Biophysics · 02.08

主要光線

Principal light rays

🧠 薄レンズthin lens薄レンズ（thin lens）thin lens（薄レンズ）の像は、進路がすぐ分かる主要光線principal ray主要光線（principal ray）principal ray（主要光線）を2本選ぶだけで作図できる。

3本の主要光線

光軸に平行な光線、焦点を通る光線、光学中心optical center光学中心（optical center）optical center（光学中心）を通る光線が主要光線principal ray主要光線（principal ray）principal ray（主要光線）である。理想薄レンズideal thin lens理想薄レンズ（ideal thin lens）ideal thin lens（理想薄レンズ）ではこの3つのうち任意の2本で像点を決定できる。

flowchart TD
  A["物体先端から<span class='jp-term jp-term-diagram' title='principal ray'>主要光線</span>を選択"]
  B["レンズ後の規則に従って作図"]
  C["2本の交点を像先端とする"]
  A --> B
  B --> C

光路の可逆性

\text{平行光線}\;\longleftrightarrow\;\text{焦点を通る光線}

光の可逆性により、平行光線と焦点光線の対応は進行方向を逆にしても成り立つ。

作図近似の限界

主要光線principal ray主要光線（principal ray）principal ray（主要光線）の交点は像形成の規則に従って実像real image実像（real image）real image（実像）・虚像virtual image虚像（virtual image）virtual image（虚像）を区別し、その位置は薄レンズthin lens薄レンズ（thin lens）thin lens（薄レンズ）の式と一致する。

収束レンズconverging lens収束レンズ（converging lens）converging lens（収束レンズ）では平行光線は後側焦点を通る。
前側焦点を通る光線はレンズ後で光軸と平行になる。
光学中心optical center光学中心（optical center）optical center（光学中心）を通る近軸光線paraxial ray近軸光線（paraxial ray）paraxial ray（近軸光線）は薄レンズ近似thin-lens approximation薄レンズ近似（thin-lens approximation）thin-lens approximation（薄レンズ近似）で直進する。

医学・測定への応用

主要光線principal ray主要光線（principal ray）principal ray（主要光線）は近似的な作図規則であり、厚いレンズでは主平面principal planes主平面（principal planes）principal planes（主平面）を用いる必要がある。

まとめ

薄レンズthin lens薄レンズ（thin lens）thin lens（薄レンズ）の像は、進路がすぐ分かる主要光線principal ray主要光線（principal ray）principal ray（主要光線）を2本選ぶだけで作図できる。
収束レンズconverging lens収束レンズ（converging lens）converging lens（収束レンズ）では平行光線は後側焦点を通る。
主要光線principal ray主要光線（principal ray）principal ray（主要光線）は近似的な作図規則であり、厚いレンズでは主平面principal planes主平面（principal planes）principal planes（主平面）を用いる必要がある。