【凸透鏡用途】凸透鏡的妙用無窮！認識它的用途和原理

透鏡：光的聚合與發散

概述

透鏡是一種用於聚集或分散光線的設備，通常由玻璃製成。其他電磁輻射的類似設備也稱為透鏡，例如微波透鏡。透鏡按其形狀分類為凸透鏡和凹透鏡。凸透鏡中間厚、邊緣薄，而凹透鏡中間薄、邊緣厚。根據兩個光學表面的曲率，透鏡又分為雙凸透鏡、平凸透鏡、雙凹透鏡、平凹透鏡、凸凹透鏡和新月透鏡。

歷史

最早的透鏡是由水晶製成，早在 11 至 12 世紀就已出現。眼鏡於 1280 年左右在義大利發明，自此透鏡廣泛使用。恩斯特·阿貝於 1860 年提出的阿貝正弦條件描述了光學元件實現最佳成像所需滿足的條件。

光學性質

凸透鏡會匯聚平行光線，將其聚焦在稱為焦點的特定點上。凹透鏡會發散平行光線，看似來自焦點。透鏡的焦距由製鏡者方程式計算得出。

透鏡類型	焦點位置
凸透鏡	鏡後
凹透鏡	鏡前

球面透鏡的曲率半徑恆定，而非球面透鏡的曲率半徑會隨着軸心改變。薄透鏡的厚度相對於曲率半徑較小，焦距可近似計算。

應用

凸透鏡用於聚光和放大圖像，例如在放大鏡和投影儀中。凹透鏡用於製作近視眼鏡，以調整視力。其他應用包括光束擴展器和校正偏差光線。差的石英透鏡，可用於生火。
– 中世紀意大利：約 1280 年，眼鏡被發明，透鏡開始廣泛用途。
– 15 世紀：尼古拉斯·庫沙首次將凹透鏡用於近視矯正。
– 19 世紀：恩斯特·阿貝提出阿貝正弦條件，改進光學儀器的設計。

透鏡的形狀

球面透鏡的曲率半徑恆定，非球面透鏡的曲率半徑沿著中心軸變化，提供優異的成像品質。

光軸與光心

連結透鏡兩面中心點的直線稱為光軸，透鏡的物理中心稱為光心。

薄透鏡的焦距

厚度與曲率半徑相比極小的透鏡稱為薄透鏡，其焦距可近似為：

f = (n - 1) * (1/R1 + 1/R2)

其中：

n 為介質折射率
R1 為第一曲面的曲率半徑
R2 為第二曲面的曲率半徑

凸透鏡用途

凸透鏡用途廣泛，在光學領域扮演著重要的角色，以下介紹五種常見的凸透鏡用途：

應用	功能
放大鏡	放大物體的影像，常見於閲讀、首飾製作等
相機鏡頭	聚焦光線在感光元件上，形成影像
投影機	將影像投影到螢幕或牆壁上
望遠鏡	放大遠處物體的影像
雷射瞄準器	產生平行光束，用於瞄準或指示位置

以下進一步探討凸透鏡的用途：

放大鏡

凸透鏡作為放大鏡，能夠放大物體影像，原理是利用凸透鏡的焦點特性。當物體放置在凸透鏡的焦點內時，會產生一個放大、虛像的影像，因此凸透鏡常被用於放大微小物體或文字。

相機鏡頭

在相機中，凸透鏡擔任鏡頭的角色，其功能是將光線聚焦在感光元件上，以形成影像。凸透鏡的焦距會影響影像的大小和鋭利度，不同焦距的鏡頭適用於不同的拍攝場景。

投影機

投影機利用凸透鏡將影像放大並投影到螢幕或牆壁上。凸透鏡位於投影機的燈泡與螢幕之間，將燈泡發出的光線聚焦在螢幕上，形成影像。

望遠鏡

望遠鏡運用凸透鏡的放大特性，將遠處物體的影像放大，使觀測者能夠看到遠處的細節。望遠鏡通常由兩個凸透鏡組成，一個物鏡和一個目鏡，物鏡收集光線並形成影像，目鏡則放大影像讓觀測者觀看。

雷射瞄準器