光学シミュレーションの部屋

  Optical simulation room(5)

マクストフニュートン式望遠鏡
 マクストフニュートンも、最近はメーカーの選択肢が広がり身近な望遠鏡になった感じがします。お客様からの相談でこの光学系を検討する機会がありました。全部球面を使ったカタディオプティックで、口径と焦点距離が決まれば後はメニスカスレンズの前後の曲率と厚みしか設計の自由度がありません。
レンズが分厚いので硝材はBK7となります。実際に設計してみると短時間で最適化できてしまい、あらためてマクニュートンの素性の良さに驚いています。良像の評判は聞いていましたが、シミュレーションはそれを証明する極めて優秀な結果になりました。普通の放物面鏡を使ったニュートン光学系と比較してみましょう。安くなったとは言え、同じ口径だとニュートン鏡筒の4倍近くの価格差。さて価格差は性能差でカバーできるでしょうか。

直線上に配置

      シミュレーションした仕様
   口径    140mm
   斜鏡径    30mm
   焦点距離 840mm(F6)
   片側画角計算範囲   〜最大1.6度
   イメージサークル直径  〜最大Φ23mm

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軸上色収差・球面収差
 ニュートン式ではこの2つの収差は皆無ですが、マクニュートンも実質ほとんどゼロ! アポクロマート屈折鏡筒の次元をもはるかに越えていました。
 さらにメニスカスレンズの製作誤差、取り付け誤差による収差の劣化も小さく、全面球面構成なので製造ばらつきも小さそうです。小径斜鏡を搭載すれば中央遮蔽の影響も小さく、回折限界の安定像を得られます。

 マクニュートンの軸上収差図 

 ニュートンの軸上収差図 

SPOT像質
 今までシミュレーションした光学系中でも抜群のSPOTでした。 図の枠は一辺200umの正方形ですが、画角1.6度(2インチアイピースの最大イメージサークル)まで一辺30umの正方形の中に収まります。
周辺像は実際にはアイピースの収差があるので劣化すると思います。良質なアイピースを使えば周辺までピンポイントの星像を楽しむことができるでしょう。

 マクニュートンのSPOT像
軸上(画角0度)     画角0.4度

画角0.8度

  画角1.2度        画角1.6度  

 ニュートンの像面湾曲、歪曲収差図  

 マクニュートンの像面湾曲、歪曲収差図  

 ニュートンのSPOT像
軸上(画角0度)    画角0.4度

画角0.8度

  画角1.2度       画角1.6度 

波動SPOT像
 SPOT像は光の位相や回折を考慮した波動SPOT像のほうが正確です。 「st」と書いているのはストレールレシオ。
ニュートン式ではコマのため画角0.5度でストレールレシオがゼロとなりますが、マクニュートンでは2インチアイピースの最大イメージサークルでも回折像が得られるのは驚異的です。

まとめ
 軸上性能は無収差のニュートン並み、軸外の良像範囲はニュートン式の実に20倍もの面積があり、組み合わせるアイピースさえ良質であれば前面ピンポイント星像です。口径15〜20cmの領域ではコストパフォーマンスでマクニュートンに勝るものは無いと言って良いでしょう。
 

 ニュートンの波動SPOT像
軸上(画角0度) st=1.0            

画角0.8度 st=0.0

                 画角1.6度 st=0.0

 マクニュートンの波動SPOT像
軸上(画角0度) st=1.0               

画角0.8度 st=0.62

                   画角1.6度 st=0.56

像面湾曲・歪曲収差
 これも小さいです。 TとSの差がニュートンより小さく、かつ平均値は直線上にあるので、像面湾曲無し、非点収差がニュートンの半分程度ということになり、ニュートンより優秀です。歪曲収差はほぼゼロ、というかアイピースのそれのほうが大きいのでアイピース次第です。