透鏡的原理和發(fā)展歷史
時(shí)間：2021-10-27 來源：東莞市連隆光電技術(shù)有限公司
透鏡是根據(jù)光的折射規(guī)律制成的。它是一種由透明物質(zhì)(如玻璃、水晶等)制成的光學(xué)元件。透鏡是一種折射鏡，其折射面是兩個(gè)球面(球面的一部分)，或一個(gè)球面(球面的一部分)和一個(gè)平面的透明體。透鏡制成的圖像有實(shí)像和虛像。透鏡可廣泛應(yīng)用于安全、車載、數(shù)碼相機(jī)、激光、光學(xué)儀器等領(lǐng)域。隨著市場的不斷發(fā)展，透鏡技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。
透鏡的成像原理
如果一個(gè)透明物體的兩個(gè)界面是球面，或者一個(gè)界面是球面，另一個(gè)界面是平面，則稱為透鏡。中央部分比邊緣厚的透鏡稱為凸透鏡，分為雙凸、平凸和凹凸。比邊緣薄的中央透鏡稱為凹透鏡，截面形狀不同，可分為雙凹、平凹和凸凹。
透鏡兩個(gè)球面曲率中心的直線稱為透鏡的主光軸或主軸。主軸上有一個(gè)特殊的點(diǎn)，通過它的光傳播方向保持不變。這個(gè)點(diǎn)叫透鏡的光心，用字母O表示。凸透鏡可以使與主光軸平行的光線聚集在主光軸上，稱為焦點(diǎn)。凸透鏡兩側(cè)各有一個(gè)焦點(diǎn)，與光心對稱相比，焦點(diǎn)用字母F表示。從焦點(diǎn)到凸透鏡光心的距離稱為焦距，用字母f表示。因?yàn)橥雇哥R有聚光的作用，所以也叫聚光鏡。射向凹透鏡的光，經(jīng)凹透鏡后變得發(fā)散，因?yàn)榘纪哥R有發(fā)散光的作用，所以也叫發(fā)散透鏡。
當(dāng)物體與凸透鏡的距離大于2倍焦距時(shí)，形成倒立縮小的圖像；當(dāng)物體與凸透鏡的距離在2倍焦距和焦距之間時(shí)，形成倒立放大的圖像；當(dāng)物體與凸透鏡的距離小于焦距時(shí)，形成正立放大的虛擬圖像。
透鏡的發(fā)展歷史
早在中國西漢時(shí)期(公元前206~公元25號《淮南萬畢術(shù)》就有關(guān)于冰透鏡的記載:削冰令圓，舉以向日，以艾承其影，生火。也就是我們今天所說的削冰取火。據(jù)說在尼羅河美索不達(dá)米亞文明時(shí)代，祭司在舉行宗教儀式時(shí)可以引天下地。祭司使用的道具是一個(gè)簡單的凸透鏡，它利用凸透鏡聚集光線來點(diǎn)燃易燃物。塔尼斯(Tanis)在大英博物館埃及博物館發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)放大鏡，確定日期為公元150年。
由此可見，早在古代，人們就知道鏡頭具有聚焦和放大的作用。阿爾哈金(Alhazen，965~1038)研究了球面鏡和拋物面鏡，首先發(fā)明了凸透鏡，描繪了人眼的結(jié)構(gòu)。
1266年，培根(R.Bacon，1214~1294)首次提出用透鏡矯正視力和用透鏡組成望遠(yuǎn)鏡的可能性，并描述透鏡焦點(diǎn)的位置。
佛羅倫薩人阿瑪?shù)?Armati)發(fā)明了眼鏡，從而解決了視力矯正問題。
波特(Porta，1535~1615)研究了帶凸透鏡的暗箱成像，討論了透鏡組合，發(fā)明了簡單的相機(jī)。
伽利略(GalileoGaliei，1564~1642)展示了人類歷史上第一個(gè)按照科學(xué)理論制造的望遠(yuǎn)鏡。事實(shí)上，最早發(fā)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡奧秘的不是伽利略，而是一位名叫李普塞(Lippershey，1587~1619)的荷蘭商人。當(dāng)他制作鏡頭時(shí)，當(dāng)他把一個(gè)凸透鏡和一個(gè)凹透鏡組合在一起向外看時(shí)，遠(yuǎn)處的更近了。伽利略對這一發(fā)現(xiàn)非常感興趣。他用數(shù)學(xué)計(jì)算研究了什么樣的鏡頭組合在一起。經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，他終于在1909年發(fā)明了世界上第一個(gè)可以放大32倍的望遠(yuǎn)鏡。他用自己發(fā)明的望遠(yuǎn)鏡觀察天文，做了許多有意義的發(fā)現(xiàn)。
荷蘭人詹森(Janssen，1588~1632)發(fā)明了第一個(gè)顯微鏡。后來，意大利人馮特納(Fontana，1580~1656)對此進(jìn)行了重大改進(jìn)，將顯微鏡的目鏡從凹透鏡改為凸透鏡，使其具有現(xiàn)代顯微鏡的基本形式。
目前，透鏡已用于電子顯微鏡、投影儀和相機(jī)。透鏡的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)漫長的過程，其作用在各個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮得淋漓盡致。
