ポロプリズム双眼鏡の性能(７)
双眼鏡のプリズムを考える
なぜ双眼鏡にはプリズムが必要なのでしょうか？
天体望遠鏡を覗いたことがある方はお分かりだと思いますが、基本的な屈折望遠鏡は上下が逆さまに見えるのです｡
空だけを見ていると気がつかないのですが、地平線付近を見ると上下が逆さまで違和感を覚えることでしょう｡
双眼鏡は地上の対象を見ることに使われますから、上下の向きが正しくなければ使い物になりません｡
この視野の上下を正しくするのがプリズムの働きなのです｡
このように倒立像を上下左右の正しい像に戻すプリズムを「正立プリズム」と呼んでいます｡
以前にも述べましたが、正立プリズムには大きく分けて2つの方式があります｡
直角プリズムを用いるポロ式と屋根型プリズムを用いるダハ式です｡
これらのプリズムはどのような働きで上下左右を正しい向きにしているのでしょうか｡
そして、プリズムの違いはどのような性能の差になって現れるのでしょうか｡
ポロプリズム
19世紀半ばにイタリアの軍人ピエトロ・ポロによって発明された正立プリズムです｡
望遠鏡の発明は17世紀始めといわれていますから、ずいぶんと時間がかかったものです｡
ポロプリズムは2個または3個の直角プリズムを組み合わせ、それぞれで上下・左右と入れ替える方式です｡
左の図がポロⅠ型、右の図がポロⅡ型と呼ばれています｡
多くの双眼鏡ではポロⅠ型の方式を採用しています｡
これは同じ形のプリズム2個で間に合うため生産上有利なことに加え、境界面が少なくてすむ利点が挙げられます｡
対してポロⅡ型は大型の双眼望遠鏡でよく見かけるほか、潜望鏡なのでその変形型が利用されています｡
実際の双眼鏡では、視野の端では光が斜めからプリズムに入射することになります｡
このため、小さいプリズムで広い視野を実現するためには高い屈折率のプリズムが必要になります｡
双眼鏡のプリズムは屈折率の高いクラウンガラスから作られています｡
カタログの中に使用プリズムについて書かれているのを見たことがありませんか｡
ひょっとしたら本体にも「ＢＫ７」とか「ＢａＫ４」とかかれているかもしれません｡
「ＢＫ」は硼珪クラウン、「ＢａＫ」はバリウムクラウンの略で それぞれ光学ガラスの材料をさしています｡
ＢＫ７は昔主流だったプリズム材料で屈折率が低く、視野の一部では光が全反射しなくなってしまいます｡
ＢＫ７を使用した双眼鏡が射出瞳の一部で暗くなるのはこのためで、現在では安物の双眼鏡でしか見られなくなってきました｡
射出瞳が正方形の影で囲まれている｡
光の損失と像の悪化は避けられない｡
ＢａＫ４は光が全反射する角度が広く今の双眼鏡の主要なプリズム材料となっています｡
ＢａＫ４を使った双眼鏡では瞳のケラレは見られません｡
ほぼ正円の射出瞳の例
現在ではＢａＫ４より反射率の高いプリズム材料も使用されるようになっており、双眼鏡の小型化に一役買っています｡
ちなみにガラスの単価としては、ＢａＫ４はＢＫ７に対して１．５～２倍の価格差があるといわれています｡
今度は組み立て現場でのことを考えて見ましょう｡
二つの直角プリズムは、正確に90度ずらして組み立てられなけばなりません｡
この角度がずれてしまうと正確に正立せず、対象が傾いて見えることになってしまいます｡
これを専門用語では「倒れ」と呼んでいます。
左が正しい位置、右の写真は倒れている像。
左右が異なる角度に倒れていると双眼鏡としては使い物にならない｡
双眼鏡は両方の目で見る道具ですから、両方の鏡筒で正立が許容誤差内でないと使い物になりません｡
今の市販双眼鏡で像が片方だけ倒れて見えるような粗悪品は見かけないのですが、両方揃えて倒れている双眼鏡は出回っているようです｡
共倒れ双眼鏡の見え方。
両方同じ角度に倒れれば違和感はなくなるが・・・
このあたりの詳しい話はビクセン光学に分かりやすく載せられています｡
ダハプリズム
ポロプリズムでは像の上下を入れ替える為に、縦方向のプリズムを必要とします｡
このため双眼鏡の高さを小さくしていくことは不可能で、小型化には限界があります｡
そこで考案されたのが屋根型プリズム（ダハプリズム、ルーフプリズム）といわれるものです｡
模式図で書くと、下の図のようになります｡
本当に屋根のような形をしているでしょう｡
屋根状の斜面と稜線が「ダハ面」と呼ばれている
実際のダハプリズムは反射面に直角の稜線をもつプリズムで、下の写真に矢印で示しています｡
このプリズムの稜線で像の上下を入れ替える働きをしているのです｡
平面で図式化するとこのように見えます｡
左から入射した赤い光は右側に出て、右からの青い光は左へと入れ替わります｡
このため、ダハ稜線は鋭く左右のダハ面は正確に90度でなければいけません｡
これだけでは上下は入れ替わっても左右は鏡像のままですから、これを入れ替えるために幾つかのプリズムが組み合わせられます｡
今の双眼鏡で使われているのは、「シュミット・ペシャン型」と「アッベ・ケーニッヒ型」と呼ばれるものです｡
「シュミット・ペシャン型」はコンパクトに設計でき、今のダハ型双眼鏡の主流になっています｡
Schmidt-Pechanのプリズム
斜線部がダハ面となる
しかし、上の図で一番下の反射面は入射角が小さくなるので 裏面に鍍金加工を行わなければ光は反射しません｡
この鍍金面での光の損失を嫌って、この形式のプリズムを避けるメーカーも存在します｡
「アッベ・ケーニッヒ型」は鏡筒が大型になってしまいますが、すべてが全反射のみで構成されています｡
Abbe-Konigのプリズム
斜線部がダハ面となる
ツァイス社は中型双眼鏡で透過率を上げるため、この形式のプリズムを採用しています｡
かつては、他にも「メーラー型」「スプレンゲル型」「ヘルゾント型」と様々な形式が考えられていたようですが、技術の発達に伴い前述の2形式に集約されています｡
ダハプリズム双眼鏡では、ダハ面で光の干渉が起こりコントラストが低下すると言われていますが、高級機ではプリズム面に位相差補正コーティング（フェーズコーティング）が行われポロ双眼鏡を凌駕する機種も現れています｡
ダハプリズムの最大の難点は、ダハ稜線を正確に90度で極めて鋭く加工しなければいけない点です｡
稜線が鋭くなければ視野に境界線が目立ってしまいます。
ジャンク双眼鏡で見られたダハ稜線
上の写真中央に白い筋が見えていますが、これが視野に入り込んだダハ稜線の例です｡
高級機でもダハ稜線を使う機種ではこのような筋が見えるものですが、安物では実際に覗いてみても気になるような稜線が見えてしまうことがあります。
まとめ
プリズムは双眼鏡にはなくてはならないものですが、目に見えないだけにその働きは理解しにくいものです｡
カタログにプリズム材質が記載されていることは稀ですが、上に示したような粗悪品例に引っかからないようにすることはできるでしょう｡
ダハプリズム双眼鏡にするかポロプリズム双眼鏡にするかは、マニアも頭を痛めるところです｡
同じレベルの製品を買おうと思うと、ダハ双眼鏡はポロ双眼鏡の2倍程度の御予算が必要です｡
携帯性を重視するか、お値段を重視するか。
どちらの形が好きか、どちらの見え方を好むか。
最後はあなたのお好み次第です｡