12. レンズのはたらき

 灯台をおとずれて、いちばん目をひくのは、大きなレンズでしょう。
 レンズには、いちばん大きい1等から順に6等までと、6等より小さい等外という等級があり、レンズの焦点距離できめています。
 それで、1等レンズを使っている灯台を1等灯台、2等レンズのところを2等灯台といいます。

表 レンズ

図 フレネルレンズ

灯台のレンズは、発明者の名前をつけたフレネル式といって、レンズの表面が、でこぼこしています。では、その原理を説明しましょう。
 図の(1)のように大きい凸とつレンズを作ると、厚くて、重くなってしまいますが、これを(2)のようにすれば、うすくできます。それを作りやすいように、(3)のようなかたちにしても、光の進みかたは変わりません。
 この(3)のかたちのものを、フレネル式レンズといいます。
 大型の灯台レンズには、図の(4)のように、フレネル式にプリズムを組合せて、強い光が出せるようになっています。

図 (4)

それでは、灯台はどれだけ強い光を出しているのか調べてみましょう。
 千葉県の犬吠埼灯台のレンズは、1等4面フレネル式閃光レンズといって、「灯台のレンズのいろいろ」の写真2のような形をしています。レンズの高さは約3.0メートルもあります。このレンズは、水銀に浮かべてあって、モーターで1分間に1回転するので、船では15秒ごとにピカッと白く光るのが見えます。メタルハライドランプ400ワットの電球を使って、110万カンデラの明るさになり、約36キロメートルの遠くまでとどきます。
 日本一高いところにある灯台は、日本海に面した兵庫県の余部埼灯台です。では、この灯台の光の強さと、光のとどく距離は、どうでしょうか。
 余部埼灯台のレンズは、3等閃光レンズで、250ワットの電球を使って、44万カンデラと、犬吠埼灯台の明るさの1/2にもたりませんが、光は、約44キロメートルの遠くまでとどきます。
 また、港の入口に立っている灯台などは、光が強すぎると、まぶしくて船のかじがとれなくなるので、灯台の光の強さは、その灯台を利用する船が見やすいように、きめられています。