収束（凸）レンズの光線図

収束（凸）レンズの光線図に関する記事

凸レンズの片側に物体がある場合、凸レンズはその物体の像を形成できます。凸レンズの片側にある物体の位置がわかっている場合、物体の像の形成をどのように描けばよいでしょうか？以下に示すように、物体が凸レンズの左側にあるとします。

オレンジ色の線＝凸レンズ

青線＝主軸

矢印（緑）＝オブジェクト

F1 = 焦点距離1、F2 ₌焦点距離₂

物体の像は、物体を通過するすべての光線を描くことで得られますが、光線を表す線が多数必要になるため、実用的ではありません。簡略化のため、物体を通過するすべての光線を表す光線は、ごく少数の光線のみで表されます。この現象は光の屈折を伴うため、像の形成を描く際には光の屈折の法則に従う必要があります。

3本の光線または3本の光線

レイ1：

凸レンズに向かってくる光線１または光線１は、レンズの主軸に平行に描かれ、物体の上端に接する。

次に凸レンズによって屈折され、屈折した光線は焦点2を通らなければなりません。描かれる入射光線と屈折光線は、光の屈折の法則を満たさなければなりません。

レイ2：

凸レンズに入射する光線２または光線２は、焦点１を通過して物体の上端に接するように描かれている。

その後、凸レンズによって屈折され、屈折光線は主軸に平行でなければなりません。入射光線と描かれる屈折光線は、光の屈折の法則を満たさなければなりません。

レイ3：

凸レンズに入射する光線３または光線２は、凸レンズと主軸との交点を通って物体の上端に接するように描かれ、その後、光線は前方に送られる。

像の形成（2本の光線）

下の図に示すように、2本の光線のみを使用して像の形成を描くことができます。2本の光線を使用する場合、3種類の像の形成が可能です。

光線1と2

光線1と3

光線2と3

2本の光線のみを使用した像の形成図は、凸レンズからの物体距離によっても調整する必要があります。凸レンズからの物体距離が上の図のようである場合、2本の光線のみを使用して像の形成を描く方法は3つあります。凸レンズからの物体距離が上の図と異なる場合、たとえば、物体が焦点と曲率中心の間にある場合、

そうすれば、画像の形成を描く方法は３つも必要なくなり、おそらく２つだけで済むでしょう。

凸レンズによる像の形成を描く場合、1つの方法を選択できます。

像の形成（3本の光線）

物体の形状は、下図に示すように3本の光線を用いて描画することができる。

凸レンズから物体までの距離が上の図と異なる場合、例えば、物体が凸レンズと焦点の間にある場合、あるいは物体が焦点と凸レンズの曲率中心の間にある場合、上の図のように3つの方法で像の形成を描く必要はありません。像の形成を描く方法は2つしかありません。