本体側に集光光学系などはないので、素通しのコネクタを使ってファイバーを取り付けると、かなり効率が悪くなるだろうと思う。



ソフトは非常に単純な作り。起動後にまず左上の検出をクリックして本体を呼び出す（自動認識ではない）。続いて右上の開始をクリックすると、測定が始まる。得られたデータを見て露光時間を手動で調整する。ただし、露光時間の値を変えても、一旦測定を停止してから再開しないと反映しないので、数値を入れて様子を見ながら最適の時間にすることは出来ない。

生データはものすごく下駄を履いている。光を入れない状態でダーク登録をして、ダークを引くをチェックすると、下駄は大体落とせる。

ホワイト登録は、透過測定などのリファレンス光の登録になる。表示モードに正規化があり、このモードでは、測定データをホワイト登録で除算した値が０～２の範囲で表示される気がする。


この分光器で豆電球のスペクトル計測を行った。生データ１から３は配置を換えずに行った測定で測定結果に揺らぎがあることが分かる。拡散板は本体の前に拡散板を貼り付けて測定したもので、600nm付近のピークや700nmを中心に見られる構造が消失している。ezSpectraと同様に、きちんとNA0.2程度の光束を入れないと、分光器由来の構造が出現することが確認される。
測定の光源は豆電球を使っており、強度のピークは近赤外にある。測定データが600nm台で最大になっていると言うことは、この製品は波長毎の強度に関しては校正が行われていないことを示している。一応、浜松ホトニクスのWebに掲載されている典型的な強度分布を表示する機能はあるのだけれども、強度分布は個体差があるので、それを使って補整しても、スペクトル強度分布の正しさは保証されないだろうと思う。


黄色いプラスチック板の透過測定を行ってみた。ホワイトがフィルターを入れない状態で、フィルターを入れた物が生データ。正規化が割り算の結果。測定の短波長側は、黄色フィルターで光が遮断されているはずだが、透過率が増えている。これは、分光ユニットの迷光の為で、どうやら、浜松ホトニクスのマイクロ分光ユニットに共通の事のようだ。


カラーコンパスPCFとezSpectra 815Vとでは、現時点で対象とする用途が異なっている印象が強い。ezSpectraの方は、単体としての測定器であるのに対して、カラーコンパスの方は、組み込みパーツ色が強い。

この点は両者の取り扱い説明書に如実に表れていて、ezSpectraの方は、かなりきちんとした説明書があるのに対して、カラーコンパスはマニュアルがないに等しい。ソフトのヘルプをクリックしても、バージョン情報が出てくるだけだ。

また、ソフトにしてもezSpectraの方は、起動するだけでスペクトル表示が行え、露光時間の自動調整機能もある。手動で露光時間を変えても、リアルタイムで結果に反映する。さらに、色温度や演色性評価指数もリアルタイム表示が可能だ。

ezSpectraは楢ノ木技研が波長/強度の校正作業を一台ずつ行っているので、可視波長域の光強度の測定が可能であるのに対して、カラーコンパスの方は、校正データを自分で用意しない限りは光強度の波長分布は正しくは得られない。LEDの発光波長を求める用途や、発光波長分布の狭い光源のスペクトル形状を求めるのには十分な能力を持っているけれども、可視域全域にわたるスペクトル強度評価は避けた方がよい。

透過や反射測定に関しては参照光源を用いた相対測定となるため、カラーコンパスでも問題なく行える。ただし、積算しないと、それなりの揺らぎが生じてしまう印象を持っている。一方のezSpectraは参照光が弱い領域では透過スペクトル測定をしない設定になっており、妙な結果がでないような配慮がなされている。もっとも、この親切さは、分かって使っている人にとっては、余計なお世話という面もある。

感度はカラーコンパスの方がezSpectaraに比べてかなり高い（露光時間の値が正しいなら、3桁ぐらい高い気がする）。本体のコンパクトさやケースにねじ穴があることなどから、たとえば顕微鏡に取り付けて顕微分光をするといった用途には、カラーコンパスの方が使いやすい気はする。

というわけで、現時点での使い分けとして、可視領域の光の強度分布も含めた測定がしたい場合には、標準電球が手元にあって、校正作業等も出来る人を除いてはezSpectraをお勧めする。一方、やりたいことが、LEDの点灯波長を測定するとか、透過測定を行うだけならカラーコンパスPCFでも問題ない。そして、とにかく感度が高い方がよいというならカラーコンパスPCFが選択肢となるだろう。

準備中

辛夷が咲いたかと思ったら、すでに散り始めている。

水面に揺れる花。

その向こう側では、先日の合戦の結果が準備中

陸の上でも野良チューリップが着々と準備している。

帰れたのかな

道端にタケコプターが落ちていた。

ここまで、タケコプターを使って飛んできたとして、落としてしまったら、歩いて帰るしかない。
ちゃんと帰れたのか心配になってしまった。

辛夷咲く

暖かさと寒さの繰り返しの中、辛夷が咲き始めた。

地面に目をやると、ポヨポヨとしたものが生えている。

石の脇ではなにげに花が咲き

野良チューリップも育ってきている。

楔型検板

だいぶ昔に物珍しさにつられて入手した楔型検板。使う当てもなく保存されていたのだけれど、少し前に、「こんなこともあろうかと、用意していたんだ」などという科白出てくる状況が訪れ、他の人に、やっている内容を説明するのに、楔型検板が知られていない存在だから、どういうものかを示す必要があり撮影することにした。

これは、偏光板の上において、カメラに偏光フィルターをつけての撮影。
周囲が暗すぎるかなとおもって、MTの灰色のテープを貼ってみた物。


このような経験を経て、不必要としか思えない部品が増殖していく……。