レンズと反射鏡 レンズってなんだろう?

いろいろなレンズ

レンズには大別して「とつレンズ」と「おうレンズ」の2種類があります。図のように、両者にはいろいろなタイプがありますが、とつレンズはいずれも真ん中が厚くて周辺がうすく、おうレンズは逆に真ん中がうすくて周辺が厚くなっています。

とつレンズとおうレンズは形が逆であるのと同じく、そのはたらきも逆です。とつレンズは光を集めますが、おうレンズは光を散らばらせるはたらきがあります。また、とつレンズは像をつくりますが、おうレンズは像をつくりません。

そのほかにも、レンズには、その使用目的に合わせてさまざまな種類があります。ただし、ごく特しゅなものをのぞいて、どのような種類のレンズでもそのはたらきを調べれば、とつレンズかおうレンズのどちらかに分類することができます(※注)。

※注
近眼の人が老眼になったときに使うめがね(遠近両用めがね)の一部などには、とつレンズとおうレンズが一体になったものがあります。

レンズの種類

レンズの種類

とつレンズとおうレンズのはたらき

ルーペのしくみ

とつレンズを使用した、もっとも身近な道具のひとつに、虫眼鏡(ルーペともいう)があります。高級なルーペには数枚のレンズを組み合わせたものがありますが、ふつうの虫眼鏡は、1枚のとつレンズでできています。
ルーペのしくみについて、図に示しました。ふつうなら目のピントが合わない距離(きょり)にあるものにも、ルーペがあればピントが合います。つまりルーペは、ものを“より近くに寄せて”見る道具といえます。
人間の目が楽にピントを合わせられる最短距離(きょり)は、およそ25センチメートルです。この距離(きょり)を「明視(めいし)の距離(きょり)」と呼び、この距離(きょり)で見たものの大きさが1倍になります。10倍のルーペの焦点距離(しょうてんきょり)はおよそ25ミリメートルで、明視(めいし)の距離(きょり)の約10分の1です。つまり、10倍、近くに寄って見ていることになります(※注)。

※注
正確には、ルーペの倍率は(明視(めいし)の距離(きょり)÷ルーペの焦点距離(しょうてんきょり))+1という式で計算します。10倍のルーペの場合、その焦点距離(しょうてんきょり)はおよそ27ミリメートルです。

ルーペのしくみ

レンズのはたらきとしくみ

ここではまず、代表的なとつレンズについてしょうかいしましょう。
学校の授業などでは、とつレンズのはたらきは・・・

1)光を集めること
2)像をつくること
3)ものを大きく見せる

・・・と習ったと思います。実はとつレンズの3つのはたらきは、いずれもくっ折の性質を利用しているのです。

光を集めるー焦点(しょうてん)って何?
とつレンズはガラスやプラスチックなどのとう明な材料でできています。大きさや形はさまざまですが、いずれも、真ん中が厚く、周辺になるにしたがってうすくなっています。断面の一部分を拡大してみると、図のように、レンズにさしこんだ光は、くっ折によって折れ曲がり内側に向かいます。レンズの真ん中よりも、周辺の方が浅い角度でさし込むため、光はより大きく折れ曲がります。このため、レンズにさしこんだ光が1点に集まるのです。この点のことを焦点(しょうてん)といいます。
光を集めるー焦点距離(しょうてんきょり)って何?
近くの電灯などからの光は、周囲に広がって進んでいきます。しかし、非常に遠いところからきた光(太陽や星の光)などは、完全に平行に進んできます。この平行な光がレンズにさしこんだときの、レンズの真ん中から焦点までの距離(きょり)を、そのレンズの「焦点距離(しょうてんきょり)」といいます。
像を作る
ものに光が当たったとき、ほとんどの場合は反射した光が四方八方に広がっていきます。この、広がっていく光の一部をレンズでとらえると、一カ所に集まります。光が集まる場所は、その光が来た場所(反射した場所)に応じて異なるため、それぞれの場所を集めてみると実物と同じ形の像ができるのです。

レンズにさしこんだ光は、くっ折によって折れ曲がり内側に向かいます。

焦点(しょうてん)と焦点距離(しょうてんきょり)

実物と同じ形の像ができます。

光のなぞ レンズと反射鏡

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