双凹透镜
球面双凹透镜(Biconcave Spherical Lens)是一种两侧表面均为凹球面的光学元件,整体“中间薄、边缘厚”,属于负透镜或发散透镜。以下从结构、光学特性、成像原理和应用四个方面作系统介绍:
一、结构特点
双凹面:两个折射面均为球面的一部分,曲率中心分居透镜两侧,通常曲率半径相等(R₁≈R₂<0)。
中心厚度 < 边缘厚度,无法单独会聚光线,也不能形成实像。
常用规格:外径 10–50 mm,焦距 −15 mm~−200 mm,中心厚度多取 2 mm,材料以 BK7、熔石英、CaF₂ 等为主,可镀可见光/近红外/红外增透膜。
二、光学性质
负焦距
焦距 f < 0,对平行光起发散作用;虚焦点位于入射侧,光线反向延长线交点。
色差
为单透镜,存在轴向色差,焦距随波长缩短而绝对值减小(蓝光比红光发散更强)。
球差与像差补偿
产生负球差,可用于抵消系统中正透镜引入的正球差,提高整体成像质量。
发散角
强发散能力,单镜可把准直光发散至 25° 左右,扩束比>10×。
三、成像原理
任何物距均形成正立、缩小的虚像,像与物同侧,像距为负值。
作图法:
平行于主光轴的光线,折射后反向延长线通过虚焦点;
通过光心的光线不偏折;
两反向延长线交点即为虚像顶端。
成像公式仍用高斯公式 1/f = 1/v − 1/u,其中 f、v 为负值。