焦点と結像点

焦点とは、無限遠からの光が集光する点である。無限遠からの光とは、例えば太陽の光のように、非常に遠くの場所からくる光のことをいう。一方、結像点という言葉も存在する。結像点とは、レンズの前に物体を置いた時、その物体の像ができる点である。この結像点は物体からレンズまでの距離によって、位置が変化する。焦点は、物体が無限遠にあるとした場合の結像点に相当し、位置は変化しない。

図1: 焦点と結像点

レンズの後側焦点と前側焦点

レンズの焦点は、前と後ろそれぞれにあり、2点存在する。図2で、レンズの前方に無限遠の光を入れた時、光が集光する点を後側焦点(a)、レンズ後方から無限遠の光を入れた時に、光が集光する点を前側焦点(b)という。逆に前側焦点から出た光は、レンズを通ると平行に進むことになる(c)。

レンズの前と後ろの判別は、メガネや望遠鏡など光の入射する方向が決まっている場合、入射する側が前、出射側が後ろになる。ただし、レンズ単体の場合、前後が必ずしも決まっているわけではない。

図2: レンズの後側焦点と前側焦点

凹レンズの後側焦点と前側焦点

凸レンズだけでなく、光を発散させる凹レンズにも焦点が存在する。図3のように、発散する光を反対方向に延長すると、仮想集光点が現れてくる。この点が凹レンズの焦点である。凹レンズの場合、前から光を入射したときの後側焦点は、凹レンズの前方にあり、一方、後ろから入射すると、前側焦点はレンズの後方に存在する。

図3: 凹レンズの後側焦点と前側焦点