凸レンズによる対象の拡大と虚像との関係について

質問

凸レンズによって対象が拡大されて見えることを幾何光学では虚像として図示しますが、物理学的に見ると網膜のうえでの光はどうなっていると考えるのでしょうか。凹レンズによる近視の矯正においても同じような疑問が出てくるように思うのですが・・・

回答No.6

Hikaru99 · ベストアンサー

虚像というのは何か考えてみると良いと思います。
例えば、鏡に映した物体を見ているとき、物体から出た光は鏡の表面で反射し、私たちの目に届いています。私たちの目は物体から出た光が鏡で反射していることはわかりませんので、反射光を鏡の中の方へ延長したところに物体があるように見えるのです。１０円玉を底に入れたコーヒーカップに水を注いでいくと、１０円玉が見えるという実験がありますね。注いだ水によって１０円玉から出ている光が水面で屈折しているから見えるようになるわけですが、見ている側からすると、光が水面で屈折していることはわかりませんから、水面から出てきた光を水の中へ延長した方に１０円玉が見えるようになります。これは虫眼鏡で物体を拡大して見たときも同じです。

実像と虚像の大きな違いは、実像は光が集まってできた像で、虚像は光が集まってできた像ではないということです。だから実像はスクリーンに映すことができますが、虚像はスクリーンに映し出すことができません。このことと、目でものを見ていることを混同してしまうと話がわかりにくくなります。

私たちが目で実像や虚像を見ているときには、そこからやってきた光が目に入って網膜に実像を結んでいるわけです。実像の場合は実像からやってくる光を見ています。虚像は、光が集まってできた像ではないので、そこから光がやってきているわけではありませんが、光の反射や屈折のために、虚像の位置にあたかも物体が見えるように、光が目に入ってきているということです。

下記の本がわかりやすいと思います。

図解入門レンズの基本と仕組み
http://www.amazon.co.jp/exec/obidos/ASIN/4798010286/qid=1126572697/sr=1-2/ref=sr_1_10_2/249-7915630-2748348

お礼

ご丁寧にご教示くださいましてありがとうございます。鏡でまず考えたほうがわかりやすいと思いました。

回答No.5

paddler

> あたかもそこに対象があるかのように思わせる網膜上における物理学的条件は何か．．．

それは「立体感」「距離感」の類の"感覚的"なものだと思いますよ。例え、無地の
背景に置かれて奥行きの比較対象のない場合でも、更に両眼でなく片眼で見て
３Ｄ感の無い場合においてにも、"鉛筆"なら"鉛筆"で「本来の太さ・長さ」の感覚が
脳に記憶されていますから、「見かけの大きさ」から「距離感」が発生します。

　「あたかもそこに対象があるかのように思わせる」

というのは、つまり「眼で見た感覚と実際の位置が違う」ことを指して書いて
おられるのだと思いますが、例えば下記の違いを考えてみてください。

　（１）無地の背景の前に実物の鉛筆が置かれていてそれを凸レンズで
　　　２倍の「虚像」として拡大視している

　（２）無地の背景の前に本来の鉛筆の２倍の太さ・長さに作られた
　　　「作り物の鉛筆」が置かれていて、それを直接肉眼で見ている

この２つの場合（どちらも視野には背景と鉛筆以外、比較対象になるものは
入っていない＆手を伸ばして掴もうとしてはダメで見ているだけ）において
見え方・距離感の認識に「違い」が生じると思いますか？
（"作り物故の質感の違い"や"安物の凸レンズ特有の収差"みたいな細かいものは無視）

私には、（確信まではありませんが）違いはないように思えます。
（肉眼の代わりにビデオカメラで写してモニタに表示させた場合を想像すると
容易に分かるはず）

すると、「距離感」の違いは"物理的"には単に「網膜上の像の大きさ」だけの
違いであって、「違いがあるように感じる」のはそれ以外の情報（比較対象が
視野内にある、両眼の立体視による奥行き感、脳に記憶されたその対象の本来の
大きさの情報、手を伸ばしたらそこになかった、等々）から脳が感じ取っている
「距離感」の感覚的違いであるのではないかと思います。

お礼

少し考えさせてください。幾何光学の図によると光の角度が変えられることで虚像が出来るように思わせるのですが、これは同一位相光についてのことかと思っております。ご教示有難うございます。

回答No.4

quantum2000

勘違いしていたようで、スミマセン。

もし、「あたかもそこに対象があるかのように思わせる網膜上における物理学的条件は何かということが疑問」ということでしたら、単純に、
「網膜上に実像が結んでいる（映っている）」という物理的条件
ではダメでしょうか？
その「実像」がどのような原因によって映っているかには関係なく（例えば、実物を直接見ていようが虚像を見ていようが、関係なく）、網膜上に（何らかの意味のある）画像が映っていれば、そこの視神経は脳に何らかの「対象物」をイメージさせる信号を送るのではないでしょうか？

こんな感じでよいのでしょうか？　まと外れなら、ゴメンナサイ！

お礼

どうもご丁寧に応対してくださって有難うございます。私も改めて考えてみたほうがよいと思いました。

回答No.3

quantum2000

物理は専門ではありませんし、Ｎｏ．１さんやＮｏ．２さんと同じようなことなので蛇足ですが・・・

「虚像」というのは、その対象物が見えていると思われる地点（位置）に実際には「像」はなく、例えばスクリーンをその地点に持って行っても「像」は映らない場合だと思います。
「実像」は、ある地点にスクリーンを持って行くと、そこに「像」が実際に映り、それを見ることが出来る場合だと思います。

そこで本題ですが、凸レンズで見ているときの「拡大像」は「虚像」ですが、網膜の上では小さな「実像」を結んでいる、という訳です。実像を結ばないと視神経は情報を得られず、「虚像さえも見えない！」からです。

お礼

ご教示ありがとうございます。表現がうまくなかったのですが、あたかもそこに対象があるかのように思わせる網膜上における物理学的条件は何かということが疑問でした。

回答No.2

takarajun

凸レンズで物を拡大して見ている時はその物体は焦点距離内に有り、アナタの目は焦点距離の外にあるから虚像として見えます。

逆にメガネをかけたときはアナタの目が焦点距離内に有り、メガネを通して見た物は焦点距離の外側に有りますから、拡大鏡で物を拡大して見る場合とは光の進み方が違いますね。

凸レンズのメガネをかけた時は、かけないときよりも焦点が短くなるだけです。

お礼

ご教示ありがとうございます。同一位相の光の問題なのかと思いました。

回答No.1

paddler

> 物理学的に見ると網膜のうえでの光はどうなっていると考えるのでしょうか。

「凸レンズ＋水晶体」が２枚一組の複合レンズ（全体として１つの凸レンズです！）として作用し、網膜上に「実像」を結んでいます。脳は網膜上の倒立像を"正立像"として認識する仕組みなので、虚像の場合は像は反転せず、そのまま正立像として認識されます。「凸レンズ」がないときより像倍率が大きくなっているので、「拡大像」として認識されます。

難しいことを考えなくても、幾何光学で簡単に作図できます。

お礼

ご教示ありがとうございます。光線（？）の入射角度の違いが問題なわけですね。