カセグレン式望遠鏡の光軸調整
凹面鏡と凸面鏡で光を集めるカセグレン式天体望遠鏡も、 ミラー清掃の際には他の反射望遠鏡と同じように光軸の調整が必要になります。
カセグレン式は、一般的なニュートン式とは光軸調整方法が異なっているので、 調整方法についての情報が少なく、戸惑ってしまうことも少なくありません。 そこで自分の備忘録も兼ねて、カセグレン式の反射望遠鏡の光軸調整の方法をこのページにまとめました。
カセグレン式の特徴
カセグレン式天体望遠鏡は、凹面鏡と凸面鏡を使って光を集める方式の望遠鏡です。 屈折式と同じように接眼部が鏡筒の後部にあるのが特徴で、純粋なカセグレン式望遠鏡(クラシカルカセグレン)の他にも、 シュミットカセグレン式やドールカーカム式等の派生した光学形式があります。
カセグレン式は、焦点距離が長い割には鏡筒長がコンパクトになる利点があるので、 大きさが限られたドームに収めるには好都合の光学系です。 公共天文台などでよく見かける形式の天体望遠鏡です。
カセグレン式望遠鏡の光軸調整
カセグレン式では、副鏡と主鏡の傾きを変えることで光軸の調整を行います。
ここでは、ミューロン３００を例にして光軸調整方法を説明します。
まずは、望遠鏡の副鏡と接眼部の中心を一致させなければなりません。 この確認に役立つのが、タカハシから発売されているセンタリングスコープです。 センタリングスコープは、右上写真のような形状をしていて、副鏡の像を拡大して確認することができます。 カセグレン式望遠鏡の光軸を調整する際には、用意しておきたい光軸調整ツールです。
副鏡の傾き調整
①望遠鏡を白い壁のような無地で明るい方向に向けておきます。
※危険ですから太陽に向けてはいけません。
②センタリングスコープを望遠鏡の接眼部に接続してアイピースを覗きます。 センタリングスコープのフォーカスチューブを徐々に伸ばしていくと、スパイダーがだんだんとはっきり見えてきます。 スパイダーに焦点が合ったところで、フォーカスチューブの繰り出しを止めます。
③この状態でセンタリングスコープを覗くと、下写真のように副鏡に写った主鏡の像が見えるはずです （副鏡のセンターマークは若干ぼやけて見えています）。フォーカスチューブを少し外側にスライドすると、 センターマークの方にピントが合います。
④このセンタリングスコープの中心と副鏡のセンターマークを合わせます。 ミューロン３００の場合は、副鏡に押しネジと引きネジがそれぞれ３つ備え付けられているので、 それを緩めたり締めたりして傾きを調整します。
⑤センタリングスコープの中心と、副鏡のセンターマークが同心円になったら副鏡の傾き調整は終了です。
スパイダーの調整
副鏡の傾きが調整できても、接眼部の中心部の延長線上に副鏡が位置していなければ光軸は合っていると言えません。
そこでスパイダーの長さを調整して、接眼部の真上に副鏡が位置するように調整します。
このスパイダーの調整には、副鏡と主鏡に取り付けられているバッフル(右写真)を目安にします。 バッフルはカセグレン式に必須のもので、望遠鏡開口部からの光が接眼部に直接目に入るのを遮断するものです。 このバッフルが副鏡と主鏡に垂直に取り付けられているとみなして、その位置を参考にして副鏡の位置調整をします。
①センタリングスコープのピントをスパイダーに合わせます。
②開口部をよく照らして副鏡の外側をよく見ると、少し内側に細く白い円が見えます。
それが主鏡に付けられたバッフルの外側なのですが、それと副鏡のバッフルが同心円になっているかを確認します(下図参照)。
※望遠鏡筒内が暗いと白い円はわかりにくいので、開口部をよく照らす必要があります。
③同心円からずれていた場合は、スパイダーの長さを調整します。 スパイダーのロックネジを緩めた後、ずれているのと反対方向のネジを緩めて、逆側のネジを締めていきます。 この時、望遠鏡の開口部に目印などを置いて、どの方向のネジを調整するかを確認してから行うとよいでしょう。
④バッフルの外径が同心円になったら、副鏡のセンターマークがずれていると思いますので、 上に戻って副鏡の傾き調整をもう一度行います。 副鏡のセンターマークがセンタリングスコープの中心と一致したら、もう一度バッフルの同心円を確認してスパイダー調整を行います。 これを何度か繰り返し、最終的に下図のように見えるまで調整を行います。
主鏡の光軸調整
ミューロン３００の主鏡は中央部分で支持されていて、主鏡のセルには光軸調整用の親子ネジが３箇所取り付けられています。 これを回して主鏡の傾きを調整することになりますが、主鏡セルにバッフルが固定されているため、 主鏡の傾きを変えると自ずとバッフルの向きも変わってしまいます。
バッフルの向きが変わると言うことは、上で行ったスパイダー調整もずれてしまうことになります。 つまりもう一度副鏡の調整をやり直す必要があります。
従って、「主鏡を調整→スパイダー調整→副鏡の傾き調整→主鏡を調整→・・・」という流れを何度か繰り返して、 光軸を微調整していく必要があります。 行程を重ねる毎に少しずつ光軸は追い込まれていきますから調整範囲は狭まっていくはずですが、それでも大変な手間がかかります。 それを念頭に置いて、主鏡の傾き調整を行ってみましょう。 以下はミューロン３００の説明書に書かれていた主鏡の光軸調整方法を参考にしたものです。
①スパイダーがはっきり見えるようにセンタリングスコープの焦点を合わせます。
②副鏡に映った主鏡外周に注目しながら、センタリングスコープのチューブを外側にスライドさせます。 主鏡外周が白く細い円としてしっかり見えるようになったら、そこでチューブの繰り出しを止めます。 そして白い細い円と、その内側に見える黒い円（鏡筒先端の内径）に注目します（下図参照）。
③この両方の円が同心円になっていれば主鏡の光軸は合っていますが、ずれている場合は、主鏡の調整ネジを使って傾きを調整します。
④主鏡セルの光軸調整ネジのロックネジを緩め、親子ネジを使って傾き調整を行います。 主鏡外周と筒先内径の円が同心円になったら、ロックナットを締めて終了します。
⑤主鏡の傾き調整が終わったら、センタリングスコープの焦点をスパイダーに合わせて、バッフルの様子を観察します。 バッフルが作り出す同心円がずれているようだったら、スパイダーの長さを調整します。 それから副鏡のセンターマークの位置を確認し、こちらもずれていれば副鏡の光軸修正ネジを使って調整します。
⑥全てが同心円になるまで上記の作業を繰り返します。
実際の星で主鏡の光軸微調整
上記の方法は、室内で主鏡の傾きを調整できるメリットはあるものの、 鏡筒の開口部と主鏡外円を比較して傾きを調整するので、信頼性に若干の不安が残ります。 そこで、実際に夜空の星を観察して、主鏡の光軸の最終確認をすることにしました。
①悪気流の影響を避けるため、観察対象の星として天頂付近の星を選びます。 天体望遠鏡を外気に十分ならしておくことも大切です。
②１００倍程度のアイピースを使って、まずは恒星像を確認します。 ピントをずらして焦点内外像を見て、ディフラクションリングが同心円になっているかを確認します。
③ディフラクションリングの外側の形にも注目して、その形が楕円になっていないかを確認します。
④視野の端に恒星を移動させ、コマ収差の出方を確認します。 視野中心を挟んで対角の位置で収差の出具合を確認します。 これが対象になっていない場合は、主鏡の傾きがあっていない可能性があります。
※マニュアル通りに調整を主鏡の傾き調整を行った後、上記の方法で恒星像を確認したところ、ほぼ光軸が合っていることが確認できました。 鏡筒の内径と鏡の外側を見比べる方法でも、主鏡の光軸調整はできていたようです。
ミューロン300CRS望遠鏡の光軸調整
ミューロン300CRSは、ミューロン300望遠鏡にCR化ユニットと呼ばれるコマ補正レンズを組み込んだ鏡筒です。
コマ収差が大きく出るため、星野撮影に使いづらかったドールカーカム式の天体望遠鏡ですが、
この補正レンズ登場のお陰で高度な天体撮影も楽しめるようになりました。
魅力的な補正レンズなので、私のミューロン300にもこのCR化ユニットを取り付けたのですが、 CR化後は期待通りの性能は発揮できず、いろいろな問題が出てきてしまいました。 症状としては以下のようなものです。
①回転装置の固定位置によってフラットフレームの画像が偏る。
②周辺星像が均一ではない。
③光軸は合っているように見える。
光軸の確認のため、CR化ユニットを外して元のミューロン300に戻し、星像を確認してみましたが、やはり光軸自体に問題はなさそうです。 他のミューロンCRSユーザーにもアドバイスをいただき、いろいろ試してみましたが大きな改善は見られません。
そこで、製造メーカーの高橋製作所に問い合わせたところ、 星像が悪いのは、補正レンズとの相性が悪くて収差が発生しているためかもしれないので、主鏡を回転させて調整する必要があるだろう、とのことでした。 主鏡を回転してベストな点を探るには、鏡筒の分解が必要になります。 ３０センチの大きなミラーを外しての作業は大変なので、調整するかどうか躊躇しているところです。 補正レンズを使ったカセグレン系望遠鏡は、光学系のマッチングを取るのが大変難しいですね。
ミューロン300の光軸調整番外編
ミューロン３００の主鏡の清掃を兼ねて、自分で望遠鏡を分解して調整することにしました。 主鏡ミラーを回転してセルに取り付けた後、今回は上と違った方法で光軸を調整してみました。 バッフルを外した状態で望遠鏡を組み付けて、副鏡の光軸調整を行ったのです。 私の思いつきの光軸調整方法ですので間違った仕方かもしれませんが、思いの外上手くいったのでその方法をご紹介します。
バッフルの問題
センタリングスコープを使ってバッフルの同心円を見ながら光軸を調整する方法ですと、
バッフルが主鏡に傾いて取り付けられていたりした場合は、正確に光軸を合わせることができません。
また、主鏡の傾きを変えると副鏡の位置も見直す必要があり、主鏡と副鏡を何度も行ったり来たりしなければなりません。
カセグレン式望遠鏡においてまず重要なのは副鏡の位置と向きです。 接眼部の真上に副鏡の中心があって、接眼部の方向に副鏡が向いている必要があります。 これをバッフルの向きと独立して確認できれば、バッフルの傾きに影響されませんし、主鏡調整後に副鏡を調整する必要もなくなります。 そこで、主鏡のバッフルを外して、まずは副鏡だけを調整することにしました。 以下、光軸調整の流れです。
バッフルを外して光軸調整
①ミューロン３００の鏡筒部分を主鏡部分から取り外します。鏡筒を立てて作業を行いますので、倒れないように注意して行う必要があります。 また、鏡筒部分を外すとき、バッフルに鏡筒部分が当たらないように注意が必要です。できれば二人で作業することをお勧めします。
②主鏡に付いているバッフル、もしくはCR化ユニット(補正レンズ)を取り外します。
この時、主鏡の上にバッフルを落とさないよう、細心の注意を払って行ってください。
※副鏡のバッフルはそのままです。
③バッフルを外した状態で、鏡筒部分を主鏡部分に取り付けます。
④バッフルが外れたミューロン３００の接眼部から副鏡の位置を確認します。 主鏡のバッフルがある時は、バッフルに遮られてスパイダーを直視できませんでしたが、 バッフルを外すと鏡筒全体を見渡すことができます。
⑤接眼部にセンタリングアイピースと十字線を張ったセンタリングチューブを取り付け、スパイダーと十字線の向きを一致させます。
そして副鏡が接眼部の中心に位置しているかを確認し、ずれている場合はスパイダーのネジを調整して中央に持ってきます。
※鏡筒を分解したときに、接眼部中心の位置とスパイダーの位置を測っておくと、スパイダー位置決定の参考になると思います。
⑥副鏡を中央に位置させたら、副鏡のセンターマークに注目します。 センタリングアイピースの中心と副鏡の中心が一致するよう、副鏡の傾きを調整します。
⑦オートコリメーター(Autocollimator)があれば、センタリングアイピースに代えてそれを接眼部に挿入します。 オートコリメーターの視野の中で、センターマークが一致するように副鏡の傾きを調整します。
⑧すべてが同心円になったことを確認し、スパイダーのロックネジを締めます。
⑨鏡筒をもう一度分解し、主鏡にバッフルを取り付け、また組上げます。
⑩なるべく気流が落ち着いた夜を選び、くみ上げた望遠鏡で天頂付近の恒星を確認します。
⑪焦点内外像がずれていないか確認します。 ディフラクションリングがどちらかに偏っていたら、主鏡の調整ネジを回して主鏡の傾きを変更します。 ディフラクションリングが同心円になるまで繰り返しますが、副鏡やスパイダーには触らないようにします。
以上です。 今回この調整をしてから星を試写すると、周辺減光はほぼ均等になり、回転装置を回した際の偏りもほとんどなくなりました。 また、星像も改善されて、フルサイズ冷却CCDカメラのほぼ全面で満足できる星像になりました。
Mewlon300CR+STL11000Mカメラの画像
※画像はページに収まるよう若干縮小表示しています
今回分解してみて思ったのは、副鏡の位置が思った以上に大切だということでした。 はじめは副鏡をスパイダーから外して、スパイダーの中心からを接眼部の中心を確認しようとしましたが、 ミューロン３００の副鏡には電動モーターが入っているために諦めざるを得ませんでした。
またレーザーコリメーターをお持ちなら、それを使って副鏡が接眼部の中心に位置していることを確認できるかもしれません。 この他にも優れた方法があると思いますので、また何かよい光軸調整の仕方を思いついたら内容を見直していきたいと思っています。
レーザーコリメーターを使った光軸調整
ミューロン300の光軸を、レーザーコリメーターを使って光軸を合わてみました。
今回使用したのは、Howie Glatter製のレーザーコリメーターとtuBlugというオプション品、それにセンタリングスコープです。
tuBlugというのは、バローレンズが入った光軸調整用のチューブです(右画像の黒いツール)。 Howie Glatter社のレーザーコリメーターと一緒に使用すると、バローコリメーターとして使用することができます。
※私は2インチと1.25インチ兼用のHowie Glatter社のレーザーコリメーターを使用していますが、 tuBlug用としてお考えなら、しっかりと固定できる2インチタイプをお勧めします。
以下に光軸調整の方法を示します。
①まずミューロン300望遠鏡を水平なところに設置します。 そして天体望遠鏡の開口部を白い壁に向けます。 室内はレーザー光が見やすいように薄暗くしておきます。
②続いて接眼部にtuBlugとレーザーコリメーターを挿入し、電源を入れます。 そうするとバローレンズで拡大されたレーザー光が、副鏡に当たります。 筒先の白い壁をみると、ぼんやりした赤いレーザー光が副鏡の影と共に映っているはずです。 この副鏡の影がどちらかに寄っている場合は、スパイダーの長さを調整して、同心円になるようにします。
③次に、tuBlugに映し出された副鏡のセンターマークの位置を確認します。 このセンターマークの位置がずれている場合は、副鏡の傾き調整ネジを回して傾きを調整します。
④副鏡の調整が終わったら、tuBlugとレーザーコリメーターを取り外します。 続いてセンタリングスコープを接眼部に取り付けます。
⑤筒先を明るいところに向けてセンタリングスコープを覗くと、副鏡バッフルが光っているのがうっすら見えると思います。 これが同心円になるよう、主鏡の傾きを調整します。
⑥最後に恒星像を見て光軸を確認します。 焦点内外像と焦点像をじっくりみながら、ピントが合う様子を確認します。 像の中心部がずれて合焦していく場合は、副鏡の傾きがずれています。 周りの同心円がずれている場合は、主鏡の傾きを調整します。 どちらも微妙な量ですので、慎重にネジを回しながら調整を行います。
以上です。 今回この調整をしてから星を撮影すると、周辺星像がより一層シャープになりました。 レデューサーを付けた場合でも、APS-CサイズのCCD全面で満足できる星像です。
ミューロン300で撮影したフラットフレーム画像を、ステライメージ上で等光度曲線化しものを上に載せました。 フラット撮影に使用したカメラは、SBIG社の35ミリフルサイズ冷却CCDカメラ、STL-11000Mです。 ミューロンには専用レデューサーを取り付けています。 このレーザーコリメーターを使った光軸調整で、ほぼ均質な光量になったと思われます。
光軸調整に便利なグッズ
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超薄スパナセット
主鏡セルに取り付けられている光軸調整ネジは親子ネジになっていて、 一番下がロックネジになっています。 ロックネジがあるのは便利なのですが、上のネジと近くなりすぎて、 通常の厚さのレンチを使うと、ロックネジと調整ネジを同時に回してしまうことがあります。 ロックするときに光軸調整ネジを回してしまうと、せっかく合わせた光軸が台無しです。 そこで、厚みの薄いレンチを探していたところ、この商品を見つけました。 薄いので強度が不安でしたが、光軸調整用ネジを回すには十分な強度がありお勧めです。 もしこうした薄型レンチをお捜しなら、一度使って見てはいかがでしょう。
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