「レンズ」の版間の差分
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{{Otheruses|透明の球面体|その他|レンズ (曖昧さ回避)}} |
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[[ファイル:BiconvexLens.jpg|サムネイル|レンズ]] |
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[[ファイル:Lens2-ja.svg|サムネイル|レンズの断面形状の種類]] |
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'''レンズ'''({{Lang-nl-short|lens}}、{{Lang-zh-short|透鏡}})とは、 |
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[[ファイル:Lens2-ja.svg|thumb|レンズの断面形状の種類]] |
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#[[光]]を[[屈折]]させて[[発散]]または[[集束]]させるための[[光学素子]]。本項で詳述する。 |
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#上記光学素子と同じ役割をする素子や技術、自然現象など。本項でも説明する。 |
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#[[写真レンズ]]のこと。複数のレンズを含む機械要素や電子回路などで構成される。 |
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==概要== |
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[[光]]を[[屈折]]させて[[発散]]または[[集束]]させるための[[光学素子]]。通常は、両側面を[[球面]]と球面または球面と[[平面]]とした[[透明体]]である。 |
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「'''透鏡'''」とも呼ばれる。 |
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用途によっては、片面または両面を球面ではなくした[[非球面レンズ]]も利用される。 |
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実用上の多くのレンズは1つの軸([[光軸]])のまわりに[[回転対称]]な面でできていて、以下の説明では主にこの場合を扱う。回転対称でない例として[[乱視]]用めがねレンズ([[トーリックレンズ]])、棒状の半円柱形ルーペなどがある。入射した平行[[光束]]を収束させる働きを持つものを'''[[凸レンズ]]'''、発散させるものを'''[[凹レンズ]]'''という。通常、レンズ中央部は凸レンズでは厚く、凹レンズでは薄い<!--ただし、これが凸・凹の定義ではない。反例としては軸外しレンズ、フレネルレンズなど。-->。 |
実用上の多くのレンズは1つの軸([[光軸]])のまわりに[[回転対称]]な面でできていて、以下の説明では主にこの場合を扱う。回転対称でない例として[[乱視]]用めがねレンズ([[トーリックレンズ]])、棒状の半円柱形ルーペなどがある。入射した平行[[光束]]を収束させる働きを持つものを'''[[凸レンズ]]'''、発散させるものを'''[[凹レンズ]]'''という。通常、レンズ中央部は凸レンズでは厚く、凹レンズでは薄い<!--ただし、これが凸・凹の定義ではない。反例としては軸外しレンズ、フレネルレンズなど。-->。 |
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[[素材]]としては[[ガラス]]や、[[有機ガラス]]などの透明な[[プラスチック]]類が主に使われる。特に[[光学機器]]のレンズには[[光学ガラス]]が使われ、 |
[[素材]]としては[[ガラス]]や、[[有機ガラス]]などの透明な[[プラスチック]]類が主に使われる。特に[[光学機器]]のレンズには[[光学ガラス]]が使われ、特殊な性質が必要とされることも多く[[蛍石]]などの特殊材料がある。<!--高精度を求められるレンズでは[[トリウム]]などの特殊な素材を添加することもある。--><!--←弗素とかいくらでもそういう添加物はあるんで、トリウムだけ挙げる意味がない--> |
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⚫ | [[顕微鏡]]として微細な世界とそこに潜む微細な[[生命]]を発見させたり、[[望遠鏡]]として[[地球]]外の世界を見せるなど、レンズは[[科学]]の発展([[科学史]])に大きく関与している。 |
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その他、[[写真]]およびその延長である[[映画]]、今や写真の技術が不可欠である[[印刷]]、その延長である[[集積回路]]の[[フォトマスク]]など現代の文明に欠くことのできない物である。 |
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⚫ | [[写真レンズ|写真撮影用のレンズ]]など、1セットのモジュールとなっているもの全体をレンズと言うことも多い。[[眼]]の[[水晶体]]もレンズと呼ばれる。 |
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[[懐中電灯]]などの[[照明|照明器具]]の灯り([[光束]])を制御する目的でも多く利用される。 |
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⚫ | [[写真レンズ|写真撮影用のレンズ]]など、1セットのモジュールとなっているもの全体をレンズと言うことも多い。 |
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レンズの[[語源]]は[[レンズマメ |
レンズの[[語源]]は[[レンズマメ]]︵ヒラマメ、{{Lang-la|''lens''}}︶である。当初作成されたレンズは凸レンズであり、その形状がレンズマメに似ていたことからこの名前が付いた<ref>[https://kotobank.jp/ejword/lens lensの意味 - 英和辞典 - コトバンク]</ref><ref>[https://emg-gweb.com/3104/ レンズ豆とレンズ - EMG エンパイヤメガネグループ]</ref>。
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日本では、眼鏡、拡大鏡、顕微鏡、望遠鏡のように、元来は反射鏡の意 |
日本では、眼鏡、拡大鏡、顕微鏡、望遠鏡のように、元来は反射鏡の意だった﹁鏡﹂が<!--、おなじ精密光学機器であるためか、←憶測は要らない-->レンズにも流用された。宝石の意味もある﹁玉﹂︵鏡筒の前後端のレンズを前玉・後玉等︶や、稀に﹁鏡玉﹂といった言い回しも使われるが、一般的ではない。
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文脈によるが「鏡玉」は、宝物としての鏡と玉という意味のことも多い。 |
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== 歴史 == |
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現在確認されている世界最古のレンズは[[アッシリアの水晶レンズ|ニムルドのレンズ]]である。ユーラシア大陸の古代文明において、レンズは着火用に用いられていた。 |
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== 凸レンズ == |
== 凸レンズ == |
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[[ファイル:Lens3-ja.svg|thumb|図1-2 物体が焦点距離より遠いときは実像ができる]] |
[[ファイル:Lens3-ja.svg|thumb|図1-2 物体が焦点距離より遠いときは実像ができる]] |
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[[ファイル:Lens3b-ja.svg|thumb|図1-3 物体が焦点距離より近いときは虚像ができる]] |
[[ファイル:Lens3b-ja.svg|thumb|図1-3 物体が焦点距離より近いときは虚像ができる]] |
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光は、ガラスなど透明な[[物質]]に入るときに[[屈折]]し、 |
光は、ガラスなど透明な[[物質]]に入るときに[[屈折]]し、出るときにも屈折する。回転対称なガラスで軸から離れるほど内側に屈折するように傾けた形状︵ふちより中央が厚い形状︶にすれば、光が集まるようにすることができる。これを'''凸レンズ'''︵とつレンズ、{{Lang-en-short|convex lens}}︶という。
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一枚のレンズについては、その回転対称軸を'''[[光軸]]'''と呼ぶ。以下ではレンズに入射する光束が光軸付近の十分細い領域を通る︵[[近軸近似]]が成り立つ︶とする。光軸に平行な光線は凸レンズを通過したのち一点に集まる。この点を'''[[焦点 (光学)|焦点]]'''と呼ぶ。 |
一枚のレンズについては、その回転対称軸を'''[[光軸]]'''と呼ぶ。以下ではレンズに入射する光束が光軸付近の十分細い領域を通る︵[[近軸近似]]が成り立つ︶とする。光軸に平行な光線は凸レンズを通過したのち一点に集まる。この点を'''[[焦点 (光学)|焦点]]'''と呼ぶ。レンズに入る前の光線とレンズから出て焦点を通る光線とが交わる点から光軸上に下ろした垂線の足を'''[[主点]]'''と呼ぶ<!--厳密な定義﹁主面と光軸の交点﹂とは異なるか-->。主点から焦点までの距離を'''[[焦点距離]]'''と呼ぶ。また平行光をレンズの前後どちら側から入れるかに対応して二つの焦点が存在することになり、主点も二つ存在する。ただし、焦点距離は前後どちらも等しい。レンズの厚みが無視できる程度に薄いと仮定︵[[薄レンズ近似]]︶した場合、二つの主点は一致する。
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凸レンズには主に |
凸レンズには主に下記のような性質がある(図1-1)。 |
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# 光軸に平行な光線は凸レンズを通ったのち焦点を通る |
# 光軸に平行な光線は凸レンズを通ったのち焦点を通る |
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# 焦点から出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 |
# 焦点から出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 |
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# レンズの[[節点]]を通る光は角度を変えずに進む |
# レンズの[[節点]]{{要曖昧さ回避|date=2021年10月}}を通る光は角度を変えずに進む |
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=== 実像と虚像 === |
=== 実像と虚像 === |
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結果として物点から出てレンズへ向かう光はレンズの反対側の一点︵[[像点]]︶を通る。軸からの物点の高さと像点の高さとの比は一定となる。像面に[[スクリーン]]を置けば物体が逆さまに拡大・縮小された像が投影されることになる。このように物点からの光が像点で交わってできる像を'''[[実像]]'''と呼ぶ。
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結果として物点から出てレンズへ向かう光はレンズの反対側の一点︵[[像点]]︶を通る。軸からの物点の高さと像点の高さとの比は一定となる。像面に[[スクリーン]]を置けば物体が逆さまに拡大・縮小された像が投影されることになる。このように物点からの光が像点で交わってできる像を'''[[実像]]'''と呼ぶ。
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物側焦点より近い物体上の点から出た光(図1-3)について考えると、 |
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# 物体から軸に平行にレンズに向かう光は、屈折されたあと像側焦点を通る光になる |
# 物体から軸に平行にレンズに向かう光は、屈折されたあと像側焦点を通る光になる |
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# 節点を通る光は、レンズを通る前後で角度が変わらない(薄レンズ近似では主点と節点が一致するため、ただ直進する) |
# 節点を通る光は、レンズを通る前後で角度が変わらない(薄レンズ近似では主点と節点が一致するため、ただ直進する) |
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で表される(''m'' は実像では負、虚像で正である)<ref name="Smith_MOE" />。 |
で表される(''m'' は実像では負、虚像で正である)<ref name="Smith_MOE" />。 |
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上記レンズの公式の別の表現として、前側焦点と物との座標差を'' z ''、後側焦点と像との座標差を'' z' ''とおくと以下のニュートン形式の式が成り立つ<ref name="Smith_MOE" />。 |
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{{Indent| |
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''-zz' '' <nowiki>=</nowiki> ''f''<sup> 2</sup><br /> |
''-zz' '' <nowiki>=</nowiki> ''f''<sup> 2</sup><br /> |
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''m'' <nowiki>=</nowiki> -''z' ''/''f'' <nowiki>=</nowiki> ''f''/''z''}} |
''m'' <nowiki>=</nowiki> -''z' ''/''f'' <nowiki>=</nowiki> ''f''/''z''}} |
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=== 副実像<ref>{{Cite web|和書|url=https://sh.higo.ed.jp/utosh/wysiwyg/file/download/24/327 |title="副実像"の写像公式化の研究 |accessdate=2022-03-05 |publisher=[[熊本県立宇土中学校・高等学校|熊本県立宇土高等学校]]}}</ref> === |
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{{節スタブ|上の参考文献に基づく記述をお願いします。|date=2022年3月5日 (土) 12:44 (UTC)}} |
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=== ルーペ === |
=== ルーペ === |
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[[ファイル:Magnifying glass.jpg|thumb|虫眼鏡(凸レンズの代表的利用例)]] |
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[[ファイル:Loupe-optical path.svg|thumb|right|ルーペの光路図]] |
[[ファイル:Loupe-optical path.svg|thumb|right|ルーペの光路図]] |
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* 目を後側焦点に置く(''z'' = 0)。このとき倍率は一定で ''M'' = ''L''/''f'' となり物体の位置によらない。 |
* 目を後側焦点に置く(''z'' = 0)。このとき倍率は一定で ''M'' = ''L''/''f'' となり物体の位置によらない。 |
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商品としてのルーペには ''M''<sub>0</sub> = 250/''f'' を倍率として表示している場合<ref>{{Cite web |
商品としてのルーペには ''M''<sub>0</sub> = 250/''f'' を倍率として表示している場合<ref>{{Cite web|和書 |
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|author = [[ニコンビジョン]] |
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}}</ref>と、 |
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''M'' = (250/''f'') + 1 = ''M''<sub>0</sub> + 1 を表示している場合<ref>{{Cite web |
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|author = 池田レンズ工業 |
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}}</ref>、あるいはそのいずれでもない場合(目と物体の間の距離を 250 mm としてレンズをその中間に置いたときの倍率<ref>{{Cite web |
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|author = ニコンビジョン |
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== 凹凸レンズ == |
== 凹凸レンズ == |
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凹凸レンズ(英:meniscus lens)は、英語名のまま、メニスカスレンズとも呼ばれる。レンズの片面が凸、もう片面が凹になったレンズで、二つの面の相対的な曲率の違いに応じて中央が周囲より厚い場合は凸レンズとして、逆の場合は凹レンズとして働く。眼鏡の場合は単体で、また光学機器で他のレンズと組み合わせて使用される。
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== レンズの種類 == |
== レンズの種類 == |
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屈折率により光路を制御するレンズ |
===屈折率により光路を制御するレンズ=== |
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* [[回折レンズ]] - [[回折]]を利用したもので、一部の写真レンズの部品として用いられている。 |
* [[回折レンズ]] - [[回折]]を利用したもので、一部の写真レンズの部品として用いられている。 |
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* [[非球面レンズ]] - [[収差]]を抑える︵場合によってはゼロにする<ref>レーザー用など、目的によってはゼロにできる場合がある。</ref>︶ため、面を真球ではなくしたレンズ。[[写真レンズ]]や光学式メディアのピックアップ用レンズや[[眼鏡]]用として生産されている。
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⚫ | * [[セルフォックレンズ]] - 屈折率分布型の端面が平坦なレンズ。アライメントがし易いため[[WDM]][[光通信]]のコンポーネントなどに使われる。 |
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* [[非球面レンズ]] - [[カメラ]](特にレンズ交換式[[一眼レフカメラ]])用の[[写真レンズ]]で、[[光]]の[[屈折]]によって生じる[[収差]]効果による、樽型歪曲や糸巻き収差、[[色収差]]を抑えた特殊なレンズ。 |
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* [[セルフォックレンズアレイ]](SLA) - セルフォックレンズをアレイ状に並べたもの。プリンタやコピー機の光学系などに使われる。 |
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⚫ | * [[電子顕微鏡]]では光の代わりに[[電子線]]を用いて試料の拡大像や[[電子線回折|回折]]図形を得るが、この電子線を曲げるレンズ([[電子レンズ]])として電磁石を用いた磁界レンズや静電場を使った静電レンズが用いられる。 |
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⚫ | * [[放射光]]などによる[[X線回折]]では、回折によってX線を集光するX線レンズが用いられている。X線レンズの材料として金属多層膜などが挙げられる。 |
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===光学レンズと同様な働きをする技術、現象=== |
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その他の分野では |
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⚫ | * [[放射光]]などによる[[X線回折]]では、[[回折]]によって[[X線]]を集光する[[X線レンズ]]が用いられている。X線レンズの材料として[[金属多層膜]]などが挙げられる。 |
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===光以外の物をレンズのように制御する技術=== |
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* [[爆薬レンズ]] |
* [[爆薬レンズ]] |
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* [[風レンズ]] - 小型の[[風力発電]]用[[風車]]に用いられる技術 |
* [[風レンズ]] - 小型の[[風力発電]]用[[風車]]に用いられる技術 |
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* [[音響レンズ]] - [[音波]]の収束に使用される。[[ソナー]]や[[イルカ]]等の[[海獣|海洋哺乳類]]にみられる。 |
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* [[誘電体装荷アンテナ]] - [[アンテナ]]の開口部に設置された[[誘電体]]により、見かけの開口率を高める。 |
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== 脚注 == |
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* [[写真レンズ]] |
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== 外部リンク == |
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2024年5月20日 (月) 23:23時点における最新版
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d8/BiconvexLens.jpg/220px-BiconvexLens.jpg)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b6/Lens2-ja.svg/220px-Lens2-ja.svg.png)
概要[編集]
光を屈折させて発散または集束させるための光学素子。通常は、両側面を球面と球面または球面と平面とした透明体である。 ﹁透鏡﹂とも呼ばれる。 用途によっては、片面または両面を球面ではなくした非球面レンズも利用される。 実用上の多くのレンズは1つの軸︵光軸︶のまわりに回転対称な面でできていて、以下の説明では主にこの場合を扱う。回転対称でない例として乱視用めがねレンズ︵トーリックレンズ︶、棒状の半円柱形ルーペなどがある。入射した平行光束を収束させる働きを持つものを凸レンズ、発散させるものを凹レンズという。通常、レンズ中央部は凸レンズでは厚く、凹レンズでは薄い。 素材としてはガラスや、有機ガラスなどの透明なプラスチック類が主に使われる。特に光学機器のレンズには光学ガラスが使われ、特殊な性質が必要とされることも多く蛍石などの特殊材料がある。 顕微鏡として微細な世界とそこに潜む微細な生命を発見させたり、望遠鏡として地球外の世界を見せるなど、レンズは科学の発展︵科学史︶に大きく関与している。 その他、写真およびその延長である映画、今や写真の技術が不可欠である印刷、その延長である集積回路のフォトマスクなど現代の文明に欠くことのできない物である。 写真撮影用のレンズなど、1セットのモジュールとなっているもの全体をレンズと言うことも多い。眼の水晶体もレンズと呼ばれる。 懐中電灯などの照明器具の灯り︵光束︶を制御する目的でも多く利用される。 レンズの語源はレンズマメ︵ヒラマメ、ラテン語: lens︶である。当初作成されたレンズは凸レンズであり、その形状がレンズマメに似ていたことからこの名前が付いた[1][2]。 日本では、眼鏡、拡大鏡、顕微鏡、望遠鏡のように、元来は反射鏡の意だった﹁鏡﹂がレンズにも流用された。宝石の意味もある﹁玉﹂︵鏡筒の前後端のレンズを前玉・後玉等︶や、稀に﹁鏡玉﹂といった言い回しも使われるが、一般的ではない。 文脈によるが﹁鏡玉﹂は、宝物としての鏡と玉という意味のことも多い。凸レンズ[編集]
基本的性質[編集]
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/55/Lens3-ja.svg/220px-Lens3-ja.svg.png)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7d/Lens3b-ja.svg/220px-Lens3b-ja.svg.png)
実像と虚像[編集]
物側焦点より遠い物体上の点︵物点︶から出た光︵図1-2︶について考えると、 (一)物から軸に平行にレンズに向かう光は、屈折されたあと像側焦点を通る光になる (二)物側焦点を通ってレンズへ向かう光は、屈折されたあと軸に平行な光になる 結果として物点から出てレンズへ向かう光はレンズの反対側の一点︵像点︶を通る。軸からの物点の高さと像点の高さとの比は一定となる。像面にスクリーンを置けば物体が逆さまに拡大・縮小された像が投影されることになる。このように物点からの光が像点で交わってできる像を実像と呼ぶ。 物側焦点より近い物体上の点から出た光︵図1-3︶について考えると、 (一)物体から軸に平行にレンズに向かう光は、屈折されたあと像側焦点を通る光になる (二)節点を通る光は、レンズを通る前後で角度が変わらない︵薄レンズ近似では主点と節点が一致するため、ただ直進する︶ 結果として、実際には物点から出てレンズへ向かった光をレンズの反対側から見ると、あたかも物点より遠くの一点から出たかのように進む。このように物点からの光が像点で交わらずにできる像を虚像と呼ぶ。虚像は、ルーペのようにレンズを覗き込むことで観察できる。虚像の場合にも軸からの物点の高さと像点の高さとの比は一定となる。実像の場合と違い、光が実際に1点に集まるわけではないので、スクリーンを置いても像を投影することはできない。レンズを覗いて虚像を観察できるのは、目が網膜上に実像を結像させるからである。レンズの公式[編集]
副実像[4][編集]
![]() | この節の加筆が望まれています。 |
ルーペ[編集]
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/80/Magnifying_glass.jpg/220px-Magnifying_glass.jpg)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1e/Loupe-optical_path.svg/220px-Loupe-optical_path.svg.png)
凹レンズ[編集]
基本的性質[編集]
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2e/Lens4-ja.svg/220px-Lens4-ja.svg.png)