あなたは毎日レンズに遭遇します。 携帯電話のカメラのレンズでも、眼鏡のレンズでも、はっきりと見えるようにするために使用するコンタクトレンズでも、虫眼鏡、顕微鏡、 望遠鏡など、レンズの物理学では、単純なガラス片を使用して、画像を拡大、最小化、または焦点を合わせる方法を説明しています。 あらゆる目的。
基本的に、レンズは屈折を通過する光線を曲げることによって機能しますが、この基本的なポイントは、レンズのタイプによって異なるさまざまな方法で実装できます。 幸いなことに、そのようなレンズの基本は、それらがどのように機能するかについてもう少し学ぶと簡単に理解できます。
レンズとは？
レンズは、光線が特定の方法で曲がるように形作られた透明な素材です。 それが光線を特定の点に収束させることを意味するか、特定の点からのように発散させることを意味するかどうかにかかわらず、それを通過します ポイント。 使用される材料はガラス片またはプラスチックである可能性があり、レンズの形状によって、光線が収束するか発散するかが決まります。 「レンズ」という言葉は、収束レンズとマメ科植物の形状が類似しているため、ラテン語で「レンズ豆」を意味します。
レンズによって生成される光線の実際の曲げは、レンズの材料が周囲の空気とは異なる屈折率を持っているために発生します。 この動作は、入射光線と屈折光線の間の角度の違いを2つの材料の屈折率に関連付けるスネルの屈折の法則によって説明されます。
要するに、法則によれば、屈折率の低い物質から高い物質に（たとえば、空気からガラスに）移動する場合、光線は「法線」に向かって偏向されます。 表面（つまり、その点で表面に垂直な方向に向かって）、およびその逆は、より高い屈折率の材料からより低い屈折率の材料に向かう光線に当てはまります。 1。
定義
光学にはかなりの数の固有の用語が使用されており、レンズの物理学を研究している場合は、これらを理解することが重要です。
- ザ・ 焦点 レンズを通過した後、平行光線が収束する点です。
- ザ・ 焦点距離 レンズの中心から焦点までの距離であり、本質的にレンズの「曲げ力」を定義します。
- ザ・ 光軸 はレンズの対称線です。
- A 光線 は光の経路の近似値であり、直線は光波（または光子）の動きを表すために使用されます。 オブジェクト上のすべてのポイントは、考えられるすべての方向に光線を生成しますが、通常、結果の画像の位置を決定するために、いくつかの特定の光線が選択されます。
- アン 光学レンズ は、光線を収束（凸レンズ）または発散（凹レンズ）させるように設計された単一の材料です。
- A 両凸レンズ は、2つの凸面を持つ単純な光学レンズ（レンズに名前を付けたレンズ豆のような形状を生成）であり、凸凸レンズと呼ばれることもあり、定義上、正の焦点距離を持ちます。 虫眼鏡、望遠鏡、顕微鏡、さらには人間の目にも使用されます。
- ザ・ 被写界深度 レンズを通して見たときに物体に焦点が合う距離の範囲を説明し、特に写真撮影で一般的な用語です。 カメラの光センサーは固定サイズなので、画像が 少し 焦点が合っていませんが、エラーの量は十分に少ないため、実際には焦点が合っていないものとして登録されません。 この焦点範囲が被写界深度です。
- ザ・ プライムレンズ は、焦点距離を変更できるズームレンズとは対照的に、固定焦点距離の写真撮影で使用されるレンズです。 ただし、他のコンテキストでは、プライムレンズを使用して、複数のレンズで構成されるシステムのプライマリレンズを意味することができます。
光線図
光線図は、光学において非常に便利なツールであり、オブジェクトとレンズの位置に基づいて画像が形成される場所を見つけるために使用されます。 オブジェクトから出てくるキーライトを描画し、レンズを通過するときにパスをマークすることで、それらが出会うポイントが画像が形成されます。
このプロセスは、スネルの屈折の法則を使用して実行できますが、いくつかのトリックでプロセスを簡略化することもできます。 たとえば、レンズの中心を通過する光線はほとんど偏向されません。 光軸に垂直にレンズに当たると、屈折して焦点を通過します。 レンズ。
レンズによって生成される画像は、実在または仮想にすることができます。 実際の画像の場合、光線は収束して特定の場所に画像を形成します。その場所に画面を配置すると、その画像を見ることができます。 人間の目とカメラレンズの後ろの領域では、感光性のセルまたは材料がこの画像を取得するために使用されます。
虚像は異なります：光線がレンズから発散するとき、それらの向きはそれを作ります 見て それらが仮想イメージの場所から来たように。 つまり、屈折した光線を後方にたどり、直線だけをたどると、それらはすべて虚像の位置に収束します。 ただし、光線はこの場所に物理的に収束しないため、そこに画面を配置すると、画像は表示されません。
レンズの種類とその仕組み
カメラレンズは、日常的に遭遇する最も身近なタイプのレンズの1つであり、これらは それらはすべて概説された操作の同じ基本原理を共有していますが、多くの異なるタイプで 以前。
プライムレンズは焦点距離が固定された基本レンズであり、ズームレンズは焦点距離が可変であるため、焦点を合わせるために場所を物理的に変更する必要はありません。 広角レンズは焦点距離が非常に短く、視野が劇的に広がるタイプのレンズであり、魚眼レンズは本質的に広角レンズの極端なバージョンです。
他の例としては、焦点距離が非常に長く、遠くにある被写体を撮影することを目的とした望遠レンズがあります。 離れた場所にあり、非常に近い距離に焦点を合わせ、等身大または拡大バージョンのいずれかを生成することを目的としたマクロレンズ オブジェクト。
他の一般的なタイプのレンズは眼鏡レンズまたはコンタクトレンズであり、これらは両方とも視力の問題を修正するために機能します。 「近視」の場合、これは、目のレンズが目の光に敏感な網膜の前に画像を作成することを意味します。そのため、画像をさらに後方に移動するには、発散（凹）レンズが必要です。
「遠視」の場合、目のレンズは網膜よりも後方の画像を生成するため、この問題を修正するには収束レンズが必要です。
コンタクトレンズと眼鏡の両方が同じ方法でこれを修正します–効果的なものにするために追加の修正レンズを追加することによって あなたの目の焦点距離はあなたの網膜までの距離と一致します–しかし、コンタクトレンズはあなたの網膜に直接置かれるので違いがあります 目。 コンタクトレンズでは、レンズはそれほど多くのスペースをカバーする必要はなく（瞳孔が最大に拡張するのに十分な大きさである必要があるだけです）、少ない材料でこれを実現できます。 眼鏡レンズの場合、レンズははるかに広い領域をカバーする必要があり、その結果、より厚くなります。