光学透镜中,凸透镜尤为常见,应用也较为广泛。凸透镜是中央较厚,边缘较薄的透镜。凸透镜具有会聚光线的作用,因此也叫“会聚透镜”、“正透镜”通常用于远视与老花镜。此类的光学透镜可分为:双凸透镜——是两面凸的透镜;平凸透镜——是一面凸、一面平的透镜;.凹凸透镜——为一面凸,一面凹的透镜。一下简单说明凸透镜的成像原理。

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我们都知道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。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。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。

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将平行光线平行于主光轴(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:focallength)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。

成像公式:1/u(物距)+1/v(像距)=1/f(透镜焦距)

因此我们都可以根据已知的焦距、像距计算出物距。

光学透镜是光学系统的重要组成,也是光学工程中的必备知识。透镜是由能够透过指定光谱的材料制成的光学元件,一般可见光和近红外光谱(IR-A)(400-1400nm)使用光学玻璃,中红外(IR-C)(3-50mm)使用晶体材料。透镜技术可以广泛地应用于机器视觉、数码成像、激光的准直与聚焦和各类型光学仪器中。

我们一般指的光学透镜是折射面为球面的折射镜,有的是由两个球面组成,也有的是由一个球面和一个平面组成。由于朝向的不同和特性不同,决定了光学透镜单独使用和组合使用就会产生不同的效果。光学透镜的组合在不同领域有哪些应用呢?容我一一道来。

1. 光学成像

成像时,我们主要使用凸透镜,也是正透镜。任何一个凸透镜满足物像关系公式即可对任何物体成放大或者缩小的像,因此要想成像其实很简单,就是知道这个透镜的f(即焦距)。如果对成像的要求很高,如成像清晰、不变形、色彩不失真,能看到更大、更小、更远的范围……这就需要经过专门的设计人员使用设计软件来实现了。

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2. 光的准直

现在许多应用中需要对一个发散的点光源进行准直,以期待得到一个平行的光斑,则需要使用凸透镜。如图所示,请将点光源放置在凸透镜焦点的位置上,准直的光斑就在凸透镜后面产生了。光斑的直径只跟光源的发散角和凸透镜的焦距有关系(D= 2f*tan(u/2))。

3. 激光扩束

激光扩束是激光领域里常用的使用方法,就是将一束平行的激光束展宽成一个光束直径比原先大的激光束的方法。

激光扩束镜可以分为两大类型:伽利略和开普勒。

伽利略扩束镜由伽利略望远镜衍变而来,是比较常用的一类扩束镜系统。它通常包括一个凹透镜的输入镜和一个凸透镜的输出镜。输入镜的前焦点和输入镜的前焦点相互重合。与开普勒类型相比,伽利略扩束镜及结构简单,尺寸紧凑,成本低,但是不能使用空间滤波器,其扩束比也不能太大(通常不大于20倍)。

如果要使用空间滤波器或者得到更大的扩束比,则要采用开普勒扩束系统。开普勒扩束镜输入镜使用凸透镜,它的后焦点与输出镜的前焦点相互重合,在焦点重合的地方可以放置一个空间滤波器,如小孔。

光学透镜的材料对使用具有哪些影响呢?

光学材料一般分为非晶态、晶体和有机塑料。不同的材料有其适用光谱范围和不同的物理特性(膨胀系数、密度、硬度等等)。非晶态中常见的材料有光学玻璃,红外玻璃,激光玻璃。这类材料具有制造工艺成熟,品种价格齐全等特点。其中无色光学玻璃主要是以SiO2为基础材料,掺杂其他元素而形成的复合产物,主要针对400-1000 nm光波段使用。它区别于其他玻璃的主要特性是有一定的折射率和色散。国际上基本按照这两个参数将其分为冕类光学玻璃(K)和燧石光学玻璃(F)。冕类光学玻璃是指折射率较低,阿贝数较大;燧石光学玻璃的折射率较高,而阿贝数较低。下图为成都光明厂玻璃材料的分布图,国际上还有几家著名的玻璃材料公司,他们分别是SCHOTT,HOYA,OHARA和SUMTA。

在一般科研领域里面使用K9(SCHOTT对应是BK7)玻璃最为常见,其性能适中,材料加工性能好,价格相对便宜,因此最为单透镜应用的首选,也是许多镀膜元件的基底材料。另外一种是熔融石英JGS1(CORNING对应是7980),由于这种材料的稳定性好,热膨胀系数小,在大功率激光器里普遍使用,但其价格也是比较贵的,尤其是尺寸超大的时候。

光学透镜的镀膜对使用具有哪些影响呢?

一般情况下,当光线由一种物质进入不同传递物质时(如空气进入光学玻璃),将会有5%的光被反射掉。在一个复杂的光学系统中,由于有许多透镜和折射镜的存在,使得整个系统的综合透射率只能有50%或者更低。

因此,人们在光学透镜的表面镀上单层增透膜(一般是MgF2)或多层增透膜,单层增透膜可使反射减少至1.5%,多层增透则可让反射率低至0.25%,这样就可以大幅度提高这个系统在某一特定波段的光学透过率。

通常可以通过镜片上反射的颜色来判断该光学透镜是镀了什么膜层,镀了单层增透膜的镜片通常是蓝紫色或是红色,镀多层增透膜的镜片则呈淡绿色或暗紫色。

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透镜的应用:

VR虚拟现实、照相机、放大镜、投影仪、光学成像、天文观测、科学研究、军事工业、手机外置镜头、摄影镜头、远心镜头、红外镜头、准直镜头、军工镜头等高端镜头 。

激埃特拥有非常丰富的常规光学透镜产品线,平凸透镜、双凸透镜、平凹透镜、双凹透镜、胶合透镜、弯月透镜消色差透镜。激埃特经过长期不断的努力钻研,对于光学透镜领域的技术达

到国内领先水平,对于H-ZLAF、H-LAF 、H-LAK、 D-ZK 、H-FK等易腐蚀材料已能批量生产。

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,镜头是由几片透镜组成的,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,在天文、军事、交通、医学、艺术等领域发挥着重要作用。

透镜概念简要介绍

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。

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

凸透镜

凸透镜是中央较厚,边缘较薄的透镜。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。

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

凸透镜成像原理

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。