光を理解することで、私たちがどのように色を見て、知覚し、さらにはレンズで視力を矯正するかを理解することができます。 の分野光学光の研究を指します。
光とは？
日常のスピーチでは、「光」という言葉はしばしば本当に意味します可視光、これは人間の目で知覚されるタイプです。 しかし、光は他の多くの形で現れ、その大部分は人間には見えません。
すべての光の源は電磁気学、つまり空間に浸透する電場と磁場の相互作用です。光の波の形式です電磁放射; 用語は交換可能です。 具体的には、電磁波は電場と磁場の中で自己伝播する振動です。
言い換えれば、光は電磁界の振動です。 それは波として宇宙を通過します。
チップ
真空中の光速は3×10です8 m / s、宇宙最速！
光より速く移動するものはないというのは、私たちの存在のユニークで奇妙な特徴です。 そして、すべての光は、目に見えるかどうかに関係なく、遭遇すると同じ速度で移動します案件、遅くなります。 光は物質（真空中には存在しない）と相互作用するため、物質の密度が高いほど、移動が遅くなります。
光と物質との相互作用は、その重要な特徴のもう1つである粒子の性質を示唆しています。 宇宙で最も奇妙な現象の1つである光は、実際には波と粒子の2つです。 この波動粒子の二重性光の勉強を文脈にいくらか依存させます。
物理学者は、光を波として考えることが最も役立つ場合があり、音波やその他の力学的波を説明するのと同じ数学や特性の多くを光に適用します。 また、光を粒子としてモデル化する方が適切な場合もあります。たとえば、原子のエネルギーレベルとの関係や、ミラーで反射するときに光がたどる経路を検討する場合などです。
電磁スペクトル
可視かどうかにかかわらず、すべての光が技術的に同じものである場合、つまり電磁放射である場合、あるタイプを別のタイプと区別するものは何ですか？ その波の特性。
電磁波は、さまざまな波長と周波数のスペクトルで存在します。 波として、光の速度は波の速度方程式に従います。ここで、速度は波長と周波数の積に等しくなります。
v- \ lambda f
この方程式では、vはメートル/秒（m / s）で表した波の速度です。λはメートル（m）単位の波長であり、fはヘルツ（Hz）単位の周波数です。
光の場合、これは変数で書き換えることができますc真空中の光速の場合：
c = \ lambda f
チップ
cは、真空中の光速を表す特別な変数です。 他のメディア（材料）では、光の速度は次の割合で表すことができます。c。
この関係は、値が反比例し、それらの積が等しい限り、光は波長または周波数の任意の組み合わせを持つことができることを意味しますc. 言い換えれば、光は大頻度と小さい波長、またはその逆。
さまざまな波長と周波数で、光はさまざまな特性を持っています。 そのため、科学者は電磁スペクトルをこれらの特性を表すセグメントに分割しました。 たとえば、紫外線、X線、ガンマ線などの非常に高い周波数の電磁放射は非常にエネルギーが高く、体組織に浸透して害を及ぼすのに十分です。 電波のような他のものは、非常に低い周波数を持っていますが、高い波長を持っており、それらは常に妨げられることなく体を通過します。 （はい、お気に入りのDJのトラックを空中からデバイスに運ぶ無線信号は、電磁放射の一種であり、光です！）
より長い波長/より低い周波数/低エネルギーからより短い波長/より高い周波数/高エネルギーへの電磁放射の形態は次のとおりです。
- 電波
- 電子レンジ
- 赤外線波
- 可視光
- 紫外線
- X線
- ガンマ線
[EMスペクトルの図を挿入]
可視スペクトル
可視光スペクトルは、380〜750ナノメートルの波長に及びます（1ナノメートルは10に等しい）-9 メートル– 10億分の1メートル、または水素原子の直径程度）。 電磁スペクトルのこの部分には、目に見える虹のすべての色（赤、オレンジ、黄色、緑、青、藍、紫）が含まれています。
[可視スペクトルの拡大図を含める]
赤は可視色の中で最も長い波長を持っているため、周波数も最も低く、したがってエネルギーも最も低くなります。 ブルースとスミレの場合は逆になります。 色のエネルギーは同じではないので、温度も同じではありません。 実際、可視光のこれらの温度差の測定は、他の光の存在の発見につながりました見えない人間に。
1800年、フレデリックウィリアムハーシェル卿は、プリズムを使用して分離したさまざまな色の太陽光の温度差を測定する実験を考案しました。 彼は確かに異なる色の領域で異なる温度を見つけましたが、彼は最も暑いのを見て驚いた 赤を超えて温度計に記録されたすべての温度。 すべて。 これは、人間が見ることができるよりも多くの光が存在したという最初の証拠でした。 彼はこの地域の光に名前を付けました赤外線、これは「赤の下」に直接変換されます。
通常、標準の電球が発する白色光は、すべての色の組み合わせです。 対照的に、黒は不在どんな光でも–実際には色ではありません！
波面と光線
光学エンジニアと科学者は、光がどのように跳ね返り、結合し、焦点を合わせるかを決定するときに、2つの異なる方法で光を考慮します。 レンズまたはミラーを通して焦点を合わせるときの光の最終的な強度と位置を予測するには、両方の説明が必要です。
あるケースでは、眼鏡技師は光を一連の横波面、山と谷のある正弦波またはS字型の波を繰り返しています。 これは物理光学光の波の性質を使用して、光がそれ自体とどのように相互作用するかを理解し、 水中の波が干渉のパターンを強めたりキャンセルしたりするのと同じように、干渉のパターンにつながります 別のアウト。
物理光学は、トマス・ヤングが光の波動特性を発見した1801年以降に始まりました。 回折格子などの光学機器の働きを説明するのに役立ちます。 その成分波長への光のスペクトル、および特定のブロックする偏光レンズ 波長。
光を考える別の方法は、レイ、直線経路をたどるビーム。 光線は、光源から放射され、光の進行方向を示す直線として描画されます。 光を光線として表現することは、幾何光学、これは光の粒子の性質に関連しています。
レンズ、プリズム、顕微鏡、望遠鏡、カメラなどの光集束ツールを設計するには、光の経路を示す光線図を描くことが重要です。 幾何光学は物理光学よりも長い間存在していました。1600年までに、アイザックニュートン卿の時代には、視力矯正レンズが一般的でした。