レンズの公式の計算(凸レンズ・凹レンズ)
レンズの種類(凸レンズ・凹レンズ)と焦点距離、物体までの距離を入れると、像ができる位置(像距離)と倍率、実像か虚像かを計算します。
計算方法
レンズの公式 1 ÷ 物体までの距離 + 1 ÷ 像までの距離 = 1 ÷ 焦点距離(凸レンズの焦点距離はプラス、凹レンズの焦点距離はマイナスの値として計算します)
像までの距離がプラスなら、レンズをはさんで物体の反対側に実像(上下左右が逆向きの像)ができ、マイナスなら物体と同じ側に虚像(物体と同じ向きの、大きく見える像)ができます。
倍率 倍率 =|像までの距離|÷ 物体までの距離
例:焦点距離20cmの凸レンズに、30cm先の物体を置くと、像までの距離は60cm(実像)、倍率は2倍です。物体を焦点の内側(10cm)に置くと、像までの距離は−20cm(虚像)で、倍率は2倍になります。
式の意味を説明します。レンズは、通る光の向きを決まった度合いで曲げます。その度合いを表すのが焦点距離です。物体を近づけると像は遠ざかり、遠ざけると像は焦点に近づきます。この関係を、距離の逆数の足し算という形でまとめたのがレンズの公式です。凸レンズは焦点距離をプラス、凹レンズはマイナスとして計算します。
例:凸レンズで焦点距離30cm、物体までの距離45cmなら、像までの距離は90cmで、実像となり倍率は2倍です。
気をつけること。像までの距離がプラスなら実像、マイナスなら虚像です。物体を焦点の位置に置くと像はできません。この式は、レンズが薄いと考えたときの関係です。厚いレンズや、色による曲がり方の違いは考えていません。
出典:レンズの公式(1/物体距離+1/像距離=1/焦点距離)の定義式(幾何光学の基本公式)
よくある質問
実像と虚像の違いは?
実像はレンズをはさんで物体の反対側にでき、スクリーンに映せます。虚像は物体と同じ側にでき、レンズごしに見える、大きく見える像です。
凸レンズと凹レンズで何が違う?
凸レンズは焦点距離がプラスで、物体の位置によって実像・虚像のどちらもできます。凹レンズは焦点距離がマイナスで、常に虚像(物体より小さい)ができます。
物体を焦点の位置に置くと?
レンズを出た光が平行に進むため、像は無限に遠いところにでき、実際には像を結びません。
虫めがねで物を大きく見るときは?
凸レンズの焦点距離より内側に物体を置くと、虚像が物体より大きく見えます。
倍率が1倍になるのは?
像までの距離の大きさが、物体までの距離とちょうど同じになるときです。