透鏡放大率計算機
依薄透鏡的物距與像距,計算光學放大率、像高、焦距及成像方向。
計算透鏡放大率
請統一使用同一種長度單位;下方結果標籤預設為公分。
關於透鏡放大率
橫向放大率描述影像相對於原物體的大小。對薄透鏡而言,放大率等於像距除以物距後取負號。其絕對值表示尺寸比:大小為二代表像高是物高的兩倍,大小為二分之一則代表像高是物高的一半。正負號反映成像方向。依標準笛卡兒符號慣例,負放大率表示倒立像,正放大率表示正立像。
像高可直接由放大率乘以物高求得。如果一個五公分高的物體,放大率為負一,像高就是負五公分。負號並非表示實際尺寸為負,而是記錄影像相對於物體倒立。這個區別對光線圖、相機、投影機、顯微鏡與光學實驗平台都很重要。
計算機也利用薄透鏡公式求出焦距。焦距倒數等於物距倒數加上像距倒數,整理後為物距與像距的乘積除以兩者之和。所有距離須使用一致單位。若物距與像距以公分輸入,焦距與像高也以公分輸出。將三個輸入值都換成毫米,放大率不變,長度結果則為毫米。
不同教科書與工程領域可能採用不同符號慣例。本工具在會聚透鏡兩側由實物形成實像的常見情況下,將物距與像距都取正,因此放大率為負。虛像可用負像距表示,並可能得到正放大率。與課堂習題或儀器規格比較前,請確認使用相同慣例。
薄透鏡模型假設透鏡理想,且厚度相對於物距與像距可忽略。實際複合透鏡具有主平面、像差、有限孔徑、畸變與波長相依特性。攝影規格可能採用感光元件處的成像倍率,望遠鏡與目視顯微鏡則常標示角放大率,而非橫向放大率。本結果適用於基礎幾何光學與初步設計;若透鏡厚度與像差不可忽略,應改用製造商資料或完整光學模型。
透鏡放大率範例
| 距離與高度 | 計算參數 | 說明 |
|---|---|---|
| do 20 cm, di 20 cm, ho 5 cm | M -1; hi -5 cm; f 10 cm | 等大、倒立的實像。 |
| do 30 cm, di 15 cm, ho 8 cm | M -0.5; hi -4 cm; f 10 cm | 縮小、倒立的實像。 |
| do 15 cm, di 30 cm, ho 2 cm | M -2; hi -4 cm; f 10 cm | 放大、倒立的實像。 |
| do 10 cm, di -20 cm, ho 3 cm | M 2; hi 6 cm; f 20 cm | 依此符號慣例,為放大、正立的虛像。 |
如何計算透鏡放大率
- 依所選符號慣例,從透鏡參考平面量測物距。
- 使用相同單位輸入對應的像距。
- 以該單位輸入物體的實際高度。
- 按下「計算透鏡參數」,取得放大率、像高、焦距與成像方向。
- 負像高或負放大率代表倒立像,不代表實際尺寸為負。
透鏡放大率常見問題
負放大率代表什麼?
負放大率代表影像相對於物體倒立,其絕對值仍是影像與物體的尺寸比。
放大率有單位嗎?
沒有。橫向放大率是兩個長度的比值,沒有因次。物高、像高、各距離與焦距須使用一致單位。
什麼是薄透鏡公式?
焦距倒數等於物距倒數與像距倒數之和。它連結了理想薄透鏡的三個主要距離。
可以計算虛像嗎?
可以。使用本工具的符號慣例時,請輸入負像距。所得正放大率表示正立虛像。
這與望遠鏡放大倍率相同嗎?
不同。本計算機顯示影像對物體的線性尺寸放大率。望遠鏡與目視顯微鏡規格通常描述角放大率,使用的公式不同。