- 筒型のルーペ:2個…写真用などの5〜10倍ほどのものが適しています。今回は100円ショップで入手したルーペをつかいます
- 紙筒(食品ラップなどの芯に使われているものを利用します。紙を丸めて作ってもできます)
- A4大の黒画用紙
- 棒アイスのスティック(または割りばしなど)
- 輪ゴム
- 黒マジック
- はさみ
- セロハンテープ、両面テープ、木工ボンド
- 定規 など
参考:デジタルカメラやスマートフォンを使って写真を撮ることもできます。
カメラを作ってみよう
小さなものを拡大して観察するとき、10倍ぐらいまではルーペ(虫めがね)を、それ以上の倍率では顕微鏡を使うことがあります。
両方ともレンズを使った光学機器です。
ルーペ2個を組みあわせると、数10倍で観察できる顕微鏡ができます。ルーペ顕微鏡を作りながら、ルーペや顕微鏡のしくみを考えていきます。
参考:デジタルカメラやスマートフォンを使って写真を撮ることもできます。
はさみを使う時には、ケガをしないように十分に注意しましょう。
紙筒の長さは20~30cmが良いでしょう。長いほど倍率が高くなりますが、使いにくくなります。ルーペの倍率が10倍ぐらいのときは約20cmの筒、5倍ぐらいのときは約30cmのラップ芯を使うとよいでしょう。
筒の中に画用紙をまるめて入れます
黒画用紙を、タテが筒の長さ、横が筒の直径×3〜4になるように切り、軽くまるめて、筒の中に入れます。内側でよぶんな光が反射するのを防ぐためです。
ルーペA(対物レンズ)はレンズのある側をテープで取りつけます
ルーペA(対物レンズ)を筒の先端に合わせて、テープなどで取りつけます。ルーペの上のはじが筒にぴったりくっつくようにします(ボンドで補強するとがんじょうになります)。これが観察するものに近づける「対物レンズ」になります。
ルーペB(接眼レンズ)を筒にかぶせ、テープで取りつけます
ルーペの透明な部分がある時は、黒画用紙を貼りつけて透明な部分をおおいます
完成
ルーペB(接眼レンズ)を筒の反対側にかぶせ、テープなどで取りつけます。これがのぞき込む「接眼レンズ」になります。このとき、筒の直径によっては、ルーペの透明な部分から光が入ることがあります。この場合は、透明な部分をおおうように黒画用紙などを貼りつけておきます。
輪ゴムはスティックがはずれないくらいに
筒の先側に、棒アイスのスティックをあてがい、輪ゴムで2〜3カ所をしばりつけます。先が5cmほど突き出すようにしておきます。
スティックを伸び縮みさせてピントの合うところを探します
明るい机の上などに模様がはっきりしたものを置き、対物レンズ(ルーペA)を先にして棒アイスのスティックの先端を当てます。写真では方眼が書かれたカッターマットを置いています。
接眼レンズ(ルーペB)からのぞきながら全体を少しずつ押し下げ、スティックを押し込みます。近づきすぎたらスティックを引っぱって少しのばします。
ピントが合ったら調整完了です。スティックの先端がピントの合う距離のめやすになります。
観察は、スタンドや明るい窓のそばなど、明るい場所で行います。
見たいものを手で持つか机の上に置き、見たいものがスティックの先端の位置になるように、ルーペ顕微鏡の先を当てます。ルーペ顕微鏡本体を少しずつ前後させて、ピントを微調節しながら観察します。
写真を撮るときは、まず目でみてしっかりとピントを合わせてから、カメラやスマホのレンズ先端をルーペB(接眼レンズ)に近づけてシャッターを押します。ぶれを防ぐため、速いシャッターが切れるように懐中電灯などで観察したいものを照らしたり、カメラの感度を少し上げておくといいでしょう。
アルミ定規のめもり(作例のルーペ顕微鏡で撮影)だいたい4mmほどが大きく視野いっぱいに見えています
本の表紙(作例のルーペ顕微鏡で撮影)細かい点の集まりで印刷されていることがわかります
ものを大きく見たいとき、ものに近づけば近づくほど大きく見えます。でも、近すぎると眼のピントが合わなくなります。
ルーペは目の前に凸レンズを置くことで目に近い位置でもピントが合い、ものを大きく見ることができます。凸レンズの「光を集める」はたらき、つまり光を内向きに屈折するはたらきで大きく見ることができるようになるのです。
網膜には、水晶体(すいしょうたい=眼のレンズ)でできた像が写ります。レンズでできる像は上下左右がさかさまになります。この情報が脳に送られますが、人間は、脳の中で元の向きになおすので、さかさまでない姿としてとらえます。
この顕微鏡では対物レンズ(ルーペA)によって、観察するものを拡大した像が筒の中の空中にできます。これを接眼レンズ(ルーペB)でさらに拡大して見ています。
ルーペ顕微鏡のしくみ
2つの凸レンズのはたらきが合わさって、高い倍率になります。しかし、倍率が上がると見える範囲がせまくなり、レンズの収差*の影響も大きくなるので、像のシャープさがへります。倍率が高くなりすぎないように、筒の長さを調節しましょう。
*:レンズの収差…レンズなどで光を集めて像を作るとき、完全な1点には光を集めることができません。そのため、像がぼけてしまいますが、これは光とレンズの性質によるもので、倍率が高いほど影響が大きくなります。カメラなどではこの収差を取りのぞくため、数多くのレンズを組みあわせたり材料や形に工夫をこらした特殊なレンズを使っています。
凸レンズが作る像は上下左右が逆になります。顕微鏡でのぞいたときも上下左右が逆に見えるので観察したい場所を探すとき、動きも逆になることを覚えておきましょう。
この実験では
1:ルーペの凸レンズが像をつくること。
2:2つのレンズ(ルーペ)を組みあわせると、より大きく拡大できること。
3:ルーペの間隔(筒の長さ)が変わることで倍率が変化すること。
などを調べることができます。それぞれについて考えながら、やったことや気づいたことをノートにまとめていくといいでしょう。また、作った顕微鏡で観察したものの内容や気づいたことをメモしましょう。
光でてじな
レンズとミラーを作ってみよう
カメラを作ってみよう
望遠鏡を作ってみよう
色で遊んでみよう
太陽光を利用しよう