chap_06optics

Fig.
155		Velocity of Light 光の速さ	デンマークの天文学者レーマーによって、１６７８年に、光が太陽から地球に到達するまでに、約８と１／４分かかることが示され、これにより、光の速さは毎秒１８６，０００マイルということになった。彼は、図のように、木星の第一衛星の食と、地球（Ｔ及びｔ）～木星（Ｊ）の位置関係を利用して光の速さを推計した。
156		Intensity of Light 光の強さ	光の強さとは、光がエーテルに伝える擾乱の強さの総量である。数学的に、同一の光源から来る光の強さは、光源からの距離の自乗に逆比例する。
157		Definition of Terms 用語の定義	ＣＤ：入射光　Ｄ：入射点　角ＣＤＡ：入射角　面ＣＤＡ：入射面ＤＢ：反射光　角ＢＤＡ：反射角　面ＢＤＡ：反射面［反射の法則］１．入射面と反射面は同一である２．入射角と反射角は等しい以上が、理論で示され、実験で確認された。
158		Direction in which Objects are seen 物体が見える方向	光線が物体から直接に目に入ってくるとき、我々は物体を、それが正確にある位置に見る。反射や、他の原因により、光線が元来の方向から曲げられると、我々は、もはや、物体を適正な位置に見ない。それらは、光線が目に入ってくる方向に見える。
159		Images by Plane Reflector 平坦な反射体による像	図は、平坦な反射体による像の形成過程である。
160		Mirror 鏡	単一の点について述べられたことは、あらゆる点について成り立つ。かくして、図に示す如く、物体のあらゆる点から光の矢が進行すると考えるなら、おのおのの点は、その点が鏡の正面に離れている距離だけ、鏡の裏側に離れてその像を結ぶ。像の集合は物体の像を形成する。
161		Reflection by Transparent Bodies 透明な物体による反射	我々は、ガラスが、その透明性にも拘わらず、像を形成するに充分な光を反射することを、既に見てきた。他の透明な物体についても同様であるが、その中でも、水がもっとも顕著な例である。
162		Concave Mirror 凹面鏡	反射面が、球の一部である場合を考える。Ａは頂点、Ｃは光学的中心そしてＡＸは光学的軸である。
163		Principal Focus 主焦点	前図において、ＳＩとｓｉは軸に平行な二本の光線である。ＣＩとＣｉは入射点Ｉ，ｉにおける垂線である。ＩＦとｉＦは反射光で、反射角が入射角に等しくなっている。鏡が、それを含む球にくらべて小さければ、軸に平行な光線は、一点Ｆに集まる。Ｆは主焦点である。図は、太陽光線を利用して主焦点を求める方法を示す。
164		Conjugate Foci 共役焦点	光線が光軸上で鏡から有限の距離の一点から発するとき、それらは主焦点Ｆとは異なる、ある一点に集まる。こうした点を共役焦点という。光源と共役焦点は、入れ替えることができる。
165		Virtual Image 虚像	光源がＦとＡの間にあると、図のように、光は拡散するように反射する。そして、Ｐ点から発せられるように見える。この場合、焦点は鏡の裏になり、「虚」である、と言われる。
166		Inverted Image 倒立像	物体が鏡から、主焦点より遠方にあると、像は倒立で実である。図は凹面鏡による倒立像を示す。
167		Real Image 実像	凹面鏡で実像を形成する過程を示す。この場合、遠方の教会のイメージが紙の上に投射される。像は、輪郭ばかりでなく、色彩においても、完璧なものである。唯一の欠点は、ひっくり返っていることである。
168		Virtual Image 虚像	物体が主焦点と鏡の間にあると、像は虚であり正立である。さらに、この像は物体より大きい、つまり、拡大されている。
169		Course of the Rays 光の進路	虚で正立の像を形成する光の進路を示す。
170		Image by Convex Mirror 凸面鏡の像	この場合に形成される像は、常に、虚で正立である。
171		Course of the Rays 光の進路	凸面鏡のよる像の形成にかかる、光の進路である。
172		Refraction and its Laws 屈折とその法則	光が二つの媒体を分離する境界に斜めに射し込むと、光は二つの部分に分けられる。一つは反射され、元の媒体にとどまる。残りは第二の媒体に進入し、一部は吸収され、一部は進行する。進行する光は、入射点において方向を変える。この方向の変化を「屈折」と呼ぶ。［屈折の法則］光が第一の媒体を通過し、他の媒体に進入するとき、入射角のいかんにかかわらず、次の法則を保つ。１．入射光と屈折光は、入射境界面に垂直な同一の面上にある。２．入射角の正弦（サイン）は、屈折角の正弦にある定数を乗じたものに等しい。
173		Experimental Proofs of Refraction 屈折の実験的証明	暗い部屋の鎧戸に明いた孔から光が射すようにする。光が水の入った容器に落ちるようにする。光が折れ曲がるのが目視できる。空気中の光線は、空気を微細な塵もしくは、火薬の煙のような、煙で満たすことによって、さらにはっきり見える。
174		Coin at the Bottom of a Vessel 容器の底のコイン	コインを空の容器の底に置き、次いで、コインが丁度隠れるところに目を移す。この位置のまま、水を容器に注ぐと、コインからの光線は屈折し、見えるようになってくる。この例や似たような場合、屈折の効果は、底部が、実際にあるところより高いところに見えるようにする。
175		Fish in the Water 水中の魚	屈折の効果の一つについては、前節において説明した。この原理は非常に多くの応用を有する。図に示す如く、水中の魚は、それの真の位置より高く見える。
176		Stick plunged into Water 水に入れられた棒	棒の一部を水に入れると、水に入った部分は、屈折によって上がって見える。そして、棒は折れ曲がって見える。
177		Total Reflection 全反射	光が、より屈折率の小さな媒体を区画している境界に入射すると、ある限界があり、その限界を超えると、光は第一の媒体から第二の媒体に進入しなくなる。この限界では、光は全反射する。
178		Mirage 蜃気楼	蜃気楼は、異常な屈折と完全な反射に依存する、大気の現象である。大地に接する大気の層が反射体になることがある。こうした場合、大地の一部は、旅行者にとって、湖や池のように見える。かかる状況は、暑さのきびしい砂漠の国々において頻繁である。幻影が強力になると、木々はしばしば、これらの見かけ上の池の表面から反射されているように見える。この種の例を図に示す。図の左端の木の頂部より来たれる光線は、図のａすなわち大気の層で完全に反射され、テントのところに佇立せる観察者の目に達する。観察者は、木の頂部の位置を点線の反対側に見るので、木は見かけ上倒立する。この例においては、本来の木と幻影の木の両者がともに見える。
179		Double Refraction -Polarization- 複屈折－偏光－	ある種の結晶質の物質は、入射光を二つの部分に分割する能力を持っているので、これを通して物体を見ると、二重に見えることになる。この現象は「複屈折」と呼ばれるが、物体中の分子の配列によるもので、このことで、含まれているエーテルに、異なる方向への分解性を生じさせる。アイスランドスパーは、複屈折する物体の例である。割っていくと、その結晶は、図のような平行四辺形になる。粒子は、最短の対角線abに対して対称に配列されている。ａｂを「軸」と呼ぶ。含まれているエーテルは、軸方向に最大の密度を持ち、軸に直角方向に最小である。この分解性の異方性により、伝搬される波は、異なる速度で進行する二つの部分に分割される。かくて、複屈折が起こる。
180		Media with parallel Faces 平行な面を持つ媒体	光線Ｌｍが、例えばガラス板のような平坦な面に入射すると、垂線方向に屈折し、ｍｎのように進む。そこで、今度は、最初の屈折と同じだけ垂線から離れる方向ｎｏ（Ｌｍに平行）に屈折する。二回の屈折で方向は変わらないが、わずかに位置がずれる。かくて、窓越しに見る場合、われわれは、介在するガラスによって変えられることのない方向に物体を見ることになる。
181		Prism プリズム	プリズムとは、互いに交叉する平面によって画された屈折性の媒体である。
182		Luminous Rays in a Prism プリズムの中の光線	図のように、光は屈折に関わる二つの面の交点たる稜線から、プリズムの厚い方向に曲げられているように見える。このことにより、物体は稜線の方向に放り出されたように見える。角ｎｍｏは、プリズムの屈折角と呼ばれる。
183		Object through a Prism プリズムを通して見た物体	図は、プリズムを通して物体を見た場合の変位の有様を示す。もし、プリズムが縦になっていると、変位は、屈折角の位置により、右または左になる。
184 185		Lenses レンズ	左はレンズを横から見たところ。右は正面から見たところ。
186 187		Classification of Lenses レンズの分類	レンズは、性質と境界面の位置により６つに分類される。
188		Definition of Terms 用語の定義	Ｃ，ｃ：曲率中心ＸＹ：光軸
189		Principal Focus 主焦点	光軸に平行な光線がレンズに当たると、屈折して一点に集まる。これを主焦点といい、レンズからの距離を主焦点距離という。
190 191		Conjugate Foci 共役焦点	共役焦点とは、光軸上の二点であり、一方から出た光線が他方に集まる。
192 193		Conjugate Foci 共役焦点	光源が主焦点にあると、レンズを通した光線は平行になる。これよりもレンズに近いところに光源があると、光線は拡散し、レンズの反対側に虚の収束点ができる。
194		Formation of Images (by Convex Lens) 像の形成（凸レンズ）	物体が、主焦点よりずっと遠くにあると、像は実で倒立である。
195		Image on the Screen Ⅰ スクリーン上の像 Ⅰ	ロウソクのレンズからの距離が主焦点距離の二倍より大きければ、その像は物体より小さくなる。
196		Image on the Screen Ⅱ スクリーン上の像 Ⅱ	それよりもロウソクを近づけると、像は物体より大きくなる。
197		Single Microscope 拡大鏡	主焦点距離よりも物体が近づくと、像は大きくなる、正立で、さらに、虚像である。図でａｂは物体、ＡＢは像であり、レンズを通してのみ見える。
198		Formation of Images by Concave Lens 凹レンズでの像の形成	もし光がすでに拡散型なら、凹レンズは、さらに助長する。
199		Image by Concave Lens 凹レンズの像	ａｂが像であり、ＡＢが物体である。
200		Burning Glass ドン	かかる原理の興味深い応用が図に示されている。レンズの光軸が子午線に沿うように設定されており、主焦点が小型の大砲の火口（ほくち）にあたるようになっている。太陽が子午線を通過すると、光線は火口に集中し、もし大砲があらかじめ装填され、かつ、装薬されていたのだったとすれば、それは正午に発射されるであろう。
201 202		Echelon Lens エシュロンレンズ	１８２２年、フレネルは、既に光学において確固たる発見を成し遂げ、光の波理論を研究し、現在では文明開化された全ての国で用いられているところの、照明の新システムを発明した。海霧により曇らされる反射鏡の使用をやめ、彼は平凸レンズを使用した…… 巨大な平凸レンズを作ることは困難であり、かつ光の吸収も大きくなるので、彼は最終的に、反射鏡を併用したエシュロンレンズを採用した。
203		Lantern of a Light-house 灯台のランタン	図は、一級の灯台のランタンの断面を表す。これは、Ｍ．ソッターによって実際に製作され、１８５５年にフランスで開催された、あの偉大な「世界博覧会」に出品された。
204	missing
205		Solar Spectrum 太陽スペクトル	太陽の光線をプリズムを通すと、光路は折れ曲がり、同時に鮮やかな色彩のバンドに展開する。これは太陽スペクトルと呼ばれる。光線の展開は、分散と呼ばれ、異なる色彩の光線が異なる屈折性を持つことに起因する。
206		Recomposition of Light 光の再構成	スペクトルの色はもう一度一緒にすることで、白色光になる。
207 208		Circular Disk of Card-board カード紙の円盤	図のように扇形に塗り分けられたボール紙の円盤があったとする。色はスペクトルの中の強さと濃さに応じて塗られているとする。これを図のようなメカニズムで急速に回転させる。バラバラの色は混合し一つになる。その色は、灰色がかった白である。
209		Rainbow 虹	虹は鮮やな色彩の弧であって、夕立の後、太陽の反対側に見える。
210		Chromatic Aberration 色収差	レンズに入射する光は、異なる屈折率を持つ幾つもの色の光線に分解される。これらの光線は、光軸に沿った、異なる焦点を通る。すると、異なる色の多数の部分的な像を結ぶ。かすかにずれながら重なるので、縁の所がスペクトルの全ての色に縁取られる。色収差という。
211		Achromatic Combinations 色消しの組み合わせ	色消しのための組み合わせは、二枚またはそれ以上の、異なる種類のガラスによるレンズから出来ていて、これにより、光の分散を中和する。
212		Galilean Telescope ガリレオ式望遠鏡	像は正立である。
213		Astronomical Telescope 天体望遠鏡	像は倒立である。
214		Telescope 望遠鏡	図は使用のために取り付けられた天体望遠鏡である。それは三本の脚を持つ、三脚と呼ばれる鋳鉄の架台の上に置かれている。三脚（トライポッド）は、架台の中で回転することができる鉛直の軸を支えている。望遠鏡は、この軸の頂点に蝶番で取り付けられている。こうすることで、観測者は天上のいかなる点に向けても、望遠鏡を指向することができる。望遠鏡は、クランクによって駆動される歯車によって機能するラックによって、上げ下げできる（図の底部に示される）。
215		Terrestrial Telescope 地上望遠鏡	天体望遠鏡に、二枚のレンズ（正立鏡と呼ばれる）を加えたものである。
216		Newtonian Telescope ニュートン式望遠鏡	反射式望遠鏡は、遠方の物体の像を反射鏡を用いて形作り、接眼鏡でこれを覗く望遠鏡である。接眼鏡は、単一のレンズのこともあれば、レンズの組み合わせのこともある。ここに記述された望遠鏡のひとつは、ニュートンによって組み立てられた。しかも、これのみが、詳細について述べることのできる、唯一のものなのである。図は、パリ在住のＭ．フロムによって組み立てられたニュートン式望遠鏡である。この高名な物理学者によって、いくつかの改良がなされている。
217		Newtonian Telescope (sec) ニュートン式望遠鏡（断面）	断面図で、光の経路を示している。
218		Simple Microscope 天眼鏡	天眼鏡というものは、短い焦点距離を有する両側に凸のレンズからできている。レンズは、通常、金属あるいは角でできた枠にセットされており、手に持たれる。図はこれの使い方である。それは、見られるべき物体から、主焦点距離よりやや短い距離に保持される。この場合、光の矢は、それが発する点と光学的中心を通る軸をもった、光のビームになるべく、折れ曲がることになる。
219		Microscope 顕微鏡	図は顕微鏡とその使用法を表す。次の図は同装置の断面であり、光の経路が判るようになっている。二枚の図の英字記号は同じ部分に対応している。
220		Microscope(section) 顕微鏡（断面）	観察されるべき対象は，支持台の上の二枚のガラスに挟まれ、ａに置かれる。この上に，二枚のレンズが配置された筒ＯＡｏがある。対物レンズｏが一番下に、接眼レンズＯが一番上に配置されている。観察対象ａは，対物レンズの主焦点の僅かに外に置かれる。このレンズは倒立した実像ｂｃを作る。レンズＯは、その主焦点が，僅かに像ｂｃの向こう側になるように置かれる。すると、レンズは拡大鏡として機能し、あたかもＢＣにあるかのごとく像を拡大する。
221		Magic Lantern 幻灯機	幻灯機は、ガラスに描かれた物体の拡大された像を、スクリーンに映す装置である。
222		Magic Lantern(sec) 幻灯機（断面）	断面図である。ランプが反射鏡Ｍの前に置かれている。Ｌ，ｍはレンズ、ａｂは絵の描かれたガラス板である。像は、ＢＡのように倒立する。
223	missing
224		Photo-Electric Microscope 光電気式顕微鏡	幻灯機と同じ光学的原理によっているが、ただ一つの相違点は、光源である。
225		Diorama ジオラマ	ジオラマは透過性のモスリンの両面に描かれた２枚の絵より構成される。これらの絵には、ポリラマにおけるがごとく、同一の風景の異なる印象が描かれている。一枚の絵は直接見ることができ、もう一枚は透過光により見ることができる。これらの印象のうち、いずれかに光を当てるべく操作されることにより、楽しい幻影が生ずるのである。
226		Camera Obscula 暗箱カメラ	暗箱カメラは、対象物の鮮明な画像を、磨りガラスあるいは用紙のスクリーンの上に形成する装置である。図の如く、架台の上に載せた閉じられた箱からできており、一方の側の小さな孔と、反対側に像を受けるためのスクリーンとがある。もしも、孔を覆うほどの凹レンズを置き、反対側のスクリーンに像を結ばせるだけの明るさがあるなら、孔の径はどのような大きさでもよい。図は、暗箱カメラにおいて、いかに像が形成されるのかを示している。兵士の帽子から出た光の矢は、箱の底のところに達する。一方、彼の足からのそれは、スクリーンの上端に像を結ぶ。像は、水平方向に対して反転しているが、他の全ての点に関しては、色を含め、描かれる対象物を完全に表現している。
227		Beam of Solar Light 太陽光のビーム	……これを示すために、我々をして、図に示す如く、鎧戸の孔を通過し、暗黒なる室内に進入せる太陽の光線を考察せしめよう。太陽に比するならば、鎧戸の孔は点に過ぎず、かくて、其処より進入せる光線の一団は太陽を底（テイ）とする円錐を形成する。室内に進入せる、かかる光線群は、第一の円錐に相似なる、もう一つの円錐を形成するゆえ、この光線らを、孔と太陽の中心を結ぶ直線に垂直なる幕が遮るならば、像は円となるものである。もし、光線らが、傾斜せる平面により遮られるなら、像は楕円形になるのであって、小さき孔の形状を取ることは決してないのである。
228		Illuminated Patches 光斑	かかる原理により、我々は、森の木の葉の間を通過せる光線により地上に形成される光斑が、円または楕円の形状であることを見出す。これを図に示す。日蝕に際し、太陽の可視の部分が三日月形である場合、光斑はすべて三日月形に見えるであろう。すなわち、それらは太陽の可視の部分の像であるからである。この奇妙なる現象の理由は明白である。
229		Dark Room 暗室式カメラ	外部の物体の正立像を得る方法が、暗室カメラである。
230		Portable Camera 携帯カメラ	景色を撮るためには、暗箱カメラは軽く携帯可能なものでなければならない。最良の形態を図に示す。それは黒い布でできた携帯テントのようなもので、その中には像を受けるためのテーブルがある。頂部には筒があり、そこにはプリズム状のレンズが組み込まれている。
231		Portable Camera 携帯カメラ（原理）	これは、図に示す如く、鏡とレンズの複合した機能を発揮する。テーブルの上に投射された像は、一枚の白紙の上に鉛筆にてトレースされる。
232		Daguerreotype ダゲールタイプ	ダゲールのプロセスは、カメラの像をしかるべきプレートに受けることから始まる。プレートの表面は銀で覆われ、注意深く磨き上げられ、光に鋭敏にされている。……
233		Section of Eye 目の断面	目は屈折性媒体の集合体である。……目は前方がかすかに隆起した球体である。人間の場合、平均で１０分の９インチである。
234		Stereoscope 実体視（原理）	……以上が実体視の原理である。図は、以上述べたこの装置の光の経路である。Ａは右目のみで見られるべき物体の写真、Ｂは左目のみで見られるべき写真である。ｍとｎはレンズで、光を曲げ、Ｃで像を合致させる。
235		Stereoscope 実体視（画像）	図はフランクリンの胸像から撮られた、二枚の実体視用の写真である。