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レンズと反射镜

反射镜はこうして作る

ガラスをけずってへこませる(砂ズリ)

现在天体望远镜に使われる反射镜は、ガラスでできています1。 板状のガラスのまん中をへこませればおう面鏡が、逆に周囲をうすくすればとつ面鏡になります。この、ガラスの形をへこませる作業が、反射鏡作りの第一段階です。

学校などで使われている小型の望远镜では(口径10~50肠尘ぐらい)、平らなガラス表面をけずって作った反射镜が使われています。ただし、口径が数尘にもなるような大きな望远镜では、けずる作业が大変なので、最初からまん中のへこんだガラス材を作って、けずる作业を简単にしています2

ここでは、小型望远镜用の反射镜を作るプロセスをしょうかいします。

最初は「砂ズリ」と呼ばれる作业です。镜になるガラス材と、ほぼ同じ大きさの别のガラス材=盘材(ばんざい)3 の间に、たいへんかたくて细かな砂状の研磨剤(けんまざい)4 と水を混ぜて入れ、こすり合わせて表面をけずります。このとき、ガラスと盘(ばん)との重なり具合やこする动作の距离(きょり)を调节すると、次第にガラス材がおう面に、盘(ばん)がとつ面に変形していきます。きれいなおう面になるように、ガラス、盘(ばん)、こする方向などを均等に回転させます。反射镜の焦点距离(しょうてんきょり)はへこみ具合によって决まるので、ときどき调べながら目的のへこみ具合になるまでけずっていきます。

※1&苍产蝉辫;温度の変化によるのび缩みの少ない特殊(とくしゅ)なガラスです。温度が変化することで表面のカーブが変わってしまうと、精度が保てないためです。

※2&苍产蝉辫;ガラスをとかしておう面镜型の型に流し込んだり、とけた状态のガラスを容器ごと回転させて成形します。また、小さな镜をつないで作る方法もあります。

※3&苍产蝉辫;小さな盘材(ばんざい)ではガラスですが、直径が50肠尘を超えるものの多くは金属製です。

※4&苍产蝉辫;研磨剤(けんまざい)はまるで砂のように见えますので、研磨砂(けんますな あるいは けんまさ)と呼ぶことがあります。ガラスをけずってへこませる作业を砂ズリというのはこのためです。

あらい砂から次第に细かい砂に変えて数段阶に分けて行う

あらい砂から次第に细かい砂に変えて数段阶に分けて行う

みがいてつるつるにする(みがき)

けずってへこませたガラス材の表面は、ざらざらになっています。これをつるつるにみがき上げるのが、第2段階です。 最初は、けずるときに使った研磨砂(けんますな)より、もっと細かい研磨剤(けんまざい)を使って、けずるのと同じような作業を行います。砂をだんだん細かいものに変えていくと、ざらざらだったガラス面が次第にきめが細かくなり、すき通ってきます。このときに、目的の焦点距離(しょうてんきょり)になるように最後の調節を行います。

さらに、みがきの最终段阶では、盘(ばん)の上にピッチ(コールタール)を流して固め、余分な研磨剤(けんまざい)をのがすための切れ目を入れたみがき盘(ばん)を作って作业します。このときには非常に粒(つぶ)の细かい研磨剤(けんまざい)を使います。

盘(ばん)の上にピッチ(コールタール)を流しみがきのための盘(ばん)を作る

盘(ばん)の上にピッチ(コールタール)を流しみがきのための盘(ばん)を作る

テストをして表面のカーブを整える(テスト~调整)

みがきがほぼ完了するころから、ガラス面のカーブの具合をテストします。これにはいろいろな方法がありますが5、古くから用いられているフーコーテストという方法を図にごしょうかいします。

フーコーテストでは、周囲を暗くして小さな穴(ピンホール)からの光をガラス材の表面に当て、反射して返ってきた光を焦点(しょうてん)のところでさえぎって、その影(かげ)を観察します。

ガラス材の表面が完全な球面になっていれば、焦点(しょうてん)に来る光も1点に集まります。ですから、その光をさえぎると、さえぎったしゅん间に全面が同时に暗くなります。しかし、ガラス表面のどこかが焦点距离(しょうてんきょり)が短かったり长かったりすると、右図のように前后に集まっている光はさえぎられるタイミングが変わるので、全面が同时には暗くなりません。つまり、影(かげ)のでき方によって、表面のカーブのようすがわかるのです。

さらに、望远镜に使う反射镜では、ガラス表面のカーブが放物面になるように、このようなテストをくり返しながら、部分的にけずり直すなどして调节します。非常に远いところから来る星の光を1点に集めるには、球面ではなく放物面が必要だからです。

※5&苍产蝉辫;カメラなどのレンズを作るときには、ふつうは専用の机械でテストします。レンズ工场などでは、手间がかからない上に精密な测定ができるさまざまな机械が用いられています。フーコーテストは简単ですが手间がかかるため、天体望远镜のように、手作りの反射镜を作る场合に多く用いられます。

穴からの光をみがいた面に反射させ焦点(しょうてん)で光をさえぎって表面のようすを调べる

穴からの光をみがいた面に反射させ焦点(しょうてん)で光をさえぎって表面のようすを调べる

穴からの光をみがいた面に反射させ焦点(しょうてん)で光をさえぎって表面のようすを调べる

穴からの光をみがいた面に反射させ焦点(しょうてん)で光をさえぎって表面のようすを调べる

メッキをして反射镜にする(メッキ)

みがき、テスト、调整が完了すると、いよいよ最终段阶です。光をよく反射させるために、ガラスの表面にアルミニウムなど6 の薄い(うすい)膜(まく)を作る(メッキをする)のです。

アルミニウムメッキは、ほとんどの场合、真空蒸着(しんくうじょうちゃく)という方法で行われます。蒸着釜(じょうちゃくがま)と呼ばれる真空装置の中にガラス材を入れて、フィラメント7 を电気で高い温度に加热します。フィラメントにはあらかじめアルミニウムがつけてあり、高温と真空のはたらきで、このアルミニウムが蒸発して飞び散ります。それがガラス材の表面にくっついて、光をよく反射する镜になるのです。なお、このメッキは厚すぎるとガラス表面のカーブを乱してしまいますし、薄(うす)すぎると光が十分に反射しないので失败となります。

実际の反射镜では、メッキができた后は、「コーティング」8 という処理を行います。これは、メッキした表面に、酸化ケイ素などのたいへんうすいとう明な被膜(ひまく)をつけ、メッキ面を保护すると同时に反射率を高めるものです9

※6&苍产蝉辫;现在、天体望远镜に使われる反射镜のメッキは、ほとんどがアルミニウムです。しかし、アルミニウムでは反射しにくい波长(赤外线など)を観察する望远镜では、代わりに金メッキなどが使われることもあります。なお、アルミニウムメッキが発达する以前は、化学反応を利用した银メッキが行われていました。

※7&苍产蝉辫;电球に使われるフィラメントとよく似た装置です。

※8&苍产蝉辫;反射镜だけでなくレンズでも、レンズ面を保护したり光をより多く通すため、似たようなコーティングが行われます。カメラやメガネなどのレンズを光にかざすと、緑や青、ピンク色などの反射光が见えますが、これはコーティングされているためです。

※9&苍产蝉辫;反射镜の场合は1面を加工するだけですが、レンズでは表里2面がこのようなプロセスで加工されます(もちろん、メッキはしません)。数枚~10数枚のレンズを使った望远レンズなどを作るのには、たいへんな手间と技术が必要なのです。

真空装置(蒸着釜?じょうちゃくがま)の中でアルミニウムを高温にして蒸発させガラスの表面にメッキする

真空装置(蒸着釜?じょうちゃくがま)の中でアルミニウムを高温にして蒸発させガラスの表面にメッキする

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