作図

• 光の性質を利用して、レンズを通った後の光の進み方を幾何学的な線で描いて表す手法。
• レンズの中心を通る光、光軸に平行な光、焦点を通る光という3つの基本原則を組み合わせて像の位置を特定する。
• 光源の位置（焦点の外側・内側など）による像の変化を視覚的に把握し、実像や虚像の性質を理解するために用いられる。

解説

理科の光学分野における作図は、物体の位置によって変化する像の状態を視覚的に導き出すために不可欠な手法である。基本となるルールは主に3点に集約される。第一に、光軸（レンズの中心を貫く軸）に平行な光は、レンズで屈折した後に反対側の焦点を通過する。第二に、レンズの中心を通過する光は、屈折の影響を受けずに直進する。第三に、焦点を通ってレンズに入射した光は、屈折した後に光軸と平行に進む。これら3本の線のうち、少なくとも2本の交点を求めることで、像が結ばれる位置と大きさを正確に特定できる。

光源を置く位置を「無限遠」から「焦点の内側」まで6つのパターンに分類して作図を行うことで、像の性質を体系的に理解することが可能となる。例えば、光源が焦点の外側にある場合は倒立の実像が結ばれるが、焦点の内側にある場合は透過後の光が一点に集まらずに広がるため、レンズ越しに正立の虚像が見えることになる。このように作図は、レンズの公式を定性的に補完し、光学機器の仕組みを学ぶ基礎となる。