凸レンズ結像法則

光学では、実際の光が収束して形成される像を実像と呼びます。それ以外の場合は、仮想イメージと呼ばれます。経験豊富な物理学の教師は、実像と虚像を区別する際に、「実像は逆さまですが、虚像は直立しています」というような区別方法についてよく言及します。いわゆる「正立」「逆さま」ですが、もちろん原画との相対です。

平面鏡、凸面鏡、凹面レンズによって形成される 3 種類の虚像はすべて正立しています。凹面鏡と凸レンズで結ばれる実像も、開口結像で結ばれる実像も、すべて上下逆さまです。もちろん、凹面鏡と凸レンズも虚像となり得、それらによって形成される２つの虚像も正立状態である。

では、人間の目が作る像は実像ですか、それとも虚像ですか。人間の目の構造は凸レンズに相当することが知られているため、外界の物体が網膜上に形成する像は実像です。上記の経験則によると、網膜上の画像は上下逆さまに見えます。しかし、私たちが普段目にするもので、はっきりと直立しているものはありますか?この「経験の法則」との対立には、実際には大脳皮質の調整と人生経験の影響が関係しています。

物体と凸レンズの距離がレンズの焦点距離よりも大きい場合、物体は倒立像になります。物体が遠くからレンズに近づくと、像は徐々に大きくなり、像とレンズの間の距離は徐々に大きくなります。物体とレンズの距離が焦点距離よりも小さい場合、物体は拡大像になります。このイメージは、実際の屈折光の収束点ではなく、ライト スクリーンでは受け取れない逆延長線の交点です。虚像です。これは、平らな鏡によって形成される虚像と比較することができます (光スクリーンでは受信できず、目でのみ見ることができます)。

オブジェクトとレンズの間の距離が焦点距離よりも大きい場合、オブジェクトは上下逆さまの画像になります。この像は、ろうそくの光が凸レンズを通して凸レンズに当たることによって形成されます。物体とレンズの間の距離が焦点距離より短い場合、物体は正立虚像になります。