光学レンズについて詳しく解説

導入

レンズ

レンズは均質で等方性の透明な要素で、伝統的にガラスで作られており、その少なくとも 1 つの面は平坦ではなく、光を収束または発散させることを目的としています。

その使用は、その屈折率が、それが浸漬されている媒体 (空気、油、水など) の屈折率とは異なることを意味します。レンズはガラスまたは有機材料で作られることが多く、ほとんどの場合、光軸と一致する対称軸を持っています。

電場や磁場によって他のタイプの電磁波に作用するレンズもあります。

歴史

レンズの使用の最初の痕跡は古代ギリシャにあります。アリストパネスは、紀元前 423 年に書かれた戯曲『雲』の中で特に言及しています。ファイヤーグラス（太陽光線を集束させて火を起こすために使用される凸レンズ）を連想させるBC。

大プリニウス (23-79) の著作も、そのような装置がローマ帝国で知られていたことを示しています。彼らは、ネロが剣闘士の演技で凸型のエメラルドを使用したこと（おそらく近視を矯正するため）を説明することにより、視力を矯正するためのレンズの最初の使用と解釈できるものについて言及しています。小セネカ (紀元前 3 年 – 65 年) は、水を満たしたガラス球の拡大効果について説明しています。

アラブの数学者アルハゼン(965-1038) は、レンズがどのように網膜上に像を形成するかを説明した最初の光学論文を書きました。

しかし、レンズは、おそらく 1280 年代にイタリアで発明された処方眼鏡が広く使用されるまで、一般の人々によって使用されることはありませんでした。

定義

集光レンズと発散レンズ

レンズの入射面と出射面の形状に応じて、レンズは収束性または発散性になります。

• 収束レンズは、平行な光ビーム (平面波) を、レンズの下流の点に向かって収束するビームに変換します。
• 発散レンズは、平行光線 (平面波) を、レンズの上流の点から来たように見える発散光線に変換します。

レンズには次の 6 種類があります。

• 収束レンズ:
  • 両凸レンズ: 2 つのジオプターは球面であり、球の中心はそれぞれレンズ面の片側にあります。
  • 平凸レンズ: ジオプターの 1 つは球面で、もう 1 つは平面です。
  • 収束メニスカス: 2 つのジオプターは球面であり、球の中心はレンズ面の同じ側にあります。
• 発散レンズ:
  • 両凹レンズ: 2 つのジオプターは球面であり、球の中心はそれぞれレンズ面の片側にあります。
  • 平凹レンズ: ジオプターの 1 つは球面で、もう 1 つは平面です。
  • 発散メニスカス: 2 つのジオプターは球面であり、球面の中心はレンズ面の同じ側にあります。

二重矢印記号は、薄いレンズの場合に使用されます。これにより、ガウスの条件を尊重するとき、つまり、レンズに当たる光線が光学レンズの近くに当たるとき、特定の近似のおかげで構造を簡素化することができます。レンズの中心とその方向が光軸に近いことを確認してください。

レンズが薄いか厚いか

薄型レンズとは、以下の3つの条件を満たすレンズのことです。

• レンズの厚さが第一面の半径に比べて小さい、
• レンズの厚さが第2面の半径に比べて小さい、
• レンズの厚さは、第１の面の半径と第２の面の半径との差の絶対値より小さい。

厚いレンズには、薄いレンズと同じ（単純な）特性がありません。

シリンドリカルレンズ

したがって、シリンドリカルレンズは広義の円筒（曲線をジェネレーターに従って平行移動した形状）となります。視度はそれ自体が円柱です。

ジェネレーターを含む平面内を伝播する光線の場合、光線は窓のように動作し、光線は偏向されません。ジェネレーターに垂直な平面内を伝播する光線の場合、軸対称の古典的なレンズのように動作します。

これらは主に次の 2 つのアプリケーションで使用されます。

• 教育目的: ジェネレーターの軸 (「横向き」) で見ると、断面で見た古典的なレンズに似ています。この形状により、テーブル上に安定して置くことも、磁石付きのボード上に置くこともでき、光線の経路を視覚化することができます。
• アナモルフォーゼの場合: 光線は伝播面に従って同じように偏向されず、画像が歪みます。このプロパティは、Hypergonar 原理に従って、アナモルフィック撮影 (CinemaScope) で特に使用されます。