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透镜的原理和发展历史

时间:2021-10-27  来源:东莞市连隆光电技术有限公司

透镜是根据光的折射规律制成的。它是一种由透明物质(如玻璃、水晶等)制成的光学元件。透镜是一种折射镜,其折射面是两个球面(球面的一部分),或一个球面(球面的一部分)和一个平面的透明体。透镜制成的图像有实像和虚像。透镜可广泛应用于安全、车载、数码相机、激光、光学仪器等领域。随着市场的不断发展,透镜技术得到了越来越广泛的应用。

透镜

透镜的成像原理

如果一个透明物体的两个界面是球面,或者一个界面是球面,另一个界面是平面,则称为透镜。中央部分比边缘厚的透镜称为凸透镜,分为双凸、平凸和凹凸。比边缘薄的中央透镜称为凹透镜,截面形状不同,可分为双凹、平凹和凸凹。

透镜两个球面曲率中心的直线称为透镜的主光轴或主轴。主轴上有一个特殊的点,通过它的光传播方向保持不变。这个点叫透镜的光心,用字母O表示。凸透镜可以使与主光轴平行的光线聚集在主光轴上,称为焦点。凸透镜两侧各有一个焦点,与光心对称相比,焦点用字母F表示。从焦点到凸透镜光心的距离称为焦距,用字母f表示。因为凸透镜有聚光的作用,所以也叫聚光镜。射向凹透镜的光,经凹透镜后变得发散,因为凹透镜有发散光的作用,所以也叫发散透镜。

当物体与凸透镜的距离大于2倍焦距时,形成倒立缩小的图像;当物体与凸透镜的距离在2倍焦距和焦距之间时,形成倒立放大的图像;当物体与凸透镜的距离小于焦距时,形成正立放大的虚拟图像。

透镜的发展历史

早在中国西汉时期(公元前206~公元25号《淮南万毕术》就有关于冰透镜的记载:削冰令圆,举以向日,以艾承其影,生火。也就是我们今天所说的削冰取火。据说在尼罗河美索不达米亚文明时代,祭司在举行宗教仪式时可以引天下地。祭司使用的道具是一个简单的凸透镜,它利用凸透镜聚集光线来点燃易燃物。塔尼斯(Tanis)在大英博物馆埃及博物馆发现了两个放大镜,确定日期为公元150年。

由此可见,早在古代,人们就知道镜头具有聚焦和放大的作用。阿尔哈金(Alhazen,965~1038)研究了球面镜和抛物面镜,首先发明了凸透镜,描绘了人眼的结构。

1266年,培根(R.Bacon,1214~1294)首次提出用透镜矫正视力和用透镜组成望远镜的可能性,并描述透镜焦点的位置。

佛罗伦萨人阿玛蒂(Armati)发明了眼镜,从而解决了视力矫正问题。

波特(Porta,1535~1615)研究了带凸透镜的暗箱成像,讨论了透镜组合,发明了简单的相机。

伽利略(GalileoGaliei,1564~1642)展示了人类历史上第一个按照科学理论制造的望远镜。事实上,最早发现望远镜奥秘的不是伽利略,而是一位名叫李普塞(Lippershey,1587~1619)的荷兰商人。当他制作镜头时,当他把一个凸透镜和一个凹透镜组合在一起向外看时,远处的更近了。伽利略对这一发现非常感兴趣。他用数学计算研究了什么样的镜头组合在一起。经过反复的实验,他终于在1909年发明了世界上第一个可以放大32倍的望远镜。他用自己发明的望远镜观察天文,做了许多有意义的发现。

荷兰人詹森(Janssen,1588~1632)发明了第一个显微镜。后来,意大利人冯特纳(Fontana,1580~1656)对此进行了重大改进,将显微镜的目镜从凹透镜改为凸透镜,使其具有现代显微镜的基本形式。

目前,透镜已用于电子显微镜、投影仪和相机。透镜的发展经历了一个漫长的过程,其作用在各个领域都发挥得淋漓尽致。

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