透鏡成像規律:光學術語-中文百科頻道

凸透鏡

規律

(1)二倍焦距以外，倒立縮小實像；

一倍焦距到二倍焦距，倒立放大實像；

一倍焦距以内，正立放大虛像；

成實像物和像在凸透鏡異側，成虛像在凸透鏡同側。

(2)一倍焦距分虛實(和正倒)，兩倍焦距分大小，物近像遠像變大，物遠像近像變小。

為了研究各種猜想，人們經常用光具座進行試驗。

蠟燭的燭芯，凸透鏡，光屏應盡量保持在同一高度上。

（3）凸透鏡成像滿足1/v+1/u=1/f

利用透鏡的特殊光線作透鏡成像光路：物體處于2倍焦距以外，物體處于2倍焦距和1倍焦距之間，物體處于焦點以内。

（4）凹透鏡成像光路

實驗研究凸透鏡的成像規律是：當物距在一倍焦距以内時，得到正立、放大的虛像；在一倍焦距到二倍焦距之間時得到倒立、放大的實像；在二倍焦距以外時，得到倒立、縮小的實像。探究凸透鏡成像規律實驗在河北中考實驗操作和筆試中每年都出現,占有很重要的地位。

透鏡成像滿足透鏡成像公式：

對于實像來說：1/u+1/v=1/f。

對于虛像來說：1/u-1/v=1/f。

原理應用

鏡頭就是一個凸透鏡，要照的景物就是物體，膠片就是屏幕，照射在物體上的光經過漫反射通過凸透鏡将物體的像成在最後的膠片上，膠片上塗有一層對光敏感的物質，它在曝光後發生化學變化，物體的像就被記錄在膠卷上。至于物距、像距的關系與凸透鏡的成像規律完全一樣，物體靠近時，像越來越遠，越來越大，最後再同側成虛像。物遠像近像變小；物近像遠像變大。

凹透鏡

規律

對于薄凹透鏡：當物體為實物時，成正立、縮小的虛像，像和物在透鏡的同側；

當物體為虛物，凹透鏡到虛物的距離為一倍焦距（指絕對值）以内時，成正立、放大的實像，像與物在透鏡的同側；

當物體為虛物，凹透鏡到虛物的距離為一倍焦距（指絕對值）時，成像于無窮遠；

當物體為虛物，凹透鏡到虛物的距離為一倍焦距以外兩倍焦距以内（均指絕對值）時，成倒立、放大的虛像，像與物在透鏡的異側；

當物體為虛物，凹透鏡到虛物的距離為兩倍焦距（指絕對值）時，成與物體同樣大小的倒立的虛像，像與物在透鏡的異側；

當物體為虛物，凹透鏡到虛物的距離為兩倍焦距以外（指絕對值）時，成倒立、縮小的虛像，像與物在透鏡的異側。

如果是厚的彎月形凹透鏡，情況會更複雜。當厚度足夠大時相當于伽利略望遠鏡，厚度更大時還會相當于正透鏡。

原理應用

近視眼鏡是凹透鏡，凹透鏡對光線起發散作用，成一個正立、縮小的虛像，聚焦于視網膜上。

像物同側，v，物近像近像變大，物遠像遠像變小。

凹凸區别

結構

凸透鏡是由兩面磨成球面的透明鏡體組成。

凹透鏡是由兩面都是磨成凹球面透明鏡體組成。

對光線作用

凸透鏡主要對光線起會聚作用（面鏡則相反）。

凹透鏡主要對光線起發散作用（面鏡則相反）。

成像性質

凸透鏡是折射成像，成的像可以是正、倒；虛、實；放、縮，起聚光作用。

凹透鏡是折射成像隻能成縮小的正立像，起散光作用。

凸面鏡是反射成像。

凹面鏡是反射成像。

透鏡（包括凸透鏡）是使光線透過，使用光線折後成像的儀器，光線遵守折射定律；面鏡（包括凸面鏡）不是使光線透過，而是反射回去成像的儀器，光線遵守反射定律。

凸透鏡可以成倒立放大、等大、縮小的實像或正立放大的虛像。可把平行光會聚于焦點，也可把焦點發出的光線折射成平行光。凹透鏡隻能成正立縮小的虛像，主要用擴大視野。

光的折射

詳細就是：在物理上凹鏡和凸鏡都是利用光的折射的原理成像。

光學顯微鏡和望遠鏡（包括一部分天文望遠鏡）都是利用光的折射和光的直線傳播原理制成的。

放大鏡和顯微鏡是用于觀測放置在觀測人員近處應予放大的物體的。

（一）放大鏡的成像原理表面為曲面的玻璃或其他透明材料制成的光學透鏡可以使物體放大成像，光路圖如圖1所示。位于物方焦點F以内的物AB，其大小為y，它被放大鏡成一大小為y'的虛像A'B'。

放大鏡的放大率Γ=250/f'式中250--明視距離，單位為mmf'--放大鏡焦距，單位為mm該放大率是指在250mm的距離内用放大鏡觀察到的物體像的視角同沒有放大鏡觀察到的物體視角的比值。

（二）顯微鏡的成像原理顯微鏡和放大鏡起着同樣的作用，就是把近處的微小物體成一放大的像，以供人眼觀察。隻是顯微鏡比放大鏡可以具有更高的放大率而已把物鏡L1和目鏡L2均以單塊透鏡表示。物體AB位于物鏡前方，離開物鏡的距離大于物鏡的焦距，但小于兩倍物鏡焦距。所以，它經物鏡以後，必然形成一個倒立的放大的實像A'B'。

A'B'位于目鏡的物方焦點F2上，或者在很靠近F2的位置上。再經目鏡放大為虛像A''B''後供眼睛觀察。虛像A''B''的位置取決于F2和A'B'之間的距離，可以在無限遠處（當A'B'位于F2上時），也可以在觀察者的明視距離處（當A'B'在圖中焦點F2之右邊時）。目鏡的作用與放大鏡一樣。所不同的隻是眼睛通過目鏡所看到的不是物體本身，而是物體被物鏡所成的已經放大了一次的像。

（三）顯微鏡的重要光學技術參數在鏡檢時，人們總是希望能清晰而明亮的理想圖象，這就需要顯微鏡的各項光學技術參數達到一定的标準，并且要求在使用時，必須根據鏡檢的目的和實際情況來協調各參數的關系。隻有這樣，才能充分發揮顯微鏡應有的性能，得到滿意的鏡檢效果。

顯微鏡的光學技術參數包括：數值孔徑、分辨率、放大率、焦深、視場寬度、複蓋差、工作距離等等。這些參數并不都是越高越好，它們之間是相互聯系又相互制約的，在使用時，應根據鏡檢的目的和實際情況來協調參數間的關系，但應以保證分辨率為準。

1、數值孔徑數值孔徑簡寫NA，數值孔徑是物鏡和聚光鏡的主要技術參數，是判斷兩者（尤其對物鏡而言）性能高低的重要标志。其數值的大小，分别标刻在物鏡和聚光鏡的外殼上。數值孔徑（NA）是物鏡前透鏡與被檢物體之間介質的折射率（n）和孔徑角（u）半數的正弦之乘積。

用公式表示如下：NA=nsinu/2孔徑角又稱"鏡口角"，是物鏡光軸上的物體點與物鏡前透鏡的有效直徑所形成的角度。孔徑角越大，進入物鏡的光通亮就越大，它與物鏡的有效直徑成正比，與焦點的距離成反比。顯微鏡觀察時，若想增大NA值，孔徑角是無法增大的，唯一的辦法是增大介質的折射率n值。

基于這一原理，就産生了水浸物鏡和油浸物鏡，因介質的折射率n值大于1，NA值就能大于1。數值孔徑最大值為1.4，這個數值在理論上和技術上都達到了極限。目前，有用折射率高的溴萘作介質，溴萘的折射率為1.66,所以NA值可大于1.4。這裡必須指出，為了充分發揮物鏡數值孔徑的作用，在觀察時，聚光鏡的NA值應等于或略大于物鏡的NA值。

數值孔徑與其他技術參數有着密切的關系，它幾乎決定和影響着其他各項技術參數。它與分辨率成正比，與放大率成正比，與焦深成反比，NA值增大，視場寬度與工作距離都會相應地變小。

2、分辨率顯微鏡的分辨率是指能被顯微鏡清晰區分的兩個物點的最小間距，又稱"鑒别率"。其計算公式是σ=λ/NA式中σ為最小分辨距離；λ為光線的波長；NA為物鏡的數值孔徑。可見物鏡的分辨率是由物鏡的NA值與照明光源的波長兩個因素決定。NA值越大，照明光線波長越短，則σ值越小，分辨率就越高。

要提高分辨率，即減小σ值，可采取以下措施

（1）降低波長λ值，使用短波長光源。

（2）增大介質n值以提高NA值（NA=nsinu/2）。

（3）增大孔徑角u值以提高NA值。

（4）增加明暗反差。

3、放大率和有效放大率由于經過物鏡和目鏡的兩次放大，所以顯微鏡總的放大率Γ應該是物鏡放大率β和目鏡放大率Γ1的乘積：Γ=βΓ1顯然，和放大鏡相比，顯微鏡可以具有高得多的放大率，并且通過調換不同放大率的物鏡和目鏡，能夠方便地改變顯微鏡的放大率。放大率也是顯微鏡的重要參數，但也不能盲目相信放大率越高越好。

顯微鏡放大倍率的極限即有效放大倍率。分辨率和放大倍率是兩個不同的但又互有聯系的概念。有關系式：500NA<Γ><1000NA當選用的物鏡數值孔徑不夠大，即分辨率不夠高時，顯微鏡不能分清物體的微細結構，此時即使過度地增大放大倍率，得到的也隻能是一個輪廓雖大但細節不清的圖像，稱為無效放大倍率。

反之如果分辨率已滿足要求而放大倍率不足，則顯微鏡雖已具備分辨的能力，但因圖像太小而仍然不能被人眼清晰視見。所以為了充分發揮顯微鏡的分辨能力，應使數值孔徑與顯微鏡總放大倍率合理匹配。

4、焦深焦深為焦點深度的簡稱，即在使用顯微鏡時，當焦點對準某一物體時，不僅位于該點平面上的各點都可以看清楚，而且在此平面的上下一定厚度内，也能看得清楚，這個清楚部分的厚度就是焦深。

焦深大，可以看到被檢物體的全層，而焦深小，則隻能看到被檢物體的一薄層，焦深與其他技術參數有以下關系：

（1）焦深與總放大倍數及物鏡的數值孔徑成反比。

（2）焦深大，分辨率降低。由于低倍物鏡的景深較大，所以在低倍物鏡照相時造成困難。在顯微照相時将詳細介紹。

5、視場直徑（FIELDOFVIEW）觀察顯微鏡時，所看到的明亮的圓形範圍叫視場，它的大小是由目鏡裡的視場光闌決定的。視場直徑也稱視場寬度，是指在顯微鏡下看到的圓形視場内所能容納被檢物體的實際範圍。視場直徑愈大，愈便于觀察。

有公式F=FN/β式中F:視場直徑，FN：視場數（FieldNumber,簡寫為FN，标刻在目鏡的鏡筒外側），β:物鏡放大率。由公式可看出：（1）視場直徑與視場數成正比。

（2）增大物鏡的倍數，則視場直徑減小。因此，若在低倍鏡下可以看到被檢物體的全貌，而換成高倍物鏡，就隻能看到被檢物體的很小一部份。

6、複蓋差顯微鏡的光學系統也包括蓋玻片在内。由于蓋玻片的厚度不标準，光線從蓋玻片進入空氣産生折射後的光路發生了改變，從而産生了相差，這就是複蓋差。複蓋差的産生影響了顯微鏡的成響質量。

國際上規定，蓋玻片的标準厚度為0.17mm，許可範圍在0.16-0.18mm，在物鏡的制造上已将此厚度範圍的相差計算在内。物鏡外殼上标的0.17，即表明該物鏡所要求的蓋玻片的厚度。

7、工作距離WD工作距離也叫物距，即指物鏡前透鏡的表面到被檢物體之間的距離。