透镜的分类|特点
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。
透镜是什么
由前后两个折射面组成的透明介质称为透镜,这两个折射面至少有一个是弯曲面。弯曲面可以为球面、柱面、环曲面或非球面。
1、球面顾名思义,像一个圆球的表面,各条子午线都是弯的,且弯度都相等。
2、柱面像一根柱子的表面,其中一条子午线是直的,与之垂直的子午线弯度Zda。
3、环曲面简而言之,就像一个鼓的表面,各条子午线都有弯度,其中一条子午线弯度Zda,与之垂直的子午线弯度Z小。
4、非球面整个表面的曲率半径不一致。一般而言,非球面的表面曲率来自于圆锥截面。包括圆、椭圆、抛物线和双曲线。
5、平面可以看作特殊的球面,曲率半径无穷大的球面。
透镜的分类
按透镜的前后表面的形状可以分为球面透镜、圆柱透镜、球柱透镜和环曲面透镜:
1、球面透镜(简称球镜)指前后两个面都为球面,或一面是球面,另一面是平面的透镜。球镜又可分为凸透镜(ZY厚、边缘薄)和凹透镜(ZY薄、边缘厚)。凸透镜又可分为双凸、平凸和凹凸三种形式,凹透镜可以分为双凹、平凹和凸凹三种形式。
2、圆柱透镜指一面是柱面。另一面是平面的透镜。圆柱透镜又可分为正圆柱透镜和负圆柱透镜。
3、球柱透镜指一面是球面,另一面是柱面;或前后两面都是柱面,但方向互相垂直。
4、环曲面透镜指一个面是环曲面,另一个面是球面或平面的透镜。
如果从光学作用分析,球面透镜可以使平行光线形成一个焦点,而圆柱透镜、球柱透镜和环曲面透镜均不能使平行光线形成焦点,后三者统称为散光透镜。
在眼镜光学里,透镜有薄透镜与厚透镜之分:
如果透镜的ZY厚度薄到一定程度,透镜的光学性质与其形状和透镜形式无关,这样的透镜就称为薄透镜,即无论凸透镜的形状是双凸、平凸还是凹凸,无论凹透镜的形状是双凹、平凹还是凸凹,ZY厚度对其光学性质的影响都可以忽略,我们就可以将其称为薄透镜。这时,凸透镜用一个相对的双箭头表示,而凹透镜用一个相向的双箭头表示。运用薄透镜的概念将使我们的计算大为简化。
如果ZY厚度不能忽略,则称为厚透镜。当厚透镜的透镜形式发生改变,如前后表面变弯或变平,透镜的总体屈光力和前后顶点屈光力都会相应变化,其偏差的数值不能忽略不计,这使得计算上要复杂得多。
薄透镜和厚透镜并没有明确的分界线。对于一般的眼镜片,凹透镜的ZY厚度较薄,可以按照薄透镜的公式计算。而凸透镜,尤其是度数高、ZY厚度大、前后表面较弯的,运用薄透镜的公式则容易造成较大的偏差。
透镜的特点
光通过透镜产生折射是遵循光的折射规律的。凸透镜对光线有会聚作用,凹透镜对光线有发散作用。
平行于透镜主轴的近轴光线(即光线对透镜入射点到主轴的距离远远小于透镜球面半径的光线)入射到薄透镜上时,经凸透镜折射后会聚于另一侧主轴上某一点,这一点为凸透镜的实焦点;经凹透镜折射后成为发散光,其反向延长线会聚在入射光同侧主轴上的某一点,这一点为凹透镜的虚焦点。每个透镜在其两侧主轴上各有一个焦点。对于薄透镜,这两个焦点对于光心是对称的。
当平行光束与主轴成一定角度入射时,经凸透镜折射后光线会聚在另一侧过焦点与主轴垂直的平面(称为透镜的焦平面)上某一点;经凹透镜折射后光线发散,其反向延长线会聚在入射光同侧焦平面上的某一点,其光路图如所示。
也就是说,平行光束斜入射到凸透镜上,经透镜折射后会聚于平行入射光的副轴(除主轴以外,其它通过光心的直线均为副光轴,简称副轴)与焦平面的交点。过焦点的入射光经凸透镜折射平行主轴。由此可知,在研究光通过透镜的折射问题时,应抓住具有平行主轴,过焦点、过光心这种特殊的光线,结合透镜对光线的控制作用加以分析,通常我们称之为透镜的三条特殊光线。
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