レンズとメガネ。発明と生産の歴史

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メガネの発明について話す前に、レンズとは何か、なぜレンズが視力障害の矯正に使用できるのかを簡単に思い出してみましょう。

レンズは通常、球面で囲まれた透明体と呼ばれます。（片面だけが球面で片面が平面のレンズもありますが、平面でも曲率半径が無限に大きいと仮定すれば球面とみなすことができます。）

レンズとメガネ
レンズ

レンズのよく知られた特性は、レンズに当たる光線の方向を特定の方法で変える能力です。なぜこうなった？

古代においてさえ、人々は、ある透明な媒体から別の媒体へ（たとえば、空気から水またはガラスへ）通過する光がその方向を変えるか、または彼らが言うように屈折することに気づきました。誰もが光の屈折の例を簡単に観察できます。たとえば、鉛筆をコップXNUMX杯の水に浸して半分を水に、半分を空気に浸してから、ガラスを横から見ると、鉛筆が部分的に壊れているように見えます。それは空気と水の境界にあります。レンズでは、ビームはXNUMX回屈折し、XNUMX回目は入射し、XNUMX回目は屈折します。レンズの曲率をさまざまな方法で変更することにより、さまざまな屈折効果を実現できます。したがって、一部のレンズは光をXNUMXつのポイントに集めることができますが、他のレンズは逆にそれを散乱させます。さらに、中央がエッジよりも厚いレンズは収束し、中央がエッジよりも薄いレンズは発散します。

レンズとメガネ
レンズの種類。収集: 1 - 両凸。 2 - 平凸; 3 - 凹凸（正（凸）メニスカス）。散乱: 4 - 両凹。 5 - 平らな凹面。 6 - 凸凹（負（凹）メニスカス）

集光レンズで光線が屈折して収束する点を焦点と呼び、レンズの中心から焦点までの距離が焦点距離です。レンズの曲率が大きいほど、つまり、レンズを形成する球面の半径が小さいほど、焦点距離は短くなります。発散レンズにも焦点があり、レンズによって散乱された光線の連続が収束する点と呼ばれます。

すべての光学特性の基礎となるレンズの最も重要な機能は、光の焦点を合わせる機能、つまり、任意のポイントからXNUMXつのポイントに戻る光線を収集する機能です。また、あらゆる物体は無限の数の点の集まりとして想像できるため、レンズは物体の任意の点だけでなく、物体全体の画像を作成します。ただし、レンズ内の画像はオブジェクトの正確な繰り返しではありません。まず、反転され、次にサイズが異なります。

その理由は、レンズから物体までの距離と像からレンズまでの距離が等しくないからです。たとえば、レンズから像までの距離がレンズから物体までの距離の XNUMX 倍である場合、像は物体自体の XNUMX 倍の大きさになります。これは、オブジェクトの画像を拡大して見やすくするレンズのよく知られた機能を説明しています。さらに、レンズの曲率が大きいほど（焦点距離が小さいほど）、強くなります。逆に、物体までの距離が画像までの距離よりも大きい場合、画像は縮小されます。

物体の鮮明な画像は、レンズの焦点を通り、その主光軸に垂直な平面に投影された場合にのみ取得されます（レンズの主光軸は、球面の中心を通る直線と呼ばれ、レンズ）。人間の目は光学系であることが知られています。目に入る光線は、角膜と水晶体の表面で屈折します。レンズは、レンズに似た透明なレイヤードボディです。特殊な筋肉はレンズの形状を変えることができ、レンズをより小さくまたはより凸状にします。このため、レンズは曲率を増減し、それに伴って焦点距離も増加または減少します。

一般に、目の光学系は、網膜に画像を投影する可変焦点距離の収束レンズと見なすことができます。対象物が非常に離れている場合、画像はレンズの筋肉に張力をかけることなく、正常な目の網膜で取得されます。物体が近づくと、レンズが収縮し、焦点距離が非常に短くなるため、像面は再び網膜と一致します。したがって、目を遠くから見ると、目は通常の（リラックスした）状態にあります。

しかし、多くの人は、リラックスした状態の目は、網膜上ではなく、目の前にある遠くの物体の画像を作成します。その結果、オブジェクトの各ポイントのイメージは、ドットとしてではなく円として網膜に投影されます。被写体がぼやけています。そのような人々は、遠くのものをはっきりと見ることはできませんが、近くのものはよく見ることができます。この視覚障害は近視と呼ばれます。

網膜の後ろで遠くの物体の画像が得られる場合にも、同様の状況が発生します。この欠陥は遠視と呼ばれます。遠視の人は遠くの物体をよく見ますが、近くの物体を区別することはできません。これらの欠点は両方とも眼鏡の助けを借りて修正されます。近視の場合は、発散レンズ付きの眼鏡が必要です。このようなレンズを通過した後、光線はレンズによって網膜に正確に集束されます。したがって、眼鏡をかけた近視の人は、通常の視力の人と同じように、遠くの物体を見ることができます。遠視も眼鏡で矯正されますが、収束レンズでのみ矯正されます。

レンズとメガネ
メガネの最初のイメージ。トレヴィーゾ教会のフレスコ画の断片、トンマーゾ・ダ・モデナ、1352年

メガネは非常にシンプルな光学機器であり、視覚障害を持つ人々の日常生活に大きな安心をもたらします。眼鏡がなければ劣等感を常に感じ、近視や遠視が高度に進行し、病弱者の立場に陥ることもありました。ここ数十年で、視覚障害（特に近視）が非常に一般的になったとき、ほぼすべての人が何らかの年齢で眼鏡を使い始めます. したがって、メガネが最大の技術的発明にランク付けされるべきであることは明らかです。それらのデザインは非常にシンプルですが、ガラスは比較的遅く登場しました.高品質で透明で均一なガラスを製造する方法を学んだのは中世になってからです. その間、人々は文明の黎明期にレンズの特性に精通していました。

古代では、レンズは透明な石、主にロッククリスタルとベリルで作られていました。そのようなレンズの多くは、エジプト、ギリシャ、メソポタミア、イタリアでの発掘中に発見されました。伝説のトロイの発掘中にいくつかのレンズが発見されました (これらのトロイの年代は紀元前約 2500 年と推定されています)。クレタ島のクノッソス宮殿の遺跡で、紀元前 1600 年頃に作られた小さなクリスタルレンズが発見されました。紀元前 XNUMX ～ XNUMX 世紀頃の最初のガラス製レンズは、サルゴン (メソポタミア) で発見されました。最近では、ガラスレンズがより頻繁に作られています。しかし、当時すでにレンズが光学機器として使われていたという記述は一つもありません。

光学に関するいくつかの古代の研究が私たちに伝えられていますが、レンズが視覚障害を修正するために使用されたという報告はありません. オブジェクトの画像を拡大するレンズの能力はもちろん、よく知られています。しかし、それではなぜ、上で議論されたそれらの古代のレンズが作られたのでしょうか? どうやら、それらは装飾としてのみ機能しました。

最初のメガネは XNUMX 世紀にイタリアで登場しました。現時点では、イタリアのガラス職人は、世界で最も熟練したガラス職人、グラインダー、ポリッシャーと見なされていました。ベネチアングラスは特に有名で、その製品はしばしば非常に複雑で複雑な形状をしていました。球面、曲面、凸面を絶えず加工し、時々目にするようになると、職人はガラスの光学的可能性に気づきました。

伝説によると、フレームの助けを借りて1285つのレンズを接続するという独創的なアイデアは、XNUMX年にフィレンツェのガラス職人サルヴィーノアルマティにもたらされました。彼はまた、眼鏡の最初の生産を確立しました。この男についてはこれ以上何も知られていない。しかし、彼が発明した、視覚的な欠陥を簡単かつ迅速に滑らかにすることを可能にする装置は、すぐに普及しました。

最初のメガネには長焦点の凸型収束レンズが挿入され、遠視を矯正する役割を果たしました。かなり後になって、同じ眼鏡の助けを借りて、凹型の発散レンズを挿入することで、近視を矯正できることが発見されました。そのような眼鏡の最初の記述は、XNUMX 世紀にのみ属します。

著者：Ryzhov K.V.

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