タグ:プロジェクトT ( 189 ) タグの人気記事

干渉フィルターの色味変化(Ⅳ)

干渉フィルターは本来透過と反射は補色関係になるべきである。
c0164709_20251093.jpg

この写真は透過状態で撮影したもので、BGRの色が見えているが、透過側の照明を落として反射光を中心にすると
c0164709_20251961.jpg

青が黄色に、緑がマゼンタに、赤がシアンになる。一部だけ反射光源をあててみたのが
c0164709_20252605.jpg

で、透過と反射で色味が反転するのがよく分かる。
[PR]
by ZAM20F2 | 2014-12-09 20:28 | 科学系 | Comments(0)

クラゲの構造発色についてのメモ

クラゲの中には水槽の中で光を放つものがある。光を放つといっても発光しているのではなく、照明光を反射している。
c0164709_21084884.jpg

この写真は今ひとつで、もっときれいな写真は「春夏秋冬」さんの水生動物雑記帳にある。
この手のクラゲが光って見える機構の解説依頼がコメントであり、コメント欄だけでは無理なので、記事として上げることにした。といっても、クラゲの色は専門外なので(世の中にクラゲの色の専門家が存在するか自体も興味あるところだけれど。食べることに関してはクラゲ普及協会なる組織があるようだ)、まずは頼ったのは、この業界の教科書「生物ナノフォトニクス-構造色入門-」(木下修一:朝倉書店)。でも、残念ながらクラゲに関する記述はなく、Web上も少なくとも日本語では、きちんとした解説が見当たらないため、憶測を交えての話になることはご容赦いただきたい。

クラゲと言っても、色素により発色しているクラゲもいるけれど、これから扱うのは色素ではなく、微細な構造により発色する構造色のクラゲである。この手のクラゲは櫛板という組織があり櫛板部分が発色する。それも静的ではなく動きに合わせて発色部分が動いていく。

クラゲの構造色については1次元の周期構造で回折が起きている回折格子タイプであるとされているように思う。CDなどが虹色になるのと同じ現象である。櫛板のところが光ることからすると、櫛板あたりに光の波長程度の周期構造が存在していることになる。
c0164709_21140513.jpg



ただ、ここで答を終わりにしてしまったら、質問を頂いた春夏秋冬さんの疑問には答えていないことになるだろうと思う。CDのような周期構造が虹色の原因なら、CDを傾けると特定の角度で虹色が見えるのから推測できるように、クラゲが向きをかえたら特定のところが虹色になると思われるけれども、実際には、クラゲ本体は向きを変えておらず櫛板が波打つだけで光る部分が動いていく。

また、回折格子の反射効率は(透過型でなかったら)回折格子の表面の反射率に依存するのだけれど、水中にいるクラゲでの櫛板と周囲の水の屈折率差は大きいとは思えず、そんなに反射率が稼げる気がしないのである。水の屈折率は1.33程度で、有機の共役をあまり含まない物質で1.5程度ではある。しかし、クラゲの体は水分を多く含んでいるだろうから、屈折率が1.33からそれほど離れられる気がしない。櫛板の屈折率を1.4とすると界面での反射率は0.07$%程度。櫛板の屈折率を1.5としても0.4%しかない。クラゲの背景がどの程度暗いかにもよるけれども、反射光はかなり弱い。

特定の部分だけ色がつく理由については、櫛板を動かす時に、その部分の体表を伸縮させていて、その結果として、光を回折できる間隔になるのではないかとも考えたのだけれど、それだけだと、反射光の弱さから、あんなには輝いて見えないような気もする。

櫛板の動きにともない光る場所も移動することと、単純に屈折率を考えると、あんなに光っていなさそうなことを考えると、櫛板にはもう少し秘密が隠されているような気がする。ここで思いつくのが回折格子のブレーズという芸である。
c0164709_21144334.gif


図には単純な回折格子と、光のあたる部分を傾斜させた回折格子を描いている。単純な回折格子では、垂直に入射した光のかなりの部分は色が分かれずにもとの方向に戻り、回折した光も±1次から±2次と拡がっていくので、一つの回折光への光の分配はそれほど大きくはならない。

一方、右側の傾斜構造のある回折格子では、正面から入った光が反射して出ていく角度と、回折格子の回折条件が重なると、その方向に高い効率で光が出射する。クラゲが櫛板を波打たせて動いていると、ある瞬間には特定の領域の櫛板だけが、ここに記した傾斜構造の特別な回折格子の条件を満たす角度となることが考えられる。そうなれば、クラゲ全体の方向は不変のままで櫛板の一部だけが回折効率が高まって光って見えることが理解できる。

もし、櫛板部分の回折格子が透過型で機能しているなら、その時には櫛板部分とそうでない部分を抜けてくる光の位相差によって回折効率が定まる。この場合には傾斜構造を考えなくても、それなりの回折効率は実現できる。

※透過型の回折格子として働いているかどうかは、クラゲが正面からの照明で色づくのか(反射型)、後ろからの照明で色づくのか(透過型)で区別出来るはずである。春夏秋冬さんの写真は黒背景なので、色は反射型で生じていると思って大丈夫だと思う。





[PR]
by ZAM20F2 | 2014-12-08 21:15 | 科学系 | Comments(3)

干渉フィルターの色味変化(III)

干渉フィルターと吸収型フィルターの違いを見せるデモ用品を作ってみた。75mm角のフィルターを、カブネサイズのナングレアガラスに挟んでいる。
正面から見ると
c0164709_22294143.jpg

と一応両方とも緑だけれど、傾けていくと
c0164709_22294539.jpg

c0164709_22294823.jpg

と干渉フィルターの方がブルーシフトする。一方、反射光でみると
c0164709_22295128.jpg

干渉フィルターは補色のマゼンタとなる。

[PR]
by ZAM20F2 | 2014-12-05 22:32 | 科学系 | Comments(1)

干渉フィルターの色味変化(II)

色味変化として、オレンジから黄色というのは、あんぱりぱっとした物ではない。どちらかというと、可視領域の間で窓が動いて色が変わっていく方が見た目がよいように思う。というわけで緑のフィルターを探してきた
c0164709_21510176.jpg

c0164709_21510419.jpg

c0164709_21510924.jpg

c0164709_21511190.jpg

傾けていくとずいぶんと深い青色まで変化してなかなか美しい。ただ、このフィルターは小さくてデモには使えないのが困ったところだ。

[PR]
by ZAM20F2 | 2014-12-02 21:53 | 科学系 | Comments(0)

干渉フィルターの色味変化

こちらは顕微鏡用の緑フィルターではなく、オレンジ色の干渉フィルター。
c0164709_21184947.jpg
用途は確認していない。フィルターの外周が無色なのは、そこには多層膜が形成されていないため。傾けると反射体が短波長側にシフトするので、色味が薄くなり
c0164709_21185236.jpg

さらに傾けると
c0164709_21185595.jpg

ほとんど黄色になる。これは正しい干渉フィルターの姿だ。
普通の吸収型のフィルターは
c0164709_21185834.jpg

傾けても色味は変化しない。
c0164709_21190017.jpg


[PR]
by ZAM20F2 | 2014-12-01 21:21 | 科学系 | Comments(0)

れっどえんはんさない

デモ用のグリーンフィルターが欲しくて、コガネムシを探しに行くついでに駅の反対側のカメラ屋のジャンクコーナーに行ったら、レッドエンハンサーも転がっていたので思わず買い込んでしまった。
c0164709_21272383.jpg

左側はレッドエンハンサー。赤色を強調するフィルターなら、赤みを帯びていそうなのだけれど、どちらかというと緑系の色に感じる。右側は、PO1。淡い方の緑色フィルターだ。レッドエンハンサーをオレンジフィルターに重ねると赤みが増すように見える。
c0164709_21272764.jpg

一方の緑色フィルターは赤みが増す感じはしない。もっとも、オレンジフィルターによって効果が違っていて目視では
c0164709_21272927.jpg

小さいフィルターの方が赤みが増すように見えるのだけれど、写真では、あんまり赤みが増したようにはなっていない。カタログ上ではフィルムカメラ用でデジタルカメラ用にはなっていないは、このためだろと思う。
レッドエンハンサーを買い込んだのは、見た目と赤色強調の関係が不思議だったからだ。そこで、透過スペクトルを調べてみると
c0164709_21322780.jpg

レッドエンハンサーは580のオレンジの辺りに強い吸収がある。従って、オレンジフィルターと重ねると、透過する波長が長波長からになって、より赤くなるように見えるわけだ。
ところで、レッドエンハンサーのスペクトル、どこかで見たことがある記憶があった。というか、ケンコーの波長校正フィルターの気がして調べたら、波長校正用フィルターV-10がピッタリだった。なんか、V-10を画期的に安価で入手でき、使うあてはないけれど幸せな気分だ。
V-10は大昔からあるフィルターで、誰がこのフィルターを赤み強調として使う事を思いついたのか興味あるところだ。なんか、たまたまフィルターを通して物を見たら赤が鮮やかに見えてなんてセレンディピティ的な話を想像してしまうのだけれど、どうなのだろうか。
そして、目で見て赤みが増すのが写真で再現出来ないのは、目の錐体とカメラの3種の色分解の感光特性が違っているためなわけで、赤みがまさない写真を長めながら、RGBでなくLMSの色フィルターのカメラが市販されないかと改めて思っている。

[PR]
by ZAM20F2 | 2014-11-29 21:40 | 科学系 | Comments(0)

水滴内の光路(2)


昨日の写真はスリットを入れたものだけれど、スリットを入れていないと
c0164709_22011035.jpg
と、連続した分布が見えるようになる。昨日も記したように、ガラスの一部を鏡面化して光を反射しているようになっている。容器を回転して2回目の反射(の一部)も反射するようにすると

c0164709_22011255.jpg
と、虹の二つ目の角度も見えるようになる。前に、反射屈折だけで虹の色が生じるのかを議論したけれども、これをみても、あんまりエッジで色が見えていない気がするだろうと思う。一方
c0164709_22010820.jpg
と、一部だけに光を通すと、外側の所に色調が見えるようになる。フラスコを使った虹のデモ実験は、だいたい、そんな条件で行われているのだろうと思う。

[PR]
by ZAM20F2 | 2014-08-23 22:06 | 科学系 | Comments(0)

水滴内の光路

虹の解説図には水滴内の光路を描いているものが多い。それをリアルにやろうとしたのが
c0164709_21575494.jpg

だ。これだと、水滴内相当光路が見えないので、毎度おなじみの栄光色素を入れると
c0164709_21575931.jpg

なる。この写真は秤量瓶をつかっている。ガラスの厚みは瓶の直径に比べてかなり小さいので、内部の水の屈折率で決まる光路をほぼ再現出来ているだろうと思う。

でも、この写真をみて、首をかしげて欲しい。というのは、水の屈折率は1.33、ガラスの屈折率は1.5程度なので、ガラス空気の反射率は4%程度しかないからだ。つまり光は戻ってくることなくほとんど通り抜けるので、上の写真のように、抜ける光が見えない状況になるはずがない。

実は、秤量瓶の一部を鏡面化してあり、その部分で入射光を受けている。鏡面化していない部分に光が当たるようにすると
c0164709_21580315.jpg

となる。これが本来の姿だ。
[PR]
by ZAM20F2 | 2014-08-22 22:04 | 科学系 | Comments(0)

集光

プロジェクトTは一段落してしまって、新しいネタがないのだけれど、使われずに埋もれているのがあるので、ポチポチと出していこうかと思っている。
c0164709_22063835.jpg

は凸レンズによる集光で、光はそのまま出したもの。スリットを通すと
c0164709_22065781.jpg

となるのだけれど、光を強くしようとしたら、なんか光が二筋になっている。それを防ぐと
c0164709_22065427.jpg

と暗くなる。最近の、ISO感度が高く出来るカメラならもっと何とかなりそうなのだけれど、取り敢えずこれが手一杯。
いずれ、取り直したい気分はある。
[PR]
by ZAM20F2 | 2014-08-21 22:10 | 科学系 | Comments(0)

撮影風景

レンズに光が通る写真は
c0164709_12443446.jpg

な感じで撮影している。
レンズの右側にあるのは、10cm角のガラス板に、カモイの黒い写真用テープをはって、カッターで5mm間隔で1mmの線を切り抜いてスリットとした物。右側kら平行光線を入れて、光の筋をだす。光は少し下の方向に角度をつけてレンズの下に敷いた紙に光が当たるようにしている。
光源部分は
c0164709_12443852.jpg

な感じ。OM135mmをオートエクテンションにつけて、カメラボディーの代わりに、OM-Cマウントアダプタをつけて、CマウントのちょっとしたホルダーにLEDをつけている。OM135とオートエクステンションは∞遠が出る構造なので、フィルム面にLEDをおければ平行光線がでる。
LEDは、だいぶ前に秋月で買った砲丸型のもの。ただし、頭を削って平らにしている。
c0164709_12445227.jpg

上が加工前。これで使うとどうやら、光源の実効面積が増えてしまうらしく、スリット通過後の光が拡がってしまう。最初は、15度集光のLEDだとレンズを有効に使えそうにないので、削ったのだけれど、それ以上によい効果があった印象。
少し前の写真で線が二重になったのは、側面辺りからの光がレンズに入ったのかなと感じている。ので、側面に黒いテープを巻くように変更した。

※この写真ではEOS50Xが使われているけれど、E3で撮影する方が多い。コンピュータ画面があると、結構撮影の邪魔になるので、カメラ単体で、バリアングルファインダーでライブビューの方がスムーズに作業がすすむ。この時はNikon-4/3アダプターが不明になっていてEOS50Xの出番となった。
[PR]
by ZAM20F2 | 2013-06-16 12:53 | 科学系 | Comments(0)