1.APQ型対物レンズとは?
　APQは眼視観測用の天体望遠鏡用対物レンズの目標です。
３枚のレンズは特殊なオイルで接合されています。中央のレンズはフローライト（フッ化カルシウム結晶）レンズで2枚のクラウンガラスの間に組み込まれています。この対物レンズは、短い焦点距離にも関わらず事実上色収差を持っていません。

　数十年前より、カールツァイスイエナ社が常に目的としている達成目標は、非常に満足のいく色補正を達成する望遠鏡の対物レンズの開発でした。そのため徐々に改善が行われました。

E型対物レンズ　BK7とF2を使用した2枚構成分離式のフラウンホーファー型のレンズです。カタログにはf/ D =15　口径60mm〜500mmまで掲載されています。天文台用の口径650mm、f/ D =16はE型対物レンズでした。

A型対物レンズ　軸上色収差を低減するためにBaLK3（AstrooptikではBaLK2）とKzF2などの特殊なガラスを使用した2枚構成分離式のセミアポクロマートですが、当時はアポクロマートと呼ばれていました。カタログには、f/ D=17.5　口径60mm〜200mmまで掲載されています。

B型対物レンズ　アルバート・ケーニヒ博士によって開発され、BaLF4、KzF2およびK7という特殊ガラスを使用した３枚構成分離式の完璧なアポクロマートでした。天文機器カタログ「ASTRO30」にはf / D=15　口径60mm〜200mmまで掲載されています。

1938年の天文機器カタログ「ASTRO541」に掲載された新しいB型対物レンズはf/D=18　口径250mmまで提供されました。残念ながら、B型対物レンズの製造は、非常に困難でした。なぜなら、個々のレンズの高屈折力のために、レンズの偏心と間隔の変化に非常に敏感でした。

AS型対物レンズ　1923年カールツァイスイエナ社のアウグスト・ゾンネフェルト博士は、技術的に製造が容易な対物レンズの設計を始めました。その結果KzF2とBK7を使用した2枚構成分離式の対物レンズを開発しました。口径比f/Dは15で従来のA型対物レンズと交換されました。特殊ガラスのKzF2を使用した凹レンズにより改善された色補正を有していました。色収差曲線はE型とA型レンズの間にあるためAS型対物レンズはセミアポクロマートと呼ばれました。その後、AS型対物レンズは、数十年の間、カールツァイスイエナ社の天文機器用の標準レンズとなりました。　しかし、B型対物レンズや反射望遠鏡のように色収差のない像は得ることができませんでした。AS型対物レンズで明るい星を見ているときに、2次スペクトルのため像に微かな青い縁取りを生じます。2次スペクトルはまた、反射望遠鏡で明るく白く見えた月が、AS型対物レンズでは黄色く見えます。その後、カールツァイスイエナ社では、色補正が改善された後継モデルを開発するため多くの努力が払われました。

BS型対物レンズ　1957年ヴォルター・キューン博士とヘルムート・ヴォルフは特殊ガラスBaK5、KzF2、BaK5を使用した3枚構成分離式アポクロマートを開発しました。異なるサイズの光学データの試験サンプルに応じて試作されましたが、最大のレンズはBS130/1950でした。しかし、これらの努力は、最後の最後に3枚のレンズの高い生産コストのため商品化は実現しませんでした。

３．APQ型対物レンズの起源
良く知られている光学素材が新次元の成功を与えました。それは1979年初頭でした。天文光学設計者であり天文学者のアルフレート・カーナップは新しい天文用の光学システムを開発しました。大口径レンズに利用可能な光学的に良質なフローライト（フッ化カルシウムの結晶）について彼の仲間から情報を受けました。

　そのすぐ後、天文機器部門のラインにフローライトを含む口径100mm　焦点距離1000mmの2枚構成の対物レンズが提案されました。このプロジェクトで1979年5月新しいAP型対物レンズとしてAP100/1000のデータシートが提供されました。翌年、天文用光学系におけるフローライトの使用について関連する雑誌に広まっていきました。1982年の終わりには米国の天文雑誌「スカイアンドテレスコープ」に2枚構成フローライト対物125/1000のレポートが掲載されました。※注　タカハシ製作所のFC-125と思われます。タカハシではフローライトを使用した初めての望遠鏡9cmフローライト90Fを1977年に製品化しています。

1983年9月、アポクロマート望遠鏡への大きな飛躍として開発した新しい光学素材（フローライト）を含む３種のAP型対物レンズのレビューがありました。新しい素材は、すでに強力な顕微鏡用アポクロマート対物レンズとしてエルンストアッベ教授に使用され、良く知られていました。非常に低い色分散を持つフローライトに組み合わせるガラスは部分分散比が非常に良く一致しているクラウンガラスとして例えばZK2とBaLKN3がありました。

　そして、さらに広範囲のスペクトル領域の高い透過率が、望遠鏡対物レンズの新たな展開を可能にしました。この成功をもたらしたのは、最大のシェアを持つ半導体業界でした。チップ製造のための紫外スペクトル領域を透過するフローライトの大口径レンズを必要としていました。彼らは光学的に良質な大口径ディスクのフローライト（フッ化カルシウムの結晶）を提供できました。

AP型対物レンズ AP型対物レンズはAPQ型対物レンズへの中間ステップでゴールではありませんでした。実際、このレンズは生産における欠陥を明らかにしました。光学試験において、人工星の星像はわずかに三角形の形状を示し、エアリーディスクの強度の低下をもたらしました。この結果は、長い間、光学技師に知られていましたが、ここで再びフローライトが必要とする特殊な加工技術が明らかになりました。

そして、どのようなガラスレンズを使用すれば、合理的なコストでフローライトレンズの光学的に活性な表面を制御できるのか？また、この時、フローライトの表面に反射防止コーティングを施すことに問題があることも判明しました。これらを解決する方法は、同僚で経験豊富なツァイスの光学技師でアマチュア天文家のヴォルフガング・ガースとの会話の中にありました。液状媒体の助けを借りて2枚のマッチングガラスの間に問題のあるフローライトレンズを埋め込むというアイデアが生まれました。

このような構造はAPQ型と呼ばれ、設計者によれば、フローライトと液状媒体との屈折率の差がフローライトと空気との差よりもはるかに小さいという大きな利点を有し、フローライトレンズのレンズ面に要求される精度は、2枚のレンズの内面に適用されれば、さほど高い精度が必要ないことを意味しました。

AP型を製造する場合には4面すべてに高精度が要求されましたが、APQ型では高い光学精度が要求されるのは外側の2面だけでした。また、フローライトレンズを内側に埋め込むことにより、問題の反射防止コーティングを必要としません。2枚構成分離式型に対する3枚構成接合型の予測できる利点はこの形式でレンズを組み立てることに決定する説得力がありました。

5 .APQ型対物レンズの実現　　
　まず、組み合わせるガラスの選択が非常に重要で、光学的解決策を見つける必要がありました。2つの選択肢がありました。フローライトを挟むレンズを同じ種類のガラスにすること、または別々のガラスにすることです。使用されるガラスが１種類のみの場合、正確な屈折率の測定は溶融ガラスに対して一度だけで済むので、両方の外側のレンズを同じ素材で設計するガラスの種類を探していました。イエナショットガラスのZK2が適合することがわかりました。1984年9月には光学系のデータシートに存在していました。次にフローライトにできるだけ近い屈折率を持つ液状媒体が求められました。

 イエナAPQ型レンズ誕生の歴史

− 　−45℃〜+70℃の温度範囲で使用可能。
−　　光学材料とセル枠材料に対する中立的な動作。
−　　30年以上の耐久性、透過率の低下なし、樹脂化なし、蒸発なし。
−　　問題のない接合のための最適な強度。
−　　接合部分から液体媒体が漏れるクリープ現象はありません。
レンズの隙間から発生するという結果を有するでしょうが、非常にゆっくりとしています。従ってレンズの画質は、外側のレンズ面に大きく損なわれることはありません。

技術者のためのアイデアは予約した液状合成媒体にかかっています。そのため設計者のアルフレート・カーナップはこの技術的問題に参加しました。ツァイス社の化学実験室において、彼は2枚のガラス板に多数のオイルのサンプルの挙動を調べました。テストの結果、選択されたのは水素化工場ザイツのオイルXFS8Aを指定しました。このオイルの屈折率は1.45193でフローライトの屈折率1.43496に最も近かったのです。このオイルで接合した後、閉じ込められた気泡が液体の隙間に目で見えました。どのようにしたら、これを防ぐことができるのか？これは深刻な問題のように見えました。

1日後の再検査では気泡が収縮し完全に姿を消しました。最適なオイルが発見された後、疑問が生じました。液体を完全にシールドまたは狭い幅の毛細管現象に依存する必要があるか？様々な温度における間隔と形状の答えはそう単純ではありませんでした。そのため、その形状とボリューム（量）の両方を変更しました。

30年以上の寿命に関して、彼らは技術的に安全で精巧なシールドを諦めました。オイルが漏れないようにするには2枚のガラスレンズに隣接する平面を面取り研磨する必要がありました。

最初の設計を構築するための前提条件にその目的が与えられました。1985年9月、APQ型の設計で口径100mm焦点距離1000mmのレンズが試作されました。光学検査では、三角形構造のない円形の回折パターンを示しました。回折パターンの小さな乱れが観察された場合、これは常に2枚のガラスレンズの外側表面方向の一つが原因でした。また、すり割り付のスプリングでリングに作用する前にほんの少し締めること。これはレンズ表面を圧迫すると、レンズの結像性能をかなり妨げるからです。液柱のようにレンズの間隔は存在しません。

これらのレンズは３か所を押すことによって再び客観的に回折パターンが3か所の障害として検出されました。その前にネジはあらゆる力を行使することができます。原則、このバージョンでは平面はレンズのパッケージに軸方向の小さな隙間が必要です。

光学検査でAPQ100/1000は−25℃〜40℃の気候室でテストした第一のパターンのレンズの機能とフローライトを制御するため、それに対応するアルミニウムの値の膨張係数がメーカーの目論見でした。設計者の要求に応じて膨張率はツァイス計測研究室で測定しました。正しい値は小さく真鍮と同等となった驚くべき結果でした。意外に良好な整合性は物理工学ライヒ工科研究所が1920年に測定したフローライトの屈折率の間にありました。高精度に動作するAPQ100/1000の製造は1985年に登録されました。

一方、次の大きなレンズの光学設計が行われました。1989年5月APQ130/1000が設計されました。それは、大きな開口部に加えて、その短い焦点距離によって区別されました。また、少し変わったテストが行われました。航空貨物は空気の圧力条件をシュミレートできます。そうでなければ、天体望遠鏡の真空容器内で大きな望遠鏡ミラーをテストした中で実効値をチェックできます。

6  APQ型対物レンズ　　歴史的過去のレンズと比較して。

図２　軸上色収差について５つのタイプのレンズ（E型、A、B及びAS型と現在のAPQ型）と比較

APQ型は口径100mm焦点距離1000mmで比較しました。必要な収差補正で比較するためにはA型は焦点距離1750mm、B型は1500mmが必要でした。同じ理由でAS型は外面に若干の非球面を有しました。本縦色収差の表現では波長Tにおける焦点位置がプロットされています。アポクロマートの条件として480nmから644nmにおける波動光学的深度１Tが最大値であるレンズということができます。この条件はB型レンズとAPQ型レンズのみ満たしています。

セミアポクロマートは2Tが上限のため、A型100/1750は良好なセミアポクロマートですがAS型はA型とE型の間に位置しているため、セミアポクロマートではありません。特殊ガラスを使っていないE型レンズは最大の軸上色収差を持っています。フローライトレンズのAPQ型レンズは436nm〜706nmの全波長範囲に於いて波動光学的深度1Tよりも小さい焦点位置を有しています。また、より明るいAPQ100/640でも簡単にこのアポクロマートの条件を満たすでしょう。

図３　AS100/1000とAPQ100/1000の光学性能を示しています。　横収差やスポットの数値は、同じスケールに表示されています。湾曲した横収差曲線はAS-レンズを示しています。

表1 APQ100/1000の光学データです。

７．特許調査において
APQ型対物レンズの前駆体のフローライトに組み合わせるガラスが1980年の米国特許に記載されていることが発見されました。そのためAPQ型対物レンズの2枚のZK2はBaK2とK11に置き換えられました。

惑星観察のための口径500mmまでの屈折望遠鏡に関する文献研究で広範な論文の中で評価されました。ジェームス・G・ベイカーによるこの研究は1963年2月ジャーナル応用光学に「惑星用望遠鏡」として登場しました。その中にAPQ型のようなレンズが記載されていることは興味深いことです。早ければ1943年にフローライトとBK7及びK10のAPQ型プロトタイプが登場していたかもしれません。

1955年、口径75mm焦点距離750mmのレンズはこのモデルに基づいて構築されました。米国で発明されていたこの事実は結局時間的にオフセットし、互いに独立して再びイエナに出現し、ここでさらに良好に開発された光学ソリューションの確認とみなされました。

８．多くの改良がイエナAPQ型対物レンズの高品質の証
フローライトを含む3枚構成の対物レンズは高いコストでAPQ型対物レンズは安価な製品ではありません。それは最初から明らかでした。APQ型対物レンズの価格を正当化するためには最高の基準を満たす必要がありました。製造には−45℃〜70℃の温度、様々な湿度の気候室や振動や落下テストを行いました。完璧な機能は−25℃〜45℃の温度の中で示されました。

特別な注意はレンズの間隔に対して払わなければなりませんでした。その時点で口径150mmまで設計しましたが、セミアポクロマート対物の何倍も大きい膨張差のあるガラスとフローライトの間隔の温度変化は、アーレンスブルクのヴォルフガング・ブッシュの１０年以上の永い経験から平行なままでないことを意味していました。もし、20℃のガラスとフローライトレンズの間の接合部の並列の間隔が−45℃では既に余白に増加している接合面の間隔が、多くの光に途中で影響を与えるような形状を有していました。

冷却時にレンズの中央から温度が下がり始めた場合、隙間容積が大きいオイルの存在量により油膜の裂け目が生じ画質の損害が大きくなります。この欠陥は、より高い温度で消失しない場合は、レンズを処分しなければなりませんでした。20℃で接合部間隙の油膜に裂け目が生じるような事故を防止するためフローライトレンズが形成されています。

液状媒体のオイルはフローライトとほぼ同じ屈折率を有するため、光学的に不利ではありません。また、重要なのは、接合部の隙間ごとの正確なオイルの量です。例えばAPQ100/1000の2つの40mmの体積に対応する必要なオイルの量は幅５μの平行スリットを形成しました。

ねじリングのスプリング圧力の問題を解決するために特殊なAPQ型対物レンズ用マウントを構築しました。最も大きな直径を有する第一のレンズは、３か所のソケットをあらかじめネジやバネで押圧されるようにレンズホルダーを設計しました。望遠鏡が垂直に上を向いたとき２つの内蔵レンズのみ油膜保持されています。

図4　温度補償されたAPQ150/1200セル枠

図5　温度補償されたセル枠の断面

より大きなAPQ130/1000とAPQ150/1200のセル枠にも温度補償を備えていました。

各ガラスのレンズの縁に真鍮製のシリンダーがあり120度の間隔でそれぞれの端に３個のプラスチック片があります。温度変動時にレンズがソケットの中央に維持されるよう部品の寸法が決められています。

これらの改善を示す製造方法すべてがうまく機能することが実証されたレンズのみがAPQ型対物レンズとして販売され、30年間の保証を与えることを可能にしました。APQ型対物レンズの種類は、いくつかの特殊な化合物の技術として特許出願の対象です。他の特殊性としては、干渉計で測定したイメージを顧客に対しテスト証明書として発行されました。

望遠鏡レンズの結像性能は理想的には100％に達するでしょう。APQ型対物レンズはストレール比95％の最小値を持つ良好な結果に修正されました。これはまた、国際的な競争のため非常に高品質な障壁でした。

実務経験の教え：ガラスやフローライトは、干渉計で見直された仕様および図によれば、正しく第１及び第3レンズの外面の両方を製造している場合に良好な品質が存在しました。意欲的な品質目標は、第1の組立後に直ちに達成しました。

図6  赤道儀とAPQ型対物の完全なアマチュア用望遠鏡(APQ130+�U型赤道儀+3VST三脚セット）

９．APQレンズが市場に出て
このことについて非常に良いレビューが関連する業界誌に掲載されました。APQ型対物レンズを装備した天体望遠鏡を購入した顧客に対し潜在的な誤情報を阻止することを目的とした論文を発表するまで、そう長くはありませんでした。彼ら競争相手の反応は自社製品上に反映しました。これらの競合製品は、特殊な素材であるフローライトを含有し、空気間隙を有する２エレメント系として設計されました。

 偽陰性または特許請求の範囲のいくつかの例
�@  フローライトは吸湿性であるため、これらのレンズは、長い寿命を持っていません。
�A  フローライトレンズは太陽の観察には適していません。
�B   油が流れます。
�C   対物最高のパワーは、空気間隙を持っている必要があります。
�D   フローライト（フッ化カルシウム結晶）材料は、フローライト（フッ化カルシウム）状ガラスよりもはるかに膨張します。

最初の4つの文は偽であり、フローライトの最後の暗示は、その光学特性についてFK54やFPL53と比較して約30％強く膨張します。フローライトアポクロマートについては、この偽情報が豊富で、APQ型対物レンズ開発者により応答しなければなりませんでした。しかし、どのような理論的な議論よりもAPQ型対物レンズのはるかに優れた品質と安定性の証明はフェアで適切に、アマチュア天文家に対し実用的なデモを行いました。

競合製品との直接比較は天体の観測により専門家の訪問者を説得しました。ツァイスのレンズは観察したときにより純粋なカラー画像を示し、しばしば注目されました。この特性はガラスの選択だけでなく、製造工程で注意を払う、その両方に依存しました。

赤と青の画像は望遠鏡レンズの長焦点で共通の焦点を持つように屈折率は小数点第6以下の数まで知られていなければなりませんでした。これらは正確にレンズが設けられており、ガラス溶融体と機械加工幾何学体はプリズムの測定に正確に記載しなければならない屈折率を決定します。これらの屈折率を有するガラスレンズが最適な曲率半径と光学系の間隔が再計算されました。

液状媒体の屈折率が一定で、かつ、高精度の既知のサイズであるため、フローライトレンズについては、この測定の手間を排除しました。フローライトのようなガラスが含まれているレンズのような屈折率の不確実性はフローライトレンズは半分しか敏感に反応しませんでした。

アマチュア天文学のための私達が提供したツァイスイエナAPQの標準シリーズは、下記の4種類のレンズがありました。

- APQ 100/1000　
- APQ 100/640
- APQ 130/1000 
- APQ 150/1200

F値と焦点距離は維持されましたが、フローライトに対して1985年から1994年の間に繰り返し組み合わせるガラスを変更しました。最も一般的な原因は、光学ガラスの製造業者のための調整の範囲でした。光学設計からの等価な組み合わせを検索する必要がありました。アプリケーションの元のZK2/ ZK2の組み合わせの後にBAK2/K11、BaLKN3/ BaLKN3、後にNBK7/ K10のペアがありました。利用可能なガラスの中から選択することで、ガラスの範囲の制限がますます困難となりました。例のZK2またはBaLKN3の2つの対等な組み合わせるガラスを見つける方法は、ほとんど絶望的であるため、ガラスの２つの異なるタイプのその後の組み合わせを作りました。APQ80/500とAPQ80/840は上記の標準シリーズに加えて試作されましたが、シリーズでは生産されていません。

APQレンズはテストのためいくつかの試料のとしてコリメーターをつくりました。それは150/1200でした。そのアプリケーションは具体的に南極で使用するためのレーザー透過光学系などの波長355nm、532nm、1064nmで計算されたAPQタイプが設計されました。

11  ツァイスとAPQレンズの終わり
有望な生産と製品カテゴリとして、天文アマチュアのデバイスの範囲内でレンズの販売もありましたが、それはツァイスによる利益がないために、高価なコンサルタント会社の推薦でこのカテゴリを解決するにもかかわらず1994年生産停止が決定されました。

これらの同じ専門家はまた、同様の理由から、世界的に有名なツァイスプラネタリウムの生産を停止する方法を助言しました。幸いにもプラネタリウムグループが残っており、印象的な機器のデモンストレーションの後に最後に、ツァイス・イエナチーフのピーター・グラスマンで決定しました。

奇跡はアマチュア天文機器群のためではなく起こりました。多くのツァイスの顧客は、イエナ天文アマチュア機器の開発の終了を経口及び書面で知りがっかりしました。彼らは以前に天文機器設計エンジニアからいくつかの時間を要求していたためではなく、少なくとも双眼鏡やスポッティングスコープを制作会社の従業員も、むしろ嬉しかったようです。天体望遠鏡は、それらが地上の観察には適していないように設計され、販売されなければなりませんでした。

現在までに、世界のいくつかの企業でAPQタイプのレンズは生産されました。
※注)アメリカのアストロフィジックス、TECやロシアのARIES社のアポクロマートなどがそれに該当すると思われます。

1994年以降、イエナではAPQ型対物レンズはバーダープラネタリウム社のために製造されました。また、彼らはアマチュア天文製品に対する顧客サービスを引き継ぎました。

一方では、口径200mmを有するAPQ型対物レンズが製造され、焦点距離2000mmのレンズは広範囲に渡ってテストされています。干渉計の検査では97パーセントのストレール比がありました。観察の変化する条件下での実用的なアプリケーションでは正常でした。