レンズのしくみの3D解説

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木の表面の一点に光が当たり、そこからさまざまな方向へ反射します。そのうちレンズに届く光が屈折して集まります。木の各点から来る光がそれぞれ小さな点の像をつくり、それらが集まってセンサーに倒立した木の像が現れます。

木にピントが合っていると、木の一点からの光はセンサー面で集まります。遠くの山からの光はセンサーより手前で交差し、その後に広がって届くため、山の像がぼけます。図は木と山の結像位置とセンサー面を分けて示します。

センサーを固定したままレンズを動かし、山の結像位置をセンサーに合わせます。今度は山が鮮明になり、木からの光は集まりきる前にセンサーへ届くため、木の一点が大きな丸になります。ピント合わせによって、どの距離のものが鮮明になるかが入れ替わります。

木と山の光を分けて表示し、絞りを狭めます。通過する光束が細くなると、ピントの合わない一点がセンサー上につくる丸も小さくなります。絞りは理想的な結像位置を動かすのではなく、通る光の範囲を変えます。

焦点距離の場面では、模式的なレンズの曲面を変えて、光の曲がり方、像の大きさ、写る範囲の変化を示します。曲面のふくらみが小さくなると光を曲げる力が弱まり、焦点距離が長くなります。これは光学的な関係を表す図で、実際のズームレンズのガラスが変形するという意味ではありません。

木の各点から広がる光のうち、開口へ向かった光だけがレンズへ入る様子を、立体的に視点を変えて示します。像全体を写せる円形の範囲がイメージサークルです。円の外側へ同じように像が届くわけではありません。この円全体の範囲は、一点のぼけを表す錯乱円とは別のものです。

イメージサークルの上に長方形のセンサー枠を重ね、その内側だけを写真として記録する様子を示します。枠を大きくして円の外へ出すと、隅が暗くなります。光路、レンズの移動、結像位置やぼけなどは関係を見やすくした模式表現で、実機の構造や寸法そのものではありません。

最後はレンズからピンホールへ戻り、太陽の光が小さな穴を直進して箱の内面を照らす様子を示します。太陽の方向が変わると光の当たる位置や面も変わります。観察するのは箱の中に映った光です。太陽を直接見たり、穴を通してのぞいたりしないでください。