凸レンズ

凸レンズではレンズの中心を通る光線は凸レンズ通過後そのまま直進すると解説されています。
光軸に平行でレンズの中心を通る光線は、レンズとの角度が90度なのでそのまま直進するのは理解できるのですが、
光軸に平行でなくレンズの中心を通る光線が、屈折することなく直進する理由が理解できません。
どうして直進するのか教えていただけないでしょうか？

No.2 ベストアンサー 回答者： ponkiejp 回答日時： 2004/08/24 23:58

凸レンズの片方の面の中心に斜光線が当たると、その面で屈折してレンズの中心を通る線上に光線が進みます。

それがレンズの反対側の面の中心から同じ屈折角度で曲がってレンズの外に出て行くので、レンズの厚さよる影響分だけ位置がずれますが、元の光線の角度と同じ角度で平行に進むことになり、結果的には直進しているのとほぼ同じ状況になるのです。

この回答へのお礼

回答して頂き、ありがとうございます。
中学校の理科の教科書の作図は、本当の意味では違うということですね。レンズの厚さ分はずれているということがわかりました。でもほとんどずれが少ないので
誤差とみなして簡易的に教えているということで宜しいでしょうか？

お礼日時：2004/08/25 14:53

No.4 回答者： noname#11476 回答日時： 2004/08/25 17:37

>凸レンズではレンズの中心を通る光線は凸レンズ通過後そのまま直進すると解説されています。

凸レンズに限らず凹レンズでも同じですが、この説明は平たく言えば概念的な解説で、かつ簡易的な説明でもあります。
で簡単に言うとこの説明が成立するのは厚みが０のレンズです。
厚みが０なのに凸レンズ？と疑問に思われると思います。そう現実には存在しません。
ただこのレンズの中心を通る光が直進するという考え方は重要なのです。

一番の問題はレンズの中心はどこ？という問題です。
レンズは厚みがあるので、その中心と言われてもどこかわかりませんよね。

光軸に平行な光線を考える分には、光軸はレンズの中心を通るので、簡単ですが、光軸上のどこにレンズ中心があるのかはそれではわかりませんね。
問題は光軸方向のどこに中心があるのかです。このレンズの中心を「主点」といいます。

で、現実の厚みのあるレンズの場合にはこの主点は２つ！あるのです。（組みレンズでは一つに設計することも出来ますが単レンズでは２つになります）

もちろん両方とも光軸上にあります。

そしてそれはそれぞれ物体側（光源側）主点、像側（像が映る側））主点といい、光線を物体側主点に向けて光を入射すると、全く同一角度で像側主点位置から光が出て行くのです。

まるでワープしたような感じですね。

レンズの厚みが０になるとこの２つの主点は一つになり、初めの説明と一致します。

レンズの厚みにより主点がずれたときには、光は確かに屈折しますので、位置はずれます。
ただ大事なことは、入射した角度と出射した角度が同一であるという点です。

では。

この回答へのお礼

詳しく説明していただき有難うございました。
とてもよくわかりました。
中学校で教えている凸レンズの光の道筋の作図は
概略的なもので、真実ではないのですね。
中学生は混乱しないのかな？
本当に有難うございました。

お礼日時：2004/08/26 01:33

No.3 回答者： ryn 回答日時： 2004/08/25 00:46

正確には直進ではなくて入射光と透過光が並行ということですね．

レンズが薄ければ薄いほど直線とみなせるようになります．

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
中学校の教科書であつかっているレンズ
（厚さは１ｃｍぐらい）だとほぼ直線と考えて良いということでしょうか？

お礼日時：2004/08/25 15:00

No.1 回答者： tadamaru2004 回答日時： 2004/08/24 23:38

レンズに入射するときと，逆の屈折率でレンズから出るので，差し引き（？），見かけ上直進することに

なるのです。

入射するときの屈折率を1.2とします。
出るときは1/1.2です。
これを掛け合わせれば，1になります。

この回答へのお礼

回答して頂き、ありがとうございます。
上記のお答えですと、レンズに入ってくる光ならすべて同じように思うのですがいかがなものでしょうか？

お礼日時：2004/08/25 14:56