指先を目に近付けるとものが歪んで見える

質問

小さいころから不思議だったことです．
片方の目を瞑って，開いている目の前に指先を触れるか触れないかまで
近付けまずと，見えているものが歪んで見えます．
その指をゆっくり動かすと，それに伴って歪みが変化します．
同じことを指ではなく，適当な他のモノにすると，
殆ど歪まないか，ほんの少ししか歪まなくなります．

小さい頃は，オーラがあるからだ，なんてことも思っていましたが，
それはさておき，これは何故でしょうか？
思い付くところでは「回折」ですが，指先と他のモノとの
歪みの程度の違いが説明出来ません．
有機物と無機物，導体と非導体などの違いでしょうか．

宜しくご教授下さいませ．＜（＿＿）＞

回答No.5

zuyun · ベストアンサー

その現象は残念ながら回折とは無関係でしょう。(回折は、光の波長レベルの距離(1μｍ以下)の話であり、「指先が触れるか触れないか」まで近づけたとしても長さのケタが違います。)　
私の考えでは、像のピントが完全には合っていない(近視・乱視などにより。)ことが原因です。目が物を見るときには瞳孔の大きさ(数ミリ)の光の束を集めて像を作っていますが、指などをぎりぎりまで近づけると、瞳孔の一部しか使われなくなり、その結果、(もともとの像のピントが甘いと)像が動いて見えます。

1. 見ている対象が正確な目のピント位置より遠い場合(近視の人など。)
→　指を近づけると指から遠ざかる方に動いてみえます。

2. 見ている対象が正確な目のピント位置より近い場合(遠視の人など。あるいは普通の人でも、ピントがぼけるくらい極端に近いところ(数ｃｍとか。)のものを見ながらやった場合)
→　指を近づけると指に近づく方に動いてみえます。

きっちりピントが合っている距離(普通の人なら30cm位)のものを見ながら行うと、歪みはほとんど発生しないのではないでしょうか？。

なお、「目に近づけるモノによる違い」は私には観察できません。

[補足]
ちなみに、現象は異なりますが、物の影が動く現象(参考URL)も本質的には同じであると考えられます。(#3さんの解答がわかりやすいと思います。)　この「影が動く現象」は、上で述べた2.の場合に相当します。

参考URL：

http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=744067

お礼

ご回答頂きましてありがとうございます．
そう言われますと，確かに視力が落ち始めた頃と一致するような
気がしないでもないです・・・すみませんでもよくは覚えてないのですが．．
モノによる違いは，私の勘違いだったと思います．お騒がせシマシタ．．

瞳孔が有限の大きさを持っていることと，目が悪いために光軸が歪んでいることが
関係している・・・なるほど！と思いました．
そう思っていまずっといろいろ試していたのですが，
どうも乱視が関係しているような気がし始めました．

私は目に力を入れて工夫すると乱視を軽減出来るのですが，
そうすると歪みの度合いは小さくなったような気がします．
それでも若干，きれいに歪んで見えるので，可能性としてですが，
主たる原因は「瞳孔が有限の大きさを持っていること」で，
これに「目が悪くて光軸がずれている，特に乱視」が加わると程度が大きくなる，と
言うことではないかと思うようになりました．

ありがとうございました！

回答No.10

zuyun

＃５に書きました「物の影が動く現象との類似」が分かりにくいようですので補足します。

「物の影が動く現象」は太陽が点光源であれば起きません。太陽に大きさがあり、影の輪郭がぼんやりしているから起こる現象です。
一方、本質問の現象も、(私の推測が正しければ、)目がピンホールカメラならば起きません。像がぼんやりしているからこそ起こる現象で、＃８さんの表現を借りれば「ぼやけた像の明瞭化」です。(＃８さんの実践に敬意を表します。)

なお、「樽型歪曲」説が登場していますが、これは光軸から離れた部分での話であり、本質問の場合、見つめている部分(目のほぼ真心)での現象なのであまり関係がないのでは？。(正常な目でも収差による像のぼやけが必ずある、という点は拝聴に値します。)

お礼

ご回答頂きましてありがとうございます．
手元にはもう光学の本がないので段々理解が追いつきにくく
なってしまいましたが，なるほど，光源にしろ絞りにしろ，
いずれにしてもそれらが有限の大きさを持っていることで，
なかなか理想的な幾何光学どおりには行かない，
それ故にいろいろこのような現象が起こり得ると言うことですね．

ありがとうございました！

補足

ご回答いただきましたみなさま，本当にありがとうございました．
みなさま全員にポイントをつけられない無礼をお許し下さい．
このたびは大変お世話になりました．ありがとうございました．
また何かありましたら，宜しくお願い致します．＜（＿＿）＞

回答No.9

Teleskope

その現象は 数あるレンズ収差の一つ、Distortion です。日本では歪曲（わいきょく）と訳してます。子どもの頃に虫メガネで、周辺が引き伸ばされたような「糸巻型歪曲」や、周辺が中央に寄って丸っこく盛り上がったように見える「樽型歪曲」を見た経験はありませんか？ その 後者です。

　歪曲が無い（オルソ・スコピックな）結像をしているレンズの； 後方に絞りを置くと 整像が糸巻型歪曲像に、前方に絞りを置くと 整像が樽型歪曲像に変化します。質問者さんの指はレンズ前方の絞りそのものなので 指ギリギリ（虫メガネのヘリに相当）の所の像が 樽型、つまり指から逃げる方向に寄って見えてるはずです。

　その原因は、球面収差を引き起こしてしまってるからで‥と、文章で要約してしまうと伝わらないし衒学っぽくて空しいし、図を使えば一目瞭然なんですが自作図引用はdelられるんで控えます、レンズの収差を詳説してる専門書を御覧ください、
　ヒトの眼の絞りは レンズの前にあるのではなく 表面の角膜から始まるレンズ系の途中にありまして、対して質問者さんの指は、そのレンズ系の前方にあります。乱視や近視が重なってると現象が複雑化しますが ピンボケ状態でない焦点が合った状態でも起きます。

　余談；
No.5氏紹介のリンク先に私のレスがあるのを発見して汗顔の至りでしたが、この歪曲現象は 半影本影や視覚とは別個の現象です。（リンク先の現象も 影が伸びるのはグラデーションのある半影同志のアナログ加算（結果も半影）で、影のコブがつながった状態は本影です。）

お礼

ご回答頂きましてありがとうございます．

＞つまり指から逃げる方向に寄って見えてるはずです。

まさしくその通りです！
そして＃８さまのご回答と併せますと，
遠視だと指に引っ張られるように歪んで見える，と言うことになりましょうか．
球面収差とは，昔，光学の授業で習ったことは記憶していますが，
自分のこの目の現象と結び付けるには至らない，浅はか～なものでした（汗）．

ありがとうございました！

回答No.8

shkwta

No.7です。
デジカメの実験を焦点がぼやけた状態で行いました。
（マクロ撮影モードにしないで近くのものを撮影、つまり物体より遠くに焦点が合った状態です）
この場合、レンズに障害物を近づけると、障害物に引っ張られるように像がゆがむことがわかりました。これはデジカメの液晶画面で確認したので、目の錯覚ではありません。
パソコンの液晶ディスプレイに表示した罫線で調べると、「罫線がぼやけて、ある幅でにじんでいる」ところに障害物が近づくと、「にじんだ幅の中で、障害物に近い側が明瞭になって、にじみが少なくなる」ということになっています。
つまり、「ぼやけた像が、障害物によって、偏って明瞭化する」ことが、ご質問の現象の原因であることがわかります。これは、No.5様の回答を支持する結果です。

こうなる理由は、物体・レンズ・スクリーンの関係を作図してみると説明できます。ある点から発した光は、凸レンズによって、スクリーン上の点として結像します。しかし、焦点が合わないときは、円になります。このとき、焦点が発光点より遠くに合っている場合、近くに合っている場合のそれぞれについて、障害物が円のどちら側を遮蔽するのかをみると、
１．遠くに焦点が合っている場合は、「ぼやけた像は、障害物に遠い側が遮蔽される＝近い側が明瞭化する」
２．近くに焦点が合っている場合は、「ぼやけた像は、障害物に近い側が遮蔽される＝遠い側が明瞭化する」
ということになります。

お礼

ご回答頂きましてありがとうございます．
すばらしいです，私の目が再現されたとは，まさに実験は神様ですね．
やはりボケたレンズ系の幾何光学的な効果である可能性が高いのですね．

後半の部分ですが，そうだとすると，近視の人と遠視の人では，
歪み方が異なる？と言うことになりましょうか．
と思って，目をひっぱって（近視で目（角膜の筋肉？）を引っ張ると
はっきり見えるようになりますが，それを更に引っ張って）遠視状態としてみたところ・・・！！！・・・驚きました！
今までの私の近視（＋乱視）で障害物を置くと，障害物から反発するような
感じの歪みが見えていましたが，遠視状態ですと障害物に引っ張られるような
歪みが見えました．と言うことで，やはり幾何光学的な効果の検証と言えましょうか．

いや驚きました．ありがとうございました！

回答No.7

shkwta

デジカメでやってみましたが、レンズの前の障害物で像がゆがむ現象は発生しません。

（１）三脚にデジカメを固定。
（２）パソコンの液晶ディスプレイに格子（Excelの罫線）を表示
（３）障害物なしで撮影。
（４）レンズの前に黒い板を置いて撮影。
（５）レンズの前に黒い棒を置いて撮影。

以上の（３）（４）（５）で、板や棒のふちで格子の間隔に変化が生じることはありませんでした。もう少し調べてみます。

お礼

＃８の方にまとめて書かせて頂きます．

回答No.6

noname#215107

恐らく回折とは関係ないと思います。

＞私は目に力を入れて工夫すると乱視を軽減出来るのですが，
＞そうすると歪みの度合いは小さくなったような気がします．

光は、目の瞳孔の開口部分の面積が大きいほど複数の経路で進入してきます。
ここで、視力が悪く目のピントが合っていないとすると、網膜上には、ボケて写ります。

目に力を入れて工夫すると、丁度カメラの絞りを絞ったように、「被写界深度」が深くなり、パンフォーカス状態になります（実際はピントが合ってなくても、ピントが合ったように見えるため、近眼の人でも遠くの文字が読める）

もし乱視があるとすれば、指を目に近づけたときに、瞳孔の半分だけが覆われた形になりますから、乱視によるゆがみが、強調（または改善）される方向に働くのだと思います。

お礼

ご回答いただきましてありがとうございます．
なるほどなるほど．
近視だと，親指の上に人差し指を丸めて小さな穴を作って，
黒板を見たりしますよね，ピンホールカメラもとても被写界深度が
深いですし，幾何光学的な要因であると言うことに段々傾倒して参りました．
私の乱視は不正乱視なので，非常にきついものです，だから余計に，
こういう歪みが大きく出たり・・・するのかな？

ありがとうございました！

回答No.4

michina

ANo.2 です。訂正させてください。確かに指の体温によって空気が膨張した結果屈折が起こるのなら、concombre さんの仰るように、回折によるゆがみを小さくする方向に光は曲がりますね。concombre さん間違いを指摘して頂いて、どうもありがとうございました。
そこで、皮膚の表面から出ているであろう水蒸気によって、屈折が起こったのかと考え、試してみました。指をしばらく口の中に含んでおき、温めると同時に唾液で湿らしてから試してみたのです。しかし、指の大きさをした消しゴムと比較した場合と比べても、それほど違いは観察出来ませんでした。
First_Noel さんが、他のもので試した時、形や大きさ、目からの距離など、指とは違う条件でやってしまってないか、もう一度確認して頂けませんでしょうか。
私は近くにあった鉄のペンチで試したり、ゴムの消しゴムで試したり、指で試したりしていたら、すっかり目が疲れてしまいました。微妙な変化ですので、区別がつきにくくなってしまいました。ただ、指の場合でも、物の場合でも、変化はほとんど同じように感じます。どうなんでしょうか。

お礼

ご回答頂きましてありがとうございます．
しかもいろいろお試し頂いて目を疲れさせてしまってごめんなさい．
モノの違いによる見え方の違いですが・・・お騒がせしました，
改めましていろいろやってみましたら，同じ程度に見えました．
同一条件ではなかった可能性に加えて，思い込みが大きかったのかも知れません．
大変失礼致しました．
ありがとうございました！

回答No.3

noname#10548

先の回答者の間違いを僭越ながら一部否定する形になってしまいますが、その間違いに対する考察は自然科学において示唆的なものになると思えますので書かせていただきます。疑問を徹底的に追及するのは理科では良しとされるべきことなので、それをご了承ください。

指先と他のモノとの歪み具合の違いは私の方で確認できなかったので何とも言えないですが、その他の点はFirst_Noelさんや、先の回答者michinaさんのおっしゃるとおり全て回折で説明がつきます。
物の縁の付近では視界は、縁から遠ざかるようにたわんで見えますよね。これは光の道筋が縁に近づくように曲げられたということになりますから回折によるものです。

しかし、仮に指の付近を暖かい空気が取り巻いたとして光の道筋を考えた場合、暖かい空気は屈折率が相対的に小さく、光の道筋は縁から遠ざかるように屈折します。つまり、暖かい空気による屈折は、縁の回折を助長する向きには働かないということです。従って屈折はこの現象には関与していません。
また、人間の体から発せられる熱は膨大(注1)ですが、単位面積あたりでは微小です。もしその程度の温度差で屈折が起きるのであれば、自分の目の前に吐く息で絶えず視界が歪むはずです。

次に、仮に指と他の物とでこの歪みの現象の程度が異なるなら、その原因として考えられるものは、doc_sundayの言うように縁の形状の違いか、あるいはもしかしたら物質による表面の電荷の分布の差異かもしれません。例えば電子は光との相互作用を大いに起こします(注2)。物質の表面や内部での電子の挙動は、First_Noelさんの考えるとおり有機物と無機物、導体と非導体とで大きく異なります。ただ、その挙動はかなり複雑なので、それがどう影響するかは私には全くわかりません。指、下敷き、毛布でこすった下敷き(表面に帯電が起きる)で比較を試みましたが、特に変わった様子はありませんでした。

(注1)人間が一日に経口摂取するエネルギーは2000kcal/dayを超えます(日本人の場合)が、これは脂肪や糖として蓄えられる分を除いて全て結局は熱に変わると考えられます。これは一秒にして約23cal/sです。1cal/s=4.2Wに留意すれば、人間の発熱量は約100W、白熱電球に匹敵します。

(注2)例えば蛍光や燐光(俗に蛍光と混同されたり、蓄光と呼ばれたりする)は電子のエネルギー準位などの量子力学的作用によるもので、光の散乱(反射など)は電磁波(光)と荷電粒子(電子)との間の古典電磁気学的作用によるものです。鏡は銀からできていますが、銀の表面や内部では電子が自由に動けるので、光がよく反射されます。

お礼

ご回答頂きましてありがとうございます．
原因は「回折」，と言うことですね．
改めまして指先と割り箸，指とキャラメルの箱とで比較してみましたら，
同じ程度に見えました．
＃１欄に書きましたが，これまでが同一条件での観測ではなかったようです，
昔そう思ったときの記憶を引きずっていたのかも知れません．
もうひとつの可能性である「屈折」に関しまして，定量的考察をありがとうございます．
そうしますと，電子やら電場やらは介在しない，と言う可能性が高いですね．
ありがとうございました．

回答No.2

michina

今実際に試してみました。指先と他のものと同じ条件で目の前に近づけると、ほとんど同じように視界のものが歪んで見えますね。これは、回折によるものです。回折というのは、光が直進せずに物体の内側に回り込んでくる現象ですので、指を上に動かすと物体も上の方に動く感じで歪むわけです。
物と指では、ひずみ方が違うということですが、物と指の違いは、指は体温の分温度も高いということです。そのため冷たい物体と違い、温かい指のすぐ近くの空気はその熱で膨張しているので、回折だけでなく、屈折も起こっているのだと思われます。温度の違う空気の層が接しているところを光が通ると屈折が起こるからです。
屈折は、自然現象で言えば、「蜃気楼」や、アスファルト道路などで発生する「逃げ水」がその例ですね。「蜃気楼」や「逃げ水」については、検索するといろいろ捜せると思いますよ。

お礼

＃４の方に書かせて頂きます．

回答No.1

noname#160321

水をかけるようで済みませんが。
>>同じことを指ではなく，適当な他のモノにすると，
>>殆ど歪まないか，ほんの少ししか歪まなくなります．
指と同じ程度の先の丸い物、たとえば大きめのナイフやフォークの丸い柄の先、太めの色鉛筆の尖っていない端、などでも同じ事が起きます。
ちょうど目との距離と物体の大きさが良い関係になるとこのように見えるようです。
直接関係ありませんが、添付の「重力レンズ効果」をご覧下さい。地球の前をブラックホールが横切ると…。
<(_ _)>

参考URL：

http://www2.neweb.ne.jp/wc/morikawa/jur.html

お礼

ご回答頂きましてありがとうございます．
確かに・・・指以外でもそれっぽい見え方になりました．
今まで，それこそ小学校の授業中の鉛筆とか，でも試してたのですが，
比較ができるような同一条件ではなかったかと思います．
で，原因ですが，対象物の大きさと焦点距離との関係，と言うことですね，
光学的な現象，と言うことでしょうか．
ありがとうございました！

＃重力レンズですが，似たような見え方ですね．
　指の周りの空間が歪んでる，なんて妄想した純朴な頃もありました．．