接眼レンズについて

天体観測がちょっとしたブームになっているみたいですね。地球上にはないものを、静かにひっそりと観察することに癒し効果があるのかなと思ったりしています。宇宙のことは徐々に解明されてきていますし、将来気軽に観光旅行で宇宙に行く時代が来るかもしれません。その家族の乗っている宇宙船を望遠鏡でみるのもまた、面白そうですね。

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2007/12/11 日記<接眼レンズ>

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接眼レンズ

接眼レンズ(せつがん-)は、望遠鏡、双眼鏡あるいは顕微鏡の対物レンズや主鏡で集めた光によって焦点に作られた実像を拡大する為のレンズ。特に望遠鏡のものはアイピース（eyepiece）と呼ばれることが多い。望遠鏡や大型の双眼鏡、研究者向けの顕微鏡では接眼レンズは交換可能なパーツであり、本体とは独立して市販されている。

歴史

ガリレオ・ガリレイの時代の望遠鏡に使われていた接眼レンズは凹レンズのものであった。
凹レンズによる接眼レンズは正立像になるメリットはあるが、視界が狭く、倍率が上げられないという大きな制約があった。ヨハネス・ケプラーは2枚組の凸レンズを接眼レンズとした望遠鏡を用いた。
こうすると目で見える像は倍率の大きさを自由に変えたりすることが可能となり、以後接眼レンズは凸レンズ系のものが使用されるのが普通となった。凸レンズを用いると像は倒立像となってしまうが、ケプラーは2枚用いることで2回像を反転して正立像としていた。
天体望遠鏡や顕微鏡では特に正立像である必然性が低いために、現在ではそのまま倒立像としている。
双眼鏡や地上用望遠鏡のように正立像を必要とする場合には光路内にプリズムを加えて像を再度反転させている。初期の望遠鏡の接眼レンズは単レンズによるものであったが、単レンズでは収差を補正することができないため光学性能が悪い。
そのため複数のレンズを組み合わせて各種の収差を補正した接眼レンズが開発されてきた。
複数のレンズを張り合わせて1つの貼り合わせレンズをつくり、さらにこの貼り合わせレンズを組み合わせて1つの接眼レンズとする。
このレンズの組み合わせ方がアイピースの種別である。
用いたレンズの総数をm、それを組み合わせ作った貼り合わせレンズの数をnとしたとき、n群m枚のレンズというように称する。
通常は製作者の名前を冠して〜式というように呼ばれている。最近では、広視界が得られるものや眼鏡をかけたままでも楽にみることができるものなど、収差の低減以外をコンセプトとして打ち出した接眼レンズも多く発表されている。

アイピースの種類ここでの説明は、一般的に光学書や望遠鏡の解説書に記載されていることを簡潔にまとめもの、あるいは適宜変更を加えたものである。しかしそのような文献では、古典的なアイピースに多く頁が割かれており、近時の設計されたものはほとんど触れられていない。したがって、ここに記載がない種類のアイピースも、市場には数多く流通していることに注意すべきである。
また、市販品は、ここで紹介されている発明者の設計通りに製造されているわけではない。

*ハイゲンス、ホイヘンス (Huygens、略号アイピースの筐体上に、そのアイピースの種類を示すため、焦点距離と共に刻印される文字である。たとえば、HM-25mmとあれば、焦点距離25mmのミッテンゼーハイゲンスを意味する。H)

:片面が凸、片面が平面のレンズの大小2枚のレンズを組み合わせて作った2群2枚の接眼レンズ。1703年にクリスティアーン・ホイヘンスが発表した形式。望遠鏡ではハイゲンスあるいはハイゲン、顕微鏡ではホイヘンスと呼ばれることが多い。レンズの接着剤の耐熱性が悪かった時代には、後述のミッテンゼー・ハイゲンスとともに太陽観測用接眼レンズとして推奨されていた。*ミッテンゼー・ハイゲンスハイゲンス・ミッテンゼーとは普通呼ばない、ミッテンゼー・ホイヘンス (Huygens-Mittenzway、Modified Huygens、略号HMあるいはMH)

:1865年ごろにモリッツ・ミッテンゼーがハイゲンス式の対物レンズ側のレンズをメニスカスレンズに代えて収差を軽減したもの。実際に望遠鏡メーカーが作っていたのは、ハイゲンスよりむしろこちらであった。過去は多数流通していたが、現在はほとんど見かけない。*ラムスデン(Ramsden、略号R)

:片面が凸、片面が平面の同じ2枚のレンズを凸面が向かい合うように組み合わせて作った2群2枚の接眼レンズ。1783年にジェッセ・ラムスデンが発表した形式。色収差が大きいため望遠鏡には不向きである。歪曲が小さい接眼鏡であり、また焦点位置が2枚のレンズの外側にあるため十字線や目盛りを後付けすることができる。そのためファインダー、検査用ルーペ、顕微鏡などに用いられる。単体の製品としては、ほとんどみかけない。*オルソスコピック(orthoscopic、略号Or、OR、O)

:オルソスコピックとは、正像という意味である。後述のアッベ式およびプローセル式は、歪曲が小さいので、この呼称で販売されることが多いしかし現実の製品のほとんどは結構歪曲が大きい。アイレリーフの確保を優先するための設計と言われる。。*ケルナー(Kellner、略号K)

:カール・ケルナーが1849年に顕微鏡用として発表した2群3枚の接眼レンズ。ラムスデン式の目側のレンズを色消しレンズとしたものである。色収差が比較的小さく、視野も比較的広い。望遠鏡、双眼鏡、顕微鏡を問わず、中倍率から低倍率で使われる。過去は多数流通していたが、現在はほとんど見かけない。*アッベ(Abbe、略号A実際にこの略号が使われているアイピースは、1990年代に発売されていたツァイス社の製品だけではなかろうか。)

:1880年にエルンスト・アッベが顕微鏡用として発表した2群4枚の接眼レンズ。対物側のレンズを3枚の貼り合わせレンズにしたものである。高い光学性能を有する。*
プローセル、プルーセル、 (Plössl:略号PL)

:1860年にシモン・プローセルがケルナー式の改良としてルーペ用に発表した2群4枚の接眼レンズ。アッベ式同様、光学性能が高いしかし現実には安物も多いので、アッベほどネームバリューが高くない。。古典的なアイピースとしては、現在最も目にする種類であろう。*エルフレ(Erfle、略号EまたはEr)

:1917年から1918年にかけてハインリッヒ・エルフレは軍用双眼鏡用にいくつかの形式の接眼レンズを開発している。通常エルフレ式といった場合その中でも広視界が得られる3群5枚の接眼レンズのことを指す。1群が単レンズで残り2群が2枚の貼り合わせレンズとなっている。低倍率用。知名度は高いが、実際にはそれほど作られていない。*ケーニヒ(König、略号Kö)

:アルベルト・ケーニヒはいくつかの形式の接眼レンズを開発している。単にケーニヒ式と言っただけでは特定の形式を指さないため注意が必要である。この中にはアッベ式を改良して量産型にしたもの、ケルナー式とは逆に対物側レンズを貼り合わせレンズとした2群3枚の接眼レンズ、エルフレ式と同様広視界用のものなどがある。*ナグラー(Nagler)

:テレビュー社のアル・ナグラーが開発し、1980年に発売した超広視界のアイピース。この成功は広視界のアイピースが各社から発売される契機となった。いくつかのバリエーションがあり、現在タイプVIまで発売されている。

望遠鏡の接眼レンズ

望遠鏡の接眼レンズには種別を表すアルファベットによる略号と焦点距離がミリ単位で記載されている。
この他にカタログにしばしば記載される接眼レンズのスペック値としては見掛け視界とアイレリーフがある。接眼レンズの種別によって性能（見え味）が異なる。
現在のところ広く使われているのはおそらくプローセル式のものである。
広視界用接眼レンズは各社から独自の形式のものが発売されている。望遠鏡本体と接眼レンズの焦点距離の組み合わせにより、倍率が変化する。
倍率は対物レンズ又は主鏡の焦点距離を接眼レンズの焦点距離で割ったものである。
接眼レンズの焦点距離が短いほど高倍率が得られる。
焦点距離の短い接眼レンズを使えばいくらでも倍率を上げることはできる。しかし、鏡筒内に入っていく光の量は変わっていないため、倍率を上げるほど像は暗くなる。また、解像度は望遠鏡の口径で決まるので、倍率を上げても細かいところが見えてくるわけではない。したがって、いたずらに倍率を上げても、暗くぼやけるだけで意味はない。
口径の小さい望遠鏡では口径をcmで表した値の15〜20倍程度が実用になる限界とされている。大多数の接眼レンズは、各社共通の取り付けサイズになっている。
その差し込み部の径により24.5mmサイズ(ツァイスサイズ、ドイツサイズ、日本サイズとも言う)と31.7mmサイズ(アメリカンサイズ、1.25インチサイズ、1 1/4サイズとも言う)、2インチサイズ(50.8mm、これもアメリカンサイズに含めることがある)の区別がある他に36.4mmねじ込み式や50.8mmねじ込み式という物や、メーカー独自のサイズがある。。過去は24.5mm、現在では31.7mmサイズと2インチサイズが主流である。見掛け視界は接眼レンズをのぞいたときに見える範囲を角度で表したものである。
見かけ視界が60度を超えると広視界、80度を超えると超広視界と称されることが多い。
なお古典的なアイピースは、その多くが40度前後の見かけ視界である。実際に対象物の見える範囲は実視界と呼ばれ、おおよそ見かけ視界を倍率で割ったものになる。例えば見かけ視界40度の接眼レンズで80倍の倍率になったとすると実視界は約0.5度で、満月が視界にすっぽり入る程度の範囲が見えることになる。アイレリーフは接眼レンズをのぞいたときにレンズからどれだけ離れた位置まで視界全体を見渡すことができるかを表す距離でmm単位で書かれる。
アイポイントとも呼ばれる。
乱視がある場合には眼鏡をかけたまま望遠鏡をのぞくことになるが、このときはアイレリーフが20mm程度以上無いと視野の外周部が目に入らなくなってしまう。
基本的には接眼レンズの焦点距離が短ければ短いほどアイレリーフは短くなる。
焦点距離が短いにもかかわらずアイレリーフが長いタイプの接眼レンズも発売されているが、これはスマイス・レンズを焦点距離の長い接眼レンズに組み込むことで見かけ上焦点距離が短いレンズと同じ役割を果たすようにしたものである。

顕微鏡の接眼レンズ

顕微鏡においては望遠鏡と異なり倍率の変更は対物レンズの交換で行なうため、あまり頻繁に交換されることはない。顕微鏡の接眼レンズには倍率が記入されているが、これは明視距離(普通の人が肉眼でものを見たときピントが合う最短距離で約25cm(10インチ))を接眼レンズの焦点距離で割ったものである。また見掛け視界の代わりに視野数という数値が使われる。これは明視距離の位置で何mmの範囲が視界内に入るかを表している。実視界は視野数を対物レンズの倍率で割ったものとなる。顕微鏡の接眼レンズも望遠鏡や双眼鏡のものと特に光学的な差があるわけではない。しかし接眼レンズの径が23.2mmとなっているため、そのまま望遠鏡の接眼レンズを流用することはできない。

脚注

Quotation:Wikipedia - Article - History 　License:GFDL

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