光の三原色

太陽の光をプリズムで分散すると、赤から紫までの色の光にわかれます。
ところが、わかれた光をふたたび1つに集めると、またもとの白色光にもどります。

このことからわかるように、太陽の光は目で1つの色の光に見えていても実は、いろいろの色の光の集まりであることがわかります。

実験

3本の懐中電灯を、それぞれ赤・青・緑色のセロハンで包みます。
白い紙を壁にはり、それに懐中電灯の光を、いろいろまぜてうつしてみましょう。

赤と青の光をまぜると、赤紫ができ、赤と緑の光をまぜると、黄色ができます。
さらに、赤・青・緑の光をまぜると白紙には色が見えないで、白色光がうつるだけです。

このように、赤・青・緑の3つの色の光りをまぜてほかの色をつくることができるし、まぜる割合をかえると、違った色ができます。

しかし、青と緑をどんな割合でまぜても、赤はできません。
同じように緑と赤から青、青と赤から緑の光をつくることはできません。

つまり、赤・青・緑の光りは、互いに独立した色と考えることができ赤・青・緑の色の光を、光の三原色と言います。

補色

赤い光と青緑の光とを適当な割合でまぜあわすと、白色光になります。
このような2つの色を、互いに捕色（余色）と言います。

絵具の三原色

光をまぜあわせる場合、たとえば赤と青の色の光をまぜると、赤紫になります。
ところが、絵具の赤と青をまぜると紫色になります。

左の図のように、色のついていない白色光が黄色の絵具にあたるとその中で反射や屈折して、青・青紫・紫などの光は吸収されてしまいます。

しかし、赤・橙・黄・緑などの光は反射されて外へ出てきます。
そして、これらの光のうち黄色がいちばん強いので、絵具は黄色に見えるのです。

同じように青色の絵具では、赤・橙・黄などの光は吸収され残りの色が反射して外へ出てきますが、そのうち青色が強いので絵具は青く見えます。

そこで、黄色と青色の絵具をまぜると、互いに他の反射光を吸収しあい2つの絵具が共通して外に出す色が緑色の光だけになるので緑色に見えます。

絵具の場合には、いろいろな色をつくるのに必要な色は赤・青・黄の3つで、これを絵具の三原色と言います。

絵具の補色

光と同じように、絵具にも捕色があります。
たとえば、赤と青緑、黄と青紫などの絵具をまぜあわせると明るい灰色になります。
このように、まぜあわせると無彩色になる2つの色を、互いに補色と言います。

また、たくさんの色の絵具をまぜあわせるとすべての色光を吸収するので暗い灰色になります。

実験

図のようなこまを厚紙でつくり、半分ずつ、互いに補色の色をぬってまわしてみましょう。

全体が、うすい灰色に見えてきます。

中間混合

このように、色をぬった円板で色をまぜあわせると色光と絵具の中間のまざり方をするので、中間混合と言います。

光の正体

目に見えるだけで、手にふれても何も感じられずにおいもない光は、むかしの人にとっては、大きな謎だったのです。

17世紀に入るころまで、光は、つぎのように考えられていました。

空気中には、目にも見えないしまた、手をふれても感じることができないエーテルとよばれているものがいっぱいあって、音が空気中を伝わるように光がこの中を伝わっていくと信じられていました。

粒子説と波動説

18世紀になってニュートンが、光は光源からつぎつぎに飛び出てくる、非常に小さな粒であると考えました。

光の反射や屈折などは、この考え方で、うまく説明することができます。
この考え方は、長いあいだ正しいと考えられていました。

しかし、シャボン玉や水たまりに浮かんだ油のうすい膜にはきれいな色がついて見えますが、これを、光が小さな粒であると考えたのではどうしても説明することができませんでした。

そこで、光は、音と同じような波ではないかと言われるようになりました。

電磁波としての光

こうして光の正体はなかなか掴めないまま、19世紀の前半が終わりました。

1864年、マクスウェルという人が、難しい方程式を使って光の速度と電気の波（電磁波）の速度がほとんど同じことを発見しました。

ラジオの電波や、赤外線・紫外線・Ｘ線なども、みな電磁波とよばれる横波の形で真空中を光の速度で伝わり、ただ波長だけが違っていることがわかったのです。

そして、ヘルツという人が、実験で電磁波を確かめました。

ところが、20世紀になって、原子についてのくわしい研究が進むにつれてまた、光が粒であると考えなければ説明できないいろいろなことがおこってきました。

金属に光をあてると、その表面から電子が飛出します。
このことなどは、光は粒であると考えなおさなければ、どうしても説明できません。

このようにして、いろいろに考えられてきた光は現在では光は、波の性質と粒の性質の両方をもっているもの、と考えられています。

私たちが身近に経験することは、すべて、光を波と考えて説明することができます。

ただ、原子のように、非常に小さなものの中でおこることがらを説明するにはどうしても、光を粒であると考えることが必要になるのです。

物の色

私たちの身のまわりにある物は、それぞれ違った色をしています。

けれども、光のないところでは、色を区別することはできないどころか物があるかないかさえもわかりません。

このように、光があって、はじめて色が見えるのですがどんな光をあてても、1つの物は、いつも同じ色に見えるとは言えません。

このことは、太陽の光で見たときと、蛍光灯の光で見たときとでは同じ物の色が、ずっと違った色に見えることからわかります。

では、どのようにして、物の色が、赤く見えたり、青く見えたりするのでしょう。

物体色

太陽光線のように、色のついていない光が赤い物にあたると、その内部で屈折し、反射します。

太陽光線にふくまれている、いろいろな光のうち赤色光だけが反射されて外へ出てきます。

ほかの色の光は、吸収されてしまいます。
そのため、赤色光だけが目に入るので、その物の色が赤く見えるのです。

また、赤いガラスを通して物を見たときも、同じことです。
光が赤いガラス中に入り込み、赤色光だけが吸収されないで、外に出てくるからです。

つまり、このガラスは赤い光にたいしては、透明体で、ほかの光には不透明体なのです。

透明な物でも、また不透明な物でも、中に入った光の中でもある色の光だけが外に出てきて、そのほかの色の光は内部で吸収されてしまうため色がついて見えるのです。

このようにして見える物の色を、物体色と言います。
ふつうに使われている絵具の色は、物体色です。

表面色

物体色にたいして、物の色には、表面色とよばれているものがあります。
金をうすく伸ばしてつくった金箔は、黄金色に輝いていますが光にすかしてみると、青色に見えます。

これは青い光だけを通して、ほかの色は中で吸収してしまい、外にださないからです。

では、なぜ黄金色に輝いて見えるのでしょうか。
これは、黄金色の光だけは金箔の内部に入らないで表面だけで反射してしまうためです。

しかも、金属の表面の反射に、ガラスの表面での反射と違って光の波長と金属によって反射率が違います。

ですから、金属の種類によって、表面からの反射光が違ってくるのでその金属特有の色に見えます。

それで、このような色を、表面色というのです。
金属の表面の色とか、アニリン染料の色はこれです。

高温物体の色

自分で光を出していない物は、外からきた光によって目に見えますし、またその色は、表面色か物体色のどちらかです。

ところが、木炭の火や、電球のフィラメントや電熱器のニクロム線のような物では自分で光を出します。

その光は、やはり色がついています。

電熱器のニクロム線に電流を通すと、はじめは、光がぜんぜん見えませんが二クロム線が熱くなると、うす暗い赤色になり、だんだん温度が上がるとともにあざやかな赤色になってきます。

さらに電流をますと、ニクロム線の色は、いっそうあざやかな赤色になります。

電球のフィラメントの場合も、同じです。
このことから、物の温度が非常に高くなると、光を出すことがわかります。

ろうそくの炎が明るいのは、つぎのような理由です。

ろうが不完全燃焼するために、炎の中にたくさんの炭素の粒ができています。

これが熱せられ、高温になって光を出すからです。

同じように、ストーブに石炭を入れて燃やすとあたたかさは感じますが、光は何も見えません。

ところが、強く石炭をたき、だんだんそばにいられないくらいになるとストーブの壁の鉄が赤くなってきます。

これは、高温になって、光を出しはじめたからです。

このように、物は温度があがると、光を出し、温度があがるにしたがってうす暗い赤色から、だんだん、黄色・白色と、光の色がかわっていき輝きが強くなっていきます。

このことを利用して、反対に、高い温度を測ることができます。
工場や実験室などで使われている光高温計（光高温度計）は、これを利用したものです。

空の色

煙草の煙りに、横のほうから光をあててみると、煙りがよく見えます。

また、暗い部屋の中で、細い光線を使って同じことをするとその通り道がうすく光って見えるので、光線がまっすぐ進んでいく様子がよくわかります。

光の散乱

これは、光の散乱という現象なのです。

私たちがよく知っているように、大きな物に光があたったときは反射の法則にしたがって、光の進む方向がかわります。

ところが、反射する物の大きさが、小さくなると、この反射の様子がかわってきます。

煙草の煙りは、煙草が燃えてできた炭素のごく小さい粒の集まりです。
この炭素の粒はたいへん小さく、直径が数ミクロン（1ミクロンは1メートルの百万分の1）くらいしかありません。

光の波長は、赤色光でも0.7ミクロンくらいしかありませんが炭素の粒にも、大きなものもあれば、小さなものもまじっています。

もし、光の波長と同じくらいか小さいものがあると反射の法則は成り立たないで、光は、いろいろな方向に進みます。

この現象を光の散乱と言います。

煙草の煙り

散乱する光の量は青に近い光ほど、つまり、波長が短い光ほど多くなります。煙草の煙りは、炭素の粒です。

炭素の粒なら黒く見えるはずですが、粒が非常に小さいため、光の散乱がおこって波長の短い青や紫の光を多く散乱します。

そのため、煙草の煙りは、青く見えるのです。

しかし、人が煙草を吸って口から出した煙りでは、炭素の粒のまわりに水滴がついて粒が大きくなるので、青や紫の光のほかの色も散乱するため
白く見えるのです。

空の雲が白く見えるのも、雲をつくっている水滴が、光を散乱するからです。

青空の青

晴れわたった空が青いのも光の散乱で説明することができます。
空気の中には、ちりとか水滴などのごく小さい粒が、たくさん浮かんでいます。

この粒のため、波長の短い光のほうが、多く散乱されます。
そこで、晴れた空を見ると、青い光が目に入ってきて、青く見えるのです。

また、空気中にちりや水滴がなくても酸素や窒素の分子が光を散乱します。
しかし、このような分子の大きさは、ちりや水滴などより、ずっと小さいのでさらに波長の短い光を散乱します。

夕立の後などでは空気中のごみやちりなどが雨で洗い流されてしまうので、空気の分子のような小さな粒による散乱になります。

そのため、雨のあとは、いっそうすんだ青空に見えるのです。

夕焼けの赤

太陽が、頭の上にあるときにくらべて、朝日とか夕日の太陽の光は空気の中を通る距離が長くなります。

このような場合は、青い光は、途中で空気の中の小さな粒のため散乱されてしまい日に入らなくなります。

ところが、赤や黄色い光は、わりあい散乱されにくくほとんどが、まっすぐ通り抜けて進んできます。

そのため、朝焼けや夕焼けが赤く見えるのです。

赤外線

赤外線は、目に見える赤い光よりさらに波長の長い光（1センチ～0.8ミクロンくらい）です。

光といっても、目に見えませんから、不可視光線（これにたいして目に見える光線を可視光線という）ということもあります。

赤外線は、太陽スペクトルの赤色の外側にあります。
このことは、つぎの実験で確かめることができます。

実験

まず、水銀温度計の水銀の入っている管球部を、黒いきれで包んでおきます。
この部分を、太陽スペクトルの赤色の外側の、目には何も見えないところにおきます。

すると、温度計の水銀柱があがって、高い温度をさすようになります。
このことから、赤色の隣りには、目には何もみえないが何か温度計に熱をあたえるものがきていると考えることができます。

これが、赤外線なのです。

赤外線には、このように物をあたためるはたらきがあるので、熱線とも言われます。

赤外線の利用

太陽からは、私たちが物を見るのに役立つ光のほかに赤外線が出ていて、地球をあたためています。
このほかにも、温度の高い物からは、必ず赤外線が出されています。

電熱器のニクロム線のヒーターも、電流を通すと赤く光りますがそばに近づくとあたたかく感じることからわかるように、赤外線が出ています。

また、赤くなった木炭からも、赤外線が出ています。

ふつうの電球では、フィラメントが高い温度に熱せられて光を出していますがそのうちの3分の2くらいは赤外線で物を照らすのに役立っているのは残りの3分の1くらいにすぎません。

つまり、電球で使われた電気の3分の2は、熱になってしまうわけです。

ところが、蛍光灯は、目に見える光しか出さないので、同じだけの電気を使えばふつうの電球よりはるかに明るい光を出すことができます。

また、赤外線の物をあたためるはたらきを利用して物をかわかすのに赤外線電球が広く使われています。

赤外線は、うすい物をかわかすのに適していますからペンキやラッカーの塗膜を乾かしたり織物の湿り気を取り除いたりするのに利用されています。

赤外線写真

赤外線は、ふつうの光より波長が長いので、空気中の塵や雲・霧などのため
その進む道を満たされることが少なく、よく通り抜けていきます。

それで、赤外線に感じやすいフィルムで写真をうつすと遠くにある景色が、はっきりとうつります。

木の葉や草などの緑色は赤外線をよく反射するので赤外線カラー写真には赤くうつります。

また、私たちの体や身近にある物からは、弱い赤外線が出ているのでこれを利用して、暗いところでも写真を撮ることができます。

紫外線

赤外線と同じように、不可視光線です。

紫外線は、目に見える光のうち、波長がいちばん短い紫色の光よりさらに波長が短く（100～3800オングストロームくらい）太陽光線のスペクトルでは、紫色の外側にあるので、外線とよばれています。

太陽からは紫外線がたくさん出ていますが、地面までくるのはごくわずかです。
これは、空気中の塵のために、方向が曲げられ、散らばってしまうためです。

また、紫外線をいちばん吸収してしまうのは、地球をおおっている大気の厚い層です。
紫外線をよく吸収するのは、空気中の窒素・駿素ですがこのほかに、地上30キロメートルくらいの高さにあるオゾン層も紫外線をよく吸収します。

そのため、最近では、太陽からくる紫外線を高い空で調べる実験がおこなわれるようになりました。

これは、ロケットに観測器械を積んで打ち上げ、紫外線を調べるのです。

このように、大じかけに紫外線を調べるのは、地球の大気に紫外線があたると高空の大気中に電離層という層ができて、この層が無線通信に使う電波の伝わり方に、大きな影響をあたえているからです。

紫外線の利用

紫外線には、細菌を殺す力があります。
そのため、日光消毒といって衣類や本を太陽の光にあてて、消毒することができます。

人工的に紫外線をつくり、殺菌に使うものに、殺菌灯があります。

この殺菌灯は、蛍光灯と同じような原理で水銀の蒸気に電子をあてて紫外線をたくさん出させます。

また、強い太陽の光に長い時間あたっていると海水浴や山登りのときにわかるように、皮膚が黒くなります。

これも、太陽の光にふくまれている紫外線のためです。
健康のために紫外線は必要なもので体の中でビタミンＤをつくるはたらきがあります。

ビタミンＤが不足すると骨の発育が悪くなり、くる病などの病気にかかりやすくなります。

また、太陽の光に布や紙をさらしておくと、色がかわります。
これも紫外線のはたらきで、化学変化か起こったためです。

夏の海岸や高い山で写真を撮ると、露出がうまくいかなくて写真が白っぽくうつるのは、フィルムに紫外線が感光するからです。

このようなとき、ＵＶフィルターやスカイライトフィルターなどの紫外線をよく吸収するフィルターを使うと、写真がきれいに撮れます。

紫外線は、このように化学作用が強いので化学線とも言われます。

蛍光灯

紫外線があたると、目に見える光を出す物があります。
この光を蛍光と言い、蛍光を出す物を、蛍光物質（蛍光体）と言います。

私たちが使っている蛍光灯は、ガラス管の内側に蛍光物質をぬり、その中で水銀の蒸気に電子をあてて、紫外線を出させるようにしたものです。

水銀の蒸気からでた紫外線がガラス管の内側の蛍光物質にあたると蛍光物質が目に見える光線を出します。

紫外線は、紫外線があたると蛍光がでる物があることを利用して真珠や古い文書が、本物か偽物かを見分けるのにも使われています。

虹

雨があがった後に太陽がでると、虹が見えることがあります。

虹ができるのは、雨がやんだばかりのとき、まだ空気中に水滴がたくさんありこれがプリズムのようなはたらきをして、太陽の光を分散し、七色にわけるからです。

実験

水を入れたフラスコと、厚紙を用意して、図のような装置をつくります。
厚紙にあけた穴を通ってくる太陽光線をフラスコにあてます。

すると、光はフラスコの水によって屈折されたり反射されて、厚紙の上に、きれいな円形の虹をつくります。

虹が見えるわけ

空気中に浮かんでいる水滴に、太陽からきた光（平行光線）があたりその中で屈折と反射をして、ふたたび空気中にでてきます。

このときに赤の光は、入ってきた光の方向と42度の角度、紫の光は40度の角度ででていきます。

それで、下の図のように、太陽と見る人をむすんだ線と42度をなす方向から赤い光40度をなす方向から紫の光ができます。

この方向は、色によって違うので、外側が赤でそれから順に、紫までかわっていく光が見えるのです。

虹では、赤から紫までの光がくる方向がきまるだけで、虹の位置は決まりません。
ですから、虹にむかって進んでいっても虹がだんだん下がっていくように見えるのです。

私たちが実際に見る虹では、無数の水滴が空に浮かんでいてそのおのおのに、これまで説明したようなことがおこっているのです。

もし、私たちが空の高いところにいて、まわりに水滴がいっぱいあれば見る人の目を通り、太陽光線に平行な直線にたいして、42度と40度の方向にそれぞれ赤と紫の輪が見え、そのあいだに、橙・黄・緑・青・青紫の輪が見えます。

しかし、実際には、私たちは地上にいて虹を見るので輪の下の方は地面にさえぎられて見えないので、半円の虹が見えることになります。

プリズム

下の図のようなガラスの三角柱を、ガラスのプリズムと言います。
プリズムは、ふつグガラスでできていますが、特殊な研究に使われるものは水晶や岩塩などで作ることもあります。

このプリズムを通して物をみるとまっすぐ前にある物は見えないで横か上下にある物が見えます。

このわけは光がプリズムを通るときに、屈折して、光の進む方向がかわるからです。

光の分散

もし物の色が白ければプリズムを通してみると、どうなるでしょうかこのときは、白い物のはしに色がついて見えます。

また、太陽光線や電球の光を、プリズムを通して白い紙の上にうつしてみると赤から紫までのいろいろな色があらわれます。

このことは、私たちが色のない白い光だと思っていた太陽光線や電球の光（太陽光線にくらべて少し赤い感じがするが、とくに色があるとは言えない）は本当は赤から紫までのいろいろな色が集まっていると考えられます。

色の違った光はプリズムを通るとき、屈折する割合（屈折率）が、それぞれ違います。

そのため、プリズムをでるときに、色によって出る方向が違ってくるので白紙にあたる場所も違ってきます。
それで紙の上に、屈折する割合によって、色がわかれてついて見えるのです。

このように、1つの光がいろいろにわかれることを、光の分散と言います。
プリズムでわかれた光を、またプリズムで1つに集めると、ふたたび白い光にもどります。

分光器

さらに精密に光をいろいろな色の光にわけて調べるには分光器という器械を使います。

そのしくみは、下の図のように、レンズL1の焦点のところにスリットとよばれる細い隙間があり、レンズのうしろにはプリズムがおいてあります。

スリットを通ってきた光は、レンズを通った後では平行光線になってプリズムにあたり、プリズムで分散されて色によって、少しずつ違った方向に出ていきます。

これらの光をレンズで集めてやると、Pへ色によって違った位置に集まります。
Pのところへカラーフィルムをおけば、カラー写真が撮れます。

スペクトル

フィルムにうつったものはスリットの像ですがうつり方は、うつそうとする光によって、いろいろ違います。

もし太陽光線なら、赤から橙・黄・緑・青・青紫・紫と切れ目なく続いた写真が撮れます。

水銀ランプやネオンサインの光を使うと、ところどころにぽつんぽつんと、離れ離れにならんだ何本かの色のついた写真が撮れます。

このように、プリズムによってつくられた色の帯がならんでいる状態をスペクトルと言います。

太陽光線のように、切れ目なく続いたスペクトルを、連続スペクトルと言います。
水銀ランプやネオンサインの光のように、離れ離れにあらわれるスペクトルを線スペクトルと言います。

色の光の屈折率

同じ物質でも光の色が違うと、屈折率は違います。
また、同じ色の光にたいしても物質が違えば、それぞれ屈折率は違います。

それで、屈折率をあらわすときは物質と光の色を、はっきりさせなくてはなりません。

しかし、目で感じた光の色によって、屈折率を決めるのは正確ではありません。赤の色といっても、いろいろあります。

正確に色をあらわすには、色によって違う光の波長を決めてその波長の光にたいする屈折率をあらわすことにしています。

光を波と考えてもよいことは、よく知られていることです。
波長は、1センチの1億分の1を、1オングストローム（Å）と言いこれを単位にして光の色のかわりに使っています。

たとえば、6500Åは赤色光になります。

プロジェクター

写真のスライドを映写するのに使われ、幻灯機とも言います。

明るい電球からの光をコンデンサレンズで集めレンズで拡大して、スクリーンにうつしだします。

投影というはたらきは、写真レンズのちょうど反対です。
ですからスライドをうつすときは、上下・左右がひっくりかえった状態にしてキャリアーにさしこまないと正しい像を見ることができません。

映写機

シネカメラ（撮影機）でうつしたフィルムを投影するための機械です。
1こま1こまを投影するのはプロジェクターとかわりありません。

しかし、長いフィルムをおくっていき、ある瞬間は（1こまがちょうど正面にきたとき）止めてやらなくてはならないので、複雑な送り装置がついています。

フィルムが、1つのこまからつぎのこまに送られているあいだはシャッターを閉じて光を送らず、フィルムがとまったときだけ投影します。

ですから、見ている人は、1こま1こま止まった写真を見ているのです。
では、どうしていろいろな物が動いて見えるのでしょうか。

残像

物を見つめていてから目を閉じてもしばらくのあいだ（人間の目では1/20秒くらい）、まだその物が見えるように感じます。

これを、残像と言います。

火をつけた線香をふりまわすと、赤くてまるい輪に見えます。
これは、残像のために、網膜の上にできた前の像が消えないうちにつぎの像がうつり、それが続いているように見えるためです。

映画も、このような残像を利用したものです。

映写機では1秒間に24こまもフィルムが送られるので残像のはたらきで1こま1こまの絵が、続いて動くように見えるのです。

シネカメラ（撮影機）

フィルムの上に、つぎつぎと少しずつ違った写真をうつして動く物の様子をそのま記録するカメラです。

映画をつくるときには、ふつう35ミリ幅のフィルムを使いますが学校や家庭などでは、16ミリかか8ミリ幅のものを使います。

TTL露光計

ちかごろ、EEカメラのさらに進んだTTLというカメラが増えてきました。

TTLとは、スルー＝ザ＝レンズ（レンズを通り抜けて）という英語の頭文字だけをとった略称です。

正確には、TTL露光計、TTLカメラまたはTTL方式と言います。

写真をうつすときには、フィルムに適当な光の量をあたえなければなりません。
そのために、シャッター速度としぼりを調節するわけです。

露出計は、被写体（フィルムにうつるもの）の明るさを測り正しいシヤッター速度としぼりの値をしるために使います。

いままでの露光計には被写体以外の部分の明るさを測ってしまうという欠点がありました。

これは、露光計の受光部（被写体からくる光を受け入れるところ）を正しく被写体のほうにむけない場合（図１）や望遠レンズでせまい部分をうつすときのように明るさを測る範囲のほうが広すぎる場合（図２）などによくおこります。

この欠点をなくしたのが、TTL露光計、またはTTLカメラです。
これは、露光計の受光部をカメラの中におき、レンズを通ってきた光すなわち実際にフィルムに届く光の量を測るのです。

ですからレンズを通して被写体の明るさを測るとも言えます。
そのためフィルムにうつる範囲と同じ部分の明るさを測ることができます。

TTL露光計は、一眼レフカメラとむすびついて発達しました。
一眼レフカメラではフィルムにうつる範囲とファインダーを通しての視野が一致します。

レンズを交換すると、ファインダーの視野もそれにつれてかわり一眼レフカメラにTTL露光計をくみこむとファインダーの視野とフィルムにうつる範囲と、露光量を測る範囲とが一致するわけです（図３）。

これは、露光計つきカメラとしては理想に近いものです。

TTLカメラには、そのほかにも長所があります。
拡大撮影や顕微鏡撮影のようにかんたんに露光量を測れないときにもTTL露光計は、正しい露光量をしめしてくれます。

カメラ

カメラには、レンズ・シャッター・しぼり、フィルムをおさめる部分などがあります。
レンズは、写真をうつそうとする物の実像を、フィルムの上につくります。

シャッターは、適当な時間だけ光をフィルムにおくる役目をします。
しぼりは、レンズの光を通す部分の広さをかえるはたらきをします。

フィルムにあたる光の量は、シャッターが開いている時間としぼりの面積との積に比例します。

いまでは多くのカメラに、うつそうと思うものにカメラをむけるだけでその明るさに応じたシャッター速度やしぼりを自動的に調整する電子の目（エレクトリックアイと言い、この装置をもったカメラを、EEカメラという）がくみこまれています。

電子の目が光に感じて、シャッター速度やしぼりを調節するのはこの部分に光電池などが使われ、これには、セレン光電池や硫化カドミウムと水銀電池とをくみあわせたものがあります。

電子シャッター式EEカメラ

ふつうのEEカメラは、光電池などによって生じた電流で電流計の針をふらせその針のふれた角度からシャッターやしぼりを自助的に調整しています。

ところが最近開発された電子シャッター式EEカメラではうつされるものの明るさを電流の流れの大小にかえて、これをコンデンサーにためコンデンサーにたまる電気がいっぱいになるまでの時間をシャッターが開いている時間になるようにしてあります。

そのため、非常に正確な露出時間が得られます。
また、シャッター速度は今までのカメラのように50万分の1とか100分の1とかという決まった時間ではなくどんな時間のシャッター速度でも得られます。

ですから、非常に暗いところでも必要な時間だけシャッターを開けておくことができます。

カメラのレンズ

カメラのレンズは、虫眼鏡のように、1枚の凸レンズだけというわけにはいきません。
明るく、広い範囲をうつすために、何枚ものレンズを組み合わせたレンズが使われています。

これは、1枚のレンズではいろいろな収差があってはっきりした像をつくることができないからです。

ふつうのカメラには、3枚のトリプレット型が4枚のテッサー型レンズが使われています。
近頃の高級なカメラには10枚近くのレンズが組み合わさってできたレンズが使われています。

使う目的によって、レンズには、広角レンズ・望遠レンズなどがあります。
広角レンズは、焦点距離が短く同じ大きさのフィルムの上に広い範囲をうつすことができます。

望遠レンズは、焦点距離が長く、小さな部分を拡大してうつすことができます。

コーティング

カメラのレンズをよく見ると、紫色や、だいだい色に色づいています。

これは、コーティング（反射防止膜）といってうすい金属（ふっ化マグネシウム・氷晶石など）の膜をレンズの表面につけて、光の反射を減らし、フィルムのほうへ行く光を増やしています。

立体写真

私たちが、物を立体的に見ることができるのは左右の目が、少しずつ違った形に見えることによります。

遠くと近くにある2つの物をよく見て、左右の目を、かわるがわる閉じてみましょう。
2つの物の関係が、少し違って見えるのに気がつくでしょう。

写真は1つのレンズで1つの面の上にうつした物ですからこれをいくら左右の目で見ても、写真の中の景色は、立体的には見えません。

実際に両目で見たと同じように立体的な感じを出すのが立体写真（ステレオ写真）です。

望遠鏡

遠くの物を、大きくはっきり見るためには、望遠鏡を使います。
遠くの景色を見る双眼鏡や、芝居の舞台やスポーツなどを見るためのオペラグラスなどは、望遠鏡の一種です。

望遠鏡のしくみ

望遠鏡も、顕微鏡と同じように対物レンズと接眼レンズの2種類のレンズからできています。

対物レンズは凸レンズのはたらきをもち遠くの物からやってくる平行な光線を焦点に集め、焦点に倒立した実像をつくります。

この実像を、接眼レンズで、虫眼鏡と同じ原理で拡大して見るのです。

私たちが物を見るとき、物の大小の感じは網膜の上にできるその物の像の大小によります。

レンズの中心を通る光は曲げられませんからそれは、物の両はしから目の中心にやってくる光線がつくる角（視角という）の大小によって決まります。

したがって、同じ物でも遠方にあると小さく、近くにおると大きく感じます。
このことは、決まった幅のレールでも、遠くのほうへいくにつれてせまくなるように見えることでもわかるでしょう。

望遠鏡は、対物レンズと接眼レンズの組みあわせによって視角を大きくして、見やすくしてくれます。

望遠鏡の倍率

望遠鏡を通して遠くにある物の像を見たときの視角が望遠鏡を使わないで直接、目で見たときの視角の何倍になっているか、という数を望遠鏡の倍率と言います。

望遠鏡の倍率は、つぎの式で計算します。

望遠鏡のいろいろ

望遠鏡には、レンズを使った屈折望遠鏡と反射鏡を使った反射望遠鏡とがあります。

屈折望遠鏡

ふつうの天体望遠鏡は、ケプラー式望遠鏡で、像が倒立像となるので天体を観察するには構いませんが、地上の景色を見るときは不便です。

地上用望遠鏡は、プリズムやレンズをたくさん使って、正立した像にかえています。
ふつう、接眼レンズは凸レンズですが凹レンズでも拡大された像を見ることができます。

そのためには、対物レンズの焦点を、凹レンズのうしろ側の焦点に一致させます。
すると対物レンズを通った光は、焦点に集まる前に接眼レンズにあたり散らされて平行光線になってでてきます。

こうして、凹レンズを接眼レンズとして使うと、正立した像をつくることができます。これをガリレオ式望遠鏡と言います。

オペラグラスは、ふつう、ガリレオ式望遠鏡を2つ組みあわせた望遠鏡です。
双眼鏡は、プリズムを使って、像を正立にするとともに、鏡筒の中で光を往復させ全体の長さを短くして持ち運びに便利なようにしてあります。

反射望遠鏡

球面鏡による光の反射を利用した望遠鏡です。

凹面鏡によってつくった遠方の物の実像を、接眼レンズで拡大してみます。

質が同じで、屈折率にむらのない大きなガラスはなかなかつくれないので大きなレンズよりも、大きな反射鏡をつくるほうがかんたんです。

そのため、最近つくられる大きな望遠鏡は、ほとんど反射望遠鏡です。

光学器械

レンズや鏡の性質を利用して、遠くの物を見たり小さな物を大きくして見たり物の長さを測ったりする器械を、光学器械と言います。

光学器械には、顕微鏡・望遠鏡・双眼鏡・カメラ・映写機・測量器械など
いろいろなものがあります。

顕微鏡

凸レンズを1枚しか使わない虫眼鏡では10倍よりずっと大きい倍率をだすことは困難です。
もっと大きな倍率にまで、物を拡大して見るには、顕微鏡を使います。

顕微鏡は、16世紀の終わりごろに考えだされ19世紀に入ってからドイツで著しく進歩しました。

このため、19世紀の終わりごろから、いろいろな病原体がつぎつぎと発見され伝染病をふせぐ方法を考えだすのに、有要な役割りをはたしてきました。

顕微鏡のしくみ

顕微鏡は、違ったはたらきをする2枚のレンズからできています。
しかも、その2枚のレンズは、それぞれ2枚以上のレンズが組みあわさってできているのがふつうです。

ここでは、しくみをかんたんに説明するため1枚ずつのレンズでできているものとして考えをすすめましょう。

調べようとする物の近くにあるのが対物レンズです。

対物レンズは、焦点からわずかに外側にある実物の大きく引き伸ばされた実像をつくります。

目に近いところにあるのが接眼レンズです。
接眼レンズは、虫眼鏡のようにはたらき対物レンズでできた大きな像をさらに大きく引き伸ばして虚像をつくり、これを目で見るのです。

対物レンズは、倒立した実像をつくり接眼レンズは、虫眼鏡としてはたらくので、正立した虚像をつくります。

したがって、顕微鏡全体としては、倒立した虚像になります。
つまり、実物とくらべて上下・左右が反対になっています。

顕微鏡の倍率

顕微鏡の倍率は対物レンズの倍率と接眼レンズの倍率をかけあわせたものになります。

たとえば、対物レンズの倍率が10倍で、接眼レンズの倍率が5倍ならば全体で50倍になります。

対物レンズと接眼レンズの倍率は、それぞれレンズの筒のところに×5とか、×10のように刻んであります。

ふつう、対物レンズの倍率は、3～40倍くらいで最高100倍くらいまで、接眼レンズの倍率は5～15倍くらいで、最高20倍くらいです。

そのため、ふつうの顕微鏡で見られる最高の倍率は、2000倍くらいです。

顕微鏡のいろいろ

顕微鏡には観察するものや、観察のしかたによって、いろいろな種類があります。

生物顕微鏡

植物や動物の細かいしくみやはたらきを観察したり細菌を観察したりするときに使われる、いちばんふつうの顕微鏡です。

金属顕微鏡

金属のしくみや、表面の様子を観察するための顕微鏡です。
金属は光を通さないので上から光をあてて反射させ、その反射光線により観察します。

そのため、接眼レンズと対物レンズの間に半透明の鏡をななめにいれておき
これに横から光をあて、その光を対物レンズを通して金属にあてます。

金属で反射された光は、ふたたび対物レンズを通って像をむすびこれを接眼レンズで大きくしてみます。

偏光顕微鏡

岩石をつくっている鉱物が、どういう鉱物からできているかを観察するための顕微鏡です。
最近では、いろいろな物の結晶を観察するときにも使われています。

光を電磁波とみたとき、ある方向だけに振動している波を、偏光と言います。

太陽や電灯の光は、いろいろな方向に振動している横波がまじっていますがこの光を電気石にあてると電気石は結晶軸の方向に振動する光だけを通すので偏光をとりだすことができます。

このような偏光を通して試料を観測すると、結品の性質がよくわかります。

位相差顕微鏡

無色透明な試料の屈折率の違いを利用して透明な試料に明暗をつけて観察する顕微鏡です。

生物顕微鏡では、試料に色がついていたり光の通り方が場所によって違うため、目で見ることができるのです。

ですから、無色透明な物は見ることができません。

しかし、無色透明な物でも、まわりの物と屈折率が違えばそのちがいを利用して明暗のある像をつくることができます。

この方法を位相差法と言い、これを利用したのが位相差顕微鏡です。

生物顕微鏡で無色透明な試料を観察するときには試料を染料につけて色をつけないと観察できません。
色をつけると生きている物を殺してしまうので生きたまま観察することはできません。
しかし位相差顕微鏡を使うと、無色透明な試料を生きたまま観察できます。

これらの顕微鏡は人間の目に見える光線（可視光線）を使った顕微鏡ですがこのほかに、赤外線を使った赤外線顕微鏡、紫外線を使った紫外線顕微鏡もあります。

赤外線顕微鏡は、半導体の結晶を調べたりするときに使われます。
紫外線顕微鏡は可視光線より波長の短い紫外線を利用するのでほかの顕微鏡よりはっきりした像をえることができます。

また、片目で長い間観察していると目が疲れるので両方の目で見るようにした双限顕微鏡もあります。

電子顕微鏡

ふつうの顕微鏡は、目に見える光を使います。
ですから生物顕微鏡や位相差顕微鏡などを、光学顕微鏡と言います。

光学顕微鏡では、光の波長（0.5ミクロンくらい）よりも小さい物ははっきり見分けることができません。

倍率をあげて2000倍くらいより大きくしても、大きなぼやけた像が見えるだけです。
これは、光が一種の波であるためにおこる、どうしてもさけられない現象です。

目に見える光より波長の短い放射線に、紫外線やエックス線・ガンマ線があります。
しかしエックス線やガンマ線を顕微鏡に使うのに適当なレンズがありません。

紫外線を使った顕微鏡だけが実際に使われていますがそれでも0.01ミクロンより小さい物は、やはり見ることができません。

このため、1920年ごろから、もっと大きな倍率でしかもはっきりした像をつくるため、光のかわりに電子の流れを利用した電子顕微鏡が考えられはじめました。

電子は、－の電気を帯びているので、走っている電子は磁界を通ると曲がります。

この性質を利用して、ちょうど光をガラスのレンズで屈折させるように電磁石を使って電子を集めたり、散らしたりすることができます。

これを、電子レンズと言います。

電子は、空気の中を走ることができないので電子顕微鏡の内側は真空にしてあります。
また、電子レンズには、数万ボルトもの高い電圧がかけてあります。

電子顕微鏡では、像を直接見ることができないので蛍光板にあてて目に見える像をつくったり、写真にうつしてみます。

電子顕微鏡で見ることができる物の大きさは、0.001ミクロンくらいまでです。