1/a + 1/b = 1/f
※ 凸レンズは f > 0。a はレンズから物体までの距離(正の値)。単位は揃っていれば cm でも m でも構いません。
凸レンズの結像はレンズの公式で求められます。
1/a + 1/b = 1/f → b = 1 / ( 1/f − 1/a )
a:物体距離(レンズから物体まで、正の値)b:像距離。b > 0 なら反対側にできる実像、b < 0 なら物体側にできる虚像f:焦点距離。凸レンズは f > 0(凹レンズなら f を負で入力)m = b / a。|m|が像の大きさ/物体の大きさ。像の判定
符号の規約:ここでは「実像側の像距離 b を正」とし、m = b/a の正=倒立・負=正立として向きを表示します(例:f=10cm, a=15cm → b=30cm, m=2倍の倒立実像)。
焦点距離と物体距離を入れるだけで、像ができる位置(像距離)と倍率、像の種類(実像か虚像か、正立か倒立か)が分かります。物理の宿題や理科の実験、写真・カメラの仕組みの確認に使えます。
凸レンズの公式(レンズの公式)は次の関係で表されます。
1/a + 1/b = 1/f 倍率は m = b / a
aは物体距離、bは像距離、fは焦点距離です。bについて解くと b = 1 ÷ ( 1/f − 1/a ) となります。たとえば f=10cm、a=30cm のとき、1/10 − 1/30 = 2/30 なので b=15cm。倍率は m=15/30=0.5 となり、レンズの反対側に1/2の大きさの倒立実像ができることが分かります。物体を焦点より内側(a<f)に置くと b は負になり、拡大された正立の虚像(ルーペで見える像)になります。
Q. 像距離がマイナスになりました。間違いですか?
A. 間違いではありません。物体を焦点距離より近く(a<f)に置いたときに起こり、レンズの物体側に虚像ができることを意味します。ルーペで物を大きく見るときがこの状態です。
Q. 物体を焦点(a=f)に置くとどうなりますか?
A. 1/b=0 となり像は無限遠にできるため、計算上は像が結びません。光がレンズを出た後に平行光線になる状態で、像の位置が定まらないと考えます。
Q. 倍率の符号やマイナスは何を表しますか?
A. 符号は像の向きを表します。負なら倒立像(上下逆)、正なら正立像です。絶対値が1より大きければ拡大、小さければ縮小を意味します。