光学システムの焦点距離は、システムの光パワーの逆数です。システムが光を収束または発散させる強さを測定します。正の焦点距離を持つシステムは光を収束させ、負の焦点距離を持つシステムは光を発散させます。焦点距離が短いシステムでは、光線がより鋭く曲がり、焦点に近づくか、発散が速くなります。
正の焦点距離は、コリメートされた (平行な) 光線が空気中の薄いレンズの特殊な状況で焦点を結ぶ距離です。負の焦点距離は、点光源をレンズの前に配置する必要がある距離を指定します。平行ビームを生成します。より一般的な光学系の焦点距離には、直感的な意味はありません。これは単にシステムの光パワーの逆数です。
焦点距離
焦点距離が長い (光学パワーが低い) と、倍率が高くなり、ほとんどの写真とすべての望遠鏡で画角が狭くなり、被写体は本質的に無限に遠くなります。逆に、焦点距離が短くなるか、光学パワーが高くなると、倍率が低くなり、画角が広くなります。顕微鏡など、対象物をレンズに近づけることによって拡大が行われる用途では、焦点距離が短いほど (光学パワーが大きいほど) 倍率が高くなります。
空気中の薄いレンズの焦点距離は、レンズの中心と主焦点 (または焦点) の間の距離です。収束レンズ (たとえば、凸レンズ) の焦点距離は正であり、コリメートされた光ビームが 1 つのスポットに集中する距離です。発散レンズ (凹レンズなど) の焦点距離は負であり、コリメートされたビームがレンズを通過した後に発散しているように見える距離です。
オブジェクトからレンズまでの距離を u、レンズから画像までの距離を v、焦点距離 f を次のように関連付けるとします。
1f=1u-1v
凸レンズの焦点距離
凸レンズの真ん中は厚いです。レンズを通過する光線は互いに押し寄せられます (収束します)。収束レンズは凸レンズです。
薄い凸レンズの焦点距離は、遠くの光源の像をスクリーンに投影することで簡単に求めることができます。鮮明な画像が表示されるまで、レンズを画面上で調整します。この状況では、1 / u は重要ではないため、焦点距離は次の式で与えられます
f∝v ここで、v は画像距離です
平行光線が凸レンズを通過すると、屈折した光線は主焦点と呼ばれる 1 点に収束します。焦点距離は、主焦点とレンズの中心の間の距離です。
画角 (シーンのどれだけがキャプチャされるか) と倍率 (個々の要素がどれだけ大きくなるか) は、レンズの焦点距離によって決まります。画角が小さく倍率が高いほど、焦点距離は長くなります。画角が広く倍率が低いほど、焦点距離は短くなります。
凸レンズの種類
凸レンズには基本的に 3 種類あります。
平凸レンズ
このレンズの形状は平凸です。
片側は外側に湾曲しており、反対側は平らです。要素は、正の焦点距離と 1 つの球面と 1 つの平面を持っています。これらのレンズは、多くの平行光を必要としない用途向けに設計されています。医薬品、防衛、ロボットなど、さまざまな用途で使用されています。
両凸レンズ
両側外側に曲がります。それの別の用語は、両凸レンズ、または単に凸面です。プロジェクター、単眼鏡、望遠鏡、カメラなど、さまざまな製品に使用されています。
凹凸レンズ
片側は内側にカールし、反対側は外側にカーブしています。他のレンズの球面収差を補正するために使用できます。その仕事は、レーザー光線を制御下に置くことです。メニスカスとしてよく知られている凹凸レンズは、1 つの凸面と 1 つの凹面を持つレンズのペアです。
凸レンズの用途
私たちの身の回りには、凸レンズの用途がいくつかあります。一部を以下に示します:
- 虫眼鏡
- メガネ
- 光学顕微鏡
- プロジェクター
- カメラ
- 人間の目
- 望遠鏡
- 多接合太陽電池
- ドアののぞき穴
- 双眼鏡
結論
この記事では、凸レンズの焦点距離とその他の重要な用語について説明しました。レンズの最も重要な特性の 1 つは、焦点距離です。メーカーでは一般的にミリメートル (mm) で表されます。
後部主点とセンサーの間の距離は焦点距離と呼ばれ、レンズの中心と光線が焦点に収束する点との間の距離を指します。
