2インチサイズ接眼鏡の自作 その1
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重いのはダメ!
  
 やっと、15cmドブソニアンが完成し、使用を始めている。
 
 低倍率から火星観測まで可能なオールマイティーを目指したのが、早くも低倍率側に問題発生。
 
 期待の接眼レンズSWV30が原因である。
 2インチとアメリカンSWV30とWV25
 
 SWV30は、みかけ視界が公称値90°という超広視界2インチ接眼鏡である。
 
 ドブソニアン用に開発されたこの接眼鏡は、中古で入手したもの。
 
 これを使用すると、15cmF6でも倍率 31倍、実視界 2.9°というRFTが成立する。
 
 よて、当初からこのSWV30の使用を念頭に入れて設計したつもりだった。
 
 しかし、眼レンズにバルサム剥離が発生し、剥離部分に輝星が来ると、像が乱れるという状態になってしまった。
 
 また、この接眼鏡は、約1kgと非常に重く、中高倍率で使用する他のアメリカンサイズの接眼鏡とのバランスが取れない。

 アメリカンサイズの接眼鏡は、2インチ変換アダプタを含めても300g以下だから、SWV30のためだけに、バランサーが必要になってしまう。

 それらの問題を差し引いても使いたくなるほど、星像が良いという訳でもない。

 これに見切りをつけて、現在使用している低倍率用の接眼鏡は、WV25である。(笠井トレーディング扱い、¥12,000)。
 
 改良ケーニヒ型、みかけ視界は公称62°、周辺像も崩れが少なく、なかなか良い接眼鏡だと思うが、これだと、37倍、実視界1.7°程度になってしまう。
 
視界の差
 
 たとえば、こと座にあるドーナツ星雲M57を見てみよう。
 
 この惑星状星雲は、こと座のβ星とγ星の間にある。
 
 SWV30による実視界 2.9°だと、両者が余裕で同一視界に入る。

 しかし、WV25での実視界 1.7°では、それが出来ない。急に導入が難しくなる。

視界差2.9°と1.7°(ステラナビゲータによる)
 
 これが2インチサイズとアメリカンサイズの実力の差というものである。
 
 低倍率用には、やはり2インチサイズが必要だ。

 軽くて、広視界の2インチ接眼鏡が欲しいが、そのような市販品は無い。
 
 無い物は作るしかない。
 
接眼鏡のサイズ
 
 望遠鏡の実視界は、倍率を下げれば広がるが、それにも限界がある。

 望遠鏡の実視界は、対物レンズの焦点距離と接眼鏡の差し込みパイプ(バレル)の内径で決まってしまうのである。
 
 (詳しくは、「焦点距離が視界を決める」を参照)
 
 よって、ツアイスサイズ(φ24.5mm)アメリカンサイズ(φ31.75mm)2インチサイズ(φ50.8mm)の順番で視界が広がっていく。
 
 2インチサイズは、小型天体望遠鏡の対物レンズ並のサイズである。
 
 これなら、何とか自作可能な気がするではないか?
  
目標スペック
 
 一言で言って、星雲星団用の広視界接眼鏡である。

 焦点距離
 
 従来、有効最低倍率の計算で用いられていた瞳径7mmは、光害列島の日本では、もはや非現実的な値となってしまったようだ。

 経験的にも、瞳径 7mmでは、視界内のバックが明るすぎて、暗い星雲等は、その中に埋没してしまうことが多い。
 
 今日では、星雲星団を見るには、瞳径 4〜5mm程度が実用的という意見が多い。

 このときの倍率は、口径150mm÷射出瞳径 5mm=30倍。

 対物鏡の焦点距離 937mmに対しては、接眼鏡の焦点距離は

 937÷30=31mm
 
 みかけ視界
  
 実視界を稼ぐために、バレル径は当然、2インチ(φ50.8mm)とし、視野環はその内径(φ46程度)を目一杯使うとする。
 
 その場合、焦点距離 937mmで得られる最大の実視界は、
 
 2X逆Tan(46/2/937)=2.9°
 
 みかけ視界は、幾何学的に正確な計算式では、

 2X逆Tan(46/2/31)=73°
 
 光学業界で用いられている簡略式では、

 2.9X30=87°
 
 つまり、SWV30とそっくりなスペックになるのだ。

 (このページでは、みかけ視界の計算は、以後、すべて簡略式とする)

レンズ構成を決める
 
 光学機器を作るには、まず光路図が必要である。
 
 15cm F6の対物レンズに、実視界 2.9°に分布する光線を入れて、アイポイントを通過する構成を見つけなくてはならない。
 
 現在では、パソコンという便利な道具があり、廉価な光学シミュレーションソフトも用意されている。

 今回は、「OPT98」を使用させて頂いた。 (加藤様のアストロフォトクラブで購入可)
 
 まだ使いこなしているとは言えないが、とにかく使いやすく出来ており、優れたソフトだと思う。
 
 ここでは、ガラスはすべて BK7に簡略化し、15cm F6の対物レンズから主光線(それも単色)を入れて、広視界が成立する構成を探すことにする。
 
 (光学専門家が見ると、噴飯物の手法でしょうが....)
 
1群構成
  
 光学書では、1枚レンズでも径を大きくすれば、視界を広く出来ると解説されている。
 
 実際にはどうだろう?
 
 焦点距離 31mmとなるような1枚レンズを作ってみると、Rがきつく、2インチサイズは無理で、φ40程度にするのがやっとである。
 
 そこへ光線を入れてみよう。(0.2°刻み) 
  
 片側 0.6°(つまり実視界 1.2°)以上の光は、最終面で内面に反射されてしまい、出てこないのが分かる。
 
 1群構成では、実視界1°程度、みかけ視界は、30°程度にしかならず、径を大きくしても無駄。 
 シングル
 視野レンズの無いモノセントリック式が、みかけ視界 25°程度しか取れないのも、こんな理由だろうか。
  
2群構成
 
 1群構成の欠点を克服するために「視野レンズ」を追加した構成である。

 収差が少ないと言われる対称型の構成で2インチサイズ、30mmの接眼レンズを作って、光線を入れてみよう。
 シンメトリー
 1群構成よりはマシだが、片側 1.2°(実視界 2.4°)以上の光線は、やはり臨界角を超え、射出されない。
 
 レンズのRが小さすぎるのである。
 
 1群や2群では、Rがきつく、広視界を実現するのが困難だ。
 
 よって、3群以上は覚悟しなくてはならない。そのぶん、重くなるが... 
 
 ここからは、実際に持っているジャンクレンズを入力して検討しよう。
 
 径が大きく、焦点距離が短いレンズとなると、持ってる数は少ない。 

ジャンクレンズ
 外寸はノギスで測り、焦点距離は太陽光線で実測。

 Rは焦点距離に合うようソフト上で見つける。

3群構成

 視野レンズに50mm双眼鏡の対物レンズを入れ、2群、3群で徐々に収束させる構成。
 
 これで、焦点距離 30mm程度を達成し、対物レンズから光線を入れてみるとご覧の通り。
試作1
 片側 1.4°(実視界 2.8°)の光線は、残念ながら2群レンズに入らない。
 
 視野レンズのパワー不足、もしくは、2群レンズの径が不足である。

 ついでに収束位置も見て欲しい。

 アイポイントがバラバラである。

 このような接眼鏡は、「隠元豆効果」が起きて非常に覗きにくいと言われる。(「望遠鏡光学」P206参照) 

4群構成
 
 最終案である。
 
 1群、2群は、50mm双眼鏡の対物レンズである。

 これで視野レンズのパワー不足を補い、3群、4群に光線を入れることに成功している。
試作2 (この図は0.1度刻み)
 3群のレンズは、φ41焦点距離65mmという非常に度が強い接合レンズで、高級ルーペのジャンクと思われる。
 
 4群レンズはφ41mm焦点距離80mmの平凸レンズである。何のレンズかは不明だ。
 
 径が大きいレンズはRが緩くなるため、これでやっと焦点距離 32mm程度となる。

 レンズが接近しているため配置の自由度は少なく、レンズの向きをひっくり返す程度しか出来ない。

 もっとも、接眼レンズの評価方法が分からないので、あとは試作して、実際の見え味で判断するしかない。

 接眼レンズの視野環位置を知るために、眼レンズ側から平行光線を入れてみよう。
試作2ー2
 焦点位置は視野レンズ表面に近いのが分かる。
 
 このような構成は、レンズのゴミが見えてしまい、良くないのだが、我慢しよう。

 お次は枠作りだ。

(2003-7-7掲載)

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