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凹レンズ


 凸レンズは「光を集める」と言った役割や、「光を平行にする」と言った役割を果たすことは知られている。 凹レンズは凸レンズと同じく我々の生活に欠かせないものに広く使われている。 ここでは凹レンズの特性について説明する。 凹レンズに入射する光は以下の法則に従って進む。
  1. 平行に凹レンズに入射した光は光源側の焦点を虚光源とする向きに進む。(青線)
  2. レンズの中心を通る光は、直進する。(赤線)
  3. 光源と反対側の焦点に向かう光は凹レンズ通過後に平行光となる。(緑線)
この法則を図1に示す。 今は光源を左側に置いたが、図1の光は右から進もうが左から進もうが同じ経路をたどる。

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図1. 凹レンズに入射する光の経路

凸レンズの焦点とは光が集まる点であったが、凹レンズの焦点は、虚光源となる点である。 虚光源とは、実際は光が出ていないが、光の経路はその点から出ているようになる点のことである。 わかりやすく図にすると図2のようになる。 光源から発せられた光は凹レンズの向こう側では焦点から出た光のように進むのである。

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図2. 光を広げる凹レンズ

この図からもわかるように凹レンズは凸レンズと異なり光を広げる性質がある。 では、もしロウソクを置いた場合凸レンズのように実像または虚像が作られるのであろうか? では光の経路をたどってどこに像ができるのか考えて見る。

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図3. 凹レンズが作る像

像を図3のようにロウソクを置いた場合について考える。 凹レンズは光を広げる性質があるので、凸レンズのようにレンズの右側で一点にあつまることはない。 どこに像ができるかというと、図3のようにレンズの中心を通る光の経路と、焦点に向かった光が、レンズの右側で平行になった直線を左側に延長した経路との交点に像ができる。 この像は実際にここにスクーリンを置いても投影されるわけではなく、レンズの右側から見るとその位置に見えるという像であるので、正立の虚像である。 ちなみに凸レンズの場合は焦点と物体の距離によって倒立の実像ができるか、正立の虚像ができるか決まるが、凹レンズの場合はどこに物体をおいても正立の虚像ができるのである。像の大きさはレンズの公式によって決まる。

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