透鏡的原理及其發(fā)展歷史

透鏡是根據(jù)光的折射規(guī)律制成的。是由透明物質(zhì)(如玻璃、水晶等)制成的一種光學(xué)元件。透鏡是折射鏡，其折射面是兩個球面(球面一部分)，或一個球面(球面一部分)一個平面的透明體。透鏡所成的像有實(shí)像也有虛像。透鏡可廣泛應(yīng)用于安防、車載、數(shù)碼相機(jī)、激光、光學(xué)儀器等各個領(lǐng)域，隨著市場不斷的發(fā)展，透鏡技術(shù)也越來越應(yīng)用廣泛。

透鏡的成像原理

如果一個透明物體的兩個界面都是球面，或者一個界面是球面，另一個界面是平面，則稱此物體為透鏡。ZY部分比邊緣厚的透鏡叫凸透鏡，從它們的截面形狀來分，有雙凸、平凸、凹凸三種。ZY部分比邊緣薄的透鏡叫凹透鏡，從它的截面形狀不同，可以分為雙凹、平凹和凸凹三種。

通過透鏡兩個球面曲率ZX的直線叫做透鏡的主光軸或主軸。主軸上有一個特殊點(diǎn)，通過它的光線傳播方向不變，這個點(diǎn)叫做透鏡的光心，用字母“O”表示。凸透鏡能使跟主光軸平行的光線會聚在主光軸上的一點(diǎn)，這一點(diǎn)叫做焦點(diǎn)。凸透鏡的兩側(cè)各有一個焦點(diǎn)，且相對于光心對稱，焦點(diǎn)用字母“F”表示。焦點(diǎn)到凸透鏡光心的距離叫做焦距，用字母“f”表示。由于凸透鏡具有會聚光線的作用，所以也叫會聚透鏡。射向凹透鏡的光，經(jīng)凹透鏡后變得發(fā)散，由于凹透鏡具有發(fā)散光線的作用，所以也叫發(fā)散透鏡。

物體到凸透鏡的距離大于2倍焦距時，成倒立、縮小的實(shí)像;物體到凸透鏡的距離在2倍焦距和焦距之間時，成倒立、放大的實(shí)像;物體到凸透鏡的距離小于焦距時，成正立、放大的虛像。

透鏡的發(fā)展歷史

早在我國西漢時期(公元前206～公元25《淮南萬畢術(shù)》中就有關(guān)于冰透鏡的記載：“削冰令圓，舉以向日，以艾承其影，則生火。”即我們今天所說的削冰取火。據(jù)說在尼羅河美索不達(dá)米亞文明時代，祭司在舉行宗教儀式時能夠“引天火下凡”，祭司所用的道具就是一個簡單的凸透鏡，利用凸透鏡對光線有會聚作用這一特點(diǎn)把易燃物點(diǎn)燃。在大英博物館的埃及館里存放兩塊放大鏡，是在塔尼斯(Tanis)發(fā)現(xiàn)的，確定日期是公元150年。

由此可見，早在古時候人們就已經(jīng)知道了透鏡具有聚焦和放大作用。阿爾哈金(Alhazen，965～1038)研究過球面鏡和拋物面鏡，首先發(fā)明了凸透鏡并描繪了人眼的構(gòu)造。

1266年，培根(R.Bacon，1214～1294)首次提出用透鏡矯正視力和采用透鏡組構(gòu)成望遠(yuǎn)鏡的可能性，并描繪過透鏡焦點(diǎn)的位置。

1299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)研究了附有凸透鏡的暗箱成像，討論了透鏡組合，發(fā)明了簡易照相機(jī)。

1609伽利略(GalileoGaliei，1564～1642)展出了人類歷史上diyi架按照科學(xué)理論制造出來的望遠(yuǎn)鏡。其實(shí)，Z早發(fā)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡奧秘的不是伽利略，而是一位叫李普塞(Lippershey，1587～1619)的荷蘭商人。他在制造鏡片時，把一塊凸透鏡和一塊凹透鏡組合在一起往外看時，遠(yuǎn)處的景物就變近了。伽利略對此發(fā)現(xiàn)很感興趣，他用數(shù)學(xué)計(jì)算研究了用什么樣的鏡片組合在一起效果比較好，經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，終于在1909年發(fā)明了世界上diyi架能放大32倍的望遠(yuǎn)鏡。他用自己發(fā)明的望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行天文觀測，做出了許多有重大意義的發(fā)現(xiàn)。

diyi架顯微鏡是荷蘭人詹森(Janssen，1588～1632)發(fā)明的。后來，意大利人馮特納(Fontana，1580～1656)對此做了重大改進(jìn)，把顯微鏡的目鏡從凹透鏡改為凸透鏡，使之具有近代顯微鏡的基本形式。

目前，透鏡已經(jīng)用到電子顯微鏡、投影儀和照相機(jī)等等的物鏡上。透鏡的發(fā)展經(jīng)歷了一個漫長過程，其作用在各個領(lǐng)域都發(fā)揮得淋漓盡致。