レンズを通過した光はどう進む?

LENS

フォトマスター検定の予想問題です。フォトマスター検定勉強法も掲載していますので、参考にして頂ければと思います。合格目指してさっそく問題です!

難易度:準1級レベル

問:レンズの前方(被写体側)から来た光が1枚の凸レンズを通過した時、この光に関する性質として「間違っているもの」はどれか?次の中から選べ。

① 光軸に対して平行な光線は、凸レンズを通ったのち後側焦点を通る
② 前側焦点を通ってきた光線は、凸レンズを通ったのち後側焦点を通る
③ レンズの中心を通る光は、凸を通った後も角度を変えずに進む

正解はこのあとすぐ!



■正解は②(前側焦点を通ってきた光線は、凸レンズを通ったのち後側焦点を通る)


凸レンズの3つの基本性質

レンズにはさまざまなルールのようなものがありますが、「凸レンズの基本的な3つの性質」と言われるものがこの問題の元になっています。

この「凸レンズの3つの基本的な性質」とは以下のようなものです。

  1. 光軸に対して平行な光線は、凸レンズを通ったのち焦点を通る
  2. 焦点を通ってきた光線は、凸レンズを通ったのち光軸に平行な光線となる
  3. レンズの中心を通る光は、凸を通った後も角度を変えずに進む

レンズ

1.光軸に対して平行な光線は、凸レンズを通ったのち焦点を通る

性質1の「光軸に対して平行な光線は、凸レンズを通ったのち焦点を通る」というのは、上の図でレンズの中心を左右に通る黒線が光軸を表しており、この光軸に対して平行な図の①の光は、凸レンズを通った後、後ろ側の焦点(図のレンズの右側の黒丸)を通過するように屈折するというものです。

2.焦点を通ってきた光線は、凸レンズを通ったのち光軸に平行な光線となる

性質2の「焦点を通ってきた光線は、凸レンズを通ったのち光軸に平行な光線となる」というのは、図の②の光のことで、前側の焦点(図のレンズ左側の黒丸)を通過する光は、凸レンズを通過すると光軸に対して平行な光線となるというものです。

そこで問題文の選択肢②を見てみましょう。選択肢②は「前側焦点を通ってきた光線は、凸レンズを通ったのち後側焦点を通る」となっています。

しかし先ほど解説したように、正しくは「焦点を通ってきた光線は、凸レンズを通ったのち光軸に平行な光線となる」です。つまり、焦点を通ってきた光は凸レンズを通過後、光軸に対して平行な光線となるため、後側焦点を通ることはありません。

というわけで選択肢②が間違っており、問題文では「間違っているものを選べ」というわけで、②が正解となります。

3.レンズの中心を通る光は、凸を通った後も角度を変えずに進む

性質3の「レンズの中心を通る光は、凸を通った後も角度を変えずに進む」というのは、レンズの中心を通る光は屈折せずに真っ直ぐ進むというものです。

正確には性質の1,2,3ともに、光はレンズの表面と裏面で角度を変えるため、レンズの中心を通る光は最初から最後まで全く屈折しないというわけではなく、レンズの表面で一度屈折し、裏面で再び元の角度に戻るように屈折しています。

結果的には元の角度に戻るため、「レンズの中心を通る光は、凸を通った後も角度を変えずに進む」という言い方をされています。

 

画像:Wikipedia,Nikon USA

Reported by 山﨑将方