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透镜的原理和发展历史

2021-03-18(701)次浏览

  透镜是根据光的折射规律制成的。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。透镜所成的像有实像也有虚像。透...

  透镜是根据光的折射规律制成的。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。透镜所成的像有实像也有虚像。透镜可广泛应用于安防、车载、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。


  透镜的成像原理

  如果一个透明物体的两个界面都是球面,或者一个界面是球面,另一个界面是平面,则称此物体为透镜。中央部分比边缘厚的透镜叫凸透镜,从它们的截面形状来分,有双凸、平凸、凹凸三种。中央部分比边缘薄的透镜叫凹透镜,从它的截面形状不同,可以分为双凹、平凹和凸凹三种。

  通过透镜两个球面曲率中心的直线叫做透镜的主光轴或主轴。主轴上有一个特殊点,通过它的光线传播方向不变,这个点叫做透镜的光心,用字母“O”表示。凸透镜能使跟主光轴平行的光线会聚在主光轴上的一点,这一点叫做焦点。凸透镜的两侧各有一个焦点,且相对于光心对称,焦点用字母“F”表示。焦点到凸透镜光心的距离叫做焦距,用字母“f”表示。由于凸透镜具有会聚光线的作用,所以也叫会聚透镜。射向凹透镜的光,经凹透镜后变得发散,由于凹透镜具有发散光线的作用,所以也叫发散透镜。

  物体到凸透镜的距离大于2倍焦距时,成倒立、缩小的实像;物体到凸透镜的距离在2倍焦距和焦距之间时,成倒立、放大的实像;物体到凸透镜的距离小于焦距时,成正立、放大的虚像。

  透镜的发展历史

  早在我国西汉时期(公元前206~公元25《淮南万毕术》中就有关于冰透镜的记载:“削冰令圆,举以向日,以艾承其影,则生火。”即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能够“引天火下凡”,祭司所用的道具就是一个简单的凸透镜,利用凸透镜对光线有会聚作用这一特点把易燃物点燃。在大英博物馆的埃及馆里存放两块放大镜,是在塔尼斯(Tanis)发现的,确定日期是公元150年。

  由此可见,早在古时候人们就已经知道了透镜具有聚焦和放大作用。阿尔哈金(Alhazen,965~1038)研究过球面镜和抛物面镜,首先发明了凸透镜并描绘了人眼的构造。

  1266年,培根(R.Bacon,1214~1294)首次提出用透镜矫正视力和采用透镜组构成望远镜的可能性,并描绘过透镜焦点的位置。

  1299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)研究了附有凸透镜的暗箱成像,讨论了透镜组合,发明了简易照相机。

  1609伽利略(GalileoGaliei,1564~1642)展出了人类历史上第一架按照科学理论制造出来的望远镜。其实,最早发现望远镜奥秘的不是伽利略,而是一位叫李普塞(Lippershey,1587~1619)的荷兰商人。他在制造镜片时,把一块凸透镜和一块凹透镜组合在一起往外看时,远处的景物就变近了。伽利略对此发现很感兴趣,他用数学计算研究了用什么样的镜片组合在一起效果比较好,经过反复的实验,终于在1909年发明了世界上第一架能放大32倍的望远镜。他用自己发明的望远镜进行天文观测,做出了许多有重大意义的发现。

  第一架显微镜是荷兰人詹森(Janssen,1588~1632)发明的。后来,意大利人冯特纳(Fontana,1580~1656)对此做了重大改进,把显微镜的目镜从凹透镜改为凸透镜,使之具有近代显微镜的基本形式。

  目前,透镜已经用到电子显微镜、投影仪和照相机等等的物镜上。透镜的发展经历了一个漫长过程,其作用在各个领域都发挥得淋漓尽致。

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