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平凸透鏡的結(jié)構(gòu)與光學(xué)特性

點(diǎn)擊次數(shù):306  更新時(shí)間:2025-09-05

平凸透鏡是光學(xué)透鏡中較基礎(chǔ)且應(yīng)用廣泛的類型之一,屬于正透鏡(會(huì)聚透鏡)的范疇,其核心特征是 “一面為平面,另一面為凸球面”,能將平行光聚焦于單一焦點(diǎn),在光學(xué)成像、光束準(zhǔn)直、光能量匯聚等場(chǎng)景中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

平凸透鏡的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定了其特殊的光學(xué)行為,核心特點(diǎn)可概括為 “非對(duì)稱結(jié)構(gòu),對(duì)稱光學(xué)性能(特定條件下)”:

結(jié)構(gòu)特征

透鏡由光學(xué)基材(如玻璃、石英、樹脂等)制成,僅包含兩個(gè)光學(xué)表面:一個(gè)是平面,另一個(gè)是凸球面,球面的曲率中心位于透鏡凸面的外側(cè)(遠(yuǎn)離平面的一側(cè))。

與雙凸透鏡(兩面均為凸球面)相比,平凸透鏡的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單,且在同等焦距下,其體積和重量更小,適合對(duì)安裝空間有要求的場(chǎng)景。

光學(xué)特性:

會(huì)聚光線:作為正透鏡,平凸透鏡對(duì)入射的平行光(如太陽光、激光)具有會(huì)聚作用—— 平行于透鏡光軸的光線經(jīng)透鏡折射后,會(huì)匯聚于透鏡另一側(cè)的 “焦點(diǎn)” 上;反之,從焦點(diǎn)發(fā)出的發(fā)散光經(jīng)透鏡折射后,會(huì)變?yōu)槠叫杏诠廨S的平行光。

*小球差:當(dāng)平行光從平面?zhèn)热肷鋾r(shí),平凸透鏡的球差(球面像差,因透鏡球面曲率導(dǎo)致不同位置光線聚焦偏差的誤差)*小,這是其重要優(yōu)勢(shì)之一(若從凸面?zhèn)热肷?,球差?huì)顯著增大),因此多數(shù)場(chǎng)景下會(huì)優(yōu)先選擇 “平面進(jìn)、凸面出” 的光路設(shè)計(jì)。

無彗差(特定條件):在 “平行光沿光軸入射” 的理想條件下,平凸透鏡可近似認(rèn)為無彗差(導(dǎo)致成像邊緣模糊的像差),成像清晰度較高。 
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