視度望遠鏡を作る

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 視度望遠鏡とは,光学機器の検査で使われる測定器の一種だ。 
 JISの光学編などを見ると,視度望遠鏡でチェックする項目が結構あることに気付く。
 視度望遠鏡があれば,「双眼鏡の視度目盛り」のチェックや,「実視界」の測定も可能になる。
 コリメート撮影でのピント合わせにも応用出来る。
 一台あれば,何かと便利そうなので,作ってみた。

原理

 基本的には,レチクル(スケール)が入った小望遠鏡で,天体望遠鏡のファインダーとちょっと似ている。
 対物レンズ側を出し入れしてピント調整を行うのが特徴だ。
 また,接眼レンズも独立して視度調整が行えるようになっている。
 この構造で可能となるのは,「近眼や遠視の望遠鏡」である。

図

 たとえば,対物レンズとレチクルの間隔を通常より長くすると,当然ピンボケになり,対物レンズに近視用のメガネを掛けないと,ちゃんと見えなくなる。
 これが視度望遠鏡の原理。(例えが乱暴すぎるかも?) 

視度望遠鏡の機能

(1)任意の視度を作り出せる
 これにより,カメラを望遠鏡に押し当てて写真を撮る際,ピントを正確に合わせられる。
 双眼鏡の視度目盛りをチェックすることも出来る。
(2)対象の視角を測定出来る
 対象物の大きさをレチクルで測れば,視角(みかけの大きさを角度で表したもの)が分かる。
 これにより,望遠鏡の実視界も知ることが出来る。
 また,双眼鏡で問題となる「軸ズレ」の量を間接的に知ることも出来る。 

工作開始

材料

材料はアルミパイプ,アクリルパイプ,塩ビジョイントなど,加工しやすい素材ばかりである。
材料
対物レンズはφ22,焦点距離79mm(実測)のアクロマートレンズ。
5年くらい前にコプティック星座館で買ったジャンク品の一つで,双眼鏡用の対物レンズと思われる。
あまり評判がよろしくないルビーコートが付いているが,視度望遠鏡には十分使えるだろうと判断した。
接眼レンズは,ファインダーのジャンクから外したもので,K22。(ここで記事化している
枠に少し加工を入れれば使えそうだ。

加工

望遠鏡の一種であるから,その自作方法をそのまま応用出来るだろう。
だから,いつもの通り,パイプに紙を巻いて作っても良かったのだけれど,今回は仮にも測定器である。
ある程度,しっかり作りたいと思い,押し入れの中で眠っていたミニ旋盤を引っ張り出して使ってみた。

画像旋盤で鏡筒を加工中

 でも,これは多分に気分的なものだ。私のような素人がオモチャのようなホビー旋盤を使ったからと言って精度が良いはずは無い。

視度の目盛り

 目盛り間隔Δ1は,次式で計算出来る。(*1)
Δ1=f2÷(1000+f)
 f は 対物レンズの焦点距離[mm]である。
 双眼鏡の視度調整範囲は,±3程度あるから,視度目盛りは±4とする。
 ちなみに視度の単位としては,Dで書く「ディオプター」が使われている。
 メガネやコンタクトを作る時に,「お客さんの視度は,○ディオプターですね」と言われたことがあると思う。
 法規上では,毎メートル[m-1]という味気ないものになる。

レチクル

 ライフルスコープなどのレチクルは,ガラス製だが,自作困難。目盛りを入れる手段が無い。
 目盛りのパターンを絵に描いて,撮影し,フィルムのネガをレチクルにするという手法が「ポータブル赤道儀の作り方」に紹介されている。
 だが,現像用品は処分しちゃったし,かなり試行錯誤が必要だろう。
 ある日,電気店で「インクジェット用のOHPシート」というものを見つけた。
 今回は,このOHPシートにパソコンCADで直接,印字して作ってみよう。 

図レチクル

 このレチクル目盛り間隔Δ2は,次式で計算した。(*2)
Δ2=f x tan角度
fは対物レンズの焦点距離である。
角度は0.1度刻みにしたいところだけど,インクジェットプリンターでは,そこまで細かくするのは無謀なので,1度刻みにした。

完成

 長期の放置で不調になっていたミニ旋盤を回し,ノコを引き,ヤスリを掛け・・・で出来たのが,これである。
画像視度望遠鏡

 対物側と接眼側が共にスライド出来るという構造を持っている。

伸ばす縮める

 カタログ風のカット図を作ってみた。

画像

 レチクルをはさんで,対物レンズ,接眼レンズがおのおのスライド出来る構造になっているのがお分かり頂けるかと思う。
 OHPのレチクルだが,シートに何か薬品が塗ってあるようで,そのツブツブが見えて視界が汚い。
 でも使えなくはない。(いつかネガフィルムの物へ替えたい。)

初期調整

 視度目盛りの指標を書かねばならない。
まずレチクルがハッキリと見えるように接眼レンズを出し入れして接眼の視度を合わせる。
それ以降の手順は,
(1) 視度望遠鏡の対物視度を調整して無限遠の対象にピントを合わせる。
(2) 小望遠鏡(双眼鏡や単眼鏡など)を用意し,無限遠の対象にピントを合わせる
(3) 小望遠鏡を視度望遠鏡の接眼レンズにあてがって,視度望遠鏡のピントを再調整する。
(4) このときの視度ゼロ位置に,指標を書き入れる。(下図)

視度メモリ

検証

 ためしに,度数が分かっているメガネ(乱視が入っていない物)を視度望遠鏡の対物レンズの前に被せて,ピントを合わせる。
 視度目盛りを読んでみて,合っていればOKだ。 
 もし大きくズレていれば,目盛りの計算をどこかで間違っている可能性がある。

使用方法

 まずレチクルがハッキリと見えるように接眼レンズを出し入れして接眼の視度を合わせる。

視度チェックの場合
 希望する視度に合わせて対物鏡筒の目盛りをセットし,接眼部にあてがってピントをチェックする。

対象物の視角を測定する場合
 まず対物レンズを出し入れして対象へピントを合わせる。
 対象の大きさをレチクルの目盛りで測れば,その対象のみかけの視角が分かる。

画像

実視界を測定する場合
 方法1
 望遠鏡で見える風景の範囲を覚えておく。
 同じ風景を視度望遠鏡で見て,望遠鏡で見えた範囲が何度なのかを測る。

 方法2
 視度望遠鏡の対物視度を0度にセットする。
 望遠鏡の対物レンズに視度望遠鏡を対向させ,見える視野環の大きさをレチクルで測る。
画像
(ただし,視度望遠鏡で測った実視界は参考値である。JISでは,回転ステージに載せて,角度を直接測ることになっている。)

応用

視度望遠鏡を使えば,固定焦点カメラでのコリメート撮影にも便利だ。
固定焦点カメラは,有限距離にピントが固定されており,コリメート撮影時に望遠鏡側に要求されるピントが「無限」では無くなる。
視度望遠鏡をマイナス視度に設定してピント合わせに利用すれば,この問題をクリア出来る。

15cm反射,187倍,35万画素デジカメを使用
土星土星
 左:視度 0度 (2005-02-04 20:15)
 右:視度ー0.1度(2005-02-13 20:40)

(*1):(対物レンズ焦点距離)ー(対物レンズと仮想の矯正レンズの合成焦点距離)から導いた。
(*2):像高の式そのものである。

参考文献
 「望遠鏡光学」(吉田正太郎著 誠文堂新光社)
 「JIS ハンドブック 光学機器」(日本規格協会)
 「双眼鏡のすべて」(日本望遠鏡工業会)

(2005-02-14 掲載)
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