| 日 | 月 | 火 | 水 | 木 | 金 | 土 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | |||
| 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
| 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 |
| 26 | 27 | 28 | 29 | 30 |
光の三原色の加法混色を確認することができる実験装置です。前面のつまみで赤・緑・青の原色の明るさを調整することができ、2色の光の混合や3色の光の混合を行うことができます。
Generic 光の3原色物理光学教育ツールデモンストレーター
サイズ：約12x8x11cm / 4.72x3.15x4.33インチ
| 固定リンク | 0
古くから一眼レフカメラで使用されているシャッターはフォーカルプレーンシャッターと呼ばれる機械的に作動するシャッターです。フォーカルプレーンは焦点面を意味し、フィルムやイメージセンサーの手前の焦点面の近くに配置するシャッターのことです。シャッターボタンを押すと遮光幕が稼働してフィルムに露光します。遮光幕は先幕と後幕の2枚で構成されています。
次の図は低速時のフォーカルプレーンシャッターの動きを示したものです。撮影前は図の①のように先幕が閉じていてフィルムが遮光されています。シャッターボタンを押すと②のように先幕が開きフィルムに光が当たり露光が始まります。シャッタースピードの時間分だけ露光が行われた後、③のように後幕が閉じて露光が終了します。
次の図は高速時のフォーカルプレーンシャッターの動きを示したものです。撮影前は図の①のように先幕が閉じていてフィルムが遮光されています。シャッターボタンを押すと②のように先幕が開き始めますが追従して後幕も閉じ始めます。このとき先幕と後幕は同じ速度で動きスリットを作ります。このスリットがフィルム面を走査しフィルムに露光します。シャッタースピードの時間分だけ露光が行われた後、③のように後幕が閉じて露光が終了します。このようにして機械的な動作を高速にしていますが、低速時は光がフィルム全面に同時に当たるのに対し、高速作動は光がスリットが開いている部分の府フィルム面のみに当たります。そのためシャッター作動中に被写体の明るさが変わると露光の状態がフィルム面で異なることになります。ですから高速時は一瞬だけ光を被写体に当てるようなストロボ撮影には向きません。
先幕に電子シャッターを使い、後幕にメカシャッターを使用したもは電子先幕シャッターといいます。
一眼レフカメラはカメラ内部にミラーが存在しています。次の図は銀塩フィルムの一眼レフカメラの仕組みを示したものです。レンズを通して入ってきた光はミラーで反射され上部のペンタプリズムに送られます。撮影時に被写体をファインダーで確認しながらシャッターを押すことができます。シャッターボタンを押すとミラーが跳ね上がりフィルムの直前のシャッターが開きます。シャッターが開くとフィルム面に像が映りフィルムが感光します。
デジタル一眼レフカメラは銀塩フィルムをイメージセンサーに置き換えたものです。撮影時に被写体をファインダーでのぞくことができます。シャッターボタンを押すとミラーが跳ね上がりイメージセンサー直前のシャッターが開きます。シャッターが開くとイメージセンサーに像が映り画像が記録されます。多くのものにはモニター画面が取り付けられており撮影時や撮影後に画像を確認することができます。
ミラーレス一眼カメラはカメラ内部にミラーやペンタプリズムが存在しません。レンズを通して入ってきた光はイメージセンサーに直接当たります。像はファインダーや液晶モニターに表示されます。シャッターボタンを押すとイメージセンサーの直前のシャッターが開きます。シャッターが開くとイメージセンサーに像が映り画像が記録されます。最近では機械的に作動するメカシャッターではなくイメージセンサーが決められた時間で像を読み込む電子シャッターを採用したものも多くなってきました。
メカシャッターはフォーカルプレーンシャッターとも呼ばれます。先幕と後幕の2つの幕を機械的に動かすことによって撮影するシャッターです。確実に光を遮断できシャッターが開いたときに露光を一度に行なうため動体の撮影で歪みが生じることがない、蛍光灯などの照明によるチラつきが起きにくい、ストロボが使えるという利点があります。反面、シャッターを機械的に動かすためシャッター音が発生する、連射速度を高速にできない、シャッターの作動によるブレが生じるなどの欠点があります。
電子シャッターはイメージセンサーのON/OFFで露光を行います。シャッターボタンを押すとをイメージセンサーの上部側のセンサーから順番に露光を行ないます。これをローリングシャッター方式といいます。機械的な作動がないためシャッタースピードを高速にできる、高速連射ができる、シャッター音を無音にできる、シャッターの作動によるブレが生じない、耐久性に優れるなどの利点があります。反面、露光を一度に行うことができないため動体の撮影で歪が生じやすい、蛍光灯などの照明によるチラつきが起きる、ストロボが使えないなどの欠点があります。
先幕に電子シャッターを使い、後幕にメカシャッターを使用するして撮影する電子先幕というシャッター方式もあります。メカシャッターよりも高速撮影が可能でストロボの使用も可能なメカシャッターと電子シャッターの利点と欠点を持ち合わせたシャッターです。
スーパーマーケットやコンビニで買い物をするとレジで店員さんがバーコードリーダで商品についているバーコードを読み取ります。このとき商品の名前や価格などの情報が瞬時に読み取られますが、どのようにして読み取っているのでしょうか。バーコードには色々な種類がありますがここでは最も基本的な縞模様のバーコードの仕組みについて説明します。
バーコードの縞模様を見ると細線や太線、細い空白や太い空白から成っていることがわかります。最も細い線と空白がバーコードの最小単位となっており、線が1、空白が0を意味しています。 例えば最小単位の幅を1 mmとすると、5 mm幅の線は11111、5 mmの空白は00000、5 mm幅の線と空白の繰り替えしは10101を意味します。つまり縞模様のパターンが０と１で表される二進法のデータになっているのです。
バーコードの二進法のデータは規格に基づいて共通化されています。日本では1977年にJAN(Japanease Article Number)が制定されました。
JANコードは標準タイプで13桁、短縮タイプで8桁かなるバーコードです。使用できる文字は0～9の数字のみです。標準タイプの13桁目はッチェックデジットで12桁を設定すると自動的に付加されます。チェックデジットは数字列の誤りを検知するために付加されます。
標準タイプと短縮タイプのそれぞれの数値の意味は次の通りです。
（標準タイプ）13桁
国別コード（2桁） 企業コード（5桁） 製品コード（5桁） チェックデジット（1桁）
（短縮タイプ）8桁
フラグ（1桁） 企業コード（5桁） 製品コード（1桁） チェックデジット（1桁）
上図のJANコードは4912345678904は49が日本、12345が企業コード、製品コード67890、チェックデジット4になります。
バーコードをどのようにして読み取っているのかは別の機会に説明します。
【関連記事】
・バーコードの日（1952年10月7日）（バーコード特許取得の日）
レンズやプリズムは光を操って光の進む方向を変えたり、像を結んだりするために使われます。そのため、レンズやプリズムに使われているガラスには優れた光学的性能が求められます。ですから窓ガラスなどに使われている普通のガラスは、顕微鏡、望遠鏡、カメラなどの光学機器には使えません。このような精巧な光学機器に使われる特別なガラスを光学ガラスといいます。
普通のガラスも光学ガラスも、一見すると透明で均質に見えます。どちらのガラス板を通してものを見ても、鮮明に見えますし、歪んで見えるわけでもありません。しかし、２つのガラスの間には、光学的に大きな違いがあります。
たとえば、普通のガラスは製造過程で融かして固める際にガラス内部に力学的な歪みや脈理（みゃくり）と呼ばれる化学的成分の異なる部分ができやすいため屈折率のムラが生じます。光学ガラスはこのようなムラが生じないように作られており、ガラスのどの部分で屈折率を測っても、ほとんど同じ値が得られます。また、ガラスに気泡や異物が入らないよう、透明度にもムラが生じないよう細心の注意が払われてつくられています。
普通のガラス板は正面から見ると透明に見えますが、断面を見ると緑色に見えます。これはガラスに含まれている不純物が光を吸収するからです。次の写真は、厚さ1.5 cmのガラス板を2枚重ねて撮影した写真です。左右の厚さの差は1.5 cmですが、左側が緑色を帯びて暗くなっています。
このように普通のガラスを何枚も重ねていくと次第に暗くなっていき、やがて光が全く通らなくなります。光学ガラスは、普通のガラスに比べて、光の透過性が極めて高く、光をあまり吸収しません。光ファイバーが遠くまで光を運べるのは、光の透過性に極めて優れた光学ガラスが使われているからです。
光学ガラスに求められる性質は光学的性質のみではありません。次の表のように、用途に合わせた耐環境性や、生産性向上に必要な優れた加工性なども求められます。
| 光学的性質 | |
|---|---|
| 光透過性 | 光の吸収が少なく、光をよく通すこと |
| 均質性 | ムラがなくガラスのどの部分も屈折率が同じであること |
| 耐環境性・生産性 | |
| 化学的性質 | 耐熱性、耐水性、耐薬品性などに優れていること |
| 物理的性質 | 強靱性、硬度などに優れていること |
【関連記事】
最近、携帯電話や小型テレビなどに有機ELと呼ばれるディスプレイが使われるようになってきました。有機ELディスプレイは液晶やプラズマディスプレイに続く次世代の薄型ディスプレイとして注目されています。また、有機ELは照明への利用の研究開発も進んでおり、次世代の照明としても期待されています。有機ELは有機エレクトロルミネッセンス(OEL、Organic ELectro-Luminescence )の略で、有機物に電圧をかけると、光を出す現象のことです。
金属が電気を通すことができるのは、金属の内部に金属原子から離れて自由に動くことができる自由電子が存在するからです。この自由電子の動きが電流の正体です。
多くの有機物は自由電子をもたないため絶縁体です。ところが、ある種の有機物はその内部に比較的自由に動くことができる電子をもち、電圧をかけると電流が流れます。このような有機物を有機伝導体といいます。電圧をかけると光を出すものが有機ELの材料として使われます。
エレクトロルミネッセンスのルミネッセンスは、物質が外部からエネルギーを吸収したのち、吸収したエネルギーを光として放出する発光現象のことです。たとえば、パーティなどに使うケミカルライトは、化学反応のエネルギーで高エネルギー状態となった蛍光物質が元の安定したエネルギー状態に戻るときに、余分なエネルギーを光として放出する化学ルミネッセンスを利用したものです。
エレクトロルミネッセンスはルミネッセンスのうち電気エネルギーで発光する現象のことです。蛍光灯やLEDが光る仕組みもエレクトロルミネッセンスです。
有機ELの発光パネルは、有機ELの材料となる有機物を透明な基板に薄く塗ったもので、その厚さは１万分の１ミリメートル程度しかありません。有機ELの発光パネルは次の図のように電極で発光層を挟み込んだ構造をしています。
電極間に電圧をかけると、陰極から電子、陽極から正孔（電子が不足して電子の抜け穴ができたところ）が注入されます。電子と正孔はそれぞれ電子輸送層と正孔輸送層を通って、発光層で結合します。このとき、結合のエネルギーで発光層の物質が高エネルギー状態となります。しかし、この高エネルギー状態は元の安定したエネルギー状態に戻ります。このとき、高エネルギー状態と元の安定したエネルギー状態の差分のエネルギーが光として透明基板側から放出されます。この発光は電圧をかけている限り続きます。
発光層に使われる材料には低分子と高分子の蛍光物質と燐光物質があります。現在、広く使われているのは低分子の蛍光物質で、光の三原色の蛍光物質がそろっています。燐光物質は蛍光物質に比べて発光効率が良く、最近になって実用化されるようになりつつありますが、長寿命の青色の発光材料の開発が進められています。高分子材料は実用化に向けて開発が進んでいます。実用的な材料が開発されると、安価な大型の有機ELパネルの大量生産や折り曲げることができるフィルム状のディスプレイの実現が可能になると期待されています。
有機ELディスプレイのカラー表示の方式はいくつかあります。ここでは次の図に示す４つの方式について説明します。
①は最も標準的な方式で、ＲＧＢの光の三原色（光と色と「「光の三原色」と「色の三原色」｜色が見える仕組み（７）」）を発光する発光層を使ったものです。発光層を色別に配置する必要があるため製造コストが高くなります。
②は白色光を出す発光層とＲＧＢのフィルターを使った方式です。①よりも構造が簡単ですが、フィルターで光が吸収されるため発光効率が悪くなります。この方式はバックライトを使う液晶ディスプレイ（LCD）のカラー表示とよく似ています。
③は青色光を出す発光層とＲＧの蛍光物質を使う方式です。①よりも構造が簡単で、②よりも発光効率が良い方式です。
④は①と同じですが、発光層を並べるのではなく積み重ねる方式です。①はRGBを３つ並べて１ピクセルととしていますが、④はRGBを重ねて１ピクセルとしています。有機ELパネルの基板は薄いので、このような方式が可能となります。
有機ELディスプレイはLCDに比べ明るくて鮮明な画像を表示することができます。これはLCDがフィルターを透過してきたバックライトの光で画像を作っているのに対し、有機ELディスプレイは発光層が自ら光を出すからです。また、視野角が広く、斜めから見ても画像が綺麗に見えます。発光のレスポンスが良く、低消費電力です。さらに、非常に薄くできるため、変形するフィルムなどにも画像を表示することができます。
有機EL照明は1990年代に白色光を出す発光層材料が開発され、実現できるようになりました。有機EL照明はパネル全体が光るので、天井や壁の面全体を光らせるような大規模な面光源の照明を作ることができます。また、形状も自由に設計することが可能です。
【関連記事】
三角プリズム 物理学 光の実験 教育 光学ガラス製 光スペクトル 物理教育
三角プリズムは以前は高価だったのですが、最近では安価な中国製のものが入手できるようになりました。しかしながら、スタンド付き（台座付き）の三角プリズムは安価なものはありませんでした。この三角プリズムは価格は2,400円ぐらいで、写真のようにプラスチック製のスタンドが付いています。プラスチック製ですので、多少のゆがみはありますが、簡単なプリズム分散の実験には十分に使えます。スタンドがなくて実験に苦労していた人は楽になると思います。
プリズム本体は光学ガラス製とあります。どんな光学ガラスなのかは説明はありませんが、本ブログの記事「光学ガラス製のガラス玉」で紹介したBK7相当のK9と呼ばれれているものかもしれません。
次のような箱に入って届きました。中国語で三角プリズムは「三稜鏡」と言います。ちなみにレンズは「透鏡」です。
【仕様】
材質：プラスチックスタンド、光学ガラスプリズム
スタンドカラー：ブラック
サイズ（L * W）：17 * 12cm
重量：約 109g
パッケージに含まれるもの：
1×光学三角プリズム
1×ブラックスタンド
凹レンズでできる虚像のレンズの写像公式も実像のときと同様に求めることができます。
この図からレンズの公式を導くことができます。
次の図で△ＯＡＢと△ＯＡ’Ｂ’が相似形であることに注目します。
△ＯＡＢと△ＯＡ’Ｂ’が相似形ですから、
Ａ’Ｂ’／ＡＢ＝Ｂ’Ｏ／ＢＯ＝ｂ／ａ ……（１）式
の関係にあります。
次に、下図で△ＦＰＯと△ＦＡ’Ｂ’が相似形であることに注目します。
△ＦＰＯと△ＦＡ’Ｂ’が相似形ですから、
Ａ’Ｂ’／ＰＯ＝Ｂ’Ｆ／ＯＦ＝（ｆ－ｂ）／ｆ ……（２）式
の関係にあります。
ここで、ＡＢ＝ＰＯであることに着目すると（１）式と（２）式が等しいことがわかります。
つまり、
ｂ／ａ＝（ｆーb）／ｆ
の関係にあります。
この式を変形すると、
ｂｆ＝ａｆーａｂ
となります。
両辺をｆで割ると
ｂ＝ａーａb／ｆ
より
－ａｂ／ｆ＝ｂ－ａ
両辺をａｂで割ると
－１／ｆ＝１／ａ－１／ｂ ……（３）式
となります。
凹レンズの場合はf＜０とし、また虚像はｂ＜０とする約束がありますので、
１／ｆ＝１／ａ＋１／ｂ
のように表すことができます。
レンズの倍率ｍは虚像の高さと物体の高さの比ですからＡ’Ｂ‘／ＡＢです。これは（１）式と同じですから、次の式が得られます。
ｍ＝Ａ’Ｂ’／ＡＢ＝ｂ／ａ
ここで（３）式を考えてみましょう。1/a と 1/b の差分が -1/f ですから、1/a - 1/b は負の値となることがわかります。
ということは
1/b > 1 /a
ということです。つまり、
b/a ＜ １
凹レンズの虚像の倍率は常に1より小さくなります。
これは凹レンズでは物体を拡大して見ることができないことを意味しています。
CASIO QV-10Aはカシオ計算機が1996年に発売したコンパクトデジタルカメラです。１年前の1995年にCASIO QV-10というモデルが発売されていますが、QV-10AはQV-10の改良版になります。QV-10には撮影した写真の下部が緑色を呈するという問題がありました。QV-10Aではこの問題が解決されています。
コンパクトデジタルカメラはCASIOのQV-10やQV-10Aの発売前にもありましたが、実質的にデジタルカメラの市場を大きく開いたのは、斬新な特徴をもったCASIOのQV-10とQV-10Aと言っても過言ではないでしょう。
どこが斬新だったかというと・・・
まず、1番目の特徴は液晶パネルを搭載した世界初のデジタルカメラで、撮影中の画像や撮影後の写真をその場で確認することができました。銀塩カメラしか使ったことのない人には衝撃的な機能でした。
第2の特徴はレンズを回すと自撮りができたということです。この時代に自撮りを先取りしていたのはすごいことです。銀塩カメラで自撮りする場合は勘で撮影するしかありませんでしたが、このカメラは液晶モニターで確認しながらの自撮りが可能でした。
そして、第3の特徴は撮影した写真をパソコンで取り込んだり、テレビに映すことができました。カメラの丈夫には撮影に必要なボタンやパソコンなどに接続するためのコネクタがあります。
1995年にはWindows 95が発売開始となり、パソコンで画像を見る機会も増えてきました。また、商用インターネットが始まり、ホームページを作る人が増えてきました。QV-10やQV-10Aはホームページに掲載する写真を撮影するカメラとしてはたいへん便利だったのです。
撮像素子は、なんと25万画素の1/5インチのCCDイメージセンサーで、320x240ドットの写真を撮影することができました。メモリは2MBで前述のサイズの写真を96枚撮影することができました。
下記の写真は、当時、新幹線に乗ったときに富士山を撮影したものです。
レンズが単焦点だったり、電池の消耗が早いなどの欠点もありましたが、自分の周りには、このカメラを持っていた人はずいぶんいました。自分もこのカメラをきっかけにデジタルカメラを買うようになりました。
牛乳びんは円筒のような形をしていますが、水を入れると円柱形のレンズとなり光を屈折します。次の写真のように、牛乳びんを縦置きにして文字を見ると、文字が左右がひっくり返って見えます。牛乳びんを横置きにして文字を見ると、文字の上下がひっくり返って見えます。
次の図のように円柱の側面の一部を切り出した形をしたレンズをシリンドリカルレンズといいます。シリンドリカルは「円柱状の」という意味です。普通の球面レンズはどこを切り出しても断面に曲面がありますが、シリンドリカルレンズは曲面をもつ断面ABと、曲面を持たない断面CDがあります。断面ABの方向はレンズの働きをしますが、断面CDの方向はレンズの働きをしません。
球面レンズに入る光軸と平行な光はレンズのどの部分を通っても次の図の（A）のように焦点に集光しますが、シリンドリカルレンズの円柱面に入る光軸と平行な光は（B）のように直線上に集光します。
シリンドリカルレンズを使った身近な道具はバールーペです。バールーペを使うと次の写真のように直線上に並んだ細かい文字などを拡大して読み取ることができます。
また、シリンドリカルレンズはレーザープリンター、コピー機、バーコードのスキャニング、ホログラフィー装置、レーザー投影機などに使われています。
【関連記事】
| 固定リンク | 0
| コメント (0)
| トラックバック (0)
にほんブログ村