Arduino Nanoで水滴を高速撮影 – DIYハイスピードフォトグラフィ

概要

水滴が水面に衝突する瞬間の「冠（クラウン）」や「柱」といった微細な現象を、Arduino Nanoでタイミング制御して撮影する装置を自作します。カメラのバルブ撮影（長秒露光）中に、レーザー光線を遮断した水滴をトリガーとしてストロボを発光させ、瞬間を凍結させる仕組みです。市販の高速撮影キットを買わず、手持ちのカメラ・ストロボ・Arduinoで実現できます。

必要な機材・パーツ

仕組みと回路

光学トリガー

レーザーモジュールとLM393モジュールを向かい合わせに配置し、水滴がレーザー光を遮断するとセンサー出力が変化（LOW→HIGH）するのを検知。モジュール上の半固定抵抗でレーザー出力に合わせた感度調整を行います。

カメラ・ストロボ制御

• AF端子（フォーカス）：トランジスタでGNDに落としてAFロック
• シャッター端子：AFロック後、ショートしてバルブ開放
• ストロボPC端子：水滴検知後、可変抵抗で設定した遅延時間経過でショートして発光

全てトランジスタのコレクタ・エミッタ間でショートさせる「ドライ接点」駆動のため、カメラ/ストロボ側の電圧に依存せず安全です。高電圧ストロボ対策としてフォトカプラ（PC817等）を入れるとより安心。

撮影シーケンス

1. 暗室でカメラをバルブモード（例：f/16、ISO100、数秒露光）に設定
2. タクトスイッチを押す → AF ON → シャッター開放（バルブ開始）
3. 水滴が落ち、レーザー遮断検知
4. 設定遅延時間（1〜500ms）後、ストロボ発光
5. 露光終了、次の撮影は再度スイッチを押すまで待機

コードのポイント

// デバッグモード（カメラ/ストロボなしでLED点滅で確認）
// #define DBG_MODE

const byte BUTTON_PIN = 2;    // タクトスイッチ
const byte FOCUS_PIN  = 3;    // AFトリガー
const byte SHUTTER_PIN = 4;   // シャッタートリガー
const byte FLASH_PIN  = 5;    // ストロボトリガー
const byte SENSOR_PIN = 6;    // 光センサー入力
const byte RESISTOR_PIN = A5; // 遅延可変抵抗

const unsigned int FOCUS_DELAY   = 100; // AF待ち ms
const unsigned int SHUTTER_DELAY = 100; // シャッター開放保持 ms
const unsigned int FLASH_DELAY   = 10;  // ストロボパルス幅 ms
const unsigned int FIRE_DELAY_MIN = 1;  // 最小遅延 ms
const unsigned int FIRE_DELAY_MAX = 500; // 最大遅延 ms

void openShutter() {
  #ifndef DBG_MODE
    digitalWrite(FOCUS_PIN, HIGH); delay(FOCUS_DELAY);
    digitalWrite(SHUTTER_PIN, HIGH); delay(SHUTTER_DELAY);
    digitalWrite(SHUTTER_PIN, LOW); delay(FOCUS_DELAY);
    digitalWrite(FOCUS_PIN, LOW);
  #else
    digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); // デバッグ用LED点灯
  #endif
}

void fireFlash() {
  #ifndef DBG_MODE
    digitalWrite(FLASH_PIN, HIGH); delay(FLASH_DELAY); digitalWrite(FLASH_PIN, LOW);
  #else
    digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); // デバッグ用LED消灯
  #endif
}