★" Star Watching   −瞳のお話−

■ 瞳を測る

人の目には瞳がある。 一方、双眼鏡や望遠鏡も瞳を持っている。 しかも光の入口と出口それぞれにあり、入射瞳と射出瞳と呼ばれる。 これら3つの瞳の大きさを測ってみよう。

1. 瞳孔径を測る

RFB (リッチェスト・フィールド双眼鏡) のように大きな瞳径を持つ双眼鏡 (瞳のお話：RFTの条件) を購入するにあたり心配なことが1つあった。 「はたして、自分の瞳孔は暗闇で6mm以上開くのだろうか？」 というのも、加齢による瞳孔径の変化を調べた有名な論文[1]によると、私の年齢では平均的に6mmまで開かないとなっているからだ。 それが本当なら、射出瞳径が6mmの双眼鏡を買っても無駄になってしまう。 以下は、購入前に瞳孔径を測ってみた結果である。

写真1	写真2

カメラにマクロ (接写) レンズとストロボを付け、固定した定規にフォーカスを予め合わせておき、自分の目を定規の横に持ってきてシャッターを押す。 試しに書斎の照明を点けた状態で撮影したものが写真1であるが、瞳孔径は…なんと6.4mm！ 暗闇で調べるまでもなく、私の瞳孔は6mm以上開くことが判明してしまった。 もちろん、この書斎は特別に照明を暗くしているということはなく (電球色のLED照明にしてある)、普通に本を読んだりしている所であり、家族にも暗いと言われたことはない。 蛍光灯照明の洗面所の鏡で見た自分の瞳孔はもっと閉じていたので、照明 (色) にも依るのかもしれないが、暗闇でなくとも意外と瞳孔は開いていると思われる(注1)。 本が読める明るさがあれば調べるのも容易なので (目の横に定規を持ってきて鏡を見れば良い)、加齢による影響が気になっている方は調べて見ると良いかもしれない。

次に暗順応したところで撮影したものが写真2であり、その瞳孔径は7.1mmであった。 書斎での結果から、暗闇ならもっと開くのではないかと期待してしまったのだが、極めて平均的な値だった。 今後、年齢とともにどうなるのかは分からないが、この書斎の照明を暗く感じるようにならない限りは大丈夫だろう。

ところで、最近はあまり聞かなくなったが、光害地では空が明るくて瞳孔が開かなくなるので、瞳径の小さい (4〜5mm程度) 双眼鏡の方が星見には有利といった話が、まことしやかに語られていたことがあった。 本が読める明るさでも瞳孔が6mm開く私にしてみれば、「一体どのようなところで星見をしているのだろう？」と聞きたくなってしまうような話である。 極限等級の話で紹介した通り、倍率効果を素直に考えれば、口径が同じなら倍率を多少上げた方が (結果的に瞳径を小さくした方が) 限界等級は上がるし星雲の見応えも増すことが分かるのだが、そのことを瞳孔が開かないことで苦し紛れに説明しようとした『トンでも理論』の一つであると私は思っている。

(注1) 写真1の撮影では、部屋全体は本が読めるほどに明るかったが、視野に入っていたものは茶褐色のカーテン(とカメラ)だけであり、照明の光源はもちろん、壁などの明るいものは殆ど視野に入っていない。 つまり、明るい部屋の環境下であっても、暗いものを見ているときには意外と瞳孔が開いているのだろうという意味。

2. 射出瞳径を測る

写真3

射出瞳径の測定の仕方は、双眼鏡のフォーカスを無限遠に合わせ、1等星などの明るい星を視野に入れ、接眼レンズをスケール付きのルーペで覗き込んでやる。 すると星のボケた像が丸く見えるので、その径をスケールで測れば良い (点光源の星ではなく空などの面積体を使うと射出瞳径を過大評価してしまう)。 PEAK (東海産業) の10倍スケール付ルーペと1等星カペラを使い、20x120の双眼鏡の射出瞳径を測定したものが写真3であるが (ルーペの像を50mm F1.4 ISO6400 2"で撮影)、測定結果は5.95±0.05mmであった。 測定誤差の範囲内でカタログスペック通りという実に気持ちの良い結果が得られた。

3. 入射瞳径を測る

写真4

国内外の掲示板などでも時々話題になっているが、天文用途の双眼鏡で一番気になるのは入射瞳径がスペック通りかどうかである。 何故なら入射瞳径とは、いわゆる有効径のことであり、集光力の要だからだ。

ちなみに、対物レンズの直径がスペック通りであったとしても、光路の途中で光束がケラれていて、結果として有効径がスペックより小さくなっているということがあり得るので、有効径とは対物レンズの直径のことではない。 アイピースを外すことができる望遠鏡のような場合には、アイピースを外して対物レンズの焦点位置から覗き込み、対物レンズ全体を見通すことができるかどうかでケラれの有無を簡単に調べることができる。 ただし、この方法では『焦点位置から覗き込む』ことが重要である。 例えば、専用アイピースを使う対空双眼鏡では、焦点位置がスリーブの奥深くにあり、アイピースを外しても焦点位置まで目を持っていけないことがある。 このような状況であるにも関わらず、焦点位置より遥か後方から対物レンズを見てケラれがどうのと議論していたりするのを見掛けるが、それはナンセンスである。 このような状況のときや、大部分の双眼鏡のようにそもそもアイピースが外せないときに有効径を正しく調べるには、以下のようにして入射瞳径を測るしかない。

入射瞳径の測定は、射出瞳径の測定の逆をすることになる。 つまり、アイピースを付けたまま接眼部から平行光線を入射させ、対物レンズから出てくる光束の直径を測れば良い。 コリメーターは普通は持っていないので、平行光線として太陽光を用いるのが便利とのことだ。 つまり、太陽光線を接眼部から入射させ (双眼鏡のフォーカスは無限遠に合わせておく)、対物レンズの前に白い紙などをスクリーンとして置き、そこに投影された (ボケた太陽の) 像の直径を測ることになる (事故の元なので、決して太陽光を対物側から入射させないように！)。 厳密には太陽は約0.5度の視直径があるので平行光線ではないが、対物側からスクリーンに投影される像は 1/(倍率)² の輝度になってしまうので、太陽ぐらいの明るさがないと投影像を見るのが難しいし、太陽程度の視直径があっても現実的には十分な精度で測定できる。 このようにして20x120双眼鏡の入射瞳径を測定したものが写真4であるが、測定結果は120±1mmであり、再び測定誤差の範囲内でカタログスペック通りという気持ちの良い結果が得られた。

写真5

ちなみに、倍率は

倍率 = 入射瞳径/射出瞳径

で求められるので、20x120双眼鏡では 20.2±0.3倍となる。

ただ、写真4からも分かるように (これでもかなりコントラストを上げている)、投影像は (暗幕ででも覆わないと) 薄くて見辛いし、晴れている日中でないとできないという不便さもある。 そこで、個人的には、定規を対物レンズの前に当て、対物レンズ側から双眼鏡を覗き込んで遠方の点光源 (LEDライトなど) が (接眼レンズ越しに) 見えるようにし、点光源が見える範囲を定規から読み取るという方法で入射瞳径を簡易測定することが多い。 これだと写真4のような『証拠写真』は撮れないし、有効径の全体像 (きちんとした円形なのか、どこか一部がケラれているのか等) は分からないが、測定自体が比較的簡単なので良く使っている。 写真5は、この様にして口径82mmの対空双眼鏡の入射瞳径を測っているところだが、結果は再びカタログスペック通りであった。

カタログスペック通りというのは当たり前の様に聞こえるかも知れないが、双眼鏡には (意図してか意図せずかは知らないが) スペックを偽っているものが少なからずあるので、スペック通りの測定値が出ると本当に安心する。 逆にスペックが (例えば10%以上も) 違っていたような場合には、もうそのメーカーを信頼する気には到底なれないので、そのメーカー製の製品を購入することは二度とないだろう。

【参考文献】

1. I. E. Loewenfeld, "Pupillary changes related to age" reprinted in H. S. Thompson, R. B. Daroof, L. Frisen, et. al. (eds.) Topics in Neuro-Opthalmology, p.129 (Williams & Wilkins, 1979).