身近な材料で望遠鏡を作ってみよう！


望遠鏡を作る前に少しお勉強


・望遠鏡の仕組みについて
・レンズについて

望遠鏡を作る前の下準備


・準備するもの
・焦点距離を測ろう
・倍率を求めてみよう

さあ、作ってみよう！

・作り方

望遠鏡をのぞいて見よう！

・観測写真etc...

望遠鏡の仕組みについて

これから作る望遠鏡の各部の名称は次のようになっています。



ちなみにこの望遠鏡は、対物レンズと接眼レンズの両方に凸レンズを使用するので、ケプラー式の屈折望遠鏡と同じ仕組みになります。簡単な光路図を書くと次のようになります。


この図を簡単に言ってしまうと、対物レンズから入射してきた平行な光が接眼レンズを出て行くときには細く収束された平行な光となっているという図なのですが、光を収束することで人間の目で見るよりもたくさんの光を集めることができるというわけです。
また、対物レンズによって結ばれたできた像を接眼レンズで拡大して見ているという考え方もできますね。

レンズについて

低倍率のレンズを対物レンズに、高倍率のレンズを接眼レンズに使用することをおすすめします。そのわけは図を見てください。一般に低倍率のレンズは、高倍率のものと比べるとレンズが大きく、そのため光を集める能力が高いので、対物レンズに使用すると視野が広く、しかも明るくなります。逆にレンズの小さい高倍率のレンズを対物レンズに使用すると、光を集める事のできる範囲が狭くなるため、視野が狭まり暗くなってしまいます。よって、低倍率のレンズを対物レンズに使用する利点をおわかりいただけたでしょうか。



虫眼鏡のレンズはガラス製のものを選ぶようにしましょう。アクリル製のレンズのものも市販されていますが、光がうまく集めることができず、ぼやけてしまうことが多いので好ましくないです。対物レンズとして老眼鏡のレンズを使用してみるのも良いでしょう。

準備する物

焦点距離を測ろう

これから作成する望遠鏡の鏡筒の長さを決めるために、準備した虫眼鏡の焦点距離を測っておきましょう。焦点距離を測る方法としては写真のように太陽の光を集めて、一番小さく光が集まるところを探します。そのときの集まった光とレンズとの距離が焦点距離です。このとき高倍率のものはセロテープで２本くっつけて焦点距離を測っておきましょう。

もし余裕があれば対物用のレンズと接眼用のレンズを使ってものを見たときのピントの一番合う位置を探して、その距離を測定しておきましょう。写真のように虫眼鏡にひもをつけて距離を測定すると便利です。このとき、室内で近くのものを見ながらピントを合わせたときと、屋外で遠くにあるものを見ながらピントを合わせたときの両方の距離を測定してみて下さい。近くにあるものを見るときと遠くにあるものを見るときとでは、ピントの合う位置が変わることに気付かれることでしょう。このことから鏡筒の長さに余裕を持たせておく必要があるということがわかりますね。

倍率を求めてみよう

倍率は、対物レンズの焦点距離÷接眼レンズの焦点距離で求めることができます。
ちなみに、私が作った望遠鏡の倍率は計算すると17÷4＝4.25となり、倍率4.25倍でした。

作り方

  1. 色塗り

    2. 用意した厚紙の片面を黒マジックで真っ黒に塗りつぶしましょう。
    この黒い面は望遠鏡の内側になります。内側を黒くすることによって、光の散らばりを防ぐことができるのです。

  2. 鏡筒作り

    3. 右のような図を厚紙に作図していきます。横の長さは3p×7の21cmにしておくと、直径6cmの円筒ができあがります。ちなみに例として2cm×7の14cmなら直径4cm、2.5cm×7の17.5cmなら直径5cmの円筒ができます。使用する虫眼鏡のレンズの大きさにあわせて円筒の直径を考えてみてください。
    縦の長さにつきましてはそれぞれ準備されたレンズの焦点距離によって変わってきます。対物レンズと接眼レンズの焦点距離を足したものが、理論的には最もピントの合う位置です。私の場合は25.3cmになりました。ちなみに対物レンズと接眼レンズを使ってものを見たとき最もピントの合う位置が、近くのものを見たときで22.8p、遠くのものを見たときで20.5pであったので次に作製するドロチューブを使って長さの調節も可能になるように工夫しました。実際に鏡筒とドロチューブの絵を書いてみて、どの範囲の長さで伸縮できれば良いのか考えてみると、必要である鏡筒の長さが決定しやすいと思います。
    縦の長さが決定すれば、右のような図を厚紙に書きます。図が書ければ実線は山折、破線は谷折にして下さい。折り目がつけれたら、灰色の部分を切り取ります。図の薄いピンク色の部分に両面テープをつけて、貼りあわせると鏡筒のできあがりです。（写真）








  3. ドロチューブ作り

    4. 厚紙に右のような図を書きます。縦の長さにつきましては鏡筒の長さと同じにしておくと良いでしょう。実線の部分は谷折にして薄いピンク色の部分を貼りあわせると正12角形のドロチューブができあがります。（写真）


  4. レンズホルダー作り


    5. 図は型紙の一例です。灰色の部分は、全て切り抜きます。光を通す穴は、レンズの大きさにもよりますが4p位が適当であると思います。寸法につきましては、ご使用になる虫眼鏡の大きさに応じて工夫をしてみて下さい。虫眼鏡を装着すると写真のようになります。（写真）









  5. 組み立て@

    6. これまでに作製した部品を写真のように組み立てます。（写真）


  6. アイポイントの測定

    7. 焦点距離測定のときにはり合わせておいた高倍率の虫眼鏡を、先ほど組み立てたもののレンズのついていないところに付けてピントを合わせてみましょう。まずは、接眼レンズにピッタリ眼を付けて覗いてみてください。徐々に眼を離していきながら覗いて見ましょう。レンズからある一定距離眼を離したとき、急に視野が広くなった部分がありませんでしたか？そこがアイポイントです。そのときの接眼レンズから眼までの距離も測定しておきましょう。


  7. 接眼レンズ作り

    8. 基本的な形は鏡筒と同じです。図の灰色の部分は全て切り抜きます。図の中央付近にある小さな穴は、２本貼りあわせた虫眼鏡の柄が通る位の大きさにしておきます。ここで穴の下は先ほど測定したアイポイントの距離分とっておきましょう。穴の上は３cmほどとっておくとドロチューブに差し込んだときに安定感もあり良いでしょう。（写真）









  8. 組み立てA

    9. これで全ての部品がそろいました。写真のように組み立てると望遠鏡の完成です。（写真）

    観測写真etc...