Relay lens

■画期的な延長レンズを考案しました

　双眼装置用リレーレンズについては以前より開発を続けていましたが、満足する性能が得られず製品化に至っていませんでした。　しかし今回、特殊レンズの製作に目処がついたのと、そこに新しいアイデアを加え、像質・操作性・システム性いずれについても画期的に改善するものを設計しました。　シミュレーションの結果は非常に優秀で、これから製作に入ります。
まだ実物はありませんが成功の確信を得ましたので概略を報告します。

　（１）　倍率は１．３５倍。　２インチ双眼装置の最大のメリットである、広視野・低倍率を極力生かすため、
　　　　　１．３５倍と低倍率です。　またこの倍率はどのバリエーションを選択しても常に一定にしました。
　　　　　（そのためには２インチ双眼装置側の小規模対応が必要です）

　（２）　主鏡筒は　Ｆ４の明るさまで対応し、市販の大口径ドブソニアンのほとんどに適合します。

　（３）　視野周辺のコマ収差を補正する機能を持っています。
　　　　　双眼装置使用時にはコマ補正レンズを併用できない従来の欠点を補完します。

　（４）　リレーレンズのレンズ径は２インチスリーブの限界まで広げており、周辺光量が極めて高くなっています。
　　　　ある系では視野中心光量比４０％を軽く越えます。
　　　　　周辺光量比は既販のリレーレンズを凌駕し、主鏡筒直焦点の場合（３０％）をも上回ります。

　（５）　２種類のバリエーションを持ちますが、リレー倍率は常に１．３５倍でシンプルです。
　　　　低倍率モードは、いかなるピント位置の２インチアイピースをも確実にピントを合わせます。
　　　　高倍率モードは、ピント位置に制約を与える代わりに、　視野周辺のコマ収差　・　軸上の色収差
　　　　、回折像などをさらに改善し高倍率に対応します。
　　　　２つのモードの切り替えは、合焦装置によるピント位置の変更と、アイピースの交換操作のみ。
　　　　リレーレンズの内部のレンズの交換などは必要ありません。
　　　　バリエーションを持ちながらレンズ系が１種類なのでコスト的に有利です。
　　　　
　（６）　１．３５倍のリレー倍率は　主鏡筒がＦ４ならＦ５．４、　Ｆ４．５ならＦ６．１となり、２インチ双眼装置の
　　　　ビームスプリッタを高精度かつ高透過率の４０ｍｍ角を使用することができます。　
　　　　（従来は　Ｆ値が４．５より明るい場合は精度・透過率の悪い４５mmのビームスプリッタを使用せざるを
　　　　得ませんでした）　

光学系は開示できませんが、シミュレーション結果を示します。グラフをクリックすると元の大きさになります。

■軸上色収差　・　球面収差図　（同一スケール比較）
　オリジナルニュートンは本来は反射光学系のため軸上色収差は皆無ですが、双眼装置内部のプリズムガラスを通るので、軸上色収差（色の違いによるピント位置のずれ）が生じます。　なおシミュレーションはすべて２インチ双眼装置（ＢＩＧＷＩＮＧ、プリズムガラス厚は４０mm）の場合です。　リレーレンズを使っても色収差の悪化は最小限に留まっています。

【補足】　市販の双眼装置のほとんどはガラスプリズムを使っています。アメリカンサイズ双眼装置では９０mm近くものプリズムガラスを通ります。高級機ほど入射口径を大きくするためプリズムガラスは厚く、さらにＢａｋ４のような屈折率の高いものが使われており、皮肉にも軸上色収差はかなり悪くなっています。つまりリレーレンズを併用して初めて色収差を補正できるというコンセプトです。　市販の高級双眼装置をリレーレンズ無しで使用することは高倍率観測にとって、大きなハンデを追わせていると言わざるを得ません。それに比べて２インチ双眼装置（ＢＩＧＷＩＮＧ）ではリレーレンズが有っても無くても軸上色収差を下げる合理的な設計になっています。

■ＳＰＯＴ図　（一辺２００ｕｍ、同一スケール比較）
　上記と同じ理由で軸上色収差のため、オリジナルニュートンにも色ニジミがあります。
　低倍モードでは色ニジミがやや残りますが低倍なので目立たないでしょう。
　高倍モードではオリジナルニュートンよりも改善しています。
視野周辺のコマはリレーレンズによって効果的に補正されていることがわかります。
高倍モードではSPOTに芯がありさらに補正されています。　サムネイルだと比較しにくかったので大きな図にしました。

■視野角とRMS収差の関係（各色ごとにプロット）
　ＰＶ（ピーク　トゥ　ヴァレー）の何分の１ラムダという古い言い方は適切でないので止めて、ＲＭＳという指標で表します。　無収差＝波面が完全な平面として、そこからの各部位の偏差を２乗してルートしたものです。０．０７波長以下なら回折限界の像が得られます。　視野の取り方は上と同様です。
　コマのため軸外になるにつれRMS収差は劣化するのはニュートンの宿命で、回折限界となる視野角は限られます。　リレーレンズによってコマが補正されるため視野周辺でもＲＭＳの劣化が小さく、高倍モードではさらに良好となります。

■補足
　リレーレンズ自体の大きさは前回試作品より小型化されます。
　すべてのニュートン鏡筒が無条件（改造無し）で実現できる限りませんが、よほど特殊でない限り対応が可能になりました。
　例えば最小の斜鏡を用い、ロープロファイル接眼部を採用して筒外焦点引き出し量を短くしたマクストフニュートンなどでは、リレーレンズ先端が有効径内部に浸入してしまうため、１．３５倍のリレーレンズでは設計が成立しません。（マクストフニュートン鏡筒の事例では　２インチ双眼装置なら約２倍ならリレーレンズの全長が短くなり設計が成立します。　またアメリカンサイズ双眼装置なら確保する視野が小さくて済むため約１．２倍のリレーレンズで設計は成立します）　これらはケースバイケースで相談させていただきます。

今回の「１．３５倍リレーレンズ＋２インチ双眼装置」の場合は、口径３０ｃｍ以上の通常のニュートン鏡筒（例としてＮｉｎｊａシリーズなど）なら、鏡筒はほぼそのまま使用でき、改造があったとしても小規模のため、鏡筒をお預かりする必要は無くなります。
　リレーレンズは試作中でその結果を見ながら　商品化を考えていきます。　
　　　　　　　（２０１１年６月２９日、　２０１１年７月１０日内容を補足）　

自分用の２インチ双眼装置（供給品とはデザインとか寸法が少し異なります）に取り付けたところです。
さて、これで通常の焦点引き出し量を持つ接眼部に差し込んでちゃんとピントが合ってシャープに見えるでしょうか？。
そこで福岡にこの春できた「天文ハウスＴＯＭＩＴＡ」さんを訪ねました。　幸い私の住む場所からは５０ｋｍと近くにあります。お店にあるニュートン鏡筒や屈折鏡筒に装着させてもらいました。３回目の来店になりますが突然のお願いにもかかわらず親切に対応いただきありがとうございました。
真夏の午後だったので陽炎のかかる近景での確認となりましたが、結果としては予測する位置にピントが来て、ほぼ元の鏡筒を直接覗いたのに近い観察像が得られたので第１段階としては大成功でした。別の方法で近いうちには何とか星像を確認したいところです。短焦点ニュートン周辺のコマも目立たないようです。
店内のいろんな鏡筒に装着を試みましたが市販の接眼部の約半数は２インチスリーブに深さ制限があり、それらは６ｃｍ程度までしかリレーレンズを挿入できませんでした。２インチスリーブの奥は内径が１～２mm程度狭くなっているためです。これより奥まで２インチバレルが来ることを禁止し、内部塗装や機構の保護を行っているようです。
こういった接眼部は寸法取りさえ出来ればリレーレンズ鏡筒側をそれに合わせて細くすることは可能ですので問題はあまり生じないと考えます。　　（２０１１年７月１６日）