凸レンズは無数のピンホールと似ているのでしょうか

質問

前回の質問でずいぶん勉強させていただきましたが、凸レンズは、どこかピンホールに似た働きをしているように思いました。高校で習った物理学の中の光学はあまり分からなかったのですが、改めて勉強してみたいと思いました。たんに像が倒立するところが似ていると思ったのですが、もっと深い理由があるのでしょうか。

回答No.3

foobar · ベストアンサー

凸レンズとピンホールで倒立像が出来る様子を図にすると、このような感じになります。
ピンホールでは、被写体から出てくる光線のうち、中心のピンホールに至った光線だけが直進で通過します。
凸レンズでも同様にレンズ中心を通過する光線は直進で通過します。
この、「中心を通る光線が直進する」だけが共通しています。

レンズを使った光学系でも、この「中心を通る光線」に相当する光線はちょっと特別扱いされていて「主光線」と呼ばれています。
ピンホールを使った系は、「主光線だけが存在する系」と呼べるかもしれません。

お礼

よく納得できるご説明でした。共通といえば主光線というところですね。ありがとうございました。

補足

凹レンズについては凸レンズのピンホールに対応するものはないのでしょうか。

回答No.5

foobar

＃３補足に関して。
もともと、ピンホールとレンズって機能が大きく異なるもの（レンズは光線を屈折させて、集光あるいは発散させるのに対して、ピンホールは無数の光線の中から一つの光線を選択する）なので、凸レンズや凹レンズに対応するピンホールというのは無いかと思います。

お礼

ご教示ありがとうございました。

回答No.4

hitokotonusi

>できる像の物理学的性質も異なるのでしょうか。

とうぜん違います。

図の水色のスクリーンを左右に動かすと，凸レンズでは図のとおりの一点でしか像を結ばずそこからはずれるとボケてしまいますが，ピンホールならどの位置でも像ができます(限度はありますが)。

明るさも物理的な性質に加えていいなら，ピンホールは像が致命的にくらい。ほとんどの光線を捨てているのだからこれは当然です。

お礼

ご教示ありがとうございます。勉強します。

回答No.2

hitokotonusi

左側の点(黒丸)がスクリーン上で同じ点(黒丸)になって写るということは同じですが，レンズは広がった光を一点に集めて点を作る，ピンホールは広がった光を遮ってしまって細い光線にして点を作る，という作用なので，結果は似ていても全く異なる性質のものです。

お礼

ご教示ありがとうございます。光線は直角に入らなくても同じことが言えるわけですね。ピンホールの厚さ（？）が問題になりそうに思いますが。

補足

できる像の物理学的性質も異なるのでしょうか。

回答No.1

foobar

凸レンズには集光能力がありますが、ピンホールにはありません。
ピンホールで像ができるのは、通過する光線を限定しているからです。その点ではレンズよりもカメラなどの絞りに似ています。

お礼

早速の御教示ありがとございます。

補足

像が倒立することにも共通点はないのでしょうか。