
能够形成图像的单镜头(如双凸镜头)在为简单放大应用而设计的工具中很有用,例如放大镜、眼镜、单镜头相机、放大镜、取景器和隐形眼镜。本交互式程序探讨了如何使用简单的双凸透镜放大图像。
本程序以执行 1:1 放大倍率的镜头进行初始化,其中长颈鹿位于焦距的两倍处(镜头左侧),真实的倒像也位于镜头上焦距的两倍处图像大小。为了操作程序,使用鼠标光标向左(增加放大倍数)或向右(减少放大倍数)拖动镜头。随着镜头向左平移(靠近长颈鹿),长颈鹿的图像(镜头右侧)的尺寸会增加。当镜头远离长颈鹿时,长颈鹿的图像尺寸会减小,直到在无限远处(当镜头在最右侧时),焦平面上只出现长颈鹿的微小图像。
图 1 显示了穿过简单双凸薄玻璃透镜的光线轨迹,以及通过光线形成聚焦图像所需的其他重要几何参数。镜头的焦点由变量F表示,并且有两个独立的焦点,一个在镜头前面(在图 1 的左侧),一个在镜头后面(在右侧)。透镜的主平面用虚线表示,每个主平面与其各自焦点之间的距离表示焦距(f)。由于图 1 所示的双凸透镜是对称的,因此主平面与透镜表面的距离相等,前后焦距也相等。
被镜头成像的物体(或样品)位于物平面中,按照惯例位于镜头的左侧,并由从光轴向上行进的红色箭头表示,该箭头穿过镜头透镜的中心,垂直于主平面。穿过镜头的光线轨迹(黄色箭头)从物体发出,并从左到右穿过镜头,在镜头右侧的图像平面中形成放大的实像(倒置的红色箭头)。透镜前主平面与试样之间的距离称为物距,由变量a表示。在图 1 中。以类似的方式,从后主平面到图像的距离(图 1 中的变量b)称为图像距离。这些参数是定义简单镜头几何光学的基本要素,可用于计算镜头的重要属性,包括焦距和放大倍数。