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レンズの屈折力とレンズの公式

入射波が光軸に平行ではない場合を考える.
この時も同様に(1−21)(1-21)を考えることができるが、この時右辺の分は曲率の増加量と考えられる.
そのため、この曲率増加量をレンズの屈折力KKとすると、以下のように表せる.

K=(c1−c2)(n−1) \begin{equation} \begin{split} K = (c_1-c_2)(n-1) \tag{1-22} \end{split} \end{equation}

また、レンズに入射する方の曲率を1s\frac{1}{s},出射する方の曲率を1s′\frac{1}{s^\prime}とすると、Kは曲率の増加量なので差を取ってあげると、

1s′−1s=K1s′=1s+K \begin{equation} \begin{split} \frac{1}{s^\prime} - \frac{1}{s} &= K \\ \frac{1}{s^\prime} &= \frac{1}{s} + K \tag{1-23} \end{split} \end{equation}

入射波面が平行の場合で考えると,平行だとs=∞s=\inftyとなるため、lim⁡s→∞1s=0\lim_{s \to \infty} \frac{1}{s}=0となる.
逆に出射波面側はちゃんと位置があるので、1s′\frac{1}{s^{\prime}}である.
この時焦点距離としてs′=fs^{\prime} = fと考えると、(1−23)(1-23)より1f=K\frac{1}{f}=Kと言える.
これを(1−23)(1-23)に代入すると、

1s′=1s+1f \begin{equation} \begin{split} \frac{1}{s^{\prime}} &= \frac{1}{s} + \frac{1}{f} \tag{1-24} \end{split} \end{equation}

これがレンズの公式である.
また、(1−22)(1-22)とK=1fK=\frac{1}{f}より、

1f=(c1−c2)(n−1)=(n−1)(1r1−1r2) \begin{equation} \begin{split} \frac{1}{f} = (c_1-c_2)(n-1) = (n-1)(\frac{1}{r_1} - \frac{1}{r_2}) \tag{1-25} \end{split} \end{equation}

レンズが平凸、つまり入射側は曲率があるが、出射側は曲がってない直線上なので、曲率が無限大となる.
式にするとc2=∞c_2 = \inftyというわけだが、これはつまりr2=∞r_2=\inftyということである.
つまりlim⁡r2→∞1r2=0\lim_{r_2 \to \infty}\frac{1}{r_2} = 0なので、これを(1−25)(1-25)に適用すると、

1f=n−1r1 \begin{equation} \begin{split} \frac{1}{f} = \frac{n-1}{r_1} \tag{1-26} \end{split} \end{equation}

と平凸の場合は言えるわけである.