自己紹介

こんにちは、阿部プレシジョンオプティクス合同会社代表の阿部哲也と申します。

1987年から21年間PENTAX株式会社（旧旭光学工業株式会社）で光学設計に従事し、2008年に独立して阿部光学研究所を設立し光学設計に努めてまいりました。
光学メーカーで培った回折限界光学系や超色消し等の技術を駆使し、半導体用露光装置や検査装置、医療用機器、デジタルカメラ、プロジェクター、望遠鏡・双眼鏡といった様々な機器の光学設計を担当しております。
天体望遠鏡の分野ではPENTAX天体望遠鏡SDPシリーズや接眼レンズXL・XWシリーズ、BORG天体望遠鏡FLシリーズなどを担当し、高い評価をいただいております。

また、小学5年生の時に学校の備品の天体望遠鏡で初めて木星を見て以来の、星を見ることも撮影することも大好きな天文ファンです。
とは言っても観測も写真撮影も未熟な素人ではありますが、天文ファンと光学設計者の両方の視点で、こういう天体の観測や撮影に最適な光学系はどういうものだろうといつも考えています。

このプロジェクトで実現したいこと

6cmクラスの天体望遠鏡は多くのメーカーからリリースされていますが、眼視観察性能と写真撮影性能を高いレベルで両立する製品は少ないと感じています。
DF66システムは、フローライト（蛍石結晶）を使用したアポクロマート対物レンズによって高い眼視観察性能をもっています。
また、専用の補正レンズを組み合わせることで天体カメラとしても高い写真撮影性能をもち、645デジタルカメラにも対応する広いイメージサークルも確保しています。

コストでは他社製品に太刀打ちできませんが、DF66システムの高い光学性能はベテラン天文ファンにも満足いただけると思います。また、コンパクトな鏡筒は移動観測や海外遠征にも最適です。ビギナー天文ファンの方には価格的にハードルが高いと思いますが、手にしていただければ末永くお使いいただけるはずです。
DF66システムを多くの天文ファンに体験していただきたいと思います。

天体望遠鏡の収差について

天体望遠鏡では色収差、球面収差といった言葉を良く聞きますが、それを深く理解するのはレンズ設計屋に任せるとして、大まかな意味を知ることは天体望遠鏡を知る上で意味があると思います。少し長くなりますが、お付き合いいただけますと幸いです。

・光の波長について
私達の身の回りには様々な電磁波が飛び交っており、凡そ1nmから1mmに及ぶ波長の電磁波が「光」です。
そのうち、ヒトの目が感じ取れる400nm前後から700nmに及ぶ波長の光を可視光と呼びます。
ヒトの目は可視光全域を同じ明るさでは感じ取れず、図1に示した青と緑の曲線の感度分布をもちます。また、ヒトの目の網膜には2種類の視細胞があり、高解像で色の識別能力が高いものの感度が低い視細胞は555nm付近にピークがある緑曲線の感度分布をもち、これを明所視といいます。もう一方の解像度は低いものの感度が高い視細胞は507nm付近にピークがある青曲線の感度分布をもち、これを暗所視といいます。
ヒトの目は暗所視でも青色のｇ線（436nm）ではかなり感度が低く、同様に明所視でも赤色のC線（656nm）では感度が低いため、色に対しては鈍感、いえ寛容と言えますが、一方で微細な濃淡を見分ける能力は非常に高いため、眼視観察用の天体望遠鏡は可視光でもF線（486nm）からｄ線（588nm）程度の波長範囲で光学性能が確保されれば良いといえますが、その波長範囲では高いコントラストが求められます。
以前の写真撮影用望遠鏡は、それを記録するフィルムもヒトの視感度特性に合わせた感度分布をもつため、やはり可視光での光学性能が重視されました。
しかしCCDやCMOSといった撮像素子は、図1に示した赤破線のような広い波長範囲に高い感度をもっており、画素サイズもフィルムでは考えられないほど微細化が進んでいます。このような撮像素子を使用するデジタルカメラが2000年代に入って爆発的に普及したことで、天体望遠鏡の光学性能も各段に高いレベルが要求されるようになりました。

・色収差・球面収差について
単レンズに光が入射する様子を図2-aに示します。図の左側から入射した光はレンズを通過すると焦点に集光しますが、光線の入射高さ（ｙ）が光軸から離れるに従って、光線が光軸と交わる点は焦点から離れてレンズに近づきます。これを球面収差と呼び、図2-bのような球面収差図で表します。
波長（＝色）が変わると焦点がずれますが、それぞれの波長で球面収差が生じるので、球面収差図は波長毎にそれぞれ異なる曲線が並びます。このとき収差曲線の根本が色毎にずれますが、これは波長による焦点のずれ、すなわち軸上色収差を示します。
球面から成る単レンズでは球面収差も軸上色収差も無くすことはできません。しかし凸レンズと凹レンズを組み合わせた色消しレンズでは球面収差と軸上色収差を打ち消すことができます。図2-bは焦点距離400mmF6のフローライト単レンズの球面収差図、図2-dはDF66対物レンズの球面収差図ですが、スケール（下端の数値）が示す通り色消しレンズの効果は非常に大きいことがわかります。
一方、図2-dでは補正したにもかかわらず軸上色収差が残っていますが、この残存色収差を軸上色収差の2次スペクトルといいます。また、球面収差曲線も波長によって違いますが、これを球面収差の色差といいます。球面収差の色差は波長が短くなるにつれて大きくなりますが、天体写真で嫌われる青ハロはこれが原因です。

・天体望遠鏡の色収差・球面収差について
ヒトの目は短い波長の色は感じにくいため、従来の眼視観察用の天体望遠鏡はｇ線の球面収差を大きく発散させ、その代わりにｇ線以外の軸上色収差のばらつきを小さくするような収差補正をしていました。
一方写真撮影用の天体望遠鏡は、デジタルカメラが普及するとｇ線の球面収差が青ハロやパープルフリンジと呼ばれて大きな問題となりました。ｇ線の球面収差を小さくすれば写真撮影には対応できますが、そうすると軸上色収差が大きくなるため眼視観察との両立が難しくなるというジレンマがあります。
最近の天体望遠鏡は、構成枚数4～5枚といったレンズ枚数の多い光学系が流行してきました。レンズ枚数を増やせば軸上色収差とｇ線の球面収差を同時に小さくする光学系を得やすくなります。
ですが、眼視観察も写真撮影もどちらも高い性能を求めるDF66対物レンズの開発では、どうしても譲れない要因がありました。それは製造誤差を極小化して高い光学性能を維持するということです。
そこで、DF66システムは対物レンズ単体では眼視観察に適した収差バランスを取り、補正レンズには収差バランスを変換する機能を持たせることで、対物レンズと補正レンズを組み合わせたときには写真撮影用に適した収差バランスを取ることを可能として、眼視観察用と写真撮影用の光学性能を両立しています。

天体望遠鏡の製造誤差について

実際の光学系には必ず製造誤差があり、完成した光学系の光学性能は必ず設計値から劣化します。その劣化をどのように小さく抑えるかがとても重要で厄介な問題です。

研磨加工したレンズ面には面形状誤差が生じます。
図4左端は設計上の球面（青色破線）に誤差が乗った形状（赤色実線）を示しています。この形状はいつも同じになる訳ではありませんが、経験的にはこのように光軸から周辺に行くにつれて出っ張ってから引っ込むというような変化が多いと思います。この例では面の出っ張りと引っ込みの差を0.2λ（±0.1λ）としましたが、実際のレンズ面で形状誤差0.2λはかなり高精度な面だと思います。
図4の右側はDF66対物レンズの4面全てにこの形状誤差を与えたときのシミュレーション結果です。e線単色での評価なので設計値は優秀な点像強度分布ですが、4面に誤差が乗ると点像の中心強度が低下します。
レンズ構成枚数が増えるほど面形状誤差が累積して点像の中心強度は更に低下することになります。

光学系に大きな影響を与えるもう一つの誤差要因にレンズの偏芯があります。
レンズをレンズ枠に組み入れるとき、レンズとレンズ枠の間には隙間が必要ですが、この隙間があるとレンズがずれて偏芯が生じます。図5の左側はDF66対物レンズの第1レンズが光軸に垂直に0.015mm偏芯したときのシミュレーション結果ですが、回折像の強度分布に大きな偏りが見られます。
第1レンズと第2レンズの間に入れる間隔環の形状を工夫して、間隔環の端面がレンズ面に接触するようにすると、第1レンズは光軸に垂直に偏芯するのではなく、第1レンズ第2面に沿って滑るようにずれます。（面当てといって高精度光学系ではよく使う構造です。）この状態のシミュレーション結果が図5の右側ですが、面当てでは回折像の強度分布の偏りが低減されます。DF66対物レンズはレンズの保持に面当てを採用しており、レンズの偏芯による光学性能の劣化を小さく抑えています。

設計上の光学性能がどんなに優秀でも、レンズ構成枚数が増えるほど製造誤差が累積して光学性能が大きく劣化することになります。ここにDF66対物レンズが2枚構成に拘る理由があります。
また、対物レンズを構成する2枚のレンズは高精度なレンズ加工で定評のあるキヤノンオプトロンさんに製作していただきました。レンズ研磨からコーティングまで全てキヤノンオプトロンさんに加工していただいており、高精度光学系を末永くお使いいただけます。

DF66システムのスポットダイアグラム

写真撮影用望遠鏡の広報資料ではスポットダイアグラムが多く見られますが、スポットダイアグラムは見せ方によって印象が大きく変わり、見方を理解するのも難しいと思いますので、実際の作例を見る方がスポットダイアグラムより性能を理解しやすいと考えています。しかし今のところは645デジタルカメラで撮影した作例が無いため、以下のスポットダイアグラムとフルサイズカメラで撮影した作例を見比べていただいて、DF66システムの写真撮影性能を判断していただきたいと思います。

DF66システムの実写作例

撮影から画像処理まで全てが稚拙なので他人様にお見せするのは甚だお恥ずかしい画像ですが、点像の崩れ加減などをスポットダイアグラムと見比べて判断することは重要と思いますので掲載いたします。
ユーザーになっていただいた方には、美しい写真をたくさん撮影していただけることを期待いたします。
なお、645デジタルカメラ（フジフィルムGFX100S）による作例を12月中旬頃に掲載できる予定です。

DF66+FF1xによる実写作例（フルサイズデジタル一眼レフカメラによる撮影）
上画像の上下左右対角端をピクセル等倍で抜き出したのがこちら

DF66+HF0.7xによる実写作例（フルサイズデジタル一眼レフカメラによる撮影）
上画像の上下左右対角端をピクセル等倍で抜き出したのがこちら

プロジェクト立ち上げの背景

2018年の北アメリカ大陸横断皆既日食に向けて、ポータブルなシステム天体望遠鏡の理想を追い求めてDF66システムの企画はスタートしました。
以前在籍していたPENTAXでは7.5cmの小型天体望遠鏡も販売しており、そのポータビリティと拡張性を更に進化させてDF66システムを構想しましたが、生産コストも当時のPENTAXを前提に考えておりました。
しかし実際に生産体制を検討したところ、PENTAX在籍当時から10年あまり後の物価高と円安が進んだ状況では、アルミパイプや機械加工のコストが遥かに上昇しており、DF66システムの価格が想定とはかけ離れた値段になることが判明して頓挫してしまいました。

それから約7年間、諦めずにDF66システムの生産体制を検討した結果、現実的なコストで提供できる見通しが立ちました。しかも性能や機能には一切妥協することなく実現できる可能性が得られたのは大きな希望です。
ここに晴れて多くの皆さんにDF66システムを体験していただきたく、このプロジェクトを立ち上げることにいたしました。

現在の準備状況

2018年の発売を目指して試作したレンズで光学性能の高さは確認できております。
対物レンズ45セット分と補正レンズ2種類各27セット分のレンズはできあがっております。
レンズ枠や鏡筒等の機械設計は完了しており、金物の加工先、望遠鏡や補正レンズの組立て・調整や梱包といった生産体制も目途が立っており、プロジェクトが成立した時点で即座にリターンの準備に着手いたします。

リターンについて

☆ DF66天体望遠鏡本体
・有効口径66mm 焦点距離400mm F6
・フローライト（蛍石結晶）を後玉に配置した2枚構成高性能アポクロマート対物レンズを採用 
・全面マルチコーティングによりゴースト・フレア等を防止し、高い透過率を獲得
・前面のマルチコーティングはフッ素コーティングを採用し、汚れが付きにくく、汚れが付着しても洗浄・拭取りが容易
・対物レンズ2枚は高精度キヤノンオプトロン製（レンズ研磨、コーティングも含めたレンズ加工を依頼）
・ドローチューブ内径61mmの大型接眼筒を採用し、645デジタルカメラでもケラレのない写真撮影が可能
・FF1xとHF0.7xの2種類の補正レンズを組み合わせることで、焦点距離400mm F6（FF1x）と280mm F4.2（HF0.7x）の2通りの天体カメラへ変身
・鏡筒外径80mm（種類豊富な市販鏡筒バンドを使用可能）
・全長345mm、重量1500g（付属品を除く）
・ 接眼延長筒、2インチアイピースアダプター、アメリカンサイズアイピースアダプター等を付属
☆ FF1x（Field Flattner 1x）補正レンズ
・DF66鏡筒に装着して400mm F6 の天体カメラを形成
・レンズ構成1群2枚
・DF66対物レンズの像面湾曲を良好に補正
・コマ収差や倍率色収差を良好に補正し高解像度を実現
・ゴースト、フレアのない抜けの良い高画質を実現
・全面マルチコーティングによる高い透過率を獲得
・645デジタルカメラにも対応する広いイメージサークルを確保

☆ HF0.7x（Highspeed Flattner 0.7x）補正レンズ
・DF66鏡筒に装着して280mm F4.2 の天体カメラを形成
・レンズ構成3群4枚
・DF66対物レンズの焦点距離を0.7倍に縮小すると同時に像面湾曲を良好に補正
・コマ収差や倍率色収差を良好に補正し高解像度を実現
・ゴースト、フレアのない抜けの良い高画質を実現
・全面マルチコーティングによる高い透過率を獲得
・645デジタルカメラにも対応する広いイメージサークルを確保

☆ カメラアダプターDF66
・DF66鏡筒にカメラを装着するためのアダプター
・一眼レフデジタルカメラ、ミラーレス一眼デジタルカメラ（フルサイズ、APS-C、フォーサーズ）に対応する標準内筒と、645ミラーレス一眼デジタルカメラに対応する大径内筒の2種類の内筒を同梱
・カメラ回転装置の機能を搭載
・カメラマウントはトミーテック株式会社さんのBORGカメラマウント、BORGフジフィルムGFX用カメラマウントから、お使いのカメラに対応するものを別途ご購入ください。

スケジュール

2026年1月     クラウドファンディング終了
      同                既製部材購入手配、制作部材発注
      同    4月     部材集結、組立て調整手配
      同    5月     リターン発送

最後に

一天文ファンの若造が光学設計に携わるようになり、常に理想的な天体望遠鏡とは何かを考え続けて40年の歳月が流れました。その間天体望遠鏡は銀塩フィルムからデジタルへの転換という大きなパラダイムシフトを経て、様々な光学系が台頭と衰退を繰り返して来ました。
しかし天空にある天体の姿は昔も今も変わらずそこにあり続け、その美しい姿を見たい、記録したいというヒトの思いも変わることはないと思います。
そのシンプルな思いをかなえる天体望遠鏡は、一面的な性能を追求するあまり短期に寿命を迎える脆弱なものではなく、だれもが納得できる性能を末永く維持して陳腐化しないものが理想と信じます。
そのような理想の追求に終りはありませんが、そのひとつの姿として構想したものがDF66システムです。
この思いを多くの皆様に共感していただけますと幸せです。