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输入计算

数学公式

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结果

焦距 (f)
0.2
光焦度 (1/f) 5 dioptres (D)

什么是磨镜者方程?

磨镜者方程(Lens Maker's Equation)可以根据两个物理参数预测薄透镜的焦距:一是透镜材料的折射率,二是透镜两个表面的曲率半径。它是几何光学的核心公式之一,无论是镜片设计师、摄影爱好者,还是物理专业的学生,都常用它来把透镜的形状与材料和它对光线的会聚(或发散)能力联系起来。

双凸透镜的剖面图,显示两个曲面、焦点和焦距
双凸透镜将光线会聚到距透镜 \(f\) 处的焦点。

如何使用本计算器

首先输入透镜材料的折射率(\(n\))——常见的冕牌玻璃约为 1.5。接着分别输入第一个表面(\(R_1\))和第二个表面(\(R_2\))的曲率半径,单位为米(m)。注意符号规则:如果某个表面的曲率中心位于光线出射一侧,则该半径取正值,否则取负值。计算器将给出以米为单位的焦距 \(f\),以及以屈光度(dioptre)为单位的光焦度。

公式解析

方程为 $$\frac{1}{f} = \left(\text{Index } n - 1\right)\left(\frac{1}{\text{R}_1} - \frac{1}{\text{R}_2}\right)$$ 其中 \((n - 1)\) 这一项反映了材料相对于空气减慢光速的程度,而括号内的部分则体现了两个表面曲率的综合效果。焦距为正表示这是一块会聚(凸)透镜;焦距为负则表示这是一块发散(凹)透镜。光焦度就是焦距的倒数 \(1/f\),单位为屈光度。

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透镜剖面图,显示曲率半径 R1 和 R2 及其中心
\(R_1\) 和 \(R_2\) 是透镜两个表面的曲率半径,遵循符号约定。

计算实例

设有一块双凸透镜,\(n = 1.5\),\(R_1 = 0.2 \text{ m}\),\(R_2 = -0.2 \text{ m}\)。代入得 $$\frac{1}{f} = (1.5 - 1)\left(\frac{1}{0.2} - \frac{1}{-0.2}\right) = 0.5 \times (5 + 5) = 5$$ 因此 \(f = 1/5 = 0.2 \text{ m}\),光焦度为 5 屈光度。

常见问题

使用的是什么符号规则? 当表面的曲率中心位于光线出射的一侧时,半径取正值,否则取负值。平面可视为曲率半径无穷大(在本计算器中输入 0 即可忽略该项)。

焦距为负代表什么? 它表示这是一块发散透镜,会让光线向外扩散,例如用于矫正近视的凹透镜。

这个公式考虑了透镜厚度吗? 没有——这是薄透镜形式,前提假设是透镜厚度相对于曲率半径可以忽略不计。

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