凸レンズでモノが大きく見える仕組み

質問

いわゆる虚像による説明で納得できるのですが、網膜上の神経細胞（あるいは複数の細胞かもしれません）はどのようにして光源（対象）の位置を感知（あるいは錯覚）するのか全くわかりません。これは生理学の問題なのかもしれませんが、物理学ではどのような説明をするのでしょうか。

回答No.3

el156 · ベストアンサー

No2の補足にお答えします。
水晶体の中心を通る光は水晶体によって屈折することなく網膜上の決まった位置に光点を作ります。網膜上の光点の位置は水晶体の中心を通る光がどの角度で入って来るかによって決まります。だから網膜上に投影される物の大きさは入ってくる光の角度で決まります。瞳孔をいっぱい絞ってピンホールカメラのようにした状態を想像してみてください。瞳孔を絞っても開いても、網膜上での投影位置は変わりません。水晶体は、この光の量を増やすためにあると思えば良いと思います。同じ光源から出発して水晶体の(中心ではない)他の部分を通る光が中心を通る光と同じ場所に到達するように水晶体を調節することで光の量を増やしていると考えると良いです。仮に中心を通る光と同じ場所に到達できなかったとすると光の量は増えますが別の場所から出発した光と混じってしまい、ピンぼけになります。
光の来る方向を捉えているというのは人間のような目を持たない動物でも一緒です。ただ人の目は光を効率よく集められるようにレンズを持っているということだと思います。元は同じ祖先から進化したのでしょうから当然と言えば当然かもしれません。例え網膜が無くても自分が向きを変えれば光の方向は捉えられるわけで、網膜にすら、拘る必要はあまり無いと思います。

お礼

ご丁寧にご教示いただきありがとうございます。自分の勉強が足りないことがよくわかりましたので、少し時間をいただければと思います。

回答No.2

el156

やはり遠近の問題を避けてはご満足いただけないようですね。補足の質問にお答えします。
物の構造(肌理)が為す角度が大きくなるのは見かけの大きさが大きくなるということです。仮に瞬間視のようなものがあるとすればそれが全てで奥行きの情報は無いことになりますが、人も含めて生き物はそのように環境を見ていません。私たちは視点を変えて環境を見回し、光学的情報がやって来る方向の変化を捉えることで奥行きも含めた環境の配列を直接認識します。瞬間(平面)視→立体視という順序はありません。でも情報はそれだけではありません。最も単純には、ただ大きい物を近いと判断する場合もありますし、回りの物との比較や肌理の変化で大きさを判断することもあります。これらの全ては限られた情報から一番もっともらしいことを抽出する正しい手段になっていますので、「錯覚」とは呼びたくありません。
良くある虚像の説明図では、虚像の焦点は実物よりも遠くの点で結びます。これは、視点を上下左右に動かして虫眼鏡の先の虚像を見た時の光の向きの変化が虚像の場所に実物がある場合と一致していることを意味します。先に説明した「物の構造が為す角度」とは逆なので注意してください。今回は視点の方が動いた場合の物の所定の一点から来る光の方向のことを言っています。この理屈からすれば、虫眼鏡を通すと非常に大きな物が実際にあるよりも遠くに見える筈です。虫眼鏡を使ったとき、質問者の方には、遠くに大きな物があるように見えますか？この辺りは個人差もあるかもしれませんが、少なくとも私には「遠く」に見えません。虫眼鏡は普通視野よりも小さいので眼鏡の枠の内と外を同時に見てしまいますし、見ようとする物のおよその大きさを予め知っているから、ということもあるのだろうと思います。
というわけで、最初の質問への回答としては、単純に、物の構造が為す角度が大きくなるために大きく見える、ということで良いのではないかと思います。

お礼

再度のご教示に感謝いたします。ご教示を拝見して後に感じた私の感想を補足いたしました。

補足

ご丁寧に説明をいただきましたが、私の疑問は網膜にできる像そのものは大きくないだろうということではないかと思っております。また当たる光の方向というものがどうやって網膜の細胞に与える影響の差を生むのかも知りたいと思いました。

回答No.1

el156

所定に位置からの、見ようとする物の構造が為す角度が大きくなるからです。目の構造には関係ありません。トンボが虫眼鏡を使えばやはり物は大きく見えるでしょう。良くある虚像の説明図は確かにわかり難いと思います。レンズの先に虚像を結んでみるのではなくて、レンズの有無で、ろうそくの底と先端(見ようとするものの構造)が為す角度がどのように変わるか考えてみてください。(本当は遠近と大小の区別の問題もあるのですが、ややこしいのでこれには触れずにお答えしました。)

補足

角度が変わるということと光源の位置が変わったように思えるということとの関係についてはどうなのでしょうか。虚像という言い方とも関係があると思うのですが。