ここでは接眼部について検討します。

電動フォーカスかデュアルスピードフォーカスか

結論: 自作60cmドブソニアン計画では「デュアルスピードフォーカス」の接眼部を採用する。


一般にドブソニアンで使用されているクレイフォード(Crayford、イギリス・ロンドン郊外の地名)タイプの接眼部には微細なピント調整を行うため「電動」または「デュアルスピード」の機構を備えています。 そこで、まず「電動フォーカス」と「デュアルスピードフォーカス」の違いやメリット・デメリットを概観し、その後自作60cmドブソニアン計画でどちらを用いるか検討します。

電動フォーカス

電動フォーカスとはその名前の通り、電動のモーターでピントを調整する機構を持つ接眼部のことです。 メリットとしては手動よりも振動が少ないことや、モーターの回転数が遅かったり角度分解能が高ければそれだけ細かくピント位置の調整が出来ることです。

一方で電動フォーカスでは大きくピントを操作するときはクラッチを切ったりモーターを外したりモーターのスピードを変えたりと、調整に時間がかかる、またはワンテンポ遅れるといったデメリットがあります。 加えてコントローラーを接眼部に取り付ける必要があり、以外と眼視ではこれが面倒です。

デュアルスピードフォーカス

デュアルスピードフォーカスとは回転軸と同軸で減速比8~10倍の減速機構を備えた接眼部で、手動で操作します。 メリットは減速比8~10倍できめ細かいピント調整が可能なことです。 また電動フォーカスと違ってハンドコントローラーが不要であったり、大きくピントを動かすときも同じように手動で操作できます。

一方でデュアルスピードフォーカスはやはり手動で操作するためどうしても電動フォーカスよりピント調整で振動が伝わってしまうというデメリットがあります。 ただし滑らかに動く製品も市販されており、振動はあまり問題にならない場合もあるようです。


自作40cmドブソニアンでは JMI NGF-3DF という接眼部を使っていましたが、これは小型のDCモーターが組み込まれており、必要な時に電動でピント合わせすることができました。 微妙なピントを電動で調整できるので惑星観望などに便利でした。 しかしいちいち電動のコントローラーを取り付けなければならないのが面倒で、結局殆ど使いませんでした。

そこで自作60cmドブソニアン計画の場合は、手動で微調整が出来る接眼部を採用したいと考えます。 デュアルスピードフォーカスの場合には滑らかな動きが重要になるため、接眼部はケチらず、出来るだけ評価の高い接眼部を採用したいと考えます。

接眼部の合焦位置


結論: 自作60cmドブソニアン計画では、接眼部の合焦位置(接眼部の繰り出し量)は -9.9 mm ~ +29.5 mmの範囲で調整できるものを採用する。


副鏡 に書いたようにケラれの生じない光路引き出し量 lS は主鏡口径 DA と像高 y が決まれば一意に決定できます。 この計算はコマ収差補正レンズ(パラコア)をどこに置くかという計算で、個別のアイピースの位置をどこに置けばピントが合うかといった設計は別に行う必要があります。

ピントが合う位置、つまりアイピース合焦位置はアイピースの絞り環のある位置になります。 昔のアイピースは一般にスリーブをいっぱいに差し込んだ位置に絞り環がくるように設計されたと聞いたことがありますが、現在市販されているアイピースは設計の都合からか、ある程度のばらつきがあるようです。 絞り環の位置は多くのアイピースの場合公表されていないようですが、テレビュー製のアイピースは アイピースデータ で公開されています。

ここの数値を見ると、最も絞り環が対物レンズ寄りなのは PL 55mm で -29.5 mm(PL 55mm を除くと Ethos 8mm/6mm の -17.8 mm)、最も絞り環が対物レンズから遠いのが Ethos 17mm で +9.9 mm と読み取れます。 そのため接眼部は |-29.5|+|+9.9| = 39.4 mm のピント調整範囲が必要なことが分かります。 またPL 55mm の場合には対物レンズに近い位置に絞り環があるので接眼部は 29.5 mm 引き出す必要があります。 逆に Ethos 17mm の場合には対物レンズから離れた位置に絞り環があるので接眼部は 9.9 mm 縮める必要があります。

よって自作60cmドブソニアン計画で採用する接眼部は、-9.9 mm ~ +29.5 mm の範囲でピント調整が可能な接眼部を採用したいと考えます。

参考までに、自作40cmドブソニアンで使用している接眼部の情報を以下に示します。 以下の表のデータは接眼部のベース金具も含んだ数値となります。

JMI NGF-3DXの諸元
重量 448 g
最低高 45.2 mm
ストローク 44.5 mm
接眼筒の長さ 76.4 mm
Feather Touhch Focuserの諸元
重量 560 g
最低高 41.0 mm
ストローク 40.8 mm
接眼筒の長さ 75.0 mm

接眼部の傾き調整機構


結論: 自作60cmドブソニアン計画では、接眼部の傾き調整機構のある接眼部を使用する。


ニュートン反射の光軸修正法 に書いたように、主鏡と副鏡の傾き調整に加え、接眼部の傾き調整も光軸調整には必要です。 そこで接眼部には接眼部の傾き(=スケアリング=squaring)を調整する機構が絶対に必要になります。

よって自作60cmドブソニアン計画で採用する接眼部には必ず接眼部の傾きを調整できる機構を備えたものにする必要があります。

接眼部の取り付け角度 <設計変更>


結論(設計変更): 接眼部は 22.5~30° 程度の取り付け角度でトップケージに取り付ける。

(過去の結論: 接眼部をトップケージに取り付ける角度は 水平(取り付け角度 0°)とする。)


大型のドブソニアンの場合、接眼部の取り付け角度は地面と水平になるように製作されている例を多く見ます。 こうすることで真横からアイピースを覗くことになり、望遠鏡の操作の方向がより直感的にできると期待されます。

そこで自作60cmドブソニアン計画では接眼部の取り付け角度は地面と水平になるような設計とすることにします。

<設計変更>

大型のドブソニアンの作例を参考に、自作60cmドブソニアンでは接眼部の取り付け角度は地面と水平になるように製作しましたが、しかし実際に運用してみたところ、どうもアイピースが水平に向いているため覗きにくいということがわかってきました。 ある程度高度が高い天体であれば真横からアイピースを覗けるので快適なのですが、高度が低い天体の場合は「腰を落とす」か「膝をつく」かして真横から覗き込まないとアイピースを覗くことが出来ず、姿勢がきつく、特に腰に負担がかかり、観望・スケッチに集中できませんでした。

そこで接眼部の取り付け角度を 22.5° 上向きになるよう製作し直しました。 22.5° という角度はこの位置にちょうど過去に開けた穴があったという製作上の理由で、本当は 30° ぐらいの角度がちょうどよさそうでした。 以下の図は正面から見たドブソニアンのトップケージを表します。 接眼部は灰色の部分となります。 左図は地面と水平になるように接眼部を取り付けた場合で、右図は地面から 22.5° 上向きになるように接眼部を取り付けた場合を表します。 今回は左図から右図となるように接眼部の取り付け位置を変更しました。

接眼部の取り付け角度

接眼部の取り付け角度を上向きとなるように変更した結果、低空を見る場合に少し見下ろすような姿勢でアイピースを覗き込むかたちとなり、「腰を少し曲げる」だけでアイピースを覗くことが出来るようになりました。 低空を見る際でも腰に負担がかからず、観望・スケッチがかなり楽に行えるようになりました。

一方で高度が高くなった場合にも見下ろすような姿勢でアイピースを覗き込まないといけないため、以前よりも少し高い踏み台が必要になりました。 が、トータルでは楽に観望が出来る方がはるかにメリットが大きいと思います。 小さな変更ですが、この変更は効果絶大でした。

2インチか3インチか


結論: 自作60cmドブソニアン計画では、接眼部は2インチとする。


2014年現在、3インチのフォーカサーも利用可能です。 眼視用にはあまり市販品はありませんが、Explore Scientific から見かけ視野100度、焦点距離30mmの3インチアイピースが市販されています。 また Tele Vue からも3インチのパラコア、 3" BIG Paracorr Type-2 が市販されています。 さらに接眼部も Starlight Instruments から3インチ接眼部が市販されています。 これらを組み合わせれば他の望遠鏡では実現できない圧倒的な広視野が実現出来ることになります。 具体的には自作60cmドブソニアン計画で想定している口径60 cm、F値 3.3 の場合、76倍、実視野1.3度、瞳径7.9mmのスペックが得られます。 これは大きな魅力です。

ただし、これらを組み合わせると接眼部はかなり重たくなってしまいます。 実際のところ、前述の組み合わせだとアイピース 2.4 kg、パラコア 0.7 kg、接眼部 1.7 kg で合計 4.8 kg となってしまいます。 これは2インチの場合の2倍以上の重さです。 また3インチパラコアのスリーブ長が約130 mmと長いため、副鏡 に書いた引き出し量もより多く必要になり、そのため副鏡もより大きくする必要があります。

ここで初心に戻って、私は自作60cmドブソニアン計画では「より高い倍率」で「より快適」に「小さく淡い銀河や惑星状星雲」の「観望・スケッチ」を行うことを目的としていました。 そのためこのような低倍率は目的外で、また実際問題として見る機会も少ないと思います。 よって3インチ接眼部は検討はしたものの、自作60cmドブソニアン計画の目的からも外れるため、自作60cmドブソニアン計画で採用する接眼部は2インチとしたいと思います。

アイピースのセンタリング誤差


結論: 自作60cmドブソニアン計画ではアイピースのセンタリング誤差が出来るだけ生じないよう、2インチアイピースが滑らかに入りつつ、出来るだけ内径の小さなスリーブを有する接眼部を採用する。


アイピースを接眼部に取り付ける際、どうしても取り付け誤差が生じます。 そこでまずセンタリング誤差について考えてみました。

アイピースを滑らかに接眼部に取り付けるためにはアイピースのスリーブは接眼部のスリーブよりもわずかに細く作る必要があります。 つまりアイピースのスリーブと接眼部のスリーブではわずかに直径が違い、隙間があることになるのですが、これが小さすぎると差し込みがキツくなり操作性が悪くなり、逆に隙間が大きすぎるとガタガタで取り付け誤差=センタリング誤差が生じてしまうことになります。

そこでどの程度の隙間が最適なのか、また製品によるばらつきがどの程度あるのか調べるため、手持ちのアイピースや光軸修正アイピースのスリーブ直径を実際に測定してみました。

アイピースのスリーブ直径(外径)
名称直径 [mm]
Paracorr Type250.78
Nagler Type5 31mm50.79
Nikon NAV-17HW50.79
Ethos 13mm50.79
名称直径 [mm]
1-1/4インチアダプタ(パラコア付属品)50.75
1-1/4インチアダプタ(ノーブランド)50.79
1-1/4インチアダプタ(In-Travel アダプタ50.76
1-1/4インチアダプタ(Parallizer50.79
1-1/4インチアダプタ(BORG 7398(測定不能)
名称直径 [mm]
Glatterレーザーコリメーター50.80
Catseyeサイトチューブ50.72
Catseyeオートコリメーター50.70
接眼部のスリーブ直径(内径)
名称直径 [mm]
Feather Touch Focuser50.82
Paracorr Type250.96

測定結果から、2インチアイピースのスリーブの外径は寸法差が小さく、どれもほぼ同じで直径 50.78~50.79 mmであり、ばらつきは小さいことが分かりました。 またレーザーコリメーターの寸法は直径 50.80 mm とピッタリに加工されていることも分かりました。 一方で1-1/4インチアダプタの製品のいくつかや Catseye の光軸修正アイピースはアイピースと比較して直径が小さく、センタリング誤差が生じる可能性があることが分かりました。

接眼部のスリーブの内径については Feather Touch Focuser の場合は直径 50.82 mmでした。 これはアイピースよりも約 0.03 mmだけ大きいことになります。 アイピースが少しでも斜めだと入りませんが、アイピースを垂直にうまく持っていた場合にはぴったりとすっと接眼部のスリーブに入っていく感覚で、ちょうど良い隙間と思われます。

一方で Paracorr Type2 の可変バレルの内径も測定しましたが、こちらは 50.96 mmと大きく、可変バレルの使用によってアイピースは約 0.08 mmセンタリングがずれて取り付けられてしまうことが分かりました。 アイピースの外径は比較的同じ直径のようですが、接眼部のスリーブ側は製品によってはガバガバで、取り付け誤差が生じるものもあることが分かりました。

よって今回の測定・考察から、自作60cmドブソニアン計画では2インチアイピースが滑らかに入りつつ出来るだけ内径の小さな接眼部を採用することでセンタリング誤差が出来るだけ生じないようにしたいと考えます。

アイピースの傾き誤差


結論: アイピースはその固定によって 0.005 度=0.3 分角程度の傾き誤差が生じてしまう一方、パラコアの可変バレルによって 0.03~0.09 度の傾き誤差が生じてしまう。 そのため自作60cmドブソニアン計画ではアイピースの傾き誤差が出来るだけ生じないようにするため可変バレルのあるパラコアは使用しない設計とする。


アイピースを接眼部に取り付ける際、どうしても取り付け誤差が生じます。 前節 ではアイピースのセンタリング誤差について考察しました。 次にここではアイピースの光軸の傾き誤差について考えることにします。

アイピースを滑らかに接眼部に取り付けるためにはアイピースのスリーブは接眼部のスリーブよりもわずかに細く作る必要があります。 つまりアイピースのスリーブと接眼部のスリーブではわずかに直径が違い、隙間があることになるのですが、これが小さすぎると差し込みがキツくなり操作性が悪くなり、逆に隙間が大きすぎるとガタガタで、誤って傾いて固定される=傾き誤差が生じてしまうことになります。

そこでどの程度の傾き誤差が生じるのか、実際に測定してみました。 実験は(1)アイピースを接眼部に取り付けて位置をダイヤルゲージで測定、(2)いったんアイピース固定ネジを緩め、再び固定してダイヤルゲージで位置を測定、(3)これを繰り返す、といった方法で行いました。 ここで理想的にはアイピースは毎回同じように取り付けられるはずですが、実際にはランダムに傾き誤差が生じることになり、ダイヤルゲージで読み取る値は微妙に変化することになります。 この値のふらつきを角度に変換しました。

Feather Touch Focuser にアイピースを取り付けた場合の傾き誤差
アイピース傾き誤差(平均値) [deg]
Nagler Type5 31mm0.0061
Nikon NAV-17HW0.0069
Ethos 13mm0.0035
Paracorr Type20.0023
1-1/4インチアダプタ(パラコア付属品)0.0049
1-1/4インチアダプタ(Parallizer0.0028

測定の結果、どのアイピースを取り付けても概ね傾き誤差は同じぐらいの大きさで、その値も 0.005 度程度であることがわかりました。 この値は分角に直すと 0.3 分角になります。 ここで視力1のヒトの目の分解能が 1 分角で、ニュートン反射の光軸修正法 に書いたようにオートコリメーターの 9 回反射像は接眼部の傾き γ の 4 倍の感度があるため、0.3×4=1.2 分角となり、この傾き誤差はオートコリメーター像で知覚できるはずで、実際にオートコリメーター像はアイピース固定ネジの締め方によって微妙に位置が変わって見えます。 よってアイピースはその固定によって 0.005 度=0.3 分角程度の傾き誤差がどうしても生じてしまうようです。

ここで アイピースのセンタリング誤差 にも書いたように、パラコアの可変バレルはガバガバで、またバレル長を調整する機構も直進性が良いとは言えず、傾き誤差が容易に生じてしまうような構造をしています。 そこでパラコアの可変バレルの傾き誤差についても評価することにしました。 傾かないよう丁寧に可変バレルを操作した場合、わざと傾くように斜めに力を加えながら可変バレルを固定した場合、の2通りで傾き誤差がどの程度生じるかについて評価してみました。 この実験ではパラコアを接眼部の上で回し、ダイヤルゲージの値のふれから角度を計算しました。

パラコア可変バレルによって生じる傾き誤差
条件傾き誤差(PV値) [deg]
傾かないよう丁寧に可変バレルを操作した場合0.032
わざと傾くように斜めに力を加えながら固定した場合0.086

測定の結果、傾かないように丁寧に可変バレルを操作した場合でも約 0.03 度、わざと傾くようにした場合には約 0.09 度、傾いてアイピースが取り付けられることが分かりました。 これはアイピース単独の場合の 0.005 度より一桁大きい傾き誤差です。

パラコアの可変バレルの内径は アイピースのセンタリング誤差 に書いたように Φ50.96 mmと大きく 0.1 mm 程度、センタリングがズレてアイピースが取り付けらる可能性があります。 さらに今回の考察から、可変バレルの使用にってセンタリングのズレに加えてアイピースは 0.03~0.09 度傾いて取り付けられる可能性もあることがわかりました。 よって可変バレルを使用する限り、光軸を合わせることは出来ないと考えられます。

自作60cmドブソニアン計画では、高倍率での観望・スケッチを目的としています。 そのため傾き誤差が生じる可変バレルは使用しない設計とする必要があることが分かりました。

Starlight Integrated Paracorr System


結論: 自作60cmドブソニアン計画では「可変バレル」問題を解決するため Starlight Integrated Paracorr System (SIPS) を用いた接眼部とする。


アイピースの傾き誤差 に書いたように、パラコアの可変バレルを使用すると傾き誤差が生じて正確に光軸を合わせることが出来ません。 そこで自作60cmドブソニアン計画では「可変バレル」を使用しないパラコア、Starlight Integrated Paracorr System (以降 SIPS と略記) を採用したいと考えます。 SIPS については自作40cmドブソニアン用に購入し、コマ収差補正レンズ のページにまとめました。 自作60cmドブソニアン計画でも同様に SIPS を使用したいと考えています。

Parallizer


結論: 自作60cmドブソニアン計画で使用する1-1/4インチアイピースはセンタリング誤差や傾き誤差を最小限とするため Howie Glatter 社の Parallizer 変換アダプタを使用する。


アイピースのセンタリング誤差や傾き誤差についての考察の結果、2インチスリーブから1-1/4インチスリーブに変換するアダプタも同様にセンタリング誤差や傾き誤差の生じない製品を選ぶ必要があることに気がつきました。 そこで色々と購入して比較検討してみた結果、Howie Glatter の Parallizer という製品が一番良いことがわかりました。 Parallizer は Sky & Telescope 誌の2012年の Hot Products にも選ばれた変換アダプタで、米国特許(Pat. #8,023,210)も取得されており、筐体に加工されている2本の「縁」とアイピース固定ネジによって高い平行度と高い同心度が出せ量に設計された変換アダプタになります。

自作60cmドブソニアン計画では高倍率での観望・スケッチを目的としています。 そのため変換アダプタも、センタリング誤差や傾き誤差が出来るだけ生じないような製品を使用したいと思います。