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2020年7月19日日曜日

焦点|図解 光学用語

焦点とは(しょうてん、focus、focal point)

 太陽光をルーペで集めると紙を焦がすことができます。このとき、ルーペと紙の間の距離を変えると、光が集まる部分の大きさが変わります。この部分が最も小さくなって光の明るさと熱が集中する位置を焦点といいます。


凸レンズの焦点

 次の図は凸レンズに平行光が入射したときの光の進み方を示したものです。レンズの中心(レンズの主点)から焦点までの距離を焦点距離といいます。一般に焦点は記号F、焦点距離は記号fで表されます。レンズの面に垂直でレンズの中心を通る軸のことを、レンズの軸または光軸といいます。また、レンズの焦点を通り、レンズの軸に垂直な面を焦平面または焦点面といいます。


 次の図の上側の図のように凸レンズに光軸と平行な光をあてると、光は凸レンズで屈折して、光軸上の焦点に集まります。焦点はレンズの両側に一つずつあり、それぞれの焦点距離の長さは同じです。下側の図のように、凹レンズに光軸と平行な光をあてると、光は凹レンズで屈折したあとに広がります。これらの光線を反対側に延長すると、光軸上の1点に集まります。この点が凹レンズの焦点です。凹レンズの焦点もレンズの両側にあり、それぞれの焦点距離の長さは同じです。凸レンズの焦点距離fは正の値、凹レンズの焦点距離fは負の値と定義します。なお、凹レンズの焦点は実際に光が集まったり、光が出てくるわけではないので、虚焦点とも呼ばれます。


凸レンズと凹レンズの焦点と焦点距離

 レンズの焦点はレンズの両側にありますが、眼鏡や望遠鏡は、光を入射する方向が決まっています。次の図は、凸レンズと凹レンズの焦点を示したものです。光はレンズの前側(図では左側)から入射して、後側(右側)から射出します。凸レンズの場合、光が射出する側ある焦点を後側焦点、入射する側にある焦点を前側焦点といいます。凹レンズの場合、光が入射する側にある焦点を後側焦点、射出する側にある焦点を前側焦点といいます。


凸レンズ(左)と凹レンズ(右)の前側焦点と後側焦点

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