夜明け前

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・ニュートンはなぜ虹の色を7色と決めたのか－虹ができる仕組み⑤

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2024年7月16日 (火)

虹の日（7月16日）

ココログ「夜明け前」公式サイト

　7月16日は、なな（7）いろ（16）と七色の語呂合わせと、この時期は雨上がりの空に虹がかかることが多いことから「虹の日」とされています。「虹の日」を制定したのはザイナーの山内康弘さんで、単に虹の現象だけではなく「人と人、人と自然、世代と世代が七色の虹のように結びつく日」としています。

虹（Rainbow）

　さて日本では虹は赤・橙・黄・緑・青・藍・紫の七色とされていますが、これはプリズムで太陽を分光したアイザック・ニュートンの論文に基づいて作られた日本の教科書によるものです。

ニュートンと太陽光のプリズム分光実験

　もともと英国では虹は赤・黄・緑・青・紫の5色でしたがニュートンは太陽光が綺麗な虹色に分かれたのを見て神聖な自然現象には神聖な数字7が関係すると考えました。そして赤と黄の間に植物のオレンジの色である橙、青と紫の間に植物染料インディゴの色である藍を加えて７色としたのです。

　　参考　ニュートンはなぜ虹の色を7色と決めたのか－虹ができる仕組み⑤

　もともと日本人も虹は7色とは考えていませんでした。浮世絵などに描かれている虹は白色であったり、色がつけられていても3色程度です。

　　参考　虹の色の数と日本の文化－虹ができる仕組み⑥

　世界各国で虹が何色と捉えられているか調べてみるとやはり5色が多いようです。虹は何色かというのはヒトの色覚に加えて言語や文化が関係しています。米国における理科の学習では虹は7色は無理があるとして藍を除いて6色とされているようです。橙色（オレンジ色）は視認できるが青色と紫色と間の藍色は見分けにくということのようです。

　　参考　世界各国の虹の色の数－虹ができる仕組み⑦

　さて、さまざまな事情がありながらも日本では虹はニュートンの論文に基づく学習で7色と認識されています。これは偶然ではありますが日本人は古くから藍染で藍色に慣れ親しんでいました。言語的には青も緑もまとめて青と表現していて日本人ですが藍色は特別だったようです。そう考えると日本人はニュートンの論文に基づく教育で天下り的に虹は7色としたのではなく虹の中に藍色を認識しているのかもしれません。

【参考記事】

虹ができる仕組み

・虹の神話ー虹ができる仕組み①

・虹の色はどこから？ー虹ができる仕組み②

・大空にかかるスペクトル－虹ができる仕組み③

・虹の形が円弧の理由ー虹ができる仕組み④

・虹の色の数と日本の文化－虹ができる仕組み⑥

・世界各国の虹の色の数－虹ができる仕組み⑦

・AIフォトエンハンサーで虹の色を強調してみたら7色を確認できた

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2023年12月30日 (土)

夕焼けで燃え上がる炎雲

ココログ「夜明け前」公式サイト

　山の稜線に太陽が沈み始めるころ空と雲が真っ赤に染まっていきます。

夕焼けで真っ赤に染まる空と雲

　この日はちょうど山の上部に山の形をした雲がありました。その部分を拡大してみると太陽は右の方にあります。わずかに沈んで下部が隠れています。光芒で山のような雲の稜線が赤く光り出したのですが、まるで山が燃えて炎が出ているように見えました。

炎雲

　このような光景はほとんど見たことがありません。夕焼けは大自然がつくりだす芸術ですね。

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「レンズ」のキホン (イチバンやさしい理工系) Kindle版

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2023年12月 6日 (水)

「レンズ」のキホン (イチバンやさしい理工系)

ココログ「夜明け前」公式サイト

　書籍版はずいぶん前に販売終了になっており中古品しか入手できませんが、Kindle版は現在でも入手可能です。レンズと光学の基本をフルカラーでわかりやすく図説した一冊です。レンズや光学の基本知識は時代を経ても大きく変わりませんので古本でもわかりやすいものがあれば読んでみると良いでしょう。おそらくレンズの入門書でフルカラーで図解説明したものはこの本だけです。

「レンズ」のキホン (イチバンやさしい理工系)

レンズを知ると光学はこんなにおもしろい!
昨今のデジタル一眼レフカメラのブームもあって、レンズのことをもっと知りたい人が増えています。本書は、高校生から一般の人を対象に、レンズのことを知る超入門書として、図解や写真をふんだんに使いながら、わかりやすく光の世界を解説します。

レンズを知ることは、光の性質を知ることにつながります。また、メガネや望遠鏡などの光学機器ばかりか、ヒトの眼の構造の理解も進みます。身近な例を題材に、徹底してやさしく、おもしろい話題を集めました。

単行本: 224ページ
出版社: ソフトバンククリエイティブ (2010/6/18)
ISBN-10: 4797357150
ISBN-13: 978-4797357158
発売日： 2010/6/18

はじめに
登場キャラクターのご紹介

第 1 章レンズのお話

001 レンズは光の屈折をたくみに利用するために生みだした道具
002 レンズの歴史
003 小さなものを拡大して見る顕微鏡の歴史
004 遠くのものを近くに見る望遠鏡の歴史
005 レンズでできた像を記録するカメラの歴史

COLUMN レンズの語源

第 2 章光のふるまい

006 光の直進性と逆進性
007 光の反射の法則
008 鏡による光の反射
009 光の乱反射
010 透明な物体を通る光
011 光は物質の境界面で折れ曲がる　光の屈折
012 光はどのような道筋を選んで進むのか　フェルマーの原理
013 スネルの法則①
014 スネルの法則②
015 空気のゆらぎが光を曲げる　陽炎と逃げ水のしくみ
016 空気のゆらぎが光を曲げる　蜃気楼と大気差のしくみ
017 プリズムでできる光の色の帯　光の分散
018 大空にかかる光の色の帯　虹ができるしくみ
019 虹の形はどうして円弧なのか
020 光は波か粒子か①　光の回折
021 光は波か粒子か②　光の干渉
022 光の回折と干渉でできる虹のしくみ
023 光は縦波か横波か
024 偏光メガネとブリュースターの法則
025 光は電磁波の仲間
026 光の速さはどれぐらいか
027 光のふるまいを考える幾何光学と波動光学

COLUMN 近接場光ー光の回折限界を超える光 66

第 3 章レンズのしくみと働き

028 点光源からでた光はどのように進むか
029 影のでき方
030 ピンホールでできる像
031 ピンホールカメラでできる像
032 レンズの基本的なしくみ
033 凸レンズと凹レンズの基本的な働き
034 レンズの焦点と焦点距離
035 レンズの主点と主平面
036 薄肉球面レンズの焦点距離の求め方
037 レンズを通る光の進み方
038 凸レンズでできる実像
039 無限遠からやってくる光は凸レンズでどこに像を結ぶか
040 凸レンズでできる虚像
041 凸レンズを半分隠すと実像と虚像はどうなるか
042 物体が焦点の位置にあるとき実像と虚像はどうなるか
043 凹レンズでできる虚像
044 レンズの写像公式と倍率①　凸レンズの実像の場合
045 レンズの写像公式と倍率②　凸レンズの虚像の場合
046 レンズの写像公式と倍率③　凹レンズの虚像の場合
047 レンズの写像公式のまとめ
048 レンズの倍率を求めるもう1つの方法
049 レンズの作図の裏技①　光軸上の1点からでて凸レンズに入射する光
050 レンズの作図の裏技②　凸レンズに任意の傾きで入射する光
051 レンズの作図の裏技③　凹レンズを通る光の場合
052 ２枚のレンズを通る光
053 凹面鏡と凸面鏡のしくみ
054 凹面鏡と凸面鏡で反射する光
055 レンズの分類の仕方
056 表面屈折を利用したレンズ①　球面レンズ
057 表面屈折を利用したレンズ②　非球面レンズ
058 表面屈折を利用したレンズ③　シリンドリカルレンズ
059 表面屈折を利用したレンズ④　トロイダルレンズ
060 表面屈折を利用したレンズ⑤　フレネルレンズ
061 表面屈折を利用しないレンズ①　グリンレンズ（屈折率分布レンズ）
062 表面屈折を利用しないレンズ②　回折レンズ

COLUMN メタマテリアルー負の屈折率をもつ物質

第 4 章レンズの性能

063 レンズをつくる光学ガラスに求められる性質
064 光学ガラスの屈折率
065 光学ガラスのアッベ数
066 光学ガラスの分類
067 ガラス以外の光学材料①　天然や人工の結晶
068 ガラス以外の光学材料②　光学プラスチック
069 レンズができるまで①　球面レンズのつくり方
070 レンズができるまで②　非球面レンズのつくり方
071 収差とはなにか
072 球面収差
073 球面収差の補正
074 コマ収差と非点収差
075 像面湾曲と歪曲収差
076 軸上色収差と倍率色収差
077 像の大きさと明るさ
078 Fナンバーと実効Fナンバー
079 開口数NAとレンズの分解能
080 絞りと瞳
081 絞りの位置とテレセントリック
082 焦点深度と被写界深度

COLUMN ガラスはなぜ透明なのか

第 5 章レンズを使った身近なもののしくみ

083 ヒトの眼の構造
084 正常な眼のしくみと働き
085 近視と遠視
086 老視と乱視
087 コンタクトレンズのしくみ
088 ルーペのしくみ
089 ルーペの倍率
090 光学顕微鏡のしくみ①　基本的なしくみ
091 光学顕微鏡のしくみ②　倍率と分解能
092 望遠鏡のしくみ①　基本的なしくみ
093 望遠鏡のしくみ②　ケプラー式望遠鏡の光の進み方
094 望遠鏡のしくみ③　オランダ式（ガリレオ）望遠鏡の光の進み方
095 望遠鏡のしくみ④　望遠鏡の倍率
096 望遠鏡のしくみ⑤　ピント合わせが必要なのはなぜ？
097 カメラのしくみ①　Fナンバーとシャッタースピード
098 カメラのしくみ②　画角と焦点距離
099 カメラのしくみ③　デジタルカメラの画角と焦点距離
100 進化するレンズ　流体レンズのしくみ

COLUMN 像反転系　倒立像を正立像として見る

参考文献
索引

「レンズ」のキホン (イチバンやさしい理工系) Kindle版

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図解入門よくわかる最新レンズの基本と仕組み[第3版]

2023年12月 6日 (水) 書籍・雑誌, 光の話, 科学・技術 | 固定リンク | 0 | コメント (0) | トラックバック (0)
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2023年7月 9日 (日)

レンズ光学の入門書｜よくわかる最新レンズの基本と仕組み[第3版]

光学とレンズの初心者向けの図解入門書です。光学とレンズの基本から解説しているので、これからレンズのことを勉強したい人だけでなくレンズの基本を教える人にとっても役に立つと思います。数式も出てきますが読み飛ばしても図と解説から理解できます。

　身近な現象から学ぶレンズと科学と技術

　光を見る・知る・掴む。世界を切り取る技術!豊富なイラストで手に取るようにわかる!

図解入門よくわかる最新レンズの基本と仕組み[第3版]

内容

レンズは光技術の立役者であるといっても過言ではありません。本書は、カメラ、望遠鏡、顕微鏡、CD/DVDプレーヤー、コピー機など私たちの身の回りで使われているレンズの入門書です。本書は、物理が苦手の人でも、レンズについて知りたいという人を対象に、光の性質から、レンズの基本的な仕組み、レンズの種類、収差や性能、眼鏡やカメラなど実際の機器でのレンズの使われ方を図表を使ってやさしく解説しています。第3版では、スマートフォンなど最新機器で利用されている技術や、医療分野での活用例についても紹介します。

単行本: 312ページ
出版社: 秀和システム; 第3版 (2020/3/31)
言語: 日本語
ISBN-10: 4798058106
ISBN-13: 978-4798058108
発売日： 2020/3/31

5-01 収差とは何か
5-02 球面収差
5-03 コマ収差と非点収差
5-04 像面湾曲と歪曲収差
5-05 軸上色収差と倍率色収差
5-06 Fナンバー
5-07 開口数NA
5-08 絞りと瞳
5-09 絞りの位置とテレセントリック
5-10 焦点深度と被写界深度
5-11 レンズの解像力と伝達関数MTF

コラム偏心収差　レンズ製造やとりつけで生じる収差

5-12 アッベの不変量とラグランジュの不変量

コラムレンズの設計

第６章 レンズを使った製品と技術

6-01 光学系とは何か
6-02 眼の働き
6-03 眼鏡と眼の屈折異常①　
6-04 眼鏡と眼の屈折異常②　
6-05 コンタクトレンズの仕組み

コラム昆虫の複眼の仕組み

6-06 白内障と眼内レンズ
6-07 ルーペの仕組み
6-08 顕微鏡の仕組み
6-09 望遠鏡の仕組み

コラム双眼鏡の仕組み

6-10 カメラの仕組み
6-11 CD-ROMとCD-ROMドライブの仕組み
6-12 レーザープリンタの仕組み
6-13 バーコードリーダーの仕組み
6-14 半導体産業を支えるステッパーレンズ
6-15 自然現象とレンズ

索引

参考文献

サンプルページ

巻頭口絵（抜粋）

第１章　第１節　そもそもレンズとは

第２章　第３節　光はどのように進むのか③光の屈折と全反射

第３章　第４節　レンズを通る光の進みかた

第４章　第１節　レンズの基本的な分類のしかた

第５章　第２節　球面収差

第６章　第２節　目の働き

図解入門よくわかる最新レンズの基本と仕組み[第3版]

2023年7月 9日 (日) 書籍・雑誌, 光の話, 物理, 理科教育, 科学・技術 | 固定リンク | 0 | コメント (0)
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2023年1月 6日 (金)

2023年のトレンドカラー｜色の日（1月6日）

　2023年のトレンドカラーは「ビバマゼンタ」ｃだそうです。

　トレンドカラーは世界的な色見本帳を作っている会社PANTONEおよび色に関係する事業を手がけているJAFCA（日本流行色協会がそれぞれ独自に毎年発表しているものです。「ビバマゼンタ」はPANTONEが発表したもので、「ルミナスイエロー」はJAFCAが発表したものです。

〇ビバマゼンタ

　ビバマゼンタのカラーコードは#CE3256（R:206 G:50 B:86）です。普通のマゼンタ（カラーコードは#FF00FF　R:255 G:0 B:255）の赤色を少し弱めて若干の緑を加え青を大きく減じたものです。

PANTONEは選定にあたって「鮮やかで躍動感に満ちた色。自然の赤系に根ざした新たな力強さを表現する色合い。楽しく楽観的な祝いをプロモートし新しい物語を生み出す勇敢で大胆不敵な鼓動する色」と説明しています。

PANTONE Pantone Color of the Year 2023 / Introduction

〇ルミナスイエロー

　ルミナスイエローのカラーコードは#FEF6B7（R:254 G:246 B:183）です。普通のイエロー（カラーコードは#FFFF00　R:255 G:255　B:0）に青を加えたものです。

　JAFCAは選定にあたって「ほんのりと光がたまったような、陽だまりのような明るいイエロー」「優しく穏やかで、希望を感じさせてくれる色です。淡く柔らかい色は不安で固まった心にも無理なく入っていき、そっと癒し、明るい気持ちにしてくれるのではないでしょうか」と説明しています。

JAFCA　2023年の色は、「やさしさに包まれるイエロー」

【関連記事】

・カラーの日（1月6日）

・マゼンタのおはなし｜単色光（波長）が存在しない色

・青色光より短波長の光はなぜ紫色なのか｜青紫と赤紫の違い

・クリスマスカラー「赤」「緑」「白」「金」「銀」の意味

2022年11月18日 (金)

実用的写真術を発明｜ルイ・ジャック・マンデ・ダゲールの誕生日（1787年11月18日）

　1787年11月18日は世界で初めて実用的な写真技術を発明したフランスの画家・写真家のルイ・ジャック・マンデ・ダゲールの誕生日です。

　ダゲールは若い頃にパノラマ画家ピエール・プレボに師事し、建築、劇場の舞台美術、パノラマ画を学びました。タゲールは優れた劇場イリュージョン技術により劇場設計者として有名になり、1822年7月にパリでジオラマ劇場を開きました。

ダゲレオタイプで撮影したダゲールの肖像写真

　同じ頃、写真の技術の基礎となる印刷技術ヘリオグラフィを発明したフランスのニセフォール・ニエプスはカメラ・オブスクラの画像を写真に残す技術の開発を始めました。写真の撮影はすぐに成功したものの長く定着させることができるまで数年かかりました。何とか画像を写真として残すことができるようになりましたが、写真を撮影するのに非常に長い露出時間を要するためこの写真技術は実用的なものではありませんでした。

　1829年、ニエプスは自身が発明した写真技術を実用化するためダゲールと共同研究を始めました。そして光化学反応で変色する銀化合物を写真に利用することに成功しました。しかしながらニエプスは研究途上の1833年にこの世を去りました。ダゲールは単独で研究を継続し、ついに銀板写真法を発明し1839年に発表しました。この写真技術はダゲレオタイプと呼ばれ、10～20分の露光時間で写真を撮影することができました。フランスの科学者フランソワ・アラゴはこの実用的な写真撮影法を政府に推薦しました。ダゲールは政府から終身年金を受け取るかわりにダゲレオタイプを公開しました。これによってタゲレオタイプは世界中に広まりました。

　ダゲールがこの世を去ったのは1851年7月10日、有益な技術を研究開発した科学者として彼の名前はエッフェル塔に刻まれています。

【関連記事】

・写真技術の先駆者　ジョセフ・ニセフォール・ニエプス没

・カメラ発明の日（1839年8月19日）

・カメラ発明の日は3月19日ではなく8月19日

・写真の日（6月1日）

カメラと写真の仕組み

・ピンホール現象とカメラオブスクラ　写真の仕組み（１）

・カメラオブスクラの像を写真に残す　写真の仕組み（２）

・白黒写真の仕組み　写真の仕組み（３）

・カラー写真の始まり　写真の仕組み（４）

・加色法によるカラー写真の仕組み　写真の仕組み（５）

・減色法によるカラー写真の仕組み　写真の仕組み（６）

・高温の物体から出る光を調べる｜量子力学の幕開け（２）

2022年9月30日 (金)

ビスマルクの鉄血演説（1862年9月30日）

　「現在の大問題は演説や多数決ではなく鉄と血でこそ解決される」。1862年9月30日、プロイセン王国の議会が軍拡問題で混乱したときにオットー・フォン・ビスマルク首相がドイツ統一について論じた熱血演説の言葉です。

　「Nicht auf Preußens Liberalismus sieht Deutschland, sondern auf seine Macht; Bayern, Württemberg, Baden mögen dem Liberalismus indulgieren, darum wird ihnen doch keiner Preußens Rolle anweisen; Preußen muß seine Kraft zusammenfassen und zusammenhalten auf den günstigen Augenblick, der schon einige Male verpaßt ist; Preußens Grenzen nach den Wiener Verträgen sind zu einem gesunden Staatsleben nicht günstig; nicht durch Reden oder Majoritätsbeschlüsse werden die großen Fragen der Zeit entschieden – das ist der große Fehler von 1848 und 1849 gewesen – sondern durch Eisen und Blu」

　「ドイツが注目しているのはプロイセンの自由主義ではなく力である。バイエルン、ヴュルテンベルク、バーデンはそれぞれの自由主義を認めるだろうがプロイセンの役割を割り当てることはないだろう。プロイセンはその力を結集し好機のために保持しなければならない。好機はすでに幾度も逃してきた。ウィーン条約後のプロイセンの国境は健全な政治を行うにはふさわしくない。現在の大問題は演説や多数決によってではなく鉄と血でこそ解決される。

　1862年、プロセイン国王のヴィルヘルム1世はプロセイン議会で軍制改革が拒否されると「軍制改革が議会の承認を得られないなら無予算統治も辞さない」としてビスマルクを首相に任命しました。ビスマルクはプロイセンの法学者・政治家であるフリードリヒ・ユリウス・シュタールが提唱した空隙説「主権者である国王は憲法に明確な規定がないために起こる空隙を埋める権力がある」を唱えて軍制改革を行いました。そして富国強兵によりドイツ統一を進めたのです。

ヴィルヘルム1世（左）とビスマルク（右）

　このビスマルクの鉄血政策でプロセイン王国は軍事力を高めるため優れた大砲（鉄）と兵（血）を揃えることになりました。優れた大砲を作るためには高純度の鉄が得られる製鉄技術が必要となりました。高純度の鉄を作るためには溶鉱炉の温度管理が必要です。しかしながら溶鉱炉の温度は温度計では測定することができません。そこで職人が鉄の色を見て温度を判断しましたが、より正確な温度を知る必要がありました。そこで鉄の色と温度の関係の研究が進んだのです。この研究が後の量子力学の幕開けとなったのです。続きは【関連記事】をご覧ください。

【関連記事】

・純鉄の製造を求めて｜量子力学の幕開け（１）

・飛び飛びのエネルギー｜量子力学の幕開け（３）

・「光の三原色」と「色の三原色」の原理と仕組み｜色が見える仕組み（７）

2022年9月 6日 (火)

黒の日（9月6日）

　9月6日は「黒の日」です。1989年に京都黒染工業協同組合が９（く）６（ろ）の語呂合わせで制定しました。語呂合わせで9月6日が「黒の日」というのはわかりますが「黒の日」を制定した理由は黒染めを広く知ってもらい黒紋服や黒留袖の普及を図るためです。和服の黒染めは普通の洋服の黒とは異なり伝統的な技術なのです。

　さて、黒というと色のひとつですが黒い色を作るにはどうしますか。

黒

　色光で色を作る場合、混ぜる光の色の種類（波長）が増えると、次第に明るくなっていきます。たとえば、光の３原色（RGB＝赤・緑・青）をすべて混ぜると白色光になります。

　W＝R+G＋B

　緑（G）と青（B）を混ぜると青緑（C、シアン）、赤（R）と青（B）を混ぜると赤紫（M、マゼンタ）、赤（R）と緑（G）を混ぜると黄（Y、イエロー）になります。

　C＝G+B

　M＝R+B

　Y=R＋G

　このように光の色を加えていき色を作ることを加法混色といいます。加法混色で黒というのは光が存在しないということです。つまり真っ暗闇が黒になります。

　一方、絵の具などの色材で色を作る場合、混ぜる色材の色の種類が増えていくと黒ずんでいきます。これは色材が光の吸収体だからです。特定の色の色材を混ぜて別の色を作るというのは、色材で吸収される光が増え、反射して私たちの目に届く光の波長の種類が減っていくということです。これを減法混色といいます。

　色の三原色（CMY＝青緑・赤紫・黄＝シアン、マゼンタ、イエロー）の色材を混ぜると黒い色を作ることができます。これは青緑の絵の具が赤色系の光を吸収し、赤紫の絵の具が緑系の光を吸収し、黄色の絵の具が青色系の光を吸収するからです。

　C＝W－R

　M＝W－G

　Y＝W－B

　それぞれの色の色材に吸収される赤・緑・青は光の三原色と一致します。光の三原色がすべて吸収されることになりますから、

　W－R－G－B　＝　Wー（R+G+B）　＝　W－W

ということになり、黒になるということになります。

　つまり光が何もない世界は黒、鮮やかな色材をたくさん混ぜても黒です。

　ところで４月６日はどうやら「白の日」のようです。

【関連記事】黒の日（9月6日）

・アリストテレスの変改説（変容説・変化説）と色彩論｜白と黒のはざまに（１）

・白と黒は色なのか？ー白と黒のはざまに（２）

・白と黒から色が生じる主観色とベンハムの独楽ー白と黒のはざまに（３）

3 Dミラーナイトランプ, 無限鏡トンネルランプ、LEDナイトライト3 D鏡トンネルランプ (青雲)

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2022年6月 6日 (月)

【おもしろ映像】内部に入れそうな鏡

　この鏡は見るからに普通の鏡なのですがLEDをつけると奥行きがあるように見えて内部に入ることができそうです。

Infinity Mirror（無限の鏡）

　この鏡は普通の鏡とマジックミラーを重ねて内部にLEDを組み込んだものです。マジックミラー側からのぞくと光が無限に続くように見えます。このような鏡を「Infinity Mirror（無限の鏡）」と言いますが内部で反射を繰り返して無限の世界を表現しています。下記の映像を見ると鏡に写真のような奥行きの厚みがないことがわかります。

My Infinity Mirror

　「Infinity Mirror（無限の鏡）」の世界は2枚の平面鏡を向かい合わせた「合わせ鏡」でも見ることができます。さて、この鏡の無限の世界はどこまで続くのでしょうか。本当に永遠に続いているのでしょうか。その答えは下部の【関連記事】を参照してください。

【関連記事】

・鏡の中の世界はどこまで続くか