光學透鏡中,凸透鏡尤為常見,應用也較為廣泛。凸透鏡是中央較厚,邊緣較薄的透鏡。凸透鏡具有會聚光線的作用,因此也叫“會聚透鏡”、“正透鏡”通常用于遠視與老花鏡。此類的光學透鏡可分為:雙凸透鏡——是兩面凸的透鏡;平凸透鏡——是一面凸、一面平的透鏡;.凹凸透鏡——為一面凸,一面凹的透鏡。一下簡單說明凸透鏡的成像原理。

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我們都知道凸透鏡成像規律是指物體放在焦點之外,在凸透鏡另一側成倒立。實像,實像有縮小、等大、放大三種。物距越小,像距越大,實像越大。物體放在焦點之內,在凸透鏡同一側成正立放大的虛像。物距越小,像距越小,虛像越小在光學中,由實際光線匯聚成的像,稱為實像,能用光屏呈接;反之,則稱為虛像,只能由眼睛感覺。在講述實像和虛像的區別時,往往會提到這樣一種區分方法:“實像都是倒立的,而虛像都是正立的?!彼^“正立”和“倒立”,當然是相對于原物體而言。

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將平行光線平行于主光軸(凸透鏡兩個球面的球心的連線稱為此透鏡的主光軸)射入凸透鏡,光在透鏡的兩面經過兩次折射后,集中在軸上的一點,此點叫做凸透鏡的焦點(記號為F,英文為:focus),凸透鏡在鏡的兩側各有一實焦點,如為薄透鏡時,此兩焦點至透鏡中心的距離大致相等。凸透鏡之焦距是指焦點到透鏡中心的距離,通常以f表示。凸透鏡球面半徑越小,焦距(記號為:f,英文為:focallength)越短。凸透鏡可用于放大鏡、老花眼及遠視的人戴的眼鏡、攝影機、電影放映機、顯微鏡、望遠鏡的主軸:通過凸透鏡兩個球面球心C1、C2的直線叫凸透鏡的主光軸。光心:凸透鏡的中心O點是透鏡的光心。焦點:平行于主軸的光線經過凸透鏡后會聚于主光軸上一點F,這一點是凸透鏡的焦點。焦距:焦點F到凸透鏡光心O的距離叫焦距,用f表示。物距:物體到凸透鏡光心的距離稱物距,用u表示。像距:物體經凸透鏡所成的像到凸透鏡光心的距離稱像距,用v表示。

成像公式:1/u(物距)+1/v(像距)=1/f(透鏡焦距)

因此我們都可以根據已知的焦距、像距計算出物距。

光學透鏡是光學系統的重要組成,也是光學工程中的必備知識。透鏡是由能夠透過指定光譜的材料制成的光學元件,一般可見光和近紅外光譜(IR-A)(400-1400nm)使用光學玻璃,中紅外(IR-C)(3-50mm)使用晶體材料。透鏡技術可以廣泛地應用于機器視覺、數碼成像、激光的準直與聚焦和各類型光學儀器中。

我們一般指的光學透鏡是折射面為球面的折射鏡,有的是由兩個球面組成,也有的是由一個球面和一個平面組成。由于朝向的不同和特性不同,決定了光學透鏡單獨使用和組合使用就會產生不同的效果。光學透鏡的組合在不同領域有哪些應用呢?容我一一道來。

1. 光學成像

成像時,我們主要使用凸透鏡,也是正透鏡。任何一個凸透鏡滿足物像關系公式即可對任何物體成放大或者縮小的像,因此要想成像其實很簡單,就是知道這個透鏡的f(即焦距)。如果對成像的要求很高,如成像清晰、不變形、色彩不失真,能看到更大、更小、更遠的范圍……這就需要經過專門的設計人員使用設計軟件來實現了。

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2. 光的準直

現在許多應用中需要對一個發散的點光源進行準直,以期待得到一個平行的光斑,則需要使用凸透鏡。如圖所示,請將點光源放置在凸透鏡焦點的位置上,準直的光斑就在凸透鏡后面產生了。光斑的直徑只跟光源的發散角和凸透鏡的焦距有關系(D= 2f*tan(u/2))。

3. 激光擴束

激光擴束是激光領域里常用的使用方法,就是將一束平行的激光束展寬成一個光束直徑比原先大的激光束的方法。

激光擴束鏡可以分為兩大類型:伽利略和開普勒。

伽利略擴束鏡由伽利略望遠鏡衍變而來,是比較常用的一類擴束鏡系統。它通常包括一個凹透鏡的輸入鏡和一個凸透鏡的輸出鏡。輸入鏡的前焦點和輸入鏡的前焦點相互重合。與開普勒類型相比,伽利略擴束鏡及結構簡單,尺寸緊湊,成本低,但是不能使用空間濾波器,其擴束比也不能太大(通常不大于20倍)。

如果要使用空間濾波器或者得到更大的擴束比,則要采用開普勒擴束系統。開普勒擴束鏡輸入鏡使用凸透鏡,它的后焦點與輸出鏡的前焦點相互重合,在焦點重合的地方可以放置一個空間濾波器,如小孔。

光學透鏡的材料對使用具有哪些影響呢?

光學材料一般分為非晶態、晶體和有機塑料。不同的材料有其適用光譜范圍和不同的物理特性(膨脹系數、密度、硬度等等)。非晶態中常見的材料有光學玻璃,紅外玻璃,激光玻璃。這類材料具有制造工藝成熟,品種價格齊全等特點。其中無色光學玻璃主要是以SiO2為基礎材料,摻雜其他元素而形成的復合產物,主要針對400-1000 nm光波段使用。它區別于其他玻璃的主要特性是有一定的折射率和色散。國際上基本按照這兩個參數將其分為冕類光學玻璃(K)和燧石光學玻璃(F)。冕類光學玻璃是指折射率較低,阿貝數較大;燧石光學玻璃的折射率較高,而阿貝數較低。下圖為成都光明廠玻璃材料的分布圖,國際上還有幾家著名的玻璃材料公司,他們分別是SCHOTT,HOYA,OHARA和SUMTA。

在一般科研領域里面使用K9(SCHOTT對應是BK7)玻璃最為常見,其性能適中,材料加工性能好,價格相對便宜,因此最為單透鏡應用的首選,也是許多鍍膜元件的基底材料。另外一種是熔融石英JGS1(CORNING對應是7980),由于這種材料的穩定性好,熱膨脹系數小,在大功率激光器里普遍使用,但其價格也是比較貴的,尤其是尺寸超大的時候。

光學透鏡的鍍膜對使用具有哪些影響呢?

一般情況下,當光線由一種物質進入不同傳遞物質時(如空氣進入光學玻璃),將會有5%的光被反射掉。在一個復雜的光學系統中,由于有許多透鏡和折射鏡的存在,使得整個系統的綜合透射率只能有50%或者更低。

因此,人們在光學透鏡的表面鍍上單層增透膜(一般是MgF2)或多層增透膜,單層增透膜可使反射減少至1.5%,多層增透則可讓反射率低至0.25%,這樣就可以大幅度提高這個系統在某一特定波段的光學透過率。

通??梢酝ㄟ^鏡片上反射的顏色來判斷該光學透鏡是鍍了什么膜層,鍍了單層增透膜的鏡片通常是藍紫色或是紅色,鍍多層增透膜的鏡片則呈淡綠色或暗紫色。

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透鏡的應用:

VR虛擬現實、照相機、放大鏡、投影儀、光學成像、天文觀測、科學研究、軍事工業、手機外置鏡頭、攝影鏡頭、遠心鏡頭、紅外鏡頭、準直鏡頭、軍工鏡頭等高端鏡頭 。

激埃特擁有非常豐富的常規光學透鏡產品線,平凸透鏡、雙凸透鏡、平凹透鏡、雙凹透鏡、膠合透鏡、彎月透鏡消色差透鏡。激埃特經過長期不斷的努力鉆研,對于光學透鏡領域的技術達

到國內領先水平,對于H-ZLAF、H-LAF 、H-LAK、 D-ZK 、H-FK等易腐蝕材料已能批量生產。

透鏡

 

透鏡是用透明物質制成的表面為球面一部分的光學元件,鏡頭是由幾片透鏡組成的,有塑膠透鏡(plastic)和玻璃透鏡(glass)兩種,玻璃透鏡比塑膠貴。通常攝像頭用的鏡頭構造有:1P、2P、1G1P、1G2P、2G2P、4G等,透鏡越多,成本越高。因此一個品質好的攝像頭應該是采用玻璃鏡頭的,其成像效果要比塑膠鏡頭好,在天文、軍事、交通、醫學、藝術等領域發揮著重要作用。

透鏡概念簡要介紹

透鏡可廣泛應用于安防、車戴、數碼相機、激光、光學儀器等各個領域,隨著市場不斷的發展,透鏡技術也越來越應用廣泛。

(lens)透鏡是根據光的折射規律制成的。透鏡是由透明物質(如玻璃、水晶等)制成的一種光學元件。透鏡是折射鏡,其折射面是兩個球面(球面一部分),或一個球面(球面一部分)一個平面的透明體。它所成的像有實像也有虛像。

凸透鏡:中間厚,邊緣薄,有雙凸、平凸、凹凸三種;

凹透鏡:中間薄,邊緣厚,有雙凹、平凹、凸凹三種。

薄透鏡為一種中央部分的厚度和其兩面的曲率半徑相比為很大的透鏡。初期,照相機只裝有一個凸透鏡的鏡頭,故稱為“單透鏡”。隨著科技日益發展,現代鏡頭均有若干不同形式和功能的凸凹透鏡組成一個會聚的透鏡,稱為“復式透鏡”。復式透鏡中之凹透鏡起校正各種象差的作用。

光學玻璃具有透明度高、純潔、無色、質地均勻,且有良好的折光能力,故為鏡頭生產的主要原料。由于化學成分和折射率不同光學玻璃有:

1.火石玻璃--在玻璃成分中加入氧化鉛,以增加折射率(1.8804)

2.冕牌玻璃--在玻璃成分中加入氧化鈉和氧化鈣制成,以減低其折射率(鋇冕玻璃的折射率為1.7055)

3.鑭冕玻璃--為所發現的品種,它具有折射率高,色散率低的優良特性,為創造大口徑的高級鏡頭提供了條件。

透鏡是組成顯微鏡光學系統的最基本的光學元件,物鏡、目鏡及聚光鏡等部件均由單個和多個透鏡組成。依其外形的不同,可分為凸透鏡(正透鏡)和凹透鏡(負透鏡)兩大類。

當一束平行于主光軸的光線通過凸透鏡后相交于一點,這個點稱“焦點”,通過焦點并垂直光軸的平面,稱“焦平面”。焦點有兩個,在物方空間的焦點,稱“物方焦點”,該處的焦平面,稱“物方焦平面”;反之,在像方空間的焦點,稱“像方焦點”,該處的焦平面,稱“像方焦平面”。

光線通過凹透鏡后,成正立虛像,凸透鏡則成倒立實像。實像可在屏幕上顯現出來,而虛像不能。

透鏡分類

凸透鏡

凸透鏡是中央較厚,邊緣較薄的透鏡。凸透鏡具有會聚光線的作用,所以也叫“會聚透鏡”、“正透鏡”(可用于遠視與老花鏡)。此類透鏡可分為:

a.雙凸透鏡——是兩面凸的透鏡;

b.平凸透鏡——是一面凸、一面平的透鏡;

c.凹凸透鏡——為一面凸,一面凹的透鏡。

凸透鏡成像規律是指物體放在焦點之外,在凸透鏡另一側成倒立的

凸透鏡成像原理

實像,實像有縮小、等大、放大三種。物距越小,像距越大,實像越大。物體放在焦點之內,在凸透鏡同一側成正立放大的虛像。物距越小,像距越小,虛像越小在光學中,由實際光線匯聚成的像,稱為實像,能用光屏呈接;反之,則稱為虛像,只能由眼睛感覺。有經驗的物理老師,在講述實像和虛像的區別時,往往會提到這樣一種區分方法:“實像都是倒立的,而虛像都是正立的?!彼^“正立”和“倒立”,當然是相對于原物體而言。