透镜
一．选择题（共30小题）
1．（2007?泰安）如图所示，当用眼睛去观察镜子时，光束似乎是从M处发散开来的，则透镜的焦距是（）
2．（2007?绵阳）两个完全相同的凸透镜L1、L2如图放置，其中AO1=O1B=BO2，过A点的一条光线经L1折射后按如图方向到达L2，则关于该光线再经L2折射后的去向，以下判断正确的是（）
3．（2012?乌海二模）关于光现象，下列说法不正确的是（）
6．把一块薄玻璃板按如图所示方式以球形割面切开，成为2个薄透镜，然后沿主轴分开一定的距离，如果1束平行光沿主轴投射到1个透镜上，则（）
7．如图所示，有一束光通过虚线内的光学元件后，传播方向发生了改变，则这个虚线框内（）
9．（2012?天津）如图所示，将凸透镜固定在光具座上某位置（图中未标出），点燃的蜡烛放在光具座上的a点，调节光屏的位置，在光屏上得到烛焰清晰缩小倒立的像．将蜡烛从a点滑到b点后，再移动光屏，屏上得到清晰的像变小．则（）
10．（2012?南通）探究凸透镜成像规律时，小明在凸透镜前放一燃着的蜡烛，移动光屏并在光屏上找到清晰的像．然
11．（2011?菏泽）测绘人员绘制地图时，需从高空向地面照相，若使用的相机镜头焦距为50mm，则胶片到镜头的
12．（2011?河北）让一束平行光经过一透镜，在光屏上得到一个最小、最亮的光斑（如图所示），小明用此透镜做“探究透镜成像规律”的实验．下列说法不正确的是（）
14．（2005?呼和浩特）用镜头焦距不变的照相机给同学拍照，底片上成一清晰的全身像，若要改拍半身像，则应该
15．（2003?上海）物体放在凸透镜的主光轴上，在距透镜40厘米处的光屏上得到一个倒立、放大的像，则该透镜
16．（2013?宜春模拟）如图所示，凸透镜的焦距为5厘米，在透镜左侧10厘米处，有一个与主光轴垂直的物体AB，在透镜右侧15厘米处放一个平面镜，镜面与凸透镜的主光轴垂直，则该光具组中，物体AB的成像情况是（）
17．（2013?娄底模拟）在探究凸透镜成像规律时，一位同学用凸透镜观察书上的文字，文字变大了，为了看到更大
21．望远镜能对远处的物体进行视角放大，它利用两个焦距不同的凸透镜分别作为物镜和目镜，则物镜和目镜对被
27．（2011?槐荫区一模）人的眼睛像一架照相机，晶状体和角膜的共同作用相当于一个透镜，来自物体的光会在视网膜上形成像．如果长期用眼疲劳，会导致在视网膜的前面形成像造成近视眼，如图所示有一种治疗近视眼的手术，采用激光对角膜进行切削，使晶状体和角膜构成的（）
30．关于图中的光学现象，下列描述或解释正确的是（）
2014年2月姜旭东的初中物理组卷
参考答案与试题解析
一．选择题（共30小题）
1．（2007?泰安）如图所示，当用眼睛去观察镜子时，光束似乎是从M处发散开来的，则透镜的焦距是（）
2．（2007?绵阳）两个完全相同的凸透镜L1、L2如图放置，其中AO1=O1B=BO2，过A点的一条光线经L1折射后按如图方向到达L2，则关于该光线再经L2折射后的去向，以下判断正确的是（）
3．（2012?乌海二模）关于光现象，下列说法不正确的是（）
6．把一块薄玻璃板按如图所示方式以球形割面切开，成为2个薄透镜，然后沿主轴分开一定的距离，如果1束平行光沿主轴投射到1个透镜上，则（）
7．如图所示，有一束光通过虚线内的光学元件后，传播方向发生了改变，则这个虚线框内（）
9．（2012?天津）如图所示，将凸透镜固定在光具座上某位置（图中未标出），点燃的蜡烛放在光具座上的a点，调节光屏的位置，在光屏上得到烛焰清晰缩小倒立的像．将蜡烛从a点滑到b点后，再移动光屏，屏上得到清晰的像变小．则（）
10．（2012?南通）探究凸透镜成像规律时，小明在凸透镜前放一燃着的蜡烛，移动光屏并在光屏上找到清晰的像．然
11．（2011?菏泽）测绘人员绘制地图时，需从高空向地面照相，若使用的相机镜头焦距为50mm，则胶片到镜头的
12．（2011?河北）让一束平行光经过一透镜，在光屏上得到一个最小、最亮的光斑（如图所示），小明用此透镜做“探究透镜成像规律”的实验．下列说法不正确的是（）
14．（2005?呼和浩特）用镜头焦距不变的照相机给同学拍照，底片上成一清晰的全身像，若要改拍半身像，则应该
15．（2003?上海）物体放在凸透镜的主光轴上，在距透镜40厘米处的光屏上得到一个倒立、放大的像，则该透镜
16．（2013?宜春模拟）如图所示，凸透镜的焦距为5厘米，在透镜左侧10厘米处，有一个与主光轴垂直的物体AB，在透镜右侧15厘米处放一个平面镜，镜面与凸透镜的主光轴垂直，则该光具组中，物体AB的成像情况是（）
17．（2013?娄底模拟）在探究凸透镜成像规律时，一位同学用凸透镜观察书上的文字，文字变大了，为了看到更大
21．望远镜能对远处的物体进行视角放大，它利用两个焦距不同的凸透镜分别作为物镜和目镜，则物镜和目镜对被
27．（2011?槐荫区一模）人的眼睛像一架照相机，晶状体和角膜的共同作用相当于一个透镜，来自物体的光会在视网膜上形成像．如果长期用眼疲劳，会导致在视网膜的前面形成像造成近视眼，如图所示有一种治疗近视眼的手术，采用激光对角膜进行切削，使晶状体和角膜构成的（）
30．关于图中的光学现象，下列描述或解释正确的是（）
菲涅尔透镜的原理及应用 （国防科大理学院光学小组第六组） [摘要] 菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆。菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。菲涅尔透镜可按照光学设计或结构进行分类。菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用；二是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。 [关键词] 菲涅尔透镜；原理；分类；应用；研究与发展状况 本文主要从菲涅尔透镜的历史，基本原理，分类，作用，应用以及国内外的研究与发展状况等方面完整介绍了菲涅尔透镜的相关知识。 1.简介 菲涅尔透镜(Fresnel lens)，又称螺纹透镜，是由法国物理学家奥古斯汀·菲涅尔（Augustin·Fresnel)发明的，他在1822年最初使用这种透镜设计用于建立一个玻璃菲涅尔透镜系统——灯塔透镜。菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的，透镜的要求很高，一片优质的透镜必须是表面光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，多在1mm左右，特性为面积较大，厚度薄及侦测距离远。
菲涅尔透镜 菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用；二是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。多用于对精度要求不是很高的场合，如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。 2.菲涅尔透镜的历史 通过将数个独立的截面安装在一个框架上从而制作出更轻更薄的透镜，这一想法常被认为是由布封伯爵提出的。孔多塞(1743-1794)提议用单片薄玻璃来研磨出这样的透镜。而法国物理学家兼工程师菲涅尔亦对这种透镜在灯塔上的应用寄予厚望。根据史密森学会的描述，1823年，第一枚菲涅尔透镜被用在了吉伦特河口的哥杜昂灯塔（Phare de Cordouan）上；透过它发射的光线可以在20英里（32千米）以外看到。苏格兰物理学家大卫·布儒斯特爵士被看作是促使英国在灯塔中使用这种透镜的推动者。 3.菲涅尔透镜的基本原理 菲涅尔透镜的工作原理十分简单：假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面（如：透镜表面），拿掉尽可能多的光学材料，而保留表面的弯曲度。
透镜成像规律及应用 从表中可以看出： （1）凡实像总是倒立的，凡虚像总是正立的； （2）实像可以是放大的、等大的或缩小的，虚像则必然是放大的； （3）像、物的移动速度有快、慢之分，与物体所处位置有关系。当成放大的像时，像的速度大于物体的速度，当成缩小的像时，像的速度小于物体速度。 （4）凸透镜成像可以概括为二点三区域，即2f是成像放大与缩小的分界点，f是成实像与虚像的分界点。在u>2f区域，成缩小实像，在f 《光现象》复习教学案（2课时） 蒋中初三备课组 一.教学目标： 1、了解光的色散 2、知道光的三原色和颜料的三原色 3、知道红外线和紫外线以及它们的主要特征和应用 4、知道光的直线传播的条件并能用直线传播的原理解释一些现象 5、知道平面镜成像原理及其应用 6、掌握光的反射定律及了解其应用 二、知识回顾 1、______ 叫做光源。光源分为______ 禾廿___ 。 2、白色光不是单纯的光，它是由______________________________ 七种不同的色光组成， 当太阳光通过三棱镜后，会分解成七色光的现象叫_________________ 。首先用实验研究光的色散现象的是英国物理学家 ________ 。 3、光的三原色是指________________ 。颜料的三原色是指 ________________ 。 4、有色的透明物体只能透过________ 的色光，即透明物体的颜色是由色光决定的。 有色的不透明物体只能反射 _______ 的色光，不透明物体的颜色是由它__________ 色光决定 5、光具有的能量叫____ 。太阳的热主要是以_______ 的形式传送到地球上来的。 6、红外线能使被照射的物体发热，因此它具有____________ 效应；紫外线最显著的性质是 它能 ______________ 。 7、光在传播的过程中，如果遇到不透明的物体，在物体的后面不能到达的区域便产生了 影子，这说明光是 ___________________ 。 8、平面镜的成像特点是：①平面镜所成的像不能呈现在白纸上，是—像。②像的大小 与物体的大小 ________ 。③像与物的连线与镜面________ ④像到镜的距离与物到镜的距离 _______ 。⑤像与物以镜面_____________ 的。 9、在“研究平面镜成像的特点”实验中，在桌面竖立一块玻璃作为平面镜。实验时，要 使镜后的物体与镜前物体成的像重合，这是为了____________________________ ，从而发现的特点；如果用尺量出物、像到平面镜的距离则发现_______________ 的规律；如果用笔画出物、像对应点的连线，则发现物、像对应点的连线与镜面__________________ ;平面镜成的是 ______________ 像。 目录 第一章绪论 (1) 1.1引言 (1) 1.2研究背景及意义 (1) 1.3国内外现状 (2) 1.4本文主要研究内容 (5) 第二章微透镜阵列理论综述 (7) 2.1阵列光学理论 (7) 2.1.1 光学阵列元件的特性 (7) 2.1.2 光学阵列元件的光线理论 (8) 2.2微透镜阵列及其在成像上的应用 (11) 2.3基于图像序列的超分辨率算法综述 (11) 2.4后期处理算法的实现 (12) 2.4.1 像素重排方法原理 (13) 2.4.2 算法流程 (14) 2.4.2 算法的改进 (17) 2.5图像序列间的运动估计 (18) 2.5.1 空间几何变换模型 (18) 2.5.2 图像配准方法 (19) 2.6像质评价 (23) 2.7本章小结 (23) 第三章微透镜阵列直接成像系统 (25) 3.1微透镜阵列直接成像系统采样模型 (25) 3.2微透镜阵列直接成像系统结构 (26) 3.3基于微透镜阵列直接成像系统的数学模型 (28) 3.4一种大视场的微透镜阵列成像系统 (31) 3.5本章小结 (34) 第四章模拟与实验 (35) 4.1系统模拟 (35) 4.1.1 结构紧凑系统模拟 (35) 4.1.2 与传统系统对比系统模拟 (38) 4.1.3 大视场系统模拟 (41) 4.1.4 实验用系统模拟 (42) 4.2实验及结果处理 (45) 4.2.1 CCD相机与14AR微透镜阵列实验 (45) 4.2.2 CMOS相机与7AR微透镜阵列实验 (47) 4.2.3 CMOS相机与14AR微透镜阵列实验 (50) 4.3实验小结 (51) 4.4本章小结 (51) 第五章总结与展望 (53) 5.1总结 (53) 5.2展望 (53) 参考文献 (55) 攻读学位期间公开发表的论文 (60) 致谢 (61) 完美透镜与负折射现象 一.引言 由于巨大的潜在应用价值,负折射现象引起了人们的浓厚兴趣。最重要的是负折射率介质在理论上可以实现完美透镜(Perfect lens) 。 完美透镜也称超级透镜（superlens），是左手材料即负折射材料（表观介电常数和磁导率同时小于0的材料）的一种应用，其作用是实现亚波长成像，因为一般情况下，我们用普通透镜只能观测到物体的大概信息，而物体的精细信息储存在倏逝波（亦称消失波）里，倏逝波进入透镜后，以e的负指数按距离衰减，所以使用普通透镜观测不到其上的精细信息，这就是瑞利判据的由来，而完美透镜可以将倏逝波传递并放大，使人们可以观测到物体表面的精细信息，突破了衍射极限，美国伯克利大学的张翔博士已经用银做出了这种透镜。 用无限大的负折射率介质板制成的完美透镜可将光束的各个角谱成分完美地聚焦于一点。聚焦光斑的精度可以达到小于波长的尺度。如果将其制成光学镜头,可以使DVD 的数据存储量扩大100 倍;如果应用于医疗高磁共振(MRI) 仪器,也将大大提图像的清晰度[7 ,8 ] 。负折射率介质大多为周期排列的微观金属单元结构,损耗高,且只能在微波段实现负折射,应用前景受到限制。最近Zhang等在实验中发现:光线在两个沿光轴成45°角切割的正折射率的单轴晶体界面出现了负折射现象,证明在不具有负折射率的介质中同样可以实现负折射,被认为是实现完美透镜的另一个重要尝试。Liu 等分析了单轴晶体中实现负折射入射角的范围,发现各向同性介质和单轴晶体界面也会同时出现负折射现象。本文进一步分析了在各向同性介质和单轴晶体界面实现负折射的最佳条件。能流在各向同性介质和单轴晶体界面实现负折射时入射角处于一个很小的范围内。为使单轴晶体中的负折射现象更为明显,总希望实现负折射的入射角范围更大一些。计算发现可以通过调节光轴角、各向异性参量以及各向同性介质的折射率使入射临界角达到最大值,获得实现负折射的最佳光轴角和最大入射临界角。单轴晶体中的负折射现象完全是由单轴晶体的各向异性决定的,在各向同性介质和单轴晶体界面能流可能发生负折射而波矢量仍然发生正折射,这和负折射率介质中的负折射性质[1～5 ] 不同。最后分析了单轴晶体中的能流负折射现象不能实现完美透镜。 二.单轴晶体中的光学传输性质 设单轴晶体无吸收、无旋光,其介电常量张量ε在主轴坐标系XOZ 中(参见图1) 可以表示为 其中no 和ne 分别为晶体中寻常光(o 光) 和非常光(e 光) 的主折射率;o 光的折射率不依赖于波矢k的方向, 其能流(坡印亭矢量) 可由S = E×H给出, S方向与波矢k方向一致, 这与各向同性介质中的光传输是一样的。e 光折射率不仅依赖于波矢k方向,而且能流S方向与波矢k方向存在离散角。引入传输坐标系xoz ,其中z 轴与晶体界面垂直,光轴位于xoz 平面内,φ为光轴和晶体界面的夹角即光轴角。传输坐标系xoz 是在主轴坐标系XOZ 基础上绕y 轴顺时针旋转了π/ 2 +φ得到的。不失一般性, 假设波矢也位于xo z 平面内( k t y = 0) ,则在两组坐标系中波矢满足变换关系 透镜及其应用 一、知识网络结构图 二．凸透镜成像原理图（眼睛直接看像时必须有来自物体的光能够进入人眼 ） ①定义： 中间厚、边缘薄的透镜 ②作用：凸透镜对光线具有 会聚 作用 ①定义： 中间薄、边缘厚的透镜 透镜 （1）凸透镜 （2）凹透镜 （3）几个 概念 ①F 点是 实像与虚像 的分界点 ②2F 点是 放大的实像与缩小的实像 的分界点 ③物体越靠近F 点，像越 大 ，像距越 大 凸透镜 成 像规律 ①u ＞2f 时，照相机：倒立、缩小的实像，像距为f ＜v ＜2f ②f ＜u ＜2f 时，投影仪：倒立、放大的实像，像距为v ＞2f ③u ＜f 时，放大镜： 正立、放大的虚像，像距为|v|＞u （1）几个特殊点 （2）成像规律 原理： 凸透镜可以成正立、放大的虚像 ②操作：物体离F 越近，像越 大 ；一般情况下，为了使像变得更 大，物体离放大镜的距离应 远 些,但距离不超过焦距。 原因：晶状体太 薄 了，对光的会聚能力太 弱 ，像呈现在视网膜的 后方 矫正：需要佩戴远视眼镜，它是 凸透 镜 原因：晶状体太厚 了，对光的会聚能力太 强 ， 像呈现在视网膜的 前方 矫正：需要佩戴近视眼镜，它是凹透镜 眼球的结构：晶状体（相当于凸透镜）、视网膜（相当于光屏） 眼睛的工作原理（照相机）：凸透镜可以成倒立、缩小的实像 眼睛的调焦： 调节晶状体的厚薄程度，改变焦距 ① 眼睛 ②近视眼 ③远视眼 凸 透镜的应用 眼睛 照相机 投影 放大镜 显微镜：由两个焦距不同的凸透镜组合而成 望远镜：常用的望远镜是由两个焦距不同的凸透镜组合而成 ?照相机、摄像机原理 （物体与相机的距离是物距u，底片到镜头的距离是相距v。底片相当于光屏） ?投影仪、幻灯机原理 （底片到镜头的距离是物距u，大屏幕与投影仪的距离是像距v。大屏幕相当于光屏）?放大镜原理 （要成像大一些：物体要靠近焦点即远离透镜一些，但距离要控制在一倍焦距之内）?二倍实像分大小是指 一倍虚实、同异兼正倒是指 ?实像与虚像的区别 （1）成像原理不同 实像：物体上射出的光线经反射或折射后，实际光线会聚所成的像 虚像：物体上射出的光线经反射或折射后，光线散发，由其反向延长线会聚所成的像 【教学目标】 知识和技能 1、知道什么是凸透镜，什么是凹透镜。 2、知道什么是透镜的主光轴、光心、焦点、焦距。 3、知道凸透镜对光起会聚作用，凹透镜对光起发散作用。 过程与方法 1.会用一定的方法辨别什么是凸透镜，什么是凹透镜。（通过教学一完成） 2.观察凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用。（通过教学二的实验完成，并且通过典型题目帮助理解进行巩固） 情感、态度与价值观 1、以探究活动为主要的学习形式展开学习活动，让学生经历探究过程，体验探究方法，通过合作、交流、表述等形式将对透镜的感性认识理性化。 2、设置问题情境和学习情境，加强对透镜以及透镜的性质的感性认识。 【设计思路】 本节主要讲述的是透镜的初步知识，这节课的设计思路是通过实验探究为主的教学方式进行设计；以实验为主线，通过探究性实验，学生间的讨论、设计、动手及合作的观察、分析揭示透镜的特点，把透镜分成两类，再对它们的形状共性进行探究得定义；关于透镜对光的作用进行假设，利用实验进行验证得出结论。为巩固知识，设计了区分老花眼镜和近视眼镜的活动，最后通过常见的冰、水制作透镜开拓学生的视野，利用光在传播过程中伴随着能量的传递，增强学生的环保意识。 【教学过程】 引入新课 通过装有水的杯子观察课本上的字，从侧面看字是放大的，从杯口向下看，字是缩小的。引发学习兴趣与欲望，将学生从生活引向物理。 师：再分别给学生一个老花镜，一个近视镜，看近处的字。 生：老花眼镜看字是放大的；近视眼镜看字是缩小的。 师：为什么会出现这种现象呢？为了揭示这其中的奥秘，我们学习今天的知识。 新课教学 一、认识凸透镜和凹透镜以及透镜的主光轴、光心。 师：分发给学生多个圆形镜片，让学生仔细观察镜片，然后给镜片进行分类。生：将观察到的现象记录在实验记录表格中的相应栏目中。 师：同学们，你们能把刚才看到的现象分成几类？形状上各有什么特点？ 生：两类：一类能成放大的像；一类能成缩小的像。成放大像的镜片是中间厚边缘薄，成缩小像的镜片是中间薄边缘厚。 师：我们把中间厚边缘薄的透镜叫凸透镜；把中间薄边缘厚的透镜叫凹透镜。 （这里，课件出示6个不同形状的透镜图片，让学生归类，从而增强对于凸透镜和凹透镜的认识） 师：介绍两个概念： 光心：透镜的中心叫光心。 主光轴：通过透镜光心与透镜垂直的叫主光轴。 凸透镜的成像规律 一．凸透镜所成的像与物体所处位置的变化规律 （1）物体在无穷远处时，像成在焦点上。（无穷远处的物体射向凸透镜的光线可以近似地认为是平行光，平行于主光轴的光线经凸透 镜折射后过焦点，这个点我们可以认为就是无穷 远处的物体通过凸透镜所成像的位置。）（如图1 所示） 实例应用：太阳离我们很远，我们利用太阳 光可以近似地看成平行光来确定凸透镜焦距时， 将凸透镜正对太阳光，在凸透镜的另一侧所看到 的亮点就可以认为是太阳通过凸透镜所成的像。这也是确定凸透镜的焦距比较简便的一种方法。 （2）物体在由无穷远处向二倍焦距处 靠近的过程中，通过凸透镜所成的像由焦点 处向二倍焦距处移动，像是倒立、缩小的实 像，像逐渐变大，但像始终小于物体。（如 图2所示） 实例应用：照相机。当用照相机拍摄远 景时，胶片前移靠近焦点；拍摄近景时，胶片后 移远离焦点。 （3）当物体移动到二倍焦距上时，像也正好 移动到凸透镜另一侧的二倍焦距上，此时像是倒 立、与物体大小相等的实像，此时像和物体的距 离最近。（如图3所示） （4）物体在由二倍焦距处向焦点处移动的 过程中，像由凸透镜另一侧的二倍焦距处向远处 移动，像是倒立、放大的实像。随着物体的移动， 像逐渐远离凸透镜，像同时逐渐变大。（如图4 所示） 实际应用：幻灯机（或投影仪、电影放映机） 将胶片倒插在卡座上，在银幕上可以得到放 大的正立的实像。 （5）当物体移动到焦点上时，像就移动到了无 穷远处。（两条经过凸透镜折射后的光线正、反向都 不相交，故既不成实像，也不成虚像，我们可以认 为此时的像在无穷远处）。 实际应用：将点光源放在焦点上，在凸透镜的 另一侧可以得到一束平行光，某些探照灯就是利用 这个原理制成的。 （6）当物体由焦点处向透镜靠近时，从物体上发出的光线通过凸透镜的折射后变得发散，而在物体的同侧，折射光线的反向延长线可以会聚，形成正立、放大的虚像，在物体移动过程中，物距变小，像距变小，像也随之变小，但此虚像始终大于物体。 第五章：透镜笔记整理必背部分： 一：透镜 1 、透镜的性质：透镜是根据光的折射规律制成的。透镜是由透明物质（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。它所成的像有实像也有虚像。 2、分类：凸透镜：中间厚，边缘薄，有双凸、平凸、凹凸三种； 凹透镜：中间薄，边缘厚，有双凹、平凹、凸凹三种。 3、透镜的相关概念：（1）主光轴：通过镜面所在球心的连线； （2）光心：通过光心的光线不偏折； （3）焦点：对于凸透镜的焦点是折射光线会聚的，对于凹透 镜的焦点是折射光线的反向延长线会聚的。 （4）焦距：焦点到光心的距离，焦距越短，折光能力越强。 4、透镜对光线的作用：如图 （1）凸透镜对光具有会聚作用。 （2）凹透镜对光有发散作用。 注意：A;凸透镜的对光的会聚和凹透镜对光的发散都是相对于入射光线而言的。 B;凸透镜表面越凸，焦距越短，表明会聚作用越强，反之则越弱。 C;凹透镜表面越凹，焦距越短，表明发散作用越强，反之则越弱。 D;透镜对光线的会聚和发散作用是由于光线通过透镜的两个表面发生两次折射造成的。 5、透镜中的三条特殊光线： 凸透镜：（1）通过凸透镜光心的光线传播方向不变； （2）平行于凸透镜主光轴的光线会聚于焦点； （3）通过凸透镜焦点的光线平行于主光轴射出。 凹透镜：（1）通过凹透镜光心的光线传播方向不变； （2）平行于凹透镜主光轴的光线经凹透镜折射后，其折射光 线的反向延长线通过入射光线这一侧的焦点（虚焦点）。 （3）射向凹透镜另一侧焦点的光线经凹透镜折射后的 光线与主光轴平行。 二：凸透镜成像规律： 实验装置：蜡烛、凸透镜、光屏、直尺。 注意事项：烛焰、凸透镜、光屏三者的中心大致在同一高度。 物距：物体到凸透镜的距离；像距：像到凸透镜的距离。 物距像距像的性质像的位置应用 u>2f 2f>v>f 倒立缩小实像异侧照相机 u=2f v=2f 倒立等大实像异侧侧焦距 f 培优------透镜基本知识与提高 基本概念： （一）折射现象： 1. 光由一种介质进入另一种介质，传播方向发生改变的现象叫折射现象，折射光线与法线的夹角叫折射角。 2. 折射规律： （1）光从空气斜射入水或其它介质中时，折射光线、入射光线和法线在同一平面内，折射光线与入射光线分居在法线的两侧，折射角小于入射角； （2）当入射角增大（减小）时，折射角也随之增大（减小）； （3）两点结论： a. 当光由空气射向其它介质时，折射光线靠近法线偏折；当光由其它介质射入空气时，折射光线远离法线偏折； b. 折射现象中，光路是可逆的。 3. 折射成像： （1）光通过两种介质要发生折射； （2）人眼判断物体位置要根据光的直线传播原理。 （二）透镜：折射面是两个球面的透明体。 1. 透镜的种类： （1）凸透镜：中间厚边缘薄。（2）凹透镜：中间薄边缘厚。 2. 透镜对光的作用： （1）凸透镜使光线会聚，又叫会聚透镜。（2）凹透镜使光线发散，又叫发散透镜。 3. 透镜的几个概念： （1）薄透镜：厚度远小于球半径；（2）主光轴：过两个球面球心的直线（点划线）； （3）光心：透镜的中心；（4）焦点： a. 平行于主光轴的光线通过凸透镜后会聚于主光轴上一点，这点叫做凸透镜的焦点； b. 平行于主轴的光线通过凹透镜后发散的折射光线的反向延长线交主光轴于一点，这点叫做凹透镜的虚焦点。 c. 透镜两侧共有两个焦点。 （5）焦距：焦点到光心的距离。 a. 若透镜的两个球面对称，则两侧焦距相等； b. 焦距越小，透镜的会聚（发散）本领越大。 4. 三条近轴光线： 入射光线（延长线）折射光线（反向延长线） 1 平行于主光轴过焦点 2 过焦点平行于主光轴 3 过光心直线传播 （三）凸透镜成像规律： 1. 当物体在2倍焦距以外时，在凸透镜另一侧1、2倍焦距之间成倒立缩小的实像。 第15章单透镜设计 15.1 设计任务 设计一个焦距为100mm，相对孔径为1/5的单透镜系统，全视场2ω为10o，物距为无限远，在可见光下工作，选用K5玻璃，光阑设置在入射光线遇到的透镜的第一个光学表面。 15.2 设计过程 我们新建一个“LENS.ZMX”文件。点击菜单栏中的“文件（File）”，将刚刚新建的文件另存为（Save As...）名为“单透镜设计”的文件，保存类型按默认设置，即文件名称的后缀为“.ZMX”。在屏幕中有一个名为“透镜数据编辑（Lens Data Editor）”的窗口，如图15-1所示。 图15-1透镜数据编辑（Lens Data Editor）窗口 图15-2 General 窗口 第一步：输入系统参数——入瞳直径值 System→General... 可以打开“General”窗口，如图15-2所示。因为系统的焦距为100mm，相对孔径为1/5，所 以入瞳直径（Entrance Pupil Diameter）的孔径值（Aperture Value）为100×1/5=20mm。 第二步：输入系统参数——视场 System→Fields... 2为10o，所以ω=5o，0.707ω可以打开“Field Data”窗口，如图15-3所示。因为全视场ω =3.535o, 0.5ω=2.5o, 0.3ω=1.5o。 图15-3 Fields窗口 第三步：输入系统参数——波长范围 点击按钮，或执行命令“System→Wavelengths”，或同时按下快捷键，可以打开“Wavelength Data”窗口，如图15-4所示。我们可以直接输入波长的数值，也可以 选用“F,d,C[Visible]”，点击按钮即可选中，再点击按钮确定。主波长（Primary）选中0.58756180μm。注意：可以在“X-Feild”列输入视场数据，也可以在“Y-Feild”列输入视场数据，但是最大视场值为半视场ω而不是全视场2ω。 图15-4 Wavelengths 窗口 第四步：输入“透镜数据编辑（Lens Data Editor）”的窗口中的数据 如图15-1，系统中有三个表面（Surface），从上到下依次是OBJ、STO和IMA。OBJ就是物面（Object Plane），STO即孔径光阑（Aperture Stop）的意思，但STO不一定就是光照 1.照相机 2.投影仪 3.放大镜 1.探究凸透镜成像规律 第2节生活中的透镜 第1节透镜 第3节 凸透成像的规律 1.凸透镜和凹透镜 2.透镜对光的作用 3.焦点和焦距 第 五 章 透 镜 （1）凸透镜:中间____，边缘_____的透镜； （2）凹透镜:中间____，边缘_____的透镜； （3）光心（O ）：薄透镜的________,特点：通过光心的光线传播方向__________. （4）主光轴（CC `）:通过两球面_______的直线（画成虚线） (1)凸透镜对光作用 （会聚） (2)凹透镜对光作用（发散） ①平行于主光轴的光线，经凸透镜折射后______________； ②从焦点发的光线，经凸透镜折射后__________________； ③射向光心的光线，传播方向___________。 ①平行于主光轴的光线，经凹透镜折射后______________，其发散光线的反向延长线________虚焦点； ②射向异侧虚焦点的光线，经凹透镜折后_______________； ③射向光心的光线，传播方向___________。 o F F o F F o F F o F F o F F o F F （1）焦点（F ）：平行于主光轴的光线通过凸透镜后会聚于一点，该点叫做焦点；凸透镜焦点是____焦点，有____个；凹透镜焦点是_____焦点，有______个 （2）焦距（f ）：焦点到光心的距离。焦距越小对光会聚作用_____（3）焦距测量方法：____________ （1）成像特点（1）照相机成____________;（2）像距______物距;（3）像与物体位于凸透镜的________。 （2）照相像的使用特点：像距越小，像越____；像距越大，像越_____。镜头往前伸，像距变____像也变____；镜头往后缩，像距变____像也变____ （1）成像特点：1．投影仪（或幻灯机）成____________； 2．像距______物距； 3．像与物体位于凸透镜的_______ （2）照相像的使用特点：A 为获得正立图像，幻灯片应______放置；B.平面镜的作用：改变光的____________；C.如何使图像变大或变小_________ （1）放大镜成像特点：1．放大镜成________________。 2．像与物体位于凸透镜的_________。 （2）物体越是靠近放大镜焦点，像就越__________ （1）实验器材：凸透镜、蜡烛、光屏、火柴、光具座（凸透镜在中间） （2）实验注意：A.凸透镜必须安装在_____和______中间；B.调节蜡焰、凸透镜、光屏三者中心在___________; C.物距（u ）和像距（v ）按刻度读数规则来读，需要估读到_______；D.若用不透明纸板将透镜遮挡一部分， 光屏也能成_______,只是图像变_______。 （3）基本概念：A.光心（0）_____；特点_______；B.焦点（F ）_______；C.焦距（f ）________； D.2倍焦距_______； E.物距(u). ______________；F.像距（v ）_____________ （4）实验装置图： o F F o F F 透镜对非特殊光线作用：光线经透镜后____沿直线传播，总 是往_____的方向偏折，所以光线经凸透镜折射后____主轴偏 折（会聚）；光线经凹透镜后折射后______主轴偏折（发散）。 微透镜阵列（复眼透镜） ----微阵技术简介 微透镜阵列（MLA，复眼透镜）技术的灵感来源于昆虫复眼，如图1所示。苍蝇复眼由3000多个小眼单元组成，这些小眼具有各自的光学系统，既能协调一致，又能独立工作。因此，蝇眼不仅具有高速度和高精度的分辨率，而且能够 从不同方位感受视像。 图1 苍蝇复眼 科学技术的发展使原有的宏观光学元件逐渐不能满足要求，市场上迫切需要微型化、轻量化和集成化的微小光学元件。来自昆虫复眼结构的微透镜阵列是一 种典型的微小光学元件，近几十年来，针对微透镜阵列的研究从未停止，但由于尺度效应的问题，实际制作工艺没有突破而大都停留在理论模型的建立和分析上，无法制作出器件。 与任何其他学科的发展一样，从实验室进入了工业领域都有一个过程。随着 深圳市微阵技术有限公司（简称微阵技术）团队在光学微加工技术的不断努力，终于克服了一个又一个困难，掌握了微透镜阵列的批量化生产的工艺，不仅在透 镜精度上能够很好地满足所需，在成本上也让工业客户能够企及。 微阵技术正是在微小光学领域有深刻理解的高科技公司，团队技术人员由中南大学、哈尔滨工业大学和中国科学技术大学等的资深光学和制造工程师组成， 博士带队，不仅有深厚的理论基础，而且在实际工艺生产过程中更有丰富的经验和过程控制能力。 主打制件采用微注塑成型工艺，可以制作较大面积的微透镜阵列，对于单个透镜元，无论是半径偏差、球高偏差、间距偏差还是表面粗糙度，都能刷新到一个前所未有的水平。同时对于难度较高的凹形微透镜阵列，我们也能熟练驾驭。目前主打产品是聚合物微透镜阵列（复眼透镜），如图 2 所示，采用微注射成型技术，微透镜曲率半径偏差3%，矢高±1μm。 图2 微透镜阵列 产品1：基片10*10*0.8mm，含14*14个微透镜，微透镜曲率半径818μm，精度3%；底面半径480μm；精度2%；矢高36μm，精度0.5μm；间距600μm。 图3 6*6微透镜3D扫描图 凸透镜和凹透镜的特点及对光线的作用（人教 版） 一、单选题(共12道，每道6分) 1.如图所示的两个透镜( ) A.都是向右凸出的，都是凸透镜 B.都是向右凹进的，都是凹透镜 C.a是凸透镜，b是凹透镜 D.b是凸透镜，a是凹透镜 2.取一段铁丝，绕制一个内径约为3mm左右的圆环，如图所示。将圆环在清水中浸一下，圆环上布满水膜，此时辨别水膜相当于“凸透镜”还是“凹透镜”的最可靠方法是( ) A.用手摸 B.透过水膜看物体 C.用强光照射 D.用刻度尺测量 3.下列说法正确的是( ) A.凸透镜对光有会聚作用，因此通过凸透镜的光都一定会聚在焦点上 B.凸透镜有一个焦点，凹透镜有两个焦点 C.不论是凸透镜还是凹透镜，经过透镜光心的光线方向不改变 D.光线经过凹透镜后一定不可能相交于一点 4.下列说法中正确的是( ) A.焦距大的凸透镜比焦距小的凸透镜聚光程度好 B.焦距小的凸透镜比焦距大的凸透镜聚光程度好 C.材料相同、直径相同的凸透镜，形状越凸，焦距越小 D.材料相同、直径相同的凸透镜，形状越凸，焦距越大 5.光通过透镜的光路如图所示，正确的图是( ) A. B. C. D. 6.放在凸透镜主轴上焦点以内的点光源S发出的光，通过凸透镜后的光路如图所示。则下列说法正确的是( ) A.凸透镜有时可以对光线起发散作用 B.凸透镜只对平行于主光轴的光线起会聚作用 C.通过凸透镜后的光线是发散的，因为凸透镜的作用是对光线起发散作用 D.通过凸透镜后的光线发散程度比原来小，仍然是会聚的一种现象 7.如图中画出了光线通过透镜（图中未画出）的情形，其中凸透镜是( ) A.a B.b、d C.c D.a、b、c、d 8.如图，是小明同学画的一条通过凸透镜后折射的光线光路图，错误的是( ) 透镜中心厚度的在线非接触测量系统 摘要：透镜中心厚度检测是透镜生产中的一个重要环节，传统的方法是采用接触式测量法，这种检测法精度低、耗时长、容易划伤透镜并且无法实现实时在线测量。本文设计了一种基于激光三角法测距原理的透镜中心厚度检测系统，该系统是一种新型的非接触测量系统，测量精度高，并且实现了生产线上的实时测量。论文首先介绍了激光三角法测距的基本原理，其次介绍了透镜中心厚度检测系统的结构组成，系统采用精密的四维调整台和改进的激光三角探头对透镜中心进行精确定位，定位精度可以达到亚微米级，系统用两个性能指标完全一样的激光三角探头进行测量，达到了较好的测量效果，测量范围为0.5~20mm。最后，论文通过对系统的误差来源进行分析，得出了系统的测量精度，透镜中心厚度检测系统的测量精度≤5 m。关键词：非接触测量，激光三角法，透镜中心厚度检测 Abstract:Lens center thickness detection is an important part in the production of lens, the traditional method is the contact measurement which has a low accuracy, time-consuming, easy to scratch the lens and can not achive real-time and on-line measurement.Based on the principle of laser triangulation rangefinder we designed a lens center thickness detection system in the paper, which is a new non-contact measurement system with high accuracy and a real-time measurement on the lens production. First, the paper introduces the basic principle of the laser triangulation ranging. Second, the paper describes the structure of the lens center thickness detection system, which uses the precision four-dimensional adjustment platform and the improved laser triangulation probes to achieve precision positioning of the lens centre, therefore the positioning accuracy can be reached sub-micron. The system uses two laser triangulation probes with the entirely same technical indicators to measure and achieves a better measurement result. The measurement range reaches 0.5~20mm. Finally, the paper analysis the source of the error, the precision of the lens center thickness detection system reaches≤5mm. Key words: Non-contact measurement, Laser triangulation, Thickness of lens center testing 引言 透镜是光学系统中最基本的元件，现代光学仪器要求具有非常高的成像质量，这就对透镜的加工质量提出了很高的要求，加工出来的透镜必须严格限制在公差范围内。在透镜的生产过程中，透镜中心厚度是一个很重要的参数，它对透镜的焦距和曲率半径都有影响，关系着成像质量的好坏，因此需要在生产线上实现对透镜中心厚度的自动、实时检测，这对于提高生产效率，减小测量误差，保障透镜质量具有重要意义。传统的透镜中心厚度检测方法是采用接触式测量或者是利用干涉法测量，采用接触式测量需要将检测头与透镜相接触，这很容易对透镜造成划伤，而且接触式测量很难准确找到透镜的中心位置，因此测量的精度也比较低；而干涉法测量虽然能达到较高的测量精度，但是容易受到周围空气的扰动，测量的稳定较差[1]。 本文设计了一种基于激光三角法的透镜中心厚度检测系统，系统采用两个高精度的激光三角位移传感器和PZT驱动的精密四维调整台，可以快速准确的对透镜中心进行定位，而且也保证了测量具有很高的精度，该系统属于非接触式测量，与传统的透镜中心厚度检测方法相比较具有测量精度高、测量速度快、实时在线测量的优点[2]，并且不会对透镜表面造成划伤。 1.激光三角法测量原理 《光现象》重难点精讲 一、光的传播： 1、光源：能发光的物体叫做光源。 光源可分为天然光源（水母、太阳），人造光源（灯泡、火把）; 月亮、钻石、镜子、影幕不是光源。 2、光在同种均匀介质中沿直线传播； 应用：小孔成像：像的形状与小孔的形状无关，像是倒立的实像（树阴下的光斑是太阳的像）。 实像：由实际光线会聚而成的像。 注意：①小孔成像的条件：孔的大小必须远远小于孔到发光的距离及孔到光屏的距离。 ②像的大小与发光体到孔的距离和像到孔的距离有关，发光体到小孔的距离不变，光屏远离小孔， 实像增大；光凭靠近小孔，实像减小；光屏到小孔的距离不变，发光体远离小孔，实像减小；发 光体靠近小孔，实像增大。 （2）取得直线：激光准直（挖隧道定向）；整队集合；射击瞄准； （3）限制视线：坐井观天、一叶障目； （4）影的形成：影子；日食（太阳月球地球）、月食（月球太阳地球） 3、光线：常用一条带有箭头的直线表示光的径迹和方向；（是理想化物理模型，非真实存在） 4、所有的光路都是可逆的，包括直线传播、反射、折射等。 5、光速：真空中光速是宇宙中最快的速度；c=3×108m/s=3×105 m/s; 光年：是光在一年中传播的距离，光年是长度单位； 声音在固体中传播得最快，液体中次之，气体中最慢，真空中不传播； 光在真空中传播的最快，空气中次之，透明液体、固体中最慢（二者刚好相反）。 光速远远大于声速（如先看见闪电再听见雷声；在跑100m时，声音传播时间不能忽略不计，但光传播时间可忽略不计）。 二、光的反射： 1、当光射到物体表面时，被反射回来的现象叫做光的反射。 我们看见不发光的物体是因为物体反射的光进入了我们的眼睛。 2、反射定律：（1）在反射现象中，反射光线、入射光线、法线都在同一个平面内； （2）反射光线、入射光线分居法线两侧； （3）反射角等于入射角。(说成入射角等于反射角是错误的，注意因果关系) 无缝微透镜阵列LED匀光膜研究 摘要：本文研究不同孔径无缝微透镜阵列膜LED光线扩散的影响，分析了不同厚度和直径的三角形、四边形和六边形微透镜阵列膜的扩散效果。设计了一种复合曲面微透镜阵列，利用光线追迹方法对其进行模拟，分析微透镜阵列对LED光源发出光线扩散性能的影响。 关键词：LED；微透镜阵列；复合曲面；均匀度 1 引言 微透镜阵列是最重要的微光学元件中的一种，具有多种独特的光学性质。通过调整微透镜的形状、曲率半径、排布、厚度等参数，微透镜阵列扩散片可对入射光线进行整形、均匀、扩散、聚焦等调制来实现特定的功能。 2 微透镜阵列分类 微透镜阵列型扩散片根据其微透镜的面形、尺寸、占空比和厚度等的不同，可以建立不同的微透镜阵列的模型。微透镜的填充因子和形状是影响光束效率的一个重要的因素。为了得到最多的光的能量，微透镜阵列中透镜所占区域即占空比，应该尽可能的大。无缝隙微透镜阵列占空比接近100%，可以实现较高的传输效率。根据微透镜的孔径形状可以分为三角形微透镜、六边形微透镜、四边形微透镜和双曲率形微 透镜等。 3 无缝微透镜阵列分析 3.1 厚度对不同孔径形状微透镜阵列影响 以单个微透镜曲率的厚度分别为10μm和20μm，孔径分别为60μm，90μm，120μm，在仿真软件中分别建立三角形微透镜、六边形微透镜、四边形微透镜模型，分析其对光效以及扩散角度的影响。 如图1所示。通过对比分析，四边形孔径微透镜阵列光利用率最高，三角孔径微透镜阵列的扩散角度最大，扩散效果最好。 3.2 一种复合曲面微透镜阵列膜设计 通过分析可以发现三种孔径形状的微透镜阵列膜对LED 发出的光线都有一定的扩散作用，但是扩散角度最大只能到130度，远远不能满足消除眩光和匀光的要求。本论文提出一种新型结构的微透镜阵列膜，该微透镜为四边形孔径，微透镜单元为复合曲面透镜，在Tracepro软件中建立该微透镜阵列的三维模型，如图2所示，与多芯片LED光源一起进行光线追迹，其组合系统的发光强度曲线如图3所示，在发光强度曲线上可以看出，光束在-70度到+70度范围内发光强度比较均匀，说明光束扩散角度在140度范围内。 4 结论 研究了微透镜阵列型扩散片对光线的扩散作用，通过对中考物理专题光学教案光现象透镜及其应用
基于微透镜阵列器件的成像技术研究
完美透镜与负折射现象
透镜及其应用知识点总结
《透镜》教案
凸透镜的成像规律(系统归纳)
★5透镜笔记整理
培优------透镜基本知识与提高(学生版)
透镜设计练习(单透镜双胶合)要点
初中物理第五章：《透镜知识》结构图
微透镜阵列(复眼透镜)供应办法
凸透镜和凹透镜的特点及对光线的作用(人教版)
透镜中心厚度检测 (3)
光现象及透镜知识点
无缝微透镜阵列LED匀光膜研究
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