図解入門 よくわかる最新
レンズの基本と仕組み
身近な現象から学ぶレンズの科学と技術
桑嶋幹著
「第3版] 光学技術の最前線

口絵① レンズマメ

人類とレンズマメの付き合いはとても古く、レンズマメは紀元前から食物として栽培されてきた植物である。旧約聖書の創世記にも登場する。
レンズマメはこの写真のようにムレンズに似た形をしている。現代の私たちはレンズマメを見て「レンズに形が似ている」と思うかもしれないが、本当はその逆でレンズの形がレンズマメに似ていたからレンズと名付けられた。

口絵②カメムシの背中の水商

カメムシの背中の模様が水滴レンズで拡大されて見える

口絵③凸レンズつきのカメラオブスクラ

蛇腹の長さでピントを合わせる

凸レンズで光を集めて、スクリーンに物 体の像を鮮明に映すことができる。

口絵④トンネルの中のナトリウムランプ

トンネルの照明には散乱しにくく、視認性の良いナトリウムランプの黄色光が使われることが多い

口絵⑤懐中電灯とレーザーポインターの光線

レーザーポインターの光はほとんど広がらずに直進する

口絵⑥プリズムによる光の分散

ニュートンは虹色の帯をスペクトルと名付けた

口絵⑦主虹と副虹

上側が副虹で、下側が主題である。光の色の順番が逆になっていることがわかる。

口絵⑧連続スペクトル

黒い暗線はフラウンホーファー線といい、太陽の上層や地球の大気中に存在する元素によって 吸収された光である

口絵⑨ナトリウムランプの線スペクトル(D線)

D線は実際にはごく近い波長のD1 線 (589.60m)、D2線 (589.0 nm)からなる

口絵⑩シャボン玉

石けん膜の外側と内側で反射する光が干渉して、虹のように色づいた干渉縞ができる

口絵⑪1CD-ROM

CD-ROMの裏面を電灯にかざすと、光がCD-ROMの満で回折し、 反射光が干渉して、虹のように色づいた干渉縞ができる

口絵⑫光と色の三原色

R赤、G:緑、B:青、C:シアン、Mマゼンタ、Yイエロー、W:白、K:黒

口絵⑬絵の具に光の三原色で作った白色光を当てた場合

R:赤、緑、B:青、C:シアン、M:マゼンタ、Yイエロー、W:白.K:黒

口絵⑭灯台のフレネルレンズ

口絵⑮面ガラスの透明度

厚さが1.5cmのガラスを2枚重ねて撮影。 左側が3cm、右側が 1.5cmの厚さ。左側の方が暗くなっている

口絵⑯2004年の暮れに北海道白老町の海岸で観察された下位蜃気楼

ロ絵⑰の重力レンズ効果で4個に分裂したクエーサー

厚さが1.5cmのガラスを2枚重ねて撮影。左側が3cm、右側が1.5cmの厚さ。左重カレンズ効果で4個に分裂したクエーサー。アインシュタインクロスとも呼ばれる。
The Einstein Cross Gravitational Lens Image Credit & Copyright: Credit: NASA, ESA, and ST Scl

よくわかる最新
レンズの基本と仕組み
身近な現象から学ぶレンズの科学と技術
桑嶋 幹著
[第3版]

図解入門 よくわかる最新レンズの基本と仕組み[第3版] (How-nual図解入門Visual Guide Book)

桑嶋幹 (著)

出版社 ‏ : ‎ 秀和システム; 第3版 (2020/3/31)、出典:出版社HP

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はじめに

21世紀の科学技術は「光の時代」と言われています。現在、光の先端技術を応用したものが、私たちの生活の中にたくさん入ってきています。

光の技術があるところでは、必ずといってよいほどレンズが活躍しています。レンズはカメラや望遠鏡だけではなく、CD/DVDプレーヤーやコピー機、レーザープリンタをはじめとする、光を使った様々な製品に使われているのです。レンズは光技術の立役者であるといっても過言ではありません。

本書の構成にあたっては、レンズの専門家ではない人や、物理は少し苦手と思っている人が、「レンズについて知りたい」「勉強したい」と思ったときに、どのような入門書があればよいのかを中心に考えました。

レンズを勉強するためには、光の基本的な性質を理解しておく必要があります。なぜなら、光とレンズは切っても切れない間柄だからです。この本では、光の基本的な性質についても、ページをかなり割いて説明しました。本書で取り上げたものは、レンズを学ぶ上で必要となる知識です。本書1冊で光の基本からレンズの仕組みまでを理解できるように、あるいはレンズの専門書で行き詰まったとき、理解を助けるために読んで頂けるように心がけて、執筆を進めました。また、数式がたくさん出てきますが、数式を読み飛ばしても図解と説明で概要が理解できるように執筆したつもりです。

本書は2005年3月に第1版、2013年3月に第2版が発売され、初版から15年を経て、ここに第3版を出版する運びとなりました。今回の改訂にあたっては、本書の基本的な主旨は踏襲し、読者の皆さんから頂いた質問や意見などを参考に、最新情報なども加えて、よりわかりやすい内容に仕上げることをめざしました。

読者の皆さんが、本書を手にすることによって、光とレンズに関する基本知 識を身につけられ、本書がレンズ光学の専門書への橋渡しの役割を果たすことができたとしたならば、著者としてこれほど嬉しいことはありません。

最後になりますが、本書の作成にあたっては、北海道理科サークル Wisdom96(初版当時)の皆さんに、文章を読んで意見を頂いたり、写真を提供して頂いたり、お世話になりました。この場を借りてお礼を申し上げます。また、編集作業を担当していただいた秀和システムの編集部の皆さんに深くお礼を申し上げます。

2020年3月
桑嶋 幹

図解入門 よくわかる最新レンズの基本と仕組み[第3版] (How-nual図解入門Visual Guide Book)

桑嶋幹 (著)

出版社 ‏ : ‎ 秀和システム; 第3版 (2020/3/31)、出典:出版社HP

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目次

はじめに
第1章 レンズとは何か
1-1 そもそもレンズとは?
1-2 レンズの働きをするものを探してみよう
1-3 レンズの歴史
コラム世界最古のレンズ? ニムルドのレンズ
1-4 望遠鏡と顕微鏡の歴史
1-5 カメラの歴史
コラム 活動写真の発明

第2章 光の基本的な性質
2-1 光はどのように進むのか① 光の直進性
コラム 鏡の歴史
2-2 光はどのように進むのか② 光の反射と乱反射
2-3 光はどのように進むのか③ 光の屈折と反射.
コラム 光通信と光ファイバー
2-4光はどのように進むのか④
フェルマーの原理とスネルの法則

CONTENTS
2-5 光の分散
2-6 光の回折と干渉
コラム シャボン玉でできる虹
2-7 光が偏るとは? 偏光
2-8 どうしてものが見えるのか
コラム 物体はどのようにして見えるのかを研究した人びと
2-9光と色の三原色
2-10 「光る」とはどのようなことか
2-11 光の速度はどれぐらいか
コラム光速の測定が光の波動説の完全勝利をもたらした
2-12 光の正体は何か
2-13 電磁波とは何か
2-14 幾何光学と波動光学
コラム ナノテクノロジーとは

第3章 レンズの基本的な仕組みと働き
3-1 影や像のできかた
3-2 レンズの仕組みと働き
コラム 老眼鏡と近視眼鏡のレンズの種類を確かめる
3-3 レンズの構成
3-4 レンズを通る光の進みかた
3-5 レンズでできる像
3-6 レンズの式と倍率
3-7 焦点距離から結像を考える
3-8 2枚のレンズを通る光
3-9 レンズの簡易な作図方法
コラム 平行光で凸レンズの焦点距離を求める
3-10 凹面鏡と凸面鏡
コラム 凹面鏡を利用した太陽炉

第4章 レンズの分類
4-1 レンズの基本的な分類のしかた
4-2 レンズ面で光を屈折するレンズ① 球面レンズと非球面レンズ
4-3 レンズ面で光を屈折するレンズ②　シリンドリカルレンズ、フレネルレンズ、トロイダルレンズ
4-4 レンズ面での屈折を利用しないレンズ
コラム 光を回折させてみよう
4-5 レンズを作る材料
コラムガラスはなぜ透明か
4-6 光学ガラスの屈折率とアッベ数
4-7 光学ガラスの分類
4-8 ガラス以外の材料
4-9 レンズのつくりかた
コラム光学ガラスやレンズの製造工程を詳しく知りたい人は

第5章　レンズの収差と性能
5-1 収差とは何か
5-2 球面収差
5-3 コマ収差と非点収差
5-4　像面湾曲と歪曲収差…
5-5 軸上色収差と倍率色収差
5-6　Fナンバー
5-7　開口数NA
5-8　絞りと瞳
5-9　絞りの位置とテレセントリック
5-10 焦点深度と被写界深度
5-11 レンズの解像力と伝達関数 MTF
コラム　偏心収差レンズ製造やとりつけで生じる収差
5-12 アッベの不変量とラグランジュの不変量.
コラム レンズの設計

第6章 レンズを使った製品と技術
6-1 光学系とは何か
6-2 眼の働き
6-3 眼鏡と眼の屈折異常① 近視
6-4 眼鏡と眼の屈折異常② 遠視、老視、乱視
6-5 コンタクトレンズの仕組み
6-6白内障と眼内レンズ
コラム昆虫の複眼の仕組み
6-7 ルーペの仕組み
6-8 顕微鏡の仕組み
6-9 望遠鏡の仕組み
コラム　双眼鏡の仕組み
6-10 カメラの仕組み
6-11 CD-ROMとCD-ROMドライブの仕組み
6-12 レーザープリンタの仕組み

6-13 バーコードリーダーの仕組み
6-14 半導体産業を支えるステッパーレンズ
6-15 自然現象とレンズ

索引
参考文献

第1章　レンズとは何か
この章では、レンズがどのようなもので、どのような働きがあるのかを、難しい話は抜きにして簡単に説明します。
またレンズが、どのようにして発明され、どのように利用されてきたのか、その歴史を振り返ってみましょう。

図解入門 よくわかる最新レンズの基本と仕組み[第3版] (How-nual図解入門Visual Guide Book)

桑嶋幹 (著)

出版社 ‏ : ‎ 秀和システム; 第3版 (2020/3/31)、出典:出版社HP

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高校数学でわかる光とレンズ
光の性質から、幾何光学、波動光学の核心まで
竹内 淳著
ブルーバックス

本書で解説した被写界深度等を計算するエクセルファイルを、ブルーバックス公式サイト内の特設ページに載せています。下記のURL、またはQRコードを読み取 ってアクセスしてください。
http://bluebacks.kodansha.co.jp/special/light_lens.html
もくじ・章扉/中山康子
本文図版/さくら工芸社

はじめに

私たちの身の回りに満ち満ちているもの、それは光です。 目から得られる情報は、多くの生き物にとって日々の生存のために極めて重要です。光によって目の奥の網膜に形成される像によって、対象物の形、色、距離などの情報がもたらされます。

人類は長い間、「見ること」については肉眼が持つ能力そのものに頼ってきました。しかし、16世紀のヨーロッパで レンズを使う拡大鏡、顕微鏡、望遠鏡が発明されてから、人類が見ることができる世界は広がり始めました。従来見られなかったものを見られるように変えること、それは光学と呼ばれる学問が持っている大きな魅力の一つです。また、19 世紀にはカメラが発明されて、映像の記録が可能になりました。記録された映像は、時間と空間の両面に広がり、いまや世界中の人々が同一の映像をほぼリアルタイムで見ることができます。しかも、それを人類の文明が続く限り、かなりの未来まで伝えることも可能です。ここにも、光学が大きく貢献しています。

本書の前半では、光を光線として扱う幾何光学と呼ばれる 分野を解説し、特にレンズの働きを明らかにします。光学機器としては、カメラやメガネ、それに望遠鏡や顕微鏡が大活躍しています。このレンズに関わる物理を基礎から知りたいと思っている方は多いことでしょう。カメラマンにとって重要な被写界深度等を計算するエクセルファイルもブルーバックスの公式サイトに載せています。さらに本書の後半では波動光学に踏み込み分解能を決める要因を明らかにします。

本書は、大学の学部レベルの光学の基本となる知識と体系を、高校数学の知識を身に着けていれば理解できるよう工夫してみました。今、大学で光学を学び始めたばかりの学生のみなさんや、大学の光学を早くのぞいてみたい高校生のみなさん、それに少し本格的に光学を勉強してみたいと思っている社会人のみなさんのお役にも立てることと思います。本書を読み進めるにつれて、光学の知識は一つずつ確実に読者のみなさんの頭脳に吸い込まれていくことと思います。また、 ときには少し難しいところもあって、一瞬つまずくこともあるかもしれません。しかし、それを乗り越えて最後まで読み終えたとき、そこにはきっと新たな世界が見えていることでしょう。

高校数学でわかる光とレンズ 光の性質から、幾何光学、波動光学の核心まで (ブルーバックス)

竹内 淳 (著)

出版社 ‏ : ‎ 講談社 (2016/5/20)、出典:出版社HP

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もくじ

はじめに
第1章 光の性質
北斎と逆さ富士
光の性質
光の反射の法則
光の屈折の法則
空気と水の界面での屈折
全反射
光線逆進の原理
光の波の性質
光の粒子説と波動説
電磁波と偏光

第2章 凸レンズと実像の関係
レンズ
ピンホールによる像
凸レンズによる結像
物体と像の関係
角倍率
縦倍率
「コラム」一眼レフカメラの構造

第3章 カメラと目
初期のカメラと写真
映像距離
フィルムから撮像素子へ
画角
被写界深度
焦点深度
レンズの明るさや絞りの大きさを表す数字=F値
被写界深度の大きさを求める
パンフォーカス
人間が持つカメラ、目

第4章 なぜ拡大できるのか一虫メガネ、望遠鏡、顕微鏡一
虚像って何?
虚像の倍率について考えよう
レンズ1枚の究極の拡大鏡
凹面鏡
顕微鏡
望遠鏡の考案
ケプラー式望遠鏡
ガリレオ式望遠鏡
ガリレオ・ガリレイ
天体望遠鏡
正立像望遠鏡
「コラム」 肖像画のない科学者フック

第5章 近軸近似と光線追跡
レンズの形
レンズと光線の関係を数式を使って表そう
近軸光線の近似
光線追跡
移行行列
平面での屈折行列
左に凸の球面での屈折行列
右に凸の球面での屈折行列
薄肉レンズの光線行列
球面の凹面鏡での反射
光線行列の表記方法
2枚の薄肉レンズの合成
2枚の薄肉レンズの合成と主平面
2つの主平面の光線行列の性質
厚肉両凸レンズの光線行列
厚肉レンズの主点と主平面
カール・ツァイスとアッベとショット
「コラム」 光学の巨人たち

第6章 波としての光 一波長、屈折率、光路長(アイコナール)の関係一
波としての光
光が波であるという性質を使ってスネルの法則を導く
光路長
フェルマーの原理
マクスウェルの方程式からスネルの法則を導く
無反射コート

第7章 単色収差
収差
ザイデル収差の導出
第1段階:光学系のモデルを理解し、波面収差が2つの光路長の差として表されることを導く
第2段階:光線収差が波面収差の偏微分で表されることを導く
談3段階:波面収差を表す関数の形を推定し、(7-10)式と(7-11)式を使って光線収差を求める
球面収差
コマ収差
非点収差
像面湾曲
歪曲(ディストーション)

第8章 色収差
色収差
フラウンホーファー線
フラウンホーファー
光学ガラスのアッベダイアグラム
色収差の補正
アクロマートの発明者は誰か

第9章 回折と分解能
分解能の限界とは
複素数で波の式を表す
複素数を座標に表示する方法
オイラーの公式
波を表すのに便利な虚数
レンズによる集光スポット
フラウンホーファー回折
フレネル
レンズによる回折
瞳関数
集光スポット径の計算

おわりに

付録
ラジアンと tandθ≈ θ の近似
三角関数の加法定理
2行2列の逆行列
サイン、コサイン、指数関数のテイラー展開
複素指数関数の微分
√(1+x) ≅ 1+ x/2(x ≪1) の近似
直交座標の積分から極座標の積分への変換
計算ファイル(エクセル)の説明

参考資料・文献
さくいん

高校数学でわかる光とレンズ 光の性質から、幾何光学、波動光学の核心まで (ブルーバックス)

竹内 淳 (著)

出版社 ‏ : ‎ 講談社 (2016/5/20)、出典:出版社HP

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レンズの教科書
撮る楽しさを味わうための写真の手引き
岡嶋和幸 著

キットレンズだけで撮影していていつも同じような写真になってしまう、レンズ交換したいけれど何を使えば良いのか分からない、と感じてはいませんか。本書は、レンズの特性や表現効果の違い、被写体や状況に応じたレンズワークを丁寧に解説しました。次の表現ステップへ進み、写真をもっと楽しみたい人に役立つ1冊です。

レンズを知れば、 写真の世界が変わる

はじめに

デジタル一眼撮影の醍醐味は
レンズ交換ができることです。
レンズの数だけ表現の幅が広がります。
複数のレンズを使い分けることで
もっと撮影が充実するようになります。
自分にぴったりのレンズを見つけて
新しい写真にチャレンジしましょう。
レンズについての基礎知識を高めるだけで
これまでとは写真が変わります。
前景や後景をぼかしたり
画面全体をシャープに見せたり
パースペクティブ効果や圧縮効果など
まずはレンズ表現の基本を理解しましょう。
カメラとセットで購入したレンズでも
その特徴を知ることで
より効果的に使いこなせるようになります。
さらには被写体やシーン
状況やイメージに応じた
レンズワークが着実に身についていきます。
レンズはズームや単焦点のほか
魚眼、広角、標準、望遠、マクロなど
いろいろなタイプのものがあります。
自分のフィールドや撮影スタイルに
ベストマッチのレンズを選びましょう。
ただ「広く」「大きく」写したいだけでなく
フットワークを生かした撮影を心がけることで
つぎに必要な1本が見つかるはずです。
新しいレンズでの新しい表現に挑戦しながら
ワンランク上のレンズワークを目指しましょう。
そうやって少しずつ充実させていくことで
こだわりのレンズシステムが完成するのです。
購入したけどうまく使いこなせず
苦手意識を持ってしまって
出番が少なくなったレンズもあるでしょう。
でも使いこなしのヒントが見つかれば
お気に入りの1本に変わるかもしれません。
ちょっとしたことがきっかけで
レンズワークが思いどおりになることも。
本書でその可能性を探ってみてください。

レンズの教科書 撮る楽しさを味わうための写真の手引き

岡嶋 和幸 (著)

出版社 ‏ : ‎ エムディエヌコーポレーション (2015/8/25)、出典:出版社HP

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Contents

はじめに
1章 レンズの基礎知識
01レンズの仕組み
02焦点距離
03画角
04撮像素子
05単焦点レンズ
06ズームレンズ
07 F値
08 最短撮影距離とワーキングディズダンス
09 最大撮影倍率
10 収差
11 手ぶれ補正
[column 1] レンズフードとレンズフィルター

2章　レンズによる表現効果
12ピント
13被写界深度
14ぼけ
15パフォーマンス
16遠近感
17圧縮効果
[column 2] クローズアップレンズと被写リング

3章　種類別・レンズの撮影ポイント
18超広角レンズ
19広角レンズ
20標準レンズ
21中望遠レンズ
22望遠レンズ
23超望遠レンズ
24マクロレンズ
25魚眼レンズ
26シストレンズ
[column 3] マウントアダプターを活用しよう

4章　ワンランク上のレンズ使いこなし
27フレーミング
28フットワーク
29撮影距離
30ポジション
31レベル
32アングル
33光の角度と方向
34光の強さ
[column 4]　より広角で、より望遠で撮れるようになる
コンバージョンレンズ

5章　状況&目的別・ レンズワークの基本
35超広角　空間の広がりを表現する
36超広角　高さや奥行きを強調する
37広角　周りの様子を加えて臨場感を出す
38広角　遠近感や親密感を表現する
39標準　見たまま、感じたままを切り取る
40標準　ぼけを使ってイメージをプラスする
41中望遠　ぼけを生かして存在感を際立たせる
42中望遠　真っ直ぐすっきり切り取る
43マクロ　やわらかくふわっとした印象に見せる
44マクロ　被写体の特徴をしっかり見せる
45望遠　被写体をシンプルに切り取る
46望遠　印象的な光景をシャープに切り取る
47超望遠　躍動感のある表現をする
48超望遠　大胆に切り取って迫力を出す
[column5] レンズのメンテナンス

6章 被写体&シーン別・ レンズワークの実践

49町 フットワークで軽快にスナップする
50空　広がりや表情をバランスよく切り取る
51ペット　自然な様子を愛らしく写し撮る
52海　海辺の景色を感じたままにとらえる
53道　流れや臭行きを美しく表現する
54人　魅力的な仕草や表情をスナップする
55建物　造形の美しさをシャープに写し撮る
56動物　仕草や表情をダイナミックにとらえる
57植物　光や色が印象的に感じられるように写す
58静物　被写体を雰囲気よく切り取る
59夕景　色づいた風景をドラマチックに写す
60夜景　夜の光を華やかに切り取る

おわりに

レンズの基礎知識

いま愛用しているレンズについて、どのタイプで、 どのような特徴があるのかなどきちんと理解していますか?
つぎにレンズを購入する際には、おもに撮影する写体やシーン、撮影スタイルなどに応じて選ぶ基準が違ってきます。
自分のフィールドに最適なものを選ぶためには、レンズについての基本的な知識が必要です。
この章では、レンズを選んだり使いこなしていくうえでぜひ知っておきたいポイントについて、 入門者でも理解できるようにわかりやすく解説します。

レンズの教科書 撮る楽しさを味わうための写真の手引き

岡嶋 和幸 (著)

出版社 ‏ : ‎ エムディエヌコーポレーション (2015/8/25)、出典:出版社HP

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「レンズ」のキホン
桑嶋幹

光を操り見えないものを“知る”テクノロジー

カメラレンズの基本がわかる。
眼とメガネのしくみと働き
多彩なレンズは光学技術の最先端

著者プロフィール

桑嶋幹

1963年生まれ。豊橋技術科学大学大学院工学研究科前期課程修了。工学修士。現在、光分析 機器メーカーの日本分光株式会社勤務。

新理科教育フォーラム副代表。北海道理科サークルWisdom96に参加。おもな著書に「「機能性プラスチック」のキホン」(共著、SBクリエイティブ)、 「図解入門レンズの基本と仕組み」「図解入門 よくわかる最新プラスチックの仕組みとはたらき」 (秀和システム)、『光と色の100不思議」(東京書籍)などがある。

アートディレクター: 坂本紀子(Desgin Studio Palette)
カバーイラスト: 野辺ハヤト
http://www.breathpiece.com/
本文イラスト : 平山 学(クマノグラフ)
http://kumanograph.jp/
保田大介(株式会社ジョルス) 佐藤 萌(株式会社ジョルス)
http://www.jolls.co.jp/

「レンズ」のキホン (イチバンやさしい理工系)

桑嶋 幹 (著)

出版社 ‏ : ‎ SBクリエイティブ (2010/6/16)、出典:出版社HP

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はじめに

私たちの身のまわりには、カメラや望遠鏡、CD・DVDプレーヤー、コピー機やレーザープリンタなど、光を利用した製品がたくさんあります。それらの機器を支える光技術のキーデバイスとして使われているのが、レンズや鏡などの光学部品です。いまやレンズは先端技術を支えるマザー・ツールですから、新しい技術に先回りして進化していかなければならないという宿命を背負っています。レンズは人類の英知とともに進化している道具なのです。

この本を手にしたみなさんは、レンズについて個人的に興味をもち、勉強したいと考えていたり、仕事の関係でレンズについて学ぶ必要に迫られていたりする方々ではないかと思います。レンズの本を探してみると、専門書はたくさん見つかりますが、やさしい入門書はわずかしかありません。光学の入門書でレンズのしくみや働きについて学ぶこともできますが、レンズが主題ではないため、レンズについて包括的に学ぶことはできません。そのため、本書はレンズの専門家ではない人や、物理が多少苦手と思っている人でも、光学の基礎からレンズの基本と応用までをわかりやすく学ぶことができる入門書となるように心がけて執筆しました。

筆者は2005年に「図解入門よくわかる最新レンズの基本と仕組み」(秀和システム)という入門書を執筆する機会を得ましたが、本書ではレンズとは直接関係のない光学の知識やレンズの難しい応用例の解説などを極力避けて、そのぶんレンズを学習するうえで必要な知識をさらに掘り下げて解説するようにしました。 また、本書はカラー版であることから、作図の手順の解説などにも力を入れました。読者の皆さんにとって、本書がレンズの世界への扉としての役割、またレンズの専門書への橋渡しとしての役割をはたすことができたとするならば、著者としてこれほどうれしいことはありません。

最後に、本書の執筆の機会をいただき、編集作業を担当していただいたソフトパンククリエイティブの中右文徳さんをはじめとするみなさんに、お礼を申し上げます。

2010年5月 幹

「レンズ」のキホン (イチバンやさしい理工系)

桑嶋 幹 (著)

出版社 ‏ : ‎ SBクリエイティブ (2010/6/16)、出典:出版社HP

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目次

はじめに
登場キャラクターのご紹介

第1章　レンズのお話
001 レンズは光の屈折をたくみに利用するために生みだした道具
002 レンズの歴史
003 小さなものを拡大して見る顕微鏡の歴史
004 遠くのものを近くに見る望遠鏡の歴史
005 レンズでできた像を記録するカメラの歴史
COLUMNレンズの語源

第2章　光のふるまい
006光の直進性と逆進性
007光の反射の法則
008鏡による光の反射
009光の乱反射
010透明な物体を通る光.
011光は物質の境界面で折れ曲がる 光の屈折
012光はどのような道筋を選んで進むのか フェルマーの原理
013スネルの法則①
014スネルの法則②
015空気の揺らぎが光を曲げる① 陽炎と逃げ水のしくみ.
016 空気の揺らぎが光を曲げる② 気楼と大気差のしくみ
017 プリズムでできる光の色の帯 光の分散
018 大空にかかる光の色の帯 虹ができるしくみ
019 虹の形はどうして円弧なのか
020 光の正体は波か粒子か① 光の回折
021 光の正体は波か粒子か②光の干渉
022 光の回折と干渉でできる虹 シャボン玉とCD-ROMの虹のしくみ
023 光は縦波が横波か 偏光①
024 偏光メガネとブリュースターの法則 偏光②
025 光は電磁波の仲間
026 光の速さはどれぐらいか
027 光のふるまいを考える幾何光学と波動光学
COLUMN 近接場光一光の回折限界を超える光

第3章 – レンズのしくみと働き
028 点光源からでた光はどのように進むか
029 影のでき方
030 ピンホールでできる像
031 ピンホールカメラでできる像
032 レンズの基本的なしくみ.
033 凸レンズと凹レンズの基本的な働き
034 レンズの焦点と焦点距離
035 レンズの主点と主平面
036 薄肉球面レンズの焦点距離の求め方
037 レンズを通る光の進み方
038 凸レンズでできる実像
039 無限遠からやってくる光は凸レンズでどこに像を結ぶか
040 凸レンズでできる虚像
041 凸レンズを半分隠すと実像と虚像はどうなるか
042 物体が焦点の位置にあるとき実像と虚像はどうなるか
043 凹レンズでできる虚像
044 レンズの写像公式と倍率①　凸レンズの実像の場合
045 レンズの写像公式と倍率②　凸レンズの虚像の場合
046 レンズの写像公式と倍率③　凹レンズの虚像の場合
047 レンズの写線公式のまとめ
048 レンズの倍率を求めるもう1つの方法
049 レンズの作図の裏技① 光軸上の1点からでて凸レンズに入射する光
050 レンズの作図の裏技② 凸レンズに任意の傾きで入射する光
051 レンズの作図の裏技③ 凹レンズを通る光の場合..
052 2枚のレンズを通る光
053 凹面鏡と凸面鏡のしくみ
054 凹面鏡と凸面鏡で反射する光
055 レンズの分類の仕方
056 表面屈折を利用したレンズ① 球面レンズ
057 表面屈折を利用したレンズ② 非球面レンズ
058 表面屈折を利用したレンズ③ シリンドリカルレンズ
059 表面屈折を利用したレンズ④ トロイダルレンズ
060 表面屈折を利用したレンズ⑤ フレネルレンズ
061 表面屈折を利用しないレンズ① グリンレンズ(屈折率分布レンズ)
062 表面屈折を利用しないレンズ② 回折レンズ
COLUMN　メタマテリアルー負の屈折率をもつ物質

第4章 – レンズの性能
063 レンズをつくる光学ガラスに求められる性質
064 光学ガラスの屈折率
065 光学ガラスのアッベ数
066 光学ガラスの分類
067 ガラス以外の光学材料① 天然や人工の結晶
068 ガラス以外の光学材料② 光学プラスチック
069 レンズができるまで① 球面レンズのつくり方
070 レンズができるまで② 非球面レンズのつくり方
071 収差とはなにか
072 球面収差
073 球面収差の補正
074 コマ収差と非点収差
075像面湾曲と歪曲収差
076 軸上色収差と倍率色収差
077 像の大きさと明るさ
078 Fナンバーと実効Fナンバー
079 開口数NAとレンズの分解能
080 絞りと瞳
081 絞りの位置とテレセントリック
082 焦点深度と被写界深度
COLUMN ガラスはなぜ透明なのか

第5章
レンズを使った身近なもののしくみ
083 ヒトの眼の構造
084 眼のしくみと働き
085 近視と遠視
086老視と乱視
087 コンタクトレンズのしくみ
088 ルーペのしくみ
089 ルーペの倍率
090 光学顕微鏡のしくみ① 基本的なしくみ
091 光学顕微鏡のしくみ② 倍率と分解能
092 望遠鏡のしくみ① 基本的なしくみ
093 望遠鏡のしくみ② ケプラー式望遠鏡の光の進み方
094 望遠鏡のしくみ③ オランダ式望遠鏡の光の進み方.
095 望遠鏡のしくみ④ 望遠鏡の倍率
096 望遠鏡のしくみ⑤ ピント合わせが必要なのはなぜ?
097カメラのしくみ① Fナンバーとシャッタースピード
098カメラのしくみ② 画角と焦点距離
099 カメラのしくみ③ デジタルカメラの画角と焦点距離
100 進化するレンズ 流体レンズのしくみ
COLUMN像反転系一倒立像を正立像として見る
参考文献
索引
レンズの基本・読者サポートサイト http://lens-softbank.goryoukaku.com

登場キャラクターのご紹介

★キホンガエルのぴょん太くん
本シリーズのメインキャラクター。
ものづくりを好み、どんなことにも興味をもつ。
いつかは自分で画 期的な製品をつくりたいと願っている。
★ガイド役
凸レンズくん(愛称フトッチョ)
天真煙漫な性格ながら、なんでもまとめて考えるのが得意。
メガネのコレクションが自慢で、ハラヘリとは仲のよい相棒同士。
凹レンズくん(愛称ハラヘリ)
神経質なところもあるけれど、実は拡大解釈してしまうのが得意。見かけによらず大食漢。
フトッチョといっしょになると、歪みを正すというワザがでる。

レンズのお話
最初は難しい話は抜きにして、レンズとはどのようなものなのかを簡単に確認してみましょう。
そして、私たち人類はどのようにレンズを利用してきたのか、その歴史を簡単に振り返ってみましょう

「レンズ」のキホン (イチバンやさしい理工系)

桑嶋 幹 (著)

出版社 ‏ : ‎ SBクリエイティブ (2010/6/16)、出典:出版社HP

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