●極望の調整について2015/06/14 20:59

「星爺から若人へ」は中学生くらいを対象としています。

●SB工房に、「ポタ赤用の極望の光軸調整をして欲しい」との依頼が10件ほど来ました。極望は3種類ありました。で、星爺は唖然としました! みんな光軸(スケールパターンの位置)が大きく狂っていたのです! 素通し穴で極軸設置をした方がマシなほど! そこで今回は中学生向けでない極軸望遠鏡(極望)のお話です。光軸調整も請け負いますので、ご希望の方は文末をご覧ください。

「ポタ赤で追尾できるのは100mm望遠くらいまで」とか「外付け極望は精度が低い」とか「ポタ赤にも赤緯軸がないとダメ」とか「ポタ赤にもオートガイダーが必須」とかの経験談やうわさ話に、「そんなはずはない! 超簡単に写せるよ!」 と思っていましたが謎が解けた気がします。あまりにも光軸の狂った極望が出まわっている…が “オチ” だったってか?(笑)  極軸設置が大きく狂っていると、いくら短時間露出でも,、赤経・赤緯の両方向に大きく流れて写ってしまいますからネ。
(株)輝星は世界で初めて極軸だけのポータブル赤道儀にオートガイダーの端子を付けたくらいで、オートガイダーは奨励します。しかし、ポタ赤の価値はどのくらいの望遠レンズまでノータッチの放っぽりぱなしで追尾できるかで決まります。それには正確に光軸調整された極望が必要不可欠です(今回のがひどすぎるのであって、露出が短ければある程度の精度で良い)。
市販のドイツ式赤道儀には、慎重にメーカー調整された極望が内蔵されています(そう願いたい?)。
輝星の供給する極望は専用の器具を使ってしっかり光軸調整済みです。なので星爺は、デジカメの星野写真撮影は長い望遠レンズでも赤緯修正の必要は感じないし、いつも放っぽりぱなしで撮影しています。もちろん追尾精度が悪い赤道儀では根本的にNGですけどね。
ポタ赤用の極望は単品のパーツとして供給されているためか? 調整をしていないか調整が下手クソすぎるのが多いようです。極望は簡単に見えても「星の位置測定器」なのですけどねぇ。
極望には様々な仕組みがありますが、今回の10件はみんな下の図のような各部が独立して調整できる上等な仕組みでした。それだけに、ちゃんと仕組みを理解して正しい手順で調整しましょう。
調整の項目は下記の2つになります。
(1) 対物レンズの無限焦点を正確にスケールパターンに合せる
まず最初にこの調整を行ないます。上の断面図の鏡筒の根元にある「対物レンズのピント調節ネジ」でやります。上の写真(クリックで拡大)は極望の光軸調整用に作ったオートコリメーション装置で見た今回調整した一例ですが、暗視野照明の赤いスケールパターンの反射像がボケボケ(そのうえ光軸がずいぶんズレてます)なのは、対物レンズの無限焦点がスケールパターンに合っていないからです。
この例では無限焦点の位置が3mm接眼部側にズレていたので、接眼レンズをのぞくと25~30cmの明視距離(下図)で見ていることになるため、星はスケールパターンよりも3~4cm手前に見えるのと同じになります。そのため眼を横にズラすと視差が生じて30′くらいは星が動いて見えました。これでは次の (2)の手順のスケールパターンの光軸調整をする以前にダメだったということです。
無限焦点位置合せの許容は厳密には0.1mm以下なのでシビアで大切な調整です。星を見てピントを合せればOKな理屈ですが、接眼レンズの倍率が低いため肉眼のオートフォーカスの影響を受けやすく、しっかり合せたつもりでもけっこう違ってしまいます。オートコリメーションでないと正確に無限に合った焦点調整はできないかもしれません。
この対物レンズの無限焦点位置の調整は、接眼レンズを前後させて見る人の視度をスケールパターンに合わせるのとは全く別ですから、誤解のないように調整してください。

(2) 風景を見てスケールパーターンを調整…鏡筒根元の焦点調整ネジが大問題

これから風景を見ながら極望を回して、スケールパターンの押しネジで風景の中心とスケールパターンの中心を合せる光軸調整を行ないます。が、その前に基礎の勉強…。
スネルの法則で対物レンズの中心を通過した光は直進します。対物レンズのセンタリング(中心合せ)が少しでも狂っていると光軸はそのままスケールパターン上の狂いになり、0.1mmの狂いは約3′と決して少なくありません。また、センタリングがかなり合っていれば、後述の光軸調整時の視界の風景は極望を回してもそんなに動きまわらないので、光軸調整は難しくはありませんが、対物レンズのセンタリングが大きく狂っていると、ほとんどお手上げになってしまいます。
(1)の説明のように今回の極望は取付基準面と一体になった接眼部から「鏡筒が生えて」いて、根元のネジで対物レンズの焦点調整ができる便利な仕組みです。しかし、鏡筒がこの調整ネジ部で曲がりやすいのが大問題です。運搬中に曲がる可能性もあります。とくにブラスチック製の鏡筒は曲がりやすく、先端の対物レンズのセンタリングが1~2mmも狂っているのがたくさんありました。スケールパターン上で1°、接眼レンズをのぞくと数cm(!)も狂って見える、とてつもなく大きな狂いです。
極望の光軸調整をするためには遠くの風景を見て(下のイメージ画像)取付の基準面で回します。このとき、鏡筒が曲がっていると先端の対物レンズは大きく首を振ります。視界の風景は対物レンズの首振り(センタリングの狂い)の量に応じて、太陽系を上から見た惑星の公転のように大きく円運動をします(いわゆるミソスリ運動)。ミソスリ運動が大きくても、動きまわる風景の中心に追従するようにスケールパターンの中心を合せればOKなのですが、そもそも視界に見える風景の光学的中心がどこなのかよくわからないし、スケールパターンの方も自転をしながらミソスリをするので、2つのミソスリ運動をピッタリ合せるなんて神業に近い調整です。
こんな状態に加え(1)の無限焦点も狂っているのを中途半端に調整したら、かえって悪くなる可能性が高く、結果として唖然とするほど光軸の狂った極望が出まわっているのではないでしょうか?
●極望の調整は十字線を合せるだけの望遠鏡のファインダーの調整とは違います。今回の極望が未調整品か、知識も技術もない人が乱暴に調整した希な例であることを祈りたいです。
こんな惨状なので、外付け極望はステーの取付部で狂って精度が悪いという都市伝説も生まれるのでしょう。ポタ赤では望遠レンズは使えないとか赤緯軸が必須というのもまた然りです。
鏡筒の根元の曲がりが大問題なので、無限焦点の調整の際には「取付け基準面に正しく直角に鏡筒を固定」する工夫が必要です(メーカー調整ではやっている?)。または、光軸の精度は多少落ちても加工精度に依存した光軸調整無しの極望、無限焦点の調整をセンタリングに影響の出にくい箇所でやる極望、対物レンズ部を基準に回す極望(ナンチャッテ正立極望がコレ)、あるいは固定したまま回さない極望、の方が良いのかもしれませんね。実際にそのような極望も存在します。
極望の調整をご希望の方は、期間限定でやらせていただきますのでSB工房をご覧ください。極望単体に限ります。多少の手間賃はいただく予定です。来週からご案内できると思います。

コメント

_ くりりん大王 ― 2015/06/17 09:53

なるほどなるほど対物の光軸って部分は考えてなかったです。ただ極軸内に仕込む外付けの場合、極軸と極望取付ネジの軸の傾きの精度は大丈夫なんでしょうか。私はせrストロンVXで、パターン板だけのインチキ調整で何とか実用ギリギリ状態、オートガイド必須です(^_^;) ポタ赤にオートガイドというのは私もコンセプトとして矛盾してると思うのですが梅本大級の雲台でも赤緯部のあるものに比べて安定感でどうか、低空の大気差はどうか、とか。

_ テスターの一人 ― 2015/06/17 22:01

>くりりん大王さん

どのくらいの精度を求めるかにもよりますが、、、
なんちゃって正立極望の試作品をPanHeadEQで使って来ましたが、実際に極望だけでピリオディックモーションによるブレや三脚のたわみの方が支配的になるレベルまで極軸を追い込めますよ。
個体差が多少はあるかもしれませんが、200mm3分でも撮れたりします。(さすがに打率は落ちますが、ソコソコ点像で7〜8割くらいはいけます。)
製品化に伴いより良くなっていると思いますので、あまり心配せずともよいかと思います。
ただ、見た目通りステーは薄いので、曲げてしまわない様持ち運びには多少気を使っています。

_ 星爺 ― 2015/06/18 11:05

くりりん大王さん、テスターの一人さんへ

極望を取付ける極軸の末端は正確に旋盤加工されていて、そこに極望の取付け基準面が当たるのですから、変な加工さえしていなければ精度は大丈夫ではないでしょうか?
同様に、ステーで外付けするポタ赤の極望も(ポタ赤のボディが鋳物だったりカバーで覆われていたらダメですが)正確に加工された部分に取り付けるのでしたら、問題になるほど精度が悪くなることはないはずです。

たいていのモノは最初のどこかの基準を機械加工の精度に委ねなければならないことが多いですが、極望は対物レンズを基準にしているはずで、スケールパターンの方を動かして光軸調整をしますよね? その基準の大元の対物レンズのセンタリングが「鏡筒が生えている調節ネジ部」で曲がってしまうのは漫画みたいなハナシです。曲がりを精密に修正できれば良いのですけどね。

実際に極望を世に広めたのは、尊敬する故小山泰三郎さんが設計したスカイメモです。極付近の星で時角を設定するのも小山さんの発明です。スカイメモが世に出る3年ほど前に小山さんといろいろ議論をしたのは懐かしい思い出です。最初は小山さんの勤める富士電子から発売されて価格は30万円くらいでしたか。今の感覚だと100万円ですね。販売が終了して10年経った頃に生産・販売の権利を得たケンコーのHさんも尊敬に値します。いろいろなスカイメモが登場した後、結局は最初の設計と同じスカイメモR(Rはリターンの意味らしい)に戻ったのは、小山さんの設計が優れていたからに他ならないでしょう。

ただ、先達があまりにも優れていると、真似ばかりしてその後の研究や発展がおろそかになる傾向がありますね。今回調整した極望はスカイメモ用と同じ仕組で合理的なのですが、鏡筒の曲がりに細心の注意を払うこととミソスリ運動を理解していないと扱えません。
タカハシさんの極望は倍率も高いしスケールパターンも独自で、機械加工に委ねる部分も明確でひじょうに良いモノだと思います。ビクセンさんの名機アトラクス(旧型)の極望も極軸の中に仕込んでいるように見えて、実は精密な機械加工に委ねた独自の仕組みです。対物レンズも大きくスケールパターンを回すのではなくて大きな目盛りが外についています。

極望を極軸の中に仕込むと、ユーザーが回して光軸調整ができるという絶対的なメリットがありますが、機械加工に委ねれば必ずしもそうでなく、ポタ赤の場合は外付けのメリットもたくさんあります。

◆テスターの一人さんへ
ナンチャッテ正立極望を試してくださっている人は、オルゴール赤道儀用を含めると何人かいらっしゃいます。失礼ながら、どなたかわからなくなってしまいました。現在のコリメーターはずっと精度がアップしたので、5′くらいの光軸調整ができます(ポリシーとして控え目に10′としていますが)。送っていただければ再調整します。
なお、ターンテーブルと雲台の間に挟む使い方をしない方には、薄いステンレスステーではなく5mm厚のアルミのステーに交換しています。

_ (未記入) ― 2015/06/19 23:49

初めて書き込みさせていただきます。「中学生くらい」ということで懐かしい気持ちで読ませていただいていたら・・・極軸の話・・・いきなり現実に引き戻された気分で、なおかつ非常に興味ある内容でしたので、思わず食いついてしまいました。(笑)
人が行ける所ならどこででもガイド撮影が出来るポタ赤は非常に魅力的でしたが、望遠レンズで長時間露出のできる「赤道儀」に目がくらんで、今はポタ赤を持っていません。
赤道儀といっても作りの悪い機材の場合例えオートガイダーによる自動ガイドでもへたに赤緯方向に補正をかけるとたちまち星像が暴れてしまいますし、ガイド星を中心に星が流れてしまうことにもなりますので、極軸合わせは重要で、極望の調整は極軸合わせの精度を決める大きな要素だと思います。ガイドの精度に大きな影響を与えるのが、モータ回転精度、ギヤの精度(ピリオディックモーション)そして極軸精度で、モータは水晶発振によるステッピングモータにより、PPMオーダーの精度になり、JILVA-170のようにピリオディックモーション数秒ということになれば、ボトルネックになるのは極軸精度。私は「外付け極望は低精度」伝説を信じていたくちなので、マイコン制御ステッピングモータ+高精度ウォームギヤ+外付け極望のボトルネックはどれなのか非常に興味のあるところです。
ちなみに現在私が愛用しているT社の赤道儀は中古で入手時、極軸とスケールパターンの中心が合っておらず、これの調整に土日の二日間のほとんどを費やしました。

_ 星爺 ― 2015/06/20 05:57

(未記入)さんへ

T社の極望は対物レンズの無限調節部で曲がることはなく優秀ですが、それでもレンズセルに落としこむ対物レンズは完璧なセンタリングにならないので、少しは首振りをしたのではないでしょうか?
外付け極望はステー取付部の信頼性が生命です。PanHead EQはダイキャストボディなので少し不利ですがSWATは精密なフライス加工のボディ、JILVA-170は極軸のベアリングホルダーそのもののボディに取り付けるので、ステーの厚さなどの精度でわずかに悪くなるだけですから、極軸に取付けるのと大差はないです。ステーに挿入する極望の基準面で回してユーザーが調整でき、その後でステー取付部を回して確認できます。

ギヤの精度は永遠のテーマですね。市販のウォームギヤは「ただの減速ギヤ」なのでPモーション1′以上なんてことになるし、ボスや中心穴の芯出しも悪いのでギヤの接する場所によってキツ過ぎたりガタガタになったりしますよ。昔たくさんあったメーカーさんが淘汰された結果残ったタカハシさんビクセンさんのギヤは、それはもうノウハウの塊ですごい精度ですよ!

水晶発振は正確でも太陽時のポタ赤が出まわったことがあります。ユーザーは「ポタ赤なんてこんなモノ」と思ったのか、三脚などの強度不足と思ったのか知りませんが、気付いた人はほとんどいなかったようですね。
セラミック発振は恒星時と太陽時の速度の違いくらいバラつきます。また、極軸設置の狂いは当然ながら追尾速度にも影響します。

ガイディングで赤緯修正をするとガイド星を中心に視界が回転したように流れてしまいますが、回転だから当然、広角と望遠で同じだけ流れることに気付いていない人は多いのでしょうかね? 広角レンズの周辺像は悪いのでわかりにくいとは思いますけれど…。赤緯修正で周辺像が悪く写ったのをクレームされたら、レンズメーカーは困ってしまいますね(笑)

_ (未記入) ― 2015/06/21 10:31

なるほど!外付け極望はユーザによる調節が簡単だというメリットがあるんですね。極軸合わせをするごとに極望の調整をすればもしかしたら長年調整しないで使う内蔵型の極望より精度が高いかも。あとはいかに正確に天の北極へ向けるかで、レチクルパターンや極軸調整法は各社いろいろ工夫されているようですね。私は比較的古い時代の赤道儀を使っていて、取り説に記載されたオリジナルの極軸調整法ではなかなか精度がでないので、今はフリーのアプリ(PolarosScope)を使ってなかなかの精度で、しかも短時間に極軸合わせをすることが出来ています。フィルム時代には30分或いはそれ以上の長時間露出が必要だったので極軸合わせが非常に重要でしたが、10分程度の露出で淡い星まで写るようになった今でも正確な極軸合わせは写真撮影の基本ではないかと思うのです。

_ 星爺 ― 2015/06/21 19:02

(未記入)さんへ

あれ? 外付け極望の方が簡単だとは説明していないんですけど?
極軸に内蔵する代わりに正確な手法で外付けすれば「大差ない」とお話したつもりです。
基準面で極軸の中に取付けられたのを極軸を回して調整するのも、外付けの極望を基準面で回して調整するのも同じという意味です。同軸なので近くの景色でも調整できます。ステーの根本で回す場合には2km以上離れた風景を見る必要があります。
対物レンズのセンタリング不良によるミソスリは、どっちも同じです。

極軸の中に極望があると回しやすいし、実際に日周運動を追って回転する軸なので絶対的に良い場所ではありますがね。
しかし、回さないで調整する極望や、極軸と一緒に回らない極望も、じつはメリットが多くて、極軸内蔵に見えても固定式の極望というのは存在します。
極望について、もう少し詳しく書きましょうかね? だんだん中学生向きではなくなるかしら。

_ ムササビ ― 2015/06/24 15:44

今から30年以上前、IRAS・荒貴・オルコック彗星が地球に接近したときのことです。

テイルが全く写らなかったのに、5月9日の藤井旭さんの撮影された写真には明瞭な細いテイルが写っていました。

2軸で追尾すると、どうしても視野が回転してしまいます。
彗星の追尾を2軸で行うと、テイルの部分が回転して写らなくなってしまいます。

私はIRAR・荒貴・オルコック彗星のテイルが写らなかったのは、視野の回転によるものだと考え、極軸をずらして追尾することを考えました。
手動ガイド(これも奇妙な造語ですよね)の経験から、彗星の追尾は視野が回転することに気がついたわけです。

後から気がついたのですが、5月9日はたまたま地球が彗星の軌道面を通過した夜でした。

テイルが写らなかった本当の理由はそこにもあったのかもしれません。

(余談ですが、今はラブジョイ彗星の軌道面に地球が横切るときでアンチテイルが見えていますが、あまり話題になっていないようです)

通常の追尾で2軸で追尾する必要があるのは大気差があるためだと思いますが、それならば極軸を下げて、追尾を遅くすれば、わざわざ2軸で追尾する必要はないのではないでしょうか?・・・というより、メーカーさんの恒星追尾って、どの辺りを恒星追尾にしているんでしょうか?

ある京都のメーカーさんに問い合わせたら、ちゃんと大気差を考慮されていることがわかり勉強になりました。

北極星も厳密には大気差で浮き上がっていますが、通常の望遠レンズでは問題にならないレベルだと思います。

極軸望遠鏡も考えると色々奥が深いですね。

_ 星爺 ― 2015/06/24 21:38

ムササビさんへ

極望は小口径でも良いのですが、大きめな極望を付ければあえて極軸設置をズラして、いろいろなことができそうですね。肉眼でなく撮像素子を付ければ、さらにいろいろできそう。

北極星は大気で浮き上がって1.5′ほど上空に見えますが、極軸設置に悪影響は及ぼしません。むしろ極軸をさらにもう少し上に向けると、大気差による追尾のズレを補正できて良いくらいです。例えば西空に斜めの軌跡を描いて沈んで行く天空を想像してください。星は大気の影響で沈むほど浮き上がるので、極軸はそれに合わせて上にズラした方が良いわけです。

極軸設置のズレは追尾速度にも影響します。ユニテックの社長の加曽利哲也さんは、30年ほど前は日本で1~2を争う月面写真の名手で、6.5屈折望遠鏡で長めの露出をすることで30cmクラスを凌駕する作品を発表していました。月の日周運動の速度に合せるために極軸をズラしていました。頭の良い人がいるものですね。

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