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2013年9月12日 (木)

コーナーキューブ(再帰性反射)

コーナーキューブ(corner cube)とは…
三枚の鏡を直角に組み合わせたもので「再帰性反射」します。
そのコーナーキューブを19個作ってつなげた、コーナーキューブ(再帰性反射)説明モデルです~(^o^)
Corner_cube_reflector_1

では、コーナーキューブによる「再帰性反射」とはどんなものか?順を追って説明します。
↓1枚の鏡に映った像は左右反転しますね。
Mirror1 この写真は鏡に映ったデジカメです。普通カメラのシャッターボタンは右側に付いてますから、この写真は左右反転しています。
↓次に2枚の鏡を直角に合わせて~
Mirror2
この直角の合わせ鏡を見ると↓左右反転してません!
Mirror2b そして、カメラのレンズ(またはこの合わせ鏡を見ている人の目)は、この合わせ鏡をどんな方向から見ても、合わせ鏡の合わせ目に映ります。
↓さらに3枚の鏡を直角に組み合わせると~
Mirror3a 上下反転してます。そしてカメラのレンズは3枚の鏡の合わせ目に映ります。(カメラのレンズが円でなく、六葉に映っているのは、直角が正確じゃないからです(^^;)
3枚の鏡を直角に組み合わせ、立方体(cube)の角(corner)なので、コーナーキューブ(corner cube)です。
で、コーナーキューブはどの方向から見ても、カメラのレンズ(あなたの目)はど真ん中に映ります…↓
Mirror3eMirror3fMirror3g
※カメラの像がど真ん中1個でないのは、直角が正確じゃないからです(^^;)
え~コーナーキューブに入射した光は元来た方向に戻ります。この性質を「再帰性反射」と言います。
コーナーキューブに入射した光がどのように反射するかは、Wikipediaのアニメーションが分かりやすいです。
コーナーキューブ - Wikipedia

え~Wikipediaのコーナーキューブの説明を読んで、最初からWikipediaを参照していればそれで済んだのでは?と思われるかもしれませんが、ここからが本題です・・・

↓コーナーキューブを19個作ってつなげました~(^o^)
Corner_cube_reflector_1a
このコーナーキューブを、カメラのフラッシュを強制発光させて撮影すると~
Corner_cube_reflector_2←個々のコーナーキューブが再帰性反射して、全体にフラッシュの光が映ってます。(光の強弱があるのは、これまた精度が足りないためです(^^;)
Corner_cube_reflector_5←裏側は立てて展示するために、このようになってまして、かなり柔な作りですので、直角の精度が出ないんです(^^;
↓角度を変えてフラッシュ撮影します。
Corner_cube_reflector_3←ほら、角度を変えてもフラッシュの光が映ってます。
↓今度は まぶし~!
Corner_cube_reflector_4←テーブルの上に水平に置いたので、柔な作りの歪みが補正され、全てのコーナーキューブから光が戻ってきています。
↓裏返すとこうなってます。この凸凹の形をちょっと覚えておいてください。
Corner_cube_reflector_6
さて、↓これは、自転車の反射板(リフレクター)です。
Corner_cube_reflector_7
↓裏側はこうなってます。
Corner_cube_reflector_7b
↓拡大します。
Corner_cube_reflector_7c
ほら、コーナーキューブを多数並べた凸凹と同じ形でしょ!
自転車の反射板は小さなコーナーキューブをたくさん並べたものだったのです。
って、コーナーキューブ - Wikipediaにも書いてありましたが、これ裏から見ないと「なるほどコーナーキューブだ」って分かんないですよね。

コーナーキューブは入射した光を元来た方向に戻すので、自転車やガードレールの反射板として取り付けておくと、自らは光らなくても、自動車のヘッドライトの光を受けるとそれを元の方向に戻す…つまりドライバーに見える。という優れものだったのです。

コーナーキューブ - Wikipediaの「同じ機能の装置」には『ガラス球に対しても光がコーナーキューブと同様の再帰性反射をする。微細なガラスビーズ を塗料に混ぜることで暗闇でも明るい交通標識や安全目的の衣類に用いられる。』と記載されています。
それが↓これ(右側)
Reflectors1
夜間道路工事してる人がきてるジャケットに貼り付けてあったり、子ども用シューズのかかとの部分に貼り付けてあったりするものです。
↓フラッシュ撮影すると~
Reflectors2

私が「再帰性反射」を知ったのは↓この本を読んで
Manga Science まんがサイエンスⅦ「見る」科学
この本のことはこちらの記事に書いてます
ビー玉万華鏡のビー玉が白く光って写るのは「再帰性反射」

※プラスチックを射出成形しただけの自転車の反射板が再帰性反射することに「あれ?」と思った人は…
自転車の反射板(コーナーキューブ・リフレクター)と「全反射」


※2013/10/01追記
コーナーキューブ・リフレクターは「レトロリフレクター(retroreflector)」と呼ばれることもあります。そのお話はこちらで→レトロリフレクターとレトロウイルスのレトロ

「レトロリフレクター」で検索すると出てくるこちらのページ
レトロの条件 - NIES Lidar によりますと…『さて、「互いに直角」以外にも3枚の鏡面がレトロリフレクタとして働く角度の組み合わせが存在する。これらは、次のふたつの場合に限られる。』 へ~!
ところで、NIESって何?⇒国立環境研究所(National Institute for Environmental Studies
Lidarって何?⇒LIDAR - ウィキペディアによりますと…『光を用いたリモートセンシング技術の一つで、パルス状に発光するレーザー照射に対する散乱光を測定し、遠距離にある対象までの距離やその対象の性質を分析するものである。』

※関連記事
2013/09/13 自転車の反射板(コーナーキューブ・リフレクター)と「全反射」
2013/09/14 コーナーキューブ⇒正8面体⇒天空の城ラピュタの飛行石
2013/09/19 十五夜なので… アポロが月に置いてきた物に想いを馳せる
2013/10/02 地球と月の距離と大きさのスケール感
2013/10/26 『コーナーキューブリフレクター』 for サイエンスアゴラ2013
2013/11/13 宇宙エレベータのスケール感



※2014/04/06追記
このページは時々「鏡 左右反転」で検索されてくることがある。で、「鏡 左右反転」で検索すると…「どうして鏡は左右反転するのに上下反転しないのか?」というようなタイトルが多数出てくる。お~!そうですよ。それ不思議!?
3/29に東芝科学未来館で「鏡の中のサッカーボール」をやって、そのときコーナーキューブリフレクターの実演・説明もしてきましたが、このとき「どうして鏡は左右反転するのに上下反転しないのか?」という質問をされたら… とっても「イイ質問ですね~!」なんですけど、私それに分かりやすく答えられなかったな(^^;
だから、今後のために備えておこう。
「鏡 左右反転」で検索して、お薦めのページはこちらです…
解答: どうして鏡は左右を逆に映すのに上下はそのままなの?|とね日記
鏡には何故上下が逆に写らないのか? - Plain Living
お~そうですよ! 鏡は左右反転なんてしてませんね。入ってきた光をそのまま反射しているだけですね。反射で変わる光の向きは左右ではなく、前後ですよ~!
…もし、この質問が出たときのために、コーナーキューブリフレクターを持っていくときは、平らな(大きな)鏡も持っていくようにしよう。また荷物が増えますが(^_^;

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