屈折式望遠鏡を語る。

屈折式望遠鏡のしくみ

ルーペには「一点を拡大する」「光を焦点に集める」という二つの機能がある。
例えば、ルーペを利用すれば、細かい字を大きく拡大して読むことができる。
一方で、同じルーペを使って太陽光を一点に集中させれば、紙などを燃やすことができる。
レンズによって光が集まる一点を焦点という。

手でルーペのレンズに触れると、その中央が外側に膨らんでいることが分かる。
このように周辺部より中央部が厚いレンズを凸レンズという。

「一点を拡大する」「光を焦点に集める」という機能は凸レンズの特徴なのだ。
この凸レンズの機能を利用した望遠鏡が屈折望遠鏡である。

屈折望遠鏡は二つの凸レンズによって遠方の像を拡大する。
目標に向けるレンズを対物レンズ、目でのぞく側のレンズを接眼レンズという。
どちらも凸レンズであるが、役割は異なっている。

対物レンズの役割は「光を焦点に集める」ことである。
天体は遠方にあるため、その光は非常に弱い。
より詳しくみるためには、できるだけ多くの光を集める必要がある。
光を集めて焦点に集中させるのが、対物レンズの役割なのである。

対物レンズが作った焦点を拡大することが、接眼レンズの役割だ。
ルーペが細かい字を拡大するように、接眼レンズは焦点を拡大する。
接眼レンズは、対物レンズが作った焦点を拡大するルーペなのだ。

対物レンズで光を集め焦点を作り、その焦点を接眼レンズで拡大する。
これが屈折式望遠鏡の基本原理なのである。

対物レンズの直径を口径という。
屈折望遠鏡は(反射望遠鏡も)口径が大きい方が有利だ。
口径が大きいとより多くの光を集めることができるので、より暗い星が見え(極限等級)、より細かい部分が観測できる(分解能)からだ。

ところが対物レンズは全面を使って光を集めることができない。
対物レンズを鏡筒に固定するためのリング状の器具が邪魔するため、対物レンズの周辺部は光を集めることができないのだ。

そこで、対物レンズの大きさは口径よりも、実際に光を集める部分(器具に邪魔されない部分)の直径で考える方が合理的だ。
この実際に光を集める部分の直径を有効径という。

対物レンズが100%完璧な焦点を結ぶとは限らない。
光の色による屈折率の違いや、レンズのクセにより像が歪むケースが多い。
このような像の歪みを収差という。

このような収差を補正するために、2～3枚のレンズを貼り合わせて対物レンズを構成するのが主流になっている。

構成の方式によってアクロマート、アポクロマートがある。