質問: レンズによる結像 こんばんは。 高校物理で少し気になったことがあるので質問します。(とはいっても中学レベルですが・・・(^_^;)) レンズによる実像や虚像の作図をするとき、 (1)光軸に平行な光 (2)レンズの中心をとおる光 (3)レンズの手前の焦点をとおる光 の交点を求めて作図します。いつも書いていてふと思ったのですが、この三本はなぜ常に一点で交わるといえるのでしょうか?確かに像というものは実在しているわけですし、実際作図をしても一点で交わるので、このような事実があるということはわかるのですが、それがなぜなのかイマイチわからず、少し気持ち悪い感じがします。 おそらく、幾何的な数学の質問に帰着してしまいそうな気がするのですが、どなたか常に一点で交わるのだということを証明してくださらないでしょうか。
回答: まず、第1にレンズとはそういうものであるから 次に、添付していただいたような図だと誤解しやすいのですが、 その図は、上向矢印(ろうそく)の先端部分がどこに結像するかのみを示した図です。 結像を議論するのであれば、ろうそくのありとあらゆる部分で光線の行方を描かなければなりません 安易に先端のみの結像部分を求めて光軸に垂線を下ろしてしまいがちですが、せめて先端・中間・下端について光線の行方を描くべきでしょう。 実際のレンズで描くと、結像面がずれたりしてザイデルの収差等がわかるようになります。