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太陽光をレンズで集めると、1点に集中して紙が焼けたりしますよね。

同じように蛍光灯の光をレンズで集めてみたら、
1点に集まらず蛍光灯の形が写ります。

1.どうして太陽の光のように1点に集中しないのですか?
太陽は丸いから、結局太陽の丸い形が写ってるってこと?
太陽は遠くにあって、レンズに入る光が平行だから、
一点に集まるの?

2.太陽の光が一点に集まる状態のとき、そこはレンズの焦点ですか?
蛍光灯の形がくっきり写っているとき、そこはレンズの焦点ですか?

A 回答 (4件)

レンズの光軸と平行な光束は、凸レンズを通ると必ず一点に集まります。

(収差は無視しての話)この一点をレンズの焦点と言います。
像を結ぶ位置は、結像面と言い焦点より後方になります。

1.太陽と言えども、見かけの大きさが有る以上、一点には集まりません。それは太陽の像で、焦点距離が100mmの凸レンズでは1mmの像、1000mmだと1cmの像として写ります。

2.>太陽の光が一点に集まる状態のとき、そこはレンズの焦点ですか?⇒NO
>蛍光灯の形がくっきり写っているとき、そこはレンズの焦点ですか?⇒NO
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この回答へのお礼

回答ありがとうございました。

結像面というのですね。だんだん分かってきましたよ。

お礼日時:2009/12/28 18:04

質問者さんが言っているように、太陽の丸い形が写っています。


その大きさは、太陽や月の場合レンズの焦点距離の1/100ほどになります。
f=50?のレンズだと直径0.5?の円になるので一点に集まっているように見えるわけです。

また、物体からレンズまでの距離をa,レンズから物体の像が焦点を結ぶ距離をb,レンズの焦点距離をfとすると 1/a+1/b=1/f という公式があります。
太陽や月のように非常に遠くにある場合は1/a=0とみなせるのでb=fとなって像が焦点を結ぶ距離とレンズの焦点距離が一致しますが、物体がレンズの近くにある場合はその距離によって焦点を結ぶ距離が変わってきます。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございました。

焦点と像を結ぶ位置の関係が少し分かってきました。

お礼日時:2009/12/28 18:01

「太陽は遠くにあって、レンズに入る光が平行だから」というのが、正解に限りなく近いです。



実は、太陽の光も、厳密には「太陽を中心にして、放射状に広がっている」のです。
でも、太陽と地球はすごく遠いので、「地球上で、虫眼鏡の大きさ程度の範囲」の光の束というのはも、中心からすごく遠く離れている放射状の、ごくごく一部なので、ほとんど平行です。

蛍光灯で比較するとしたら、たとえば、内側が真っ黒(真っ暗)な箱に1か所だけ針穴をあけて、そこに蛍光灯の電気を通したら、そんなに広がりませんよね。そんな感じ。

丸い形というのも、あながち間違いではありません。
虫眼鏡を通すと、レンズの屈折により、焦点で小さく丸い点になりますが、、、皆既日食の時、光を通さない物(ボール紙とか)に小さく丸い穴をあけて影をうつすと、穴を通る光は、皆既日食の形になります。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございました。

お礼日時:2009/12/28 17:58

1.及び2.はその通りです。



蛍光灯は縦方向に長いのでレンズもそれに合わせて、縦方向を強く曲げてやらなければ一点には集光しません。
通常のレンズは縦横同じ比率で集光させているので蛍光灯と同じ形で集光します。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございました。

他の方の回答も参考にどうぞ。

お礼日時:2009/12/28 17:56

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と言う疑問がわきました。
どうなのでしょうか?

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Aベストアンサー

要は、「線光源からの光を一点に集光できるか」という問題ですね。
レンズに入った光を、損失無く集光することはできないかと思います。

例えば、X方向に幅0、Y方向に伸びる光源で、Z方向にレンズを置くとし
て、

シリンドリカルレンズで、Y方向を0に集光させたとき、X方向についてはピントがあっていないので、幅を持つことになります。
(これを繰り返せば、どんどん幅を小さくできそうですが、シリンドリカルレンズを通すたびに、次のレンズに入らない光線が発生するかと思います。)

もう一つの手として、きわめて焦点距離の短いレンズで、結像の寸法自体を小さくする、というのがあるかと思いますが、点光源にするためには焦点距離0の光学が必要になるので、、
(先のシリンドリカルレンズ多段は、これと似た状況にもなっているように思います。)

光の損失を認めるなら、結像させてそこにピンホールを置けば、点光源になります。


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