了解光學(xué)透鏡幾何形狀

光學(xué)透鏡是光學(xué)設(shè)計(jì)中控制光線的最重要工具。 當(dāng)光學(xué)設(shè)計(jì)師談?wù)摴鈱W(xué)透鏡時，他們指的是單個透鏡元件或一組透鏡元件（圖 1）。 單片的例子有平凸 (PCX) 透鏡、雙凸 (DCX) 透鏡、非球面透鏡等； 元件組件的例子有遠(yuǎn)心成像鏡頭、無限遠(yuǎn)校正物鏡、光束擴(kuò)展器等。每個組合都由一系列透鏡元件組成，每個元件都有特定的透鏡幾何形狀，以自己的方式控制光線。

圖 1：平凸透鏡（左側(cè)為單個元件）和遠(yuǎn)心成像鏡頭（右側(cè)為元件組合）

斯奈爾折射定律

在深入研究每種類型的透鏡幾何形狀之前，請考慮光學(xué)透鏡如何利用折射特性彎曲光線。 折射是光進(jìn)入或離開介質(zhì)時偏離一定量的方式。 該偏差是介質(zhì)折射率和光相對于表面法線所成角度的函數(shù)。 此屬性受斯涅爾折射定律（方程 1）控制，其中 n1 是入射介質(zhì)的折射率，θ1 是入射光線的角度，n2 是折射介質(zhì)的指數(shù)，θ2 是折射光線的角度 . 斯涅爾定律描述了光線在多種介質(zhì)之間傳播時入射角和透射角之間的關(guān)系（圖 2）。

圖 2：斯涅爾折射定律

光學(xué)透鏡術(shù)語

所有光學(xué)透鏡都遵循斯涅爾折射定律。 因此，光學(xué)透鏡幾何形狀（即表面輪廓）決定了光在通過光學(xué)元件傳播時的行為方式。 要了解光學(xué)透鏡規(guī)格中使用的術(shù)語，請考慮 10 個常用術(shù)語（表 1）。

光學(xué)鏡片幾何形狀

使用表 1 中的常用術(shù)語，很容易理解每種類型的單透鏡元件的技術(shù)數(shù)據(jù)。 表 2 顯示了 10 種常用的光學(xué)鏡頭及其典型應(yīng)用。 隨著光學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，額外的單透鏡幾何形狀（例如可調(diào)焦透鏡）和組件（例如遠(yuǎn)心透鏡）正成為光學(xué)設(shè)計(jì)的寶貴工具。

常見的光學(xué)透鏡幾何形狀

光學(xué)透鏡有多種形狀和尺寸——從平凸 (PCX) 到非球面。 在選擇光學(xué)器件時，了解每種透鏡類型的優(yōu)缺點(diǎn)至關(guān)重要，因?yàn)槊糠N透鏡都有自己的用途。 了解光學(xué)透鏡幾何形狀有助于從新手到專家的任何人在任何光學(xué)設(shè)計(jì)中選擇最佳光學(xué)透鏡。