光学元件类型---透镜（Lenses）

光学元件是现代科技领域中的重要组成部分，其在光的发射、传输、反射、折射、衍射和吸收等过程中发挥着关键作用。

1 . 透镜（Lenses）：

因为折射才有透镜，透镜会聚或发散的程度使用屈光度表示。球面透镜提供旋转对称的屈光，柱面透镜只能一维屈光，而非球面元件能以单一元件替代多个球面元件，适用于紧凑空间和高效聚集发散光。

透镜按照形状功能可分为平凸透镜（PCX）、平凹透镜(PCV)、双凸透镜（DCX）、双凹透镜（DCV）、弯月透镜、柱面透镜、非球面透镜、双胶合透镜、自由曲面透镜等。透镜在光路中有会聚光线、发散光线、整形光束、校正像差等作用。

透镜的材质可以是光学玻璃（如K9、BK70等），可以是光学塑料（如PMMA、PC等），也可以是近红外/红外/紫外光谱波段应用的光学晶体（如硒化锌、硫化锌、氟化钙等）。

为了减少光线在透镜表面的反射损失，提高透光率，透镜表面通常镀上增透膜（AR）。根据具体应用场景，增透膜会针对可见光、红外或紫外等不同波段进行设计优化。

同时，杂散光会干扰光学系统成像质量，将透镜侧面涂黑，能有效吸收侧面反射或散射的光线，从而减少杂散光对光学成像或测量等造成的不良影响。

透镜被广泛应用在光学成像、激光、光通讯、生命科学、光学照明等相关领域。

1.1 平凸透镜（Plano Convex（PCX）Lenses）

平凸透镜具有正焦距，可用于聚焦准直光，准直点光源，或减小发散光源的发散角。

平凸透镜的特点在于它具有正焦距，一面是平面，另一面是凸面。在使用平凸透镜时，通常将凸面朝向入射光线，可以最小化球差。

1.2 双凸透镜（Double Convex （DCX）Lenses）

双凸透镜有两个曲率向外的表面，正焦距。

双凸透镜的两个表面都是球面的，通常具有相同的曲率半径，在物距和像距相等或接近相等的情况下，可以最大限度地减少像差，可用于1:1成像系统。

1.3 平凹透镜（Plano Concave （PCV）Lenses）

平凹透镜可以使平行光线发生弯折发散，负焦距。

平凹透镜由于具有负球面像差，可用于平衡系统中其他透镜产生的像差。平凹透镜常用于包括图像缩小、扩束和望远镜等各种应用。

1.4 双凹透镜（Double Concave（DCV） Lenses）

双凹透镜由两个向内的，相同的曲面构成，负焦距。

双凹透镜能将平行入射的光束向外发散出去，焦距为负，由两个曲率相等的凹面组成，常用于光束的扩束、准直、投影及扩大光学系统焦距。

1.5 弯月透镜（Meniscus Lenses）

弯月透镜具有一个外凸镜面和一个内凹镜面。如果外凸的弧度大于内凹的弧度，则透镜具有正焦距且用作为放大镜；反之，则为负弯月透镜，负弯月透镜可以用来替代其他负透镜。

弯月透镜用于较大程度地减少球差，可以获得比平凸透镜更小的焦点与更少的像差，以提高成像质量。与另一透镜结合使用时，正弯月透镜可以缩短焦距，从而在不引入明显球面像差的情况下，增加系统的数值孔径(NA)。用于会聚准直光时，透镜的凸面应面向光源。

1.6 柱面透镜（Cylindrical Lenses）

柱面透镜有一个柱面表面，不同于球面透镜，球面透镜对入射光在两个方向上的作用是对称的，而柱面透镜对入射光只有一个方向上起作用。柱面透镜一般用于将平行或发散光束聚集到线上或改变像的宽高比。柱面透镜一般是为需要对光源进行一维整形的应用而设计的。

柱面透镜有平-凸和平-凹两种结构，两者分别用于发散或会聚光束。平凸柱面透镜会将入射光线聚焦到线上，焦距为正，由一个平面和一个凸柱面组成；平凹柱面透镜由一个平面和一个凹柱面组成，焦距为负。

1.7 非球面透镜（Aspheric Lenses）

不同于球面透镜具有恒定的曲率半径，非球面透镜的曲率半径是从中间到边缘随着主光轴的变化而连续变化，可以更好的校正球差、色差，进而提高透镜的光斑质量。

通过对圆锥常数和非球面系数进行调整，使透镜得到优化，以较大限度地减小像差，其常被用于条码扫描、激光准直、光学成像等领域。

非球面透镜采用单一元件设计，有助于较大限度地减少光学系统中的透镜数量，非球面透镜允许光学元件设计者使用比传统球面元件更少的光学元件数量来校正像差。

1.8 消色差透镜（Achromatic Lenses）

消色差透镜又称双胶合透镜，通常是由冕牌玻璃的正透镜和火石玻璃的负透镜胶合而成，可以有效地校正球差和轴向色差。

双胶合消色差透镜主要用作聚焦、准直和望远物镜。

1.9 球透镜（Ball Lenses）

球透镜是直径较小的光学玻璃球，用于提高光纤、发射器及检测器之间的信号耦合，提高信号质量，也可应用于内窥镜、条码扫描、非球面透镜的预加工材料等。

球透镜具有比普通凸透镜更短的焦距和更大的放大倍数，它的焦距取决于材质本身的折射率。因为球透镜后焦距短，从而能够较大限度地减少从球透镜到光纤所需的距离，所以球形透镜主要用于光纤应用中。

1.10 菲涅尔透镜（Fresnel Lenses）

菲涅尔透镜是由法国物理学家奥古斯汀.菲涅尔发明的，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。

菲涅尔透镜的工作原理为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，透镜的厚度也会变薄。

透镜连续表面部分“坍陷”到一个平面上。从剖面看，其表面由一系列锯齿型凹槽组成，中心部分是椭圆型弧线。每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，但都将光线集中一处，形成中心焦点，也就是透镜的焦点。每个凹槽都可以看作一个独立的小透镜，把光线调整成平行光或聚光。这种透镜还能够消除部分球差。

1.11 自聚焦透镜（Grin Lenses）

自聚焦透镜是使用径向渐变折射率材料制成的透镜，其折射率分布式沿径向渐变的柱状光学透镜。具有准直、聚焦和成像功能。

自聚焦透镜同普通透镜的区别在于，自聚焦透镜材料不仅能够使沿径向传输的光产生折射，而且其沿径向逐渐减小的折射率分布，能够实现出射光线被平滑且连续的汇聚到一点。

1.12 自由曲面透镜（Freeform lenses）

自由曲面透镜具有复杂的、非传统的几何形状的透镜，其表面形状可以根据特定的光学需求进行任意设计。

自由曲面透镜具有更高的设计自由度，可以实现非常复杂的光分布和光学性能，能更好地满足特定的光学任务，如复杂成像系统等。

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