百元望遠鏡
游大立
2015/07/5;2015/11/05更新
『百元望遠鏡』的目的在於用便宜的成本製作科學教具。拙作的摺紙光譜儀,就是其中一個作品。
本次發表『百元望遠鏡』做法,在去年第一之試做和幾次課程實施經驗中,可以在每支望遠鏡花費1百多元最多不超過1千元的前提下,完成製作折射式望遠鏡。當然我相信這決對不是最便宜的做法,也不是最佳光學品質的做法,但我想將這個階段的做法公開,希望能有拋磚引玉的效果。
當然鏡筒的材質不一定要用水管,使用硬紙筒也是一種方法,用厚紙板捲起來也是一種方法。台北市立天文館的張桂蘭小姐也提供類似的經驗,使用塑膠製的放大鏡組合而成,真的可以做出成本不到新台幣100元的望遠鏡。
我接下來要介紹的以水管來製作百元望遠鏡,除非使用回收水管,才可能將製作成本控制在新台幣100多元。若是整班教學製作(40~50人),每人的材料費大約在200~400元之間。當然玻璃鏡片用好一點的,成本會再往上加。仍能將成本控制在少於新台幣1000元,還是可以號稱『百元望遠鏡』。
望遠鏡本體材料:
材料名稱及規格
|
數量
|
用途
|
備註
|
10公分(4")口徑 2.5倍的放大鏡 |
一支
|
物鏡,焦距約30公分 | |
4公分(1.5")口徑3倍的放大鏡 |
一支
|
目鏡,焦距約10公分 | |
異徑接頭3"x1.5" |
1個
|
連接目鏡筒的水管零件 | |
1.5"水管,裁切5公分長 (E41,外徑48mm、內徑41mm) |
1段
|
目鏡筒 | |
1.25"水管,裁切1公分長 (B35,外徑42mm、內徑35mm) |
2段
|
目鏡固定環 | |
異徑接頭3.5"x3" |
1個
|
物鏡筒,物鏡的水管零件 | |
3.5"水管,裁切1公分長 (A90,外徑100mm、內徑41mm) |
2 段
|
物鏡固定環 | |
3"水管(A80) , |
1段
|
鏡筒 裁切29~31公分長(南亞異徑接頭)。 裁切24.5公分長(CJS異徑接頭) |
請留意水電材料行的每一管徑的水管,都是以4公尺為單位來賣。每段的其中一端會有大約10公分是口徑擴大不能使用在課程的部份。另外以砂輪機切割水管,每切割一次會損耗3~4mm。請備料時要特別考慮到。
組裝工具:
- 水管強力膠些許(黏著水管零件用),棉花棒一支(塗抹強力膠用)
工具:
- 裁管器(切割小口徑水管)
- 砂輪機(切割大口徑水管)
- 300號砂紙
組裝步驟:
- 將2段目鏡固定環剪開,剪掉1mm~2mm寬度,使能壓縮塞入目鏡筒內。
剪掉的兩端切口要能互相咬合。要先確認能輕地鬆將目鏡固定環塞入目鏡筒。 - 目鏡筒若以裁管器切開,則兩端會略為膨脹,先用300號砂紙將兩端磨平。研磨訣竅在於手握砂紙,水管前端以大約45度角接觸砂紙,緩慢旋水管研磨,則能將水管兩端均勻磨平。
- 先將其中1段目鏡固定環塞入目鏡筒1mm~2mm深度,以棉花棒塗抹水管強力膠在固定環外側,將目鏡筒往桌面輕輕垂直平壓,使固定環均勻塞入目鏡筒,並且能與目鏡筒貼平。桌面記得先墊一張回收紙,以免強力膠沾黏在桌面。
- 放入4公分放大鏡於目鏡筒內,再以棉花棒塗抹水管強力膠於鏡面上方1公分範圍,將第2段目鏡固定環塞入目鏡筒,朝向另1段固定環方向壓緊固定,使能將鏡片固定
以上完成目鏡的組裝。 - 物鏡固定環先試試能否輕鬆放入異徑接頭3.5"x3" (物鏡筒)的3.5"端。若您使用的是南亞的異徑接頭,一定要將固定環剪開。我使用的是其他廠的固定環剪開,可以輕鬆將物鏡固定環放入,因此不用剪開。若須要剪開,請執行下個步驟。若不用剪開,請跳過下個步驟。
- 將2段物鏡固定環剪開,剪掉1mm~2mm寬度,使能壓縮塞入物鏡筒內。
剪掉的兩端切口要能互相咬合。要先確認能輕地鬆將物鏡固定環塞入物鏡筒。 - 先將其中1段物鏡固定環塞入物鏡筒3cm~4cm深度,以棉花棒塗抹水管強力膠在物鏡筒內側,使固定環均勻塞入物鏡筒,並且能與物鏡筒外沿等距貼平。可以預先用鉛筆描繪貼齊的位置線,若趁強力膠還沒固化前,以直尺沿著物鏡筒內緣繞一圈量測固定環的黏著位置,確認與外沿等距。這個步驟是讓物鏡的鏡片能垂直於鏡筒。
- 放入10公分放大鏡於物鏡筒內,再以棉花棒塗抹水管強力膠於鏡面上方1公分範圍,將第2段物鏡固定環塞入物鏡筒,朝向另1段固定環方向壓緊固定,使能將鏡片固定。以上完成物鏡的組裝。
- 將目鏡筒塞入異徑接頭3"x1.5",再塞入裁切好的28.5公分長3"水管(鏡筒)。鏡筒另一端再與物鏡筒接好,就完成百元望遠鏡的組裝工作。
- 透過望遠鏡,若只能看清楚近的景物時,遠方景物模糊時,代表物鏡與目鏡的距離過長,可以試著將水管壓緊,縮短間距。如果問題仍然沒有解決,則將鏡筒以砂輪機再切掉1公分。
結構圖:
這個結構圖是我最近使用的CJS異徑接頭所推算的長度數據。鏡筒所須要的長度為24.5公分。若您使用南亞的異徑接頭,則鏡筒長度為29~31公分。
鏡筒長度L的測量方法:
- 先測量A80水管分別與異徑接頭的重疊長度So、Se。
- 測量物鏡鏡片中心到異徑接頭的3"開口的長度Do。
- 測量目鏡鏡片中心到異徑接頭的3"開口的長度De。
- 計算公式:
物鏡焦距+目鏡焦距=Do+(L-So-Se)+De以我們這次使用的鏡片組來說,物鏡焦距=300mm、目鏡焦距=100mm,So=40mm、Se=15mm,Do=85mm、De=125mm。
300+100=85+(L-40-125)+15, 代入方程式求得L=245mm