JP2011175082A - 望遠鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度で製作が困難な副鏡が不要であり、光軸調整が容易で、観察補助装置なども不要で、安価に製造することができ、さらには正立像として物体を識別して、一般の望遠鏡あるいは天体望遠鏡として使用した場合にも使用勝手の良い望遠鏡を提供する。
【解決手段】放物面鏡を主鏡４とし、該主鏡４の光軸上前方に副鏡６として平面鏡を対向させて配置し、さらに前記主鏡４と前記副鏡６との間に凸レンズ８を配置し、該凸レンズ８に入射された光が平行光として出射されることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、天体あるいは遠くにある物体を肉眼で観察するのに好適な望遠鏡に関する。

光学的な原理によって遠くの物体を肉眼で観察する望遠鏡として、反射式、屈折式、あるいは反射式をベースとした反射屈折式望遠鏡が知られている。

また、反射望遠鏡は構成が単純であり比較的安価に供給可能な装置として天体観測用に利用されているが、従来の反射望遠鏡は光軸合わせが比較的困難であるとされている。

一方、屈折型望遠鏡は高価であるものの光軸調整が不要もしくは容易であることから多用されている。

ところで、宇宙空間に浮かぶ星を詳細に観測する天体望遠鏡では、拡大率が高い鏡があるほどに好都合であるが、拡大率が大きくなるほどに焦点位置に到達できる光量が減るので暗くなってしまい、明るい鮮明な像は得られないのは光学望遠鏡の宿命である。

そこで、反射式の場合は拡大率を大きくするほどに大量の光を取り込めるように大きな反射鏡を使用したり、屈折式の場合には大きな口径のレンズを使用したりすることになる。

レンズを使用して光を屈折させると波長によって屈折率が異なるので、それぞれの波長の焦点位置が異なってしまい、いわゆる色収差と呼ばれる現象が生じて鮮明な像が得られないことになる。他方、反射鏡を使用する場合にはこのような色収差は発生しないが大きな口径の反射鏡を使用しようとすると周辺部からいわゆるコマ収差とよばれる現象が生じて鮮明な像が得られなくなるが、大きなＦ値の反射鏡を使用するほどにこのコマ収差を減じることができることが知られている。しかしながら大きな口径を持ち、大きなＦ値を有する反射鏡を使用しようとすると必然的に望遠鏡は大型化してしまい、金額的にも操作性の面からも困難性が増加してしまうジレンマに陥る。屈折式では色収差を減じるために複数のレンズを組み合わせて結果として収差を出来るだけゼロに近づけたレンズが好ましいことは無論であるが、このようなレンズを大口径で製作することは飛躍的に困難さが増加し、高額となってしまっているのが実情である。そこで比較的安価に大口径の反射鏡が利用可能な反射式望遠鏡が使用されてきている。

反射望遠鏡としては主鏡からの反射光をその光軸方向に反射させて主鏡の外側に焦点を結像させる方式の反射鏡が様々に開発されている。例えば主鏡として放物凹面鏡を使用し、副鏡として双曲凸面反射鏡を使用して焦点位置を鏡筒の外側に配置したカセグレン式反射鏡、主鏡として放物凹面鏡を使用し、副鏡として楕円凹面鏡を使用するグレゴリー式などの他にもリッチークレチアン式、ドール・カーカム式など様々な方式が提案されている。

これらの反射望遠鏡では双曲凸面鏡や楕円凹面鏡など、製作が困難な副鏡を必要としているので現実には高精度の望遠鏡を製作するのは困難である。また、これらの反射望遠鏡では、主鏡、副鏡、アイピースと呼ばれる観察部のそれぞれの光軸を一致させるために行う光軸調整が厄介であり、最適条件での観察がなかなかに難しいというのが実情である。

そこで、これらの方式で採用されている様々な副鏡の製造上の困難さを避けるために、
平面反射鏡を副鏡として使用し、主鏡の光軸から直角方向に曲げて望遠鏡の鏡筒の外側で観察が可能としたニュートン式望遠鏡が開発されている。このニュートン式望遠鏡は製造が容易であることと安価で製造できるため普及型装置として多用されてきている。

しかし、ニュートン式反射望遠鏡は、物体は倒立像として識別されるため、天体望遠鏡以外の一般の望遠鏡としての使用では、使い勝手が悪い。

さらに、反射望遠鏡として最も一般的で普及型であると言われているニュートン式反射望遠鏡は、主鏡からの反射光を副鏡で主鏡の光軸から垂直方向に反射させてアイピースと呼ばれる観測器具で像を観測しているが、主鏡、副鏡、アイピースを全て最適位置に調整するのが困難であるのが欠点とされている。

さらに、ニュートン式反射望遠鏡では、大型の主鏡を採用した場合、副鏡の位置が必然的に鏡筒の先端部になり、そこから直角方向に配置されるアイピースの位置も、同じく鏡筒の先端部に配置されることになり、高緯度にある星を観察する場合には必然的に高い場所で観察するための台もしくは脚立などが必要となってしまい、極めて不便であるばかりでなく危険でもある。

さらには複数の望遠鏡を所持して使い分けをする場合などには個々の望遠鏡の焦点位置が異なるのでアイピースもそれぞれに合致したものが必要となってしまう。もしアイピースを共通化できれば利用者には無駄な出費を抑えられるだけでなく、使い慣れたアイピースで全ての観察が可能となり、極めて好都合である。

本発明は上記実情に鑑み、高精度で製作が困難な副鏡が不要であり、光軸調整が容易で、安価に製造することができ、さらには正立像として物体を識別して、一般の望遠鏡あるいは天体望遠鏡として使用した場合にも使用勝手が良い望遠鏡を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る望遠鏡は、
放物面鏡を主鏡とし、該主鏡の光軸上前方に副鏡として平面鏡を対向させて配置し、さらに前記主鏡と前記副鏡との間に凸レンズを配置し、該凸レンズに入射された光が平行光として出射されることを特徴としている。

また、本発明は、前記主鏡として使用される放物面鏡のＦ値（焦点距離と主鏡の有効直径の比率）が好ましくは２〜10の範囲、特に好ましくは３〜６の範囲であることが好ましい。

さらに、本発明は、前記主鏡として使用される放物面鏡には、前記副鏡として使用される平面鏡の径と同等あるいは同等以下の直径の貫通孔が中心部に形成されていることが好ましい。

さらに、本発明では、前記副鏡として使用される平面鏡の形状が円形であり、その直径が好ましくは前記主鏡の直径の１０％〜５０％の範囲、特に好ましくは１５％〜３０％の範囲であることが好ましい。

また、本発明では、前記主鏡と前記副鏡との間に配置される前記凸レンズは、色収差が生じない色消しレンズであることが好ましい。

さらに、本発明では、前記主鏡と前記副鏡との間に配置される前記凸レンズは、前記主鏡による反射光の焦点位置よりも前記主鏡側に設置され、その直径は前記主鏡に設けられた前記貫通孔の外周と前記副鏡の外周とを結ぶ直線によって形成される円錐状の領域内に収まる大きさを有していることが好ましい。

さらに、本発明では、前記主鏡と前記副鏡との間に配置される前記凸レンズのＦ値は、前記主鏡のＦ値と一致し、その直径が好ましくは１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲、特に好ましくは３０ｍｍ〜５０ｍｍであることが好ましい。

また、本発明では、前記主鏡と前記副鏡との間に配置される前記凸レンズから発せられる平行光路上に平面反射板を設け、反射光を任意の場所に導入させることもできる。

例えば大型の反射望遠鏡の場合には高緯度の星を観察する場合には望遠鏡をその角度に合わせると主鏡の外側位置は極めて低い位置となってしまうし、この位置を高くすると低い緯度の星を観察する場合には逆に高い位置で観察せざるを得なくなってしまう。そこで反射光を一枚の平面反射鏡を用いて任意の角度方向に曲げることにより、アイピースをその方向に配置すれば観察が極めて容易になる。

さらには合計3枚の平面反射鏡を用いることにより、アイピースの位置を鏡筒の重心位
置に配置することも可能となる。この場合には任意の緯度方向に鏡筒を傾けても常に同じ位置で観察することが可能となり極めて使い勝手のよい大型反射望遠鏡を提供できる。

このような構成の望遠鏡によれば、高精度で製作が困難な副鏡が不要であり、かつ任意の角度に望遠鏡を傾けても同じ位置で観察が可能となる上に鏡筒の重心位置と鏡筒の保持位置を一致させられるので、従来装置のように保持位置をアイピース位置に近づけるために重さの不均衡を減ずるための重いバランサーも不要となるので、緯度方向、経度方向に望遠鏡を回転、移動させる機構も簡素化、軽量化できるので極めて好都合である。

本発明に係る望遠鏡によれば、製作が困難な双曲面などからなる副鏡が不要であるとともに、光軸調整が容易で安価に製造することができる。また、正立像として識別することができるので、一般の望遠鏡としての使用の他、仮に天体望遠鏡に適用しても使い勝手が良好である。

図１は本発明の一実施例に係る望遠鏡の概略図である。 図２は本発明の他の実施例に係る望遠鏡の概略図である。 図３は本発明のさらに他の実施例に係る望遠鏡の概略図である。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施例に係る望遠鏡について説明する。

図１は本発明の一実施例に係る望遠鏡１０を示した概略図で、特に天体望遠鏡に適用した例を示している。

この望遠鏡１０では、略円筒状に形成された鏡筒２の一方の端部内に主鏡４が配置され、主鏡４の光軸上前方に副鏡６が配置されている。

上記主鏡２は放物凹面鏡であり、その中心部には、貫通孔４ａが形成されている。この主鏡４の貫通孔４ａの径は、副鏡６の径と同等あるいは同等以下に設定されている。また
、主鏡４のＦ値（焦点距離と主鏡の有効直径との比率）は、３〜６の範囲のものが採用されている。

一方、上記副鏡６は平面反射鏡が採用され、その外形状は円形である。

この副鏡６の直径は、好ましくは前記主鏡４の直径の５％〜５０％、の範囲、特に好ましくは１５％から３０％であることが好ましい。
副鏡６の直径を大きくし過ぎると同じ直径の影が主鏡４を覆ってしまうので効率が劣化してしまうし、直径を小さくし過ぎると副鏡６による主鏡４への影は小さくなるが凸レンズ８を挿入できる空間が限定されてしまうので現実的でなくなってしまう。

副鏡６の直径がこのような範囲に設定されていれば、主鏡４への影の影響を最小限に抑えられると同時に高精度な反射光束を得られる凸レンズ８を安全に挿入可能となるので好ましい。

また、主鏡４と副鏡６との間に配置された凸レンズ８はレンズ保持筒１２の先端部に固定されている。この凸レンズ８のＦ値は、主鏡４のＦ値と同一である。

この凸レンズ８は、高品質色消しレンズ（アポクロマートレンズ）であることが好ましい。

この主鏡４と副鏡６との間に配置される凸レンズ８は、主鏡４による反射光の焦点位置Ｇを頂点とし、主鏡４に設けられた貫通孔４ａを底面とする円錐状の領域内に収まる大きさを有している。

凸レンズ８がこのような大きさに形成されていれば、反射光の光路を遮ることなく高精度な観察が可能となる。

例えば、星からの光などは図中、左側すなわち副鏡６側から矢印で示したように鏡筒２内に入り、先ず主鏡４によって反射され、主鏡４の光軸前方に配置された副鏡６でさらに反射され、そのまま対向する主鏡４側に向かい、焦点Ｇを通過し、次第に拡がりながら主鏡４側に進む。主鏡４の中心部には、予め副鏡６の直径と同等あるいは同等以下の貫通孔４ａが形成されているので、副鏡６で反射された光はレンズ保持筒１２の先端部に設置されている凸レンズ８で平行光に変換され、レンズ保持筒１２内を進む。そして、平行光のままレンズ保持筒１２を進み、そのままアイピース（接眼部）１６側に進む。その光は鏡筒２を出たところでアイピース１６によって集光され、最終的には人間の眼鏡部での観察に供される。

本実施例では、鏡筒２からは平行光で光が出てくるので、平行光に対応した様々なアイピース１６をそのまま使用することができる。

一方、図１の姿勢での観察が不便である場合、すなわち光の入射する方向を見る方向での観察が不便である場合には、図２に示すように、レンズ保持筒１２の他方の先端部に平面反射鏡２０を配置して光路を適宜な方向に屈曲させ、観察し易い場所にアイピース１６を設置して観察することもできる。この場合、図１の姿勢あるいは図２の姿勢で観察しても同じアイピース１６の使用が可能なので使い勝手の良い装置となる。

図３は本発明に係る望遠鏡のさらに他の実施例を示す概略図である。

この実施例では、鏡筒２内に収容された凸レンズ８と主鏡４との間に、平面反射鏡２０
Ａがレンズ支持筒１２の先端部に固定された状態で配置されている。また、平面反射鏡２０Ａによる反射方向には、さらに平面反射鏡２０Ｂが配置され、さらにその反射方向に平面反射鏡２０Ｃが配置され、この最後の平面反射鏡２０Ｃから平行光が取り出されることにより、平行光がアイピース１６に集光されている。

このような構成であれば、アイピース１６の位置を鏡筒２の重心位置に配置することが可能となる。これにより、例えば、大型望遠鏡などの場合は、鏡筒２の重心位置には支持台が配置されるので、その支持台にアイピース１６を配置することができる。したがって、任意の緯度方向に鏡筒２を傾けても、常に同じ位置にあるアイピース１６から遠方を観察することができる。

以上、本発明の各実施例について説明したが、本発明に係る望遠鏡によれば、副鏡は平面鏡であるので、高精度で製作が困難な副鏡が不要である。

また、光軸調整が容易で、安価に製造することができる。また、正立像として見ることができるので、一般の望遠鏡あるいは天体望遠鏡として使用した場合も使用勝手が良い。

２ 鏡筒
４ 主鏡
４ａ 孔
６ 副鏡
８ 凸レンズ
１０ 望遠鏡
１２ レンズ保持筒
１６ アイピース
２０ 平面反射鏡
２０Ａ 平面反射鏡

Claims (9)

1. 放物面鏡を主鏡とし、該主鏡の光軸上前方に副鏡として平面鏡を対向させて配置し、さらに前記主鏡と前記副鏡との間に凸レンズを配置し、該凸レンズに入射された光が平行光として出射されることを特徴とする望遠鏡。
2. 前記主鏡として使用される放物面鏡のＦ値（焦点距離と主鏡の有効直径の比率）が２〜１０の範囲、特に好ましくは３〜６の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の望遠鏡。
3. 前記主鏡として使用される放物面鏡には、前記副鏡として使用される平面鏡の径と同等あるいは同等以下の直径の貫通孔が中心部に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の望遠鏡。
4. 前記副鏡として使用される平面鏡の形状が円形であり、その直径が前記主鏡の直径の１０％〜５０％の範囲、特に好ましくは１５％〜５０％の範囲であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の望遠鏡。
5. 前記主鏡と前記副鏡との間に配置される前記凸レンズは、色収差が生じない色消しレンズであることを特徴とする請求項１に記載の望遠鏡。
6. 前記主鏡と前記副鏡との間に配置される前記凸レンズは、前記主鏡による反射光の焦点位置よりも前記主鏡側に設置され、その直径は前記主鏡に設けられた前記貫通孔の外周と前記副鏡の外周とを結ぶ直線によって形成される円錐状の領域内に収まる大きさを有していることを特徴とする請求項１または５のいずれに記載の望遠鏡。
7. 前記主鏡と前記副鏡との間に配置される前記凸レンズのＦ値は、前記主鏡のＦ値と一致し、その直径が１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲、特に好ましくは３０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１、５、６のいずれかに記載の望遠鏡。
8. 前記主鏡と前記副鏡との間に配置される前記凸レンズから発せられる平行光路上に平面反射板を設け、反射光を任意の場所に導入させることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の望遠鏡。
9. 前記主鏡と前記副鏡との間に配置される前記凸レンズから発せられる平行光路上に平面反射板を順次設け、反射光を鏡筒の重心位置に設けられた支持台位置まで導入させることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の望遠鏡。

Images