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  • 透镜

    透镜,是用透明物质制成的表面为球面一部分的光学元件。透镜分六种。在天文、军事、交通、医学、艺术等领域发挥着重要作用。透镜一般可以分为两大类:凸透镜和凹透镜。中央部分比边缘部分厚的叫凸透镜,有双凸、平凸、凹凸三种;中央部分比边缘部分薄的叫凹透镜,有双凹、平凹、凸凹三种。

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    中文名: 透镜 英文名: lens
    拼音: tòu jìng 分类: 基本物理概念

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    透镜/透镜 编辑

     

    凸透镜,平凸透镜,双凸透镜凸透镜,平凸透镜,双凸透镜
    透镜是折射镜,其折射面是两个球面,或一个球面一个平面的透明体。它所成的像有实像也有虚像。透镜一般可以分为两大类:凸透镜凹透镜。中央部分比边缘部分厚的叫凸透镜,有双凸、平凸、凹凸三种;中央部分比边缘部分薄的叫凹透镜,有双凹、平凹、凸凹三种。

    凸透镜/透镜 编辑

     

    凸透镜是根据光的折射原理制成的。凸透镜是中央较厚,边缘较薄的透镜。凸透镜有会聚作用故又称聚光透镜,较厚的凸透镜则有望远、会聚等作用,这与透镜的厚度有关。

     

    凸透镜具有会聚光线的作用,所以也叫“会聚透镜”、“正透镜”(可用于近视与老花镜)。此类透镜可分为:

     

    a.双凸镜——两面都磨制成凸球面的透镜

     

    b.平凸透镜——为一面凸、一面平的透镜

     

    c.凹凸透镜——为一面凸、一面凹的透镜

     

    关于凸透镜成像

     

    凸透镜成像规律是指物体放在焦点之外,在凸透镜另一侧成倒立的实像,实像有缩小、等大、放大三种。物距越小,像距越大,实像越大。物体放在焦点之内,在凸透镜同一侧成正立放大的虚像。物距越小,像距越小,虚像越小 

     

    在光学中,由实际光线汇聚成的像,称为实像,能用光屏呈接;反之,则称为虚像,只能由眼睛感觉。有经验的物理老师,在讲述实像和虚像的区别时,往往会提到这样一种区分方法:“实像都是倒立的,而虚像都是正立的。”所谓“正立”和“倒立”,当然是相对于原物体而言。

     

    将平行光线(如阳光)平行于主光轴(凸透镜两个球面的球心的连线称为此透镜的主光轴)射入凸透镜,光在透镜的两面经过两次折射后,集中在轴上的一点,此点叫做凸透镜的焦点(记号为F,英文为:focus),凸透镜在镜的两侧各有一实焦点,如为薄透镜时,此两焦点至透镜中心的距离大致相等。凸透镜之焦距是指焦点到透镜中心的距离,通常以f表示。凸透镜球面半径越小,焦距(记号为:f,英文为:focal length)越短。凸透镜可用于放大镜、老花眼及远视的人戴的眼镜、摄影机、电影放映机、显微镜、望远镜的主轴:通过凸透镜两个球面球心C1、C2的直线叫凸透镜的主光轴。 光心:凸透镜的中心O点是透镜的光心。 焦点:平行于主轴的光线经过凸透镜后会聚于主光轴上一点F,这一点是凸透镜的焦点。 焦距:焦点F到凸透镜光心O的距离叫焦距,用f表示。 物距:物体到凸透镜光心的距离称物距,用u表示。 像距:物体经凸透镜所成的像到凸透镜光心的距离称像距,用v表示。

     

    透镜成像满足透镜成像公式

     

    1/u(物距)+1/v(像距)=1/f(透镜焦距) 


    (关于符号的正负:物距u恒取正值。像距v的正负由像的实虚来确定,实像时v为正,虚像时v为负。凸透镜的f为正值,凹透镜的f为负值。)

     

    与凹透镜的区别

     

    一.结构不同 


    凸透镜是由两面磨成球面的透明镜体组成 


    凹透镜是由两面都是磨成凹球面透明镜体组成 


    二.对光线的作用不同 


    凸透镜主要对光线起会聚作用 


    凹透镜主要对光线起发散作用 


    三.成像性质不同 


     

    凸透镜是折射成像 


    凹透镜是 “光线通过凹透镜后,成正立虚像,而凸透镜则成倒立实像。实像可在屏幕上显现出来,而虚像不能。” 

     

    凹透镜/透镜 编辑

     

    凹透镜亦称为负球透镜,镜片的中央薄,周边厚,呈凹形,所以又叫凹透镜。凹透镜对光有发散作用。平行光线通过凹球面透镜发生偏折后,光线发散,成为发散光线,不可能形成实性焦点,沿着散开光线的反向延长线,在投射光线的同一侧交于F点,形成的是一虚焦点。 

     

    凹透镜三条特殊光凹透镜三条特殊光

    凹透镜成像的几何作图与凸透镜者原则相同。从物体的顶端亦作为两条直线:一条平行于主光轴,经过凹透镜后偏折为发散光线,将此折射光线相反方向返回至主焦点;另一条通过透镜的光学中心点,这两条直线相交于一点,此为物体的像。 


    凹透镜所成的像总是小于物体的、直立的虚像,凹透镜主要用于矫正近视眼。 

     

    凹透镜具有发散光线的作用,所以也叫“发散透镜”、“负透镜”(可用于近视眼镜)。此类透镜又可分为:


    a.双凹透镜——是两面的透镜

     

    b.平凹透镜——是一面凹、一面平的透镜

     

    c.凸凹透镜——为一面凸、一面凹的透镜

     

    其两面曲率中心之连线称为主轴,其中央之点O称为光心。通过光心的光线,无论来自何方均不折射。平行主轴之光束,照于凹透镜上折射后向四方发散,逆其发散方向的延长线,则均会于与光源同侧之一点F,其折射光线恰如从F点发出,此点称为虚焦点。在透镜两侧各有一个。凹透镜又称为发散透镜。凹透镜的焦距,是指由焦点到透镜中心的距离。透镜的球面曲率半径越大其焦距越长,如为薄透镜,则其两侧之焦距相等。

     

    凹透镜所成的像总是小于物体的


     

    薄透镜/透镜 编辑

     

    薄透镜--为一种中央部分的厚度和其两面的曲率半径相比为很大的透镜。初期,照相机只装有一个凸透镜的镜头,故称为“单透镜”。随着科技日益发展,现代镜头均有若干不同形式和功能的凸凹透镜组成一个会聚的透镜,称为“复式透镜”。复式透镜中之凹透镜起校正各种象差的作用。

     

    光学玻璃具有透明度高、纯洁、无色、质地均匀,且有良好的折光能力,故为镜头生产的主要原料。由于化学成分和折射率不同光学玻璃有:

     

    1.火石玻璃--在玻璃成分中加入氧化铅,以增加折射率(1.8804)

     

    2.冕牌玻璃--在玻璃成分中加入氧化钠氧化钙制成,以减低其折射率(钡冕玻璃的折射率为1.7055)

     

    3.镧冕玻璃--为近年来所发现的品种,它具有折射率高,色散率低的优良特性,为创造大口径的高级镜头提供了条件。

     

    镜头与透镜/透镜 编辑

     

    镜头是由几片透镜组成,透镜有塑胶透镜(plastic)和玻璃透镜(glass)两种,玻璃透镜比塑胶贵。通常摄像头用的镜头构造有:1P、2P、1G1P、1G2P、2G2P、4G等,透镜越多,成本越高。因此一个品质好的摄像头应该是采用玻璃镜头的,其成像效果要比塑胶镜头好。镜头对成像质量也有极大影响,好的镜头使图像更加清晰、细腻。一般投影仪的镜头都是变焦镜头,针对市场的不同,变焦倍数从4倍到16倍或更高。

     

    分类及工作原理/透镜 编辑

     

     透镜可广泛应用于安防、车戴、数码相机、激光、光学仪器等各个领域,随着市场不断的发展,透镜技术也越来越应用广泛。(lens)透镜是根据光的折射规律制成的。透镜是由透明物质(如玻璃、水晶等)制成的一种光学元件。透镜是折射镜,其折射面是两个球面(球面一部分),或一个球面(球面一部分)一个平面的透明体。它所成的像有实像也有虚像。透镜一般可以分为两大类:凸透镜和凹透镜。

    凸透镜:中间厚,边缘薄,有双凸、平凸、凹凸三种;

    凹透镜:中间薄,边缘厚,有双凹、平凹、凸凹三种。

    薄透镜--为一种中央部分的厚度和其两面的曲率半径相比为很大的透镜。初期,照相机只装有一个凸透镜的镜头,故称为“单透镜”。随着科技日益发展,现代镜头均有若干不同形式和功能的凸凹透镜组成一个会聚的透镜,称为“复式透镜”。复式透镜中之凹透镜起校正各种象差的作用。

    光学玻璃具有透明度高、纯洁、无色、质地均匀,且有良好的折光能力,故为镜头生产的主要原料。由于化学成分和折射率不同光学玻璃有:

    1.火石玻璃--在玻璃成分中加入氧化铅,以增加折射率(1.8804)

    2.冕牌玻璃--在玻璃成分中加入氧化钠和氧化钙制成,以减低其折射率(钡冕玻璃的折射率为1.7055)

    3.镧冕玻璃--为所发现的品种,它具有折射率高,色散率低的优良特性,为创造大口径的高级镜头提供了条件。

    透镜工作原理

    用于灯具上之一种玻璃或塑料性组件可以变化光线之方向或是控制配光分布情形。

    透镜是组成显微镜光学系统的最基本的光学元件,物镜、目镜及聚光镜等部件均由单个和多个透镜组成。依其外形的不同,可分为凸透镜(正透镜)和凹透镜(负透镜)两大类。

    当一束平行于主光轴的光线通过凸透镜后相交于一点,这个点称“焦点”,通过焦点并垂直光轴的平面,称“焦平面”。焦点有两个,在物方空间的焦点,称“物方焦点”,该处的焦平面,称“物方焦平面”;反之,在像方空间的焦点,称“像方焦点”,该处的焦平面,称“像方焦平面”。

    光线通过凹透镜后,成正立虚像,凸透镜则成倒立实像。实像可在屏幕上显现出来,而虚像不能。

    透镜分类有哪些?

    凸透镜

    凸透镜具有会聚光线的作用,所以也叫“会聚透镜”、“正透镜”(可用于远视与老花镜)。此类透镜可分为:

    a.双凸透镜——是两面凸的透镜;

    b.平凸透镜——是一面凸、一面平的透镜;

    c.凹凸透镜——为一面凸,一面凹的透镜。

    凹透镜

    凹透镜亦称为负球透镜,镜片的中央薄,周边厚,呈凹形,所以又叫凹透镜。凹透镜对光有发散作用。平行光线通过凹球面透镜发生偏折后,光线发散,成为发散光线,不可能形成实性焦点,沿着散开光线的反向延长线,在投射光线的同一侧交于F点,形成的是一虚焦点。

    凹透镜成像的几何作图与凸透镜者原则相同。从物体的顶端亦作为两条直线:一条平行于主光轴,经过凹透镜后偏折为发散光线,将此折射光线相反方向返回至主焦点;另一条通过透镜的光学中心点,这两条直线相交于一点,此为物体的像。

    凹透镜所成的像总是小于物体的、直立的虚像,凹透镜主要用于矫正近视眼。

    凹透镜具有发散光线的作用,所以也叫“发散透镜”、“负透镜”(可用于近视眼镜)。此类透镜又可分为:

    a.双凹透镜——是两面凹的透镜

    b.平凹透镜——是一面凹、一面平的透镜c.凸凹透镜——为一面凸、一面凹的透镜

    其两面曲率中心之连线称为主轴,其中央之点O称为光心。通过光心的光线,无论来自何方均不折射。平行主轴之光束,照于凹透镜上折射后向四方发散,逆其发散方向的延长线,则均会于与光源同侧之一点F,其折射光线恰如从F点发出,此点称为虚焦点。在透镜两侧各有一个。凹透镜又称为发散透镜。凹透镜的焦距,是指由焦点到透镜中心的距离。透镜的球面曲率半径越大其焦距越长,如为薄透镜,则其两侧之焦距相等

     

    历史/透镜 编辑



    欧洲有关透镜的文字记载,最早出现在古希腊,在阿里斯托芬的戏剧云彩(纪元前424年)中就提到了烧玻璃(一种凸透镜,可以汇聚太阳光来点火);以《自然史》(Naturalis Historia)一书留名后世的古罗马作家、科学家,老普林尼 (23年–79年)的文字叙述中也表示罗马帝国知道烧玻璃,并且提及矫正透镜第一个可能的用途:说是尼禄用于观看格斗比赛使用的绿宝石。(虽然可供参考的资料并不明确,但推测是改正近视的凹透镜。)他与小普林尼和小瑟内卡 (Seneca the Younger,前3年–65年)都描述充满了水的玻璃球有放大的功能。阿拉伯的数学家Ibn Sahl(c.940年–c.1000年)使用所知的史奈尔定律计算透镜的形状;Ibn al-Haitham(965年–1038年)撰写了第一篇光学的论,描述透镜如何在人眼睛的视网膜上成像。最古老的人工制品是在美索不达米亚的尼尼微被挖掘出来的石英透镜,大约出现在纪元前640年。

    中国战国时期的《墨子》一书,叙述了透镜成像规律。《墨子·经下》及《墨子·经说下》的第二四、二五条,便分别叙述了凹透镜和凸透镜的成像规律。

    最近在维京人的港口小镇Fröjel,瑞典的哥特兰,进行的挖掘工作,显示在11到12世纪已经能够制造水晶透镜,而且检视其品质可以与50年代的消球差透镜相比较,维京透镜可以聚集太阳光点燃火种。

    眼镜大约在1280年的意大利被发明,之后透镜才被普遍的利用。尼古拉斯·库沙则被认为是第一位将凹透镜用于治疗近视的人,时间则是1451年。

    恩斯特·阿贝(1860年)提出的阿贝正弦条件,描述了透镜或其他光学系统要能在离开光轴的区域上产生如同在光轴上一样清晰的影像所必须要的条件。他改革了光学仪器,例如显微镜的设计,主导了光学仪器的研究与发展。

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    1透镜测试
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