« 2012年6月 | トップページ | 2012年8月 »

2012年7月

2012年7月30日 (月)

レンズの製造工程 球面レンズができるまで

レンズは次の図のような工程で製造されます。

 まず光学ガラスの原料を調合して、高温で加熱して溶解します。溶解が終わったら、脈理や気泡ができないようにゆっくりと時間をかけて冷却します。できあがったガラスから均質な部分を取り出してレンズの材料とします。

 続いて取り出されたガラスをレンズの大きさに加工し、円盤状のガラス板とします。この段階でレンズのような形をしていますが表面はまだ平らです。

 荒ずりでは円盤状のガラス板の表面をカーブジェネレーターという機械で人工ダイヤモンドの砥石で球面に削り、レンズの形にしていきます。

 続いて砂かけ(精研)が行われます。レンズの表面を砂や人工ダイヤモンドの小さな球状の粒で磨き滑らかにしていきます。これらの作業で仕上げ寸法に近いレンズができあがります。この段階ではレンズはまだ透明ではなく、すりガラスのようになっています。

 砂かけが終わると、いよいよ研磨です。この工程では研磨剤を使ってレンズの表面を磨きます。研磨が適切に行われないと、光がレンズ表面に入る場所によって焦点の位置がずれてしまいます。

 研磨が終わると、レンズは透明になります。できあがったレンズは洗浄され、続いて、レンズの表面が正しく作られているかどうか検査します。研磨の終わったレンズは芯取りが行われ光軸がレンズの中心となるよう外周が削られます。

最後に光の反射を抑えるためレンズの表面に薄い膜を付けてコーティングします。

Lensproduction

CANON LENS MAKER

CANON LENS MAKER 2

CANON LENS MAKER 3

人気ブログランキングへ

| | コメント (0) | トラックバック (0)

2012年7月27日 (金)

国際宇宙ステーションISSから見た美しい景観

国際宇宙ステーションISSから撮影した画像データを使って作成した映像が、その美しさからインターネットで話題になっています。

漆黒の宇宙にあふれるばかりの光と色です。あまり語る必要はありません。全画面表示で見てみてください。

View from the ISS at Night - By Knate Myers

人気ブログランキングへ

| | コメント (0) | トラックバック (0)

2012年7月26日 (木)

平面鏡を傾けると反射光はどれぐらい傾くか

 傾いた平面鏡に光を入射したとき、反射光がどどのぐらい傾くかを考えてみましょう。次の図のように入射光を固定した状態で、平面鏡を元の位置MからM’へα度だけ傾けると、入射角・反射角ともにα度だけ増加します。このとき、鏡を傾けた後の反射光は、鏡を傾ける前の反射光より2α度傾きます。

 Photo

人気ブログランキングへ

| | コメント (0) | トラックバック (0)

2012年7月24日 (火)

レーザー光線の竪琴  Laser Harp

レーザー光線のハープです。光を遮ることで音がなるようにできているのでしょうか。

Tetris Theme on Laser Harp - Theremin Hero LIVE! Finale - Gamecity 5 Nottingham

テトリスのテーマで有名なロシア民謡Korobeiniki (コロベイニキ、行商人)を演奏しています。

蛇足ですが原曲はこんな感でで演奏されます。

Orchestre Ossipov Korobeiniki (original tetris music)

人気ブログランキングへ

| | コメント (0) | トラックバック (0)

2012年7月23日 (月)

【問題】レンズの公式の近似

次の式はお馴染みのレンズの公式です。

: 焦点距離
a : レンズの中心から物体までの距離
b : レンズの中心から実像ができる位置(スクリーン)までの距離

この式をbについて解くと、次の式が得られます。

物体とレンズとスクリーンをある配置にしたら、この式を次のように近似することができました。

物体とレンズとスクリーンをどのように配置したのでしょうか。

人気ブログランキングへ

| | コメント (0) | トラックバック (0)

2012年7月21日 (土)

H2B ロケット3号機/こうのとり3号機の打ち上げ成功

7月21日の午前11時6分に種子島宇宙センターから、国際宇宙ステーションISSに物資を運ぶ輸送機「こうのとり3号機」を搭載した「H2Bロケット3号機」が無事に打ち上げられました。 打ち上げから15分後に、H2Bロケットから、こうのとりが予定通り切り離されました。こうのとり3号は27日にISSとドッキングする予定です。

これで3回連続の打ち上げ成功です。今回で研究開発段階の打ち上げが終了となります。4号機から本格的な運用開始となります。

今回の打ち上げの解説ビデオです。

「こうのとり」3号機/H-IIBロケット3号機 打ち上げライブ中継

打ち上げの映像はこちらです。

JAXA-"こうのとり"打ち上げ,発射 2012./07./21

発射10秒前は1分35秒頃からです。

人気ブログランキングへ

| | コメント (0) | トラックバック (0)

2012年7月19日 (木)

倉庫の屋根のピンホール

とある倉庫の中を歩いていたら床にまん丸の光を発見しました。これが太陽の像であるだろうことはすぐにわかりました。

120718_133701

そして、すぐに天井を見上げてみました。はい、ピンホール発見です。

120718_133702

この天井の穴から差し込む光が床に太陽の像をつくっているわけです。

結構、高い天井ですが、快晴の日はこのように太陽の像が綺麗にできるのでしょう。逆に雨の日は大変だと思うのですが。

人気ブログランキングへ

| | コメント (0) | トラックバック (0)

2012年7月18日 (水)

【問題】レンズと平面鏡を組み合せた問題

焦点距離が15.0 cmの凸レンズから25.0 cm離れた位置に光軸に垂直に平面鏡を立てます。この平面鏡から凸レンズの方向に15.0 cm離れた光軸上に光源を置いたとき、光源の実像はどこにできるでしょうか。

(この問題はレンズの公式を使って求めてください)

Photo

人気ブログランキングへ

| | コメント (0) | トラックバック (0)

2012年7月16日 (月)

透明でイタズラ

目に見えないのに、そこにはないと認識してしまうのが透明な物体です。ガラスに気が付かなくて、頭をぶつけた経験のある人も多いのではないでしょうか。

その逆の発想をしたのが、このイタズラ映像です。目に見えないのに、周りの環境で、そこにあるだろうと認識してしまうのも、透明な物体です。

Pegadinha - Câmera Escondida - Porta Invisível

人気ブログランキングへ

| | コメント (0) | トラックバック (0)

2012年7月15日 (日)

池の上の球形の水槽

日本ではあまり見かけませんが、海外では庭の池の水面に角柱や球形の水槽を取り付けて楽しんでいる人が多いようです。

次の影像は池の水面に球形の水槽を取り付けた例です。鯉が池から球形の水槽の中に入り込んでいます。光が屈折するので、鯉の見え方が面白くなっています。

Add-A-Sphere daytime video www.addasphere.com

これはどのようにできているかというと、次の映像のように作ります。

なぜ水槽の中に鯉がたくさん集まっているのかもわかります。

Add-A-Sphere Installation.wmv

旭山動物園の展示方法の家庭版という感じがします。

人気ブログランキングへ

| | コメント (0) | トラックバック (0)

オリンピックの採火式 太陽光を凹面鏡で集めて着火

オリンピックの聖火は、ギリシャのオリンピアで太陽光を凹面鏡で集めて採火したものです。炉の女神ヘスティアを祀る11人の巫女が凹面鏡の焦点位置にトーチをかざすことで火をつけます。

Photo

次がその映像ですが、この儀式は基本的に非公開です。映像で見ることができるのは公開リハーサルの映像です。

ギリシャのオリンピアで採火式、五輪聖火リレーがスタート

採火された聖火は、聖火ランナーによってオリンピック開催地まで届けらます。そして、オリンピックの開会式で、聖火台に着火します。

次の影像はバルセロナオリンピックの開会式での聖火台への着火です。聖火を火矢に移して、聖火台へ打ち込みます。まさに神業のように、火矢は聖火台へ一直線へ飛んでいき、聖火台に聖火を灯します。

バルセロナ五輪

ロンドンのオリンピックの開会式では、聖火台にどのように聖火が灯されるのでしょうか。

人気ブログランキングへ

| | コメント (0) | トラックバック (0)

2012年7月14日 (土)

【問題】レンズに任意の角度で入射する光線はレンズを出た後にどのように進むか

先日紹介した記事【問題】光軸上の1点から出て凸レンズに入射する光はどこに像を結ぶかの作図ができるようになると、凸レンズに任意の角度で入る光線が凸レンズを出た後にどのように進むかを作図することができるようになります。

次の図のように凸レンズの主平面に任意の傾きで入射する光線①が凸レンズを出た後にどのように進むか作図だけで考えてみましょう。

補助線を一本引くだけで、すぐにわかります。

3231

 カメラのレンズのような複数のレンズを通る光線を作図する場合、1枚目の凸レンズに入射する光は自分で好きなように描くことができますが、1枚目を通り抜けて2枚目の凸レンズに入射する光線、2枚目を通り抜けて3枚目に入射する光線となるとそうはいきません。必ず任意の傾きでレンズに入射する光線の道筋を調べる必要が出てきます。

 しかし、この方法を使うと、2枚目の凸レンズ、3枚目の凸レンズと次々と光の進む道筋を求めていくことができます。

人気ブログランキングへ

| | コメント (0) | トラックバック (0)

2012年7月13日 (金)

次世代のタッチスクリーンはこうなる?

いろいろなメーカーが次世代のタッチスクリーンがどのようになるかというコンセプトを出しています。

次の映像は3Mのフレキシブル透明タッチスクリーンのコンセプトです。これが見ている人に未来を想像させるような作りになっており、とても良くてきています。

3M Flexible Transparent Touchscreen Concepts

人気ブログランキングへ

| | コメント (0) | トラックバック (0)

2012年7月12日 (木)

ホタルを捕らえるテッポウウオ

水中から空気中の木の枝に止まっているホタルを水鉄砲で狙い撃ち。

Archer Fish

テッポウウオは水の中から目で空気中の獲物に狙いを定めて水鉄砲を撃ちます。光は空気中から水中に入るときに、境界面で屈折して折れ曲がりますから、水中にいるテッポウウオから見える獲物の位置は、実際に獲物がいる位置とはずれているはずです。

屈折の影響を最も少なくするためには、獲物の真下に移動し、水中から獲物に対してほぼ垂直に狙いを定めて水鉄砲を撃つことです。

では、すべてのテッポウウオがそのようにして獲物を捕らえているかというと、そうでもありません。やはり、屈折を計算して獲物に狙いを定めて打ち落とすこともできるようです。

テッポウウオがどうして水中から獲物を狙い撃ちできるか、実験した研究者がいます。その研究結果によると、この能力は先天的なものではなく、経験に基づく訓練の賜物のようです。

Science / Fish Eyes Don't Lie
http://news.sciencemag.org/sciencenow/2004/09/07-01.html

下記の論文によると、テッポウウオは訓練を重ねると、なんと移動する獲物でさえ、予測して狙い撃ちできるようになるとのこと。

また、訓練を重ねたテッポウウオの狙い撃ちを、別の個体に見せると、その個体は訓練しなくても狙い撃ちが上手になるという結果も出ています。

Animal cognition: how archer fish learn to down rapidly moving targets.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16488871?dopt=Abstract

人気ブログランキングへ

| | コメント (0) | トラックバック (0)

2012年7月11日 (水)

【問題】光軸上の1点から出て凸レンズに入射する光はどこに像を結ぶか

レンズの問題で頭の体操をしていみましょう。

 次の図のように凸レンズの光軸上に点光源Mがあります。この点光源Mの実像はどこにできるでしょうか。

3221

 一般に凸レンズでできる実像を考えるとき、次の3本の光線の使って作図します。この3本の光線の交点を求めると実像を作図することができます。

  • 凸レンズの光軸に平行な光は焦点を通る
  • 凸レンズの主点を通る光はそのまま直進する
  • 凸レンズの手前側の焦点を通る光は光軸に平行に進む

 上図において、M点から出て光軸上を進む光線は、上述の3本の光線の条件をすべて満たしていますが、1本の光線だけでは、交点を求めることができませんので、実像のできる位置を求めることができません。

 ところが、上図に2本の光線を書き込むと、実像の位置を簡単に求めることができます。なお、この場合、M点から出て光軸上を進む光線は考える必要はありません。実像のできる位置を作図してみてください。

人気ブログランキングへ

| | コメント (0) | トラックバック (0)

2012年7月 9日 (月)

光り輝く水銀に超音波振動を与えると

水銀は液体といえども原子同士が金属結合で強く結びついているため、極めて大きな表面張力をもっています。そのため、水銀の液体はくっついて丸くなります。その水銀の玉に超音波で振動をかけると、表面がどのように変形するのか実験したのがこの映像です。

Mercury Hz

こちらはスローで再生したものです。

Mercury Hz Slow Motion

余談ですが、水銀の表面がゆがむことによって、光を反射する方向が変わるため、水銀表面の明るいところと暗いところの場所が変化しますね。

人気ブログランキングへ

| | コメント (0) | トラックバック (0)

2012年7月 8日 (日)

水の中で眼が良く見えないのはどうして? 魚類の水晶体が球状なのは?

水中でものがぼやけて見えるのはどうして?

 水中眼鏡を使わずに水の中に潜ると、水中のものがぼやけて見えます。どうして、水中では眼が良く見えなくなるのでしょうか。

 次の図はヒトの眼球の断面図です。眼球は不透明な強膜に囲まれています。眼の前方には透明な角膜と水晶体があり、角膜と水晶体の間の眼房は透明な眼房水で満たされています。眼球の内部は透明なガラス体で満たされています。角膜の屈折率は約1.38、水晶体の屈折率は約1.4、眼房水の屈折率は約1.34、ガラス体の屈折率は約1.34です。

1

 眼に届いた光はまず空気との境界に存在する角膜で大きく屈折して眼の中に入ります。眼は遠くのものや近くのものを見るときには、毛様体を伸縮して水晶体の厚さを調節し、網膜に像ができるようにします。水晶体で屈折した光はガラス体を通過し、網膜に像を結びます。

 空気中で、光が空気と角膜の境界で大きく屈折するのは、空気の屈折率約1.0と角膜の屈折率約1.38の差が大きいためです。

 一方、水中では、空気が水に変わります。水の屈折率は約1.33ですから、角膜の屈折率約1.38と近い値となり、屈折率の差が小さくなります。そのため、水と角膜の境界での光の屈折は、空気と角膜の境界よりもかなり小さくなります。

 角膜を通った光は眼房水を通り抜けて水晶体に入ります。ヒトの眼の水晶体は凸レンズの形をしていますが、水晶体の厚さの調整は空気中でものが良く見える範囲でしかできません。ですから、眼は光を十分に屈折することができないため、網膜に像をうまく結ぶことができません。

このとき、光は次の図のように網膜より後ろ側で像を結ぶようにやってきます。これは遠視の状態と同じです。そのため、水中ではものがぼやけて良く見えないのです。

2

魚などの水中の生物はどうしてものが見えるのか?

 魚類や水生のほ乳類は、水中でものを良く見ることができます。魚類や水生ほ乳類は、ヒトと比べて、特段に屈折率の大きな角膜や水晶体を持っているわけではありません。生物の透明な細胞の屈折率は水の屈折率に近い値です。ですから、水中でのヒトの眼と同様に、光は水と角膜の境界で大きく屈折せずに、眼の中に入ります。

 ヒトの眼と魚類や水生のほ乳類の眼の大きな違いは、ヒトの眼の水晶体が凸レンズの形をしているのに対して、魚類や水生のほ乳類の水晶体が球形をしていることです。次の写真はマダラの水晶体ですが、球形をしていることがわかると思います。

Sa3a0200

下記のサイトには、メバルの綺麗な水晶体の写真を見ることができます。

日常から正方形に切り抜く メバルポスター四部作
http://wisdom96.exblog.jp/16269194/

水晶体が球体をしていると、光は水晶体で大きく屈折します。そのため、魚類や水生ほ乳類の眼は、水中で光を網膜にうまく結ぶことができるのです。その代わり、魚類や水生ほ乳類の眼は水晶体の厚さを調整することができません。どのようにして網膜にピントを合わせているかというと、水晶体を前後に動かしているのです。

また、水晶体が球状をしているので、魚類や水生ほ乳類は空気中では光の屈折が大きすぎるため、極度の近眼の状態になります。

ただし、干潟で生活しているトビハゼなどは陸上の生活に適した薄い水晶体を持っています。

また、ヨツメウオという魚は水晶体の形が長円形をしています。この長円形の水晶体が眼の中で斜めに配置されており、上部と下部で光の屈折の大きさが異なるようになっています。そのため、上部で水上、下部で水中をよく見ることができます。イメージとしては、上下を反対にした遠近両用メガネをかけたような感じです。ヨツメウオの眼は水陸両用の水晶体を持っているのです。なお、ヨツメウオは眼を4つ持っているわけではありません。

人気ブログランキングへ

| | コメント (0) | トラックバック (0)

2012年7月 5日 (木)

ヒッグス粒子の発見

 欧州合同原子核研究所(CERN、スイス)は4日、世の中の最も基本的な粒子の一つで、物に重さ(質量)を与える「ヒッグス粒子」とみられる新粒子を発見したと発表しました。

世紀の大発見となるか?"ヒッグス粒子"の存在が解明される!! About higgs

 研究チームはスイスのジュネーブとフランスの国境にある大型ハドロン衝突型加速器(Large Hadron Collider、LHC)で、陽子を光速に近い速さまで加速して衝突させ、衝突の際に生じる光や粒子などを調査したところ、質量が水素原子の約130個にあたる新しい素粒子を発見しました。この素粒子を見つけるのに陽子同士を1線兆回以上衝突させたそうです。

 ヒッグス粒子は昨年の12月にその存在が示唆されていましたが、その後、実験と観測を重ね、今回の発表となりました。

 ヒッグス粒子は、1964年に英国のエディンバラ大学の理論物理学者ピータ・ウェア・ヒッグス博士によってその存在を予言された素粒子です。

 素粒子の標準モデルで予言されている素粒子のうち、物質を形成する12種類の素粒子と、物質に力を伝達する5種類の素粒子は既に発見されていましたが、ヒッグス粒子は唯一発見されていなかった素粒子でした。

 今回発見された新素粒子がヒッグス粒子だとすると、標準モデルの素粒子がすべて現実のものとしてそろったことになります。物質とは何か、この宇宙はどのようにして成り立っているのかなどを解明する手がかりとなります。

 英国のケンブリッジ大学の元教授のスーティーブン・ホーキンス博士はヒッグス粒子が発見されたことに対して、ヒッグス博士をノーベル賞に推薦するというコメントを出しています。また、ホーキンス博士はヒッグス粒子が見つかるかどうかについて、米国のミシガン大学の教授と賭けをしていたそうです。ホーキンズ博士は見つからないという方に100ドルを賭けていたようで、自分はどうやら賭けに負けたようだとコメントしています。

人気ブログランキングへ

| | コメント (0) | トラックバック (0)

2012年7月 3日 (火)

光の歴史―物理学の闇と天才たち

光の歴史―物理学の闇と天才たち (1977年)

遠藤 真二 (著)

既に古本しか手に入りませんが、光学の歴史に興味のある人は是非一冊持っていた方が良い本です。

光の歴史―物理学の闇と天才たち

出版社: 東京図書 (1977/03)
ASIN: B000J8X5Z0
発売日: 1977/03
商品の寸法: 19.4 x 13.6 x 1.8 cm 184ページ

人気ブログランキングへ

| | コメント (0) | トラックバック (0)

透明なプラスチック(1)

 一昔前までは透明な材料と言えばガラスが代表格でした。しかし、現在では、優れた透明性をもつプラスチックが開発され、ガラスの代わりに使われるようになってきました。プラスチック材料として透明性をを重視した素材といえば、ポリカーボナートとアクリル樹脂が代表格です。

 ポリカーボナートもアクリル樹脂も透明性の高いプラスチックですが、透明性だけで比較すると、アクリル樹脂の方がポリカーボナートよりも優れています。アクリル樹脂は眼鏡や光ファイバーの材料として使われます。もちろん、その透明性は石英ガラスには及びませんが、プラスチックの中では特に透明性が高い材料です。

 しかしながら、アクリル樹脂には割れやすいという欠点があります。そこで、アクリル樹脂までの透明性は必要ないが、割れにくいなどの耐久性を重視する場合にはポリカーボナートが使われます。

 たとえば、CDやDVDのディスクは、データを読むための光がディスクの板の厚み方向を往復するだけで良いので、アクリル樹脂ほど透明性がなくても支障はありません。そこで、CDやDVDのディスクの素材にはポリカーボナートが使われています。

 ただし、ポリカーボナートを光学用途に使うには複屈折(参考記事:方解石による複屈折)が大きいという問題があります。

 ポリカーボナートのポリマーを引き伸ばして成型する場合、ポリマーは成形の時に流れた方向に引き伸ばされた構造になります。このとき、ポリマーの鎖の方向と、鎖と垂直な方向との屈折率が異なるため、複屈折が生じます。

Photo

 複屈折が生じると、材料の縦方向と横方向で焦点距離が変わってしまうため、光でデータを読み取るのが難しくなります。そこで、これを解消するために、分子量を小さくしたり成形方法を工夫したりして複屈折をなるべく小さくするような工夫がなされています。

 一見、透明に見える材料も、力のかかり具合によって、屈折率がバラツキ複屈折を生じます。これを光弾性といいます。たとえば、プラスチック製のスプーンを偏光フィルタを通して観察してみると、歪んだ部分が色づいて見えます。

548120_298541163552524_1746366305_n

【参考】

「機能性プラスチック」のキホン

桑嶋 幹 (著), 久保 敬次 (著)

欲しい性能を付与できる進化した有機材料の世界

人気ブログランキングへ

| | コメント (0) | トラックバック (0)

« 2012年6月 | トップページ | 2012年8月 »