不同的光學儀器

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簡介

光學儀器是用於增強物體影像的裝置。任何簡單的東西，例如裝有凸透鏡的放大鏡，也都是光學儀器。如今，我們甚至擁有複雜的透鏡組合，它們利用光學中最基本的現象，但具有美麗的應用。透過本文，我們將瞭解其意義、型別以及它們如何在各個研究領域以及日常生活中使用。

什麼是光學儀器？

光學儀器，或簡稱“光學”，是處理光線以增強物體影像的裝置。除了增強或澄清影像以供檢視之外，它們還可以用於分析光的特性。早在伽利略時代，人們就已經看到了一些儀器用於放大，被稱為觀測天文學之父的伽利略曾經使用望遠鏡來放大遙遠的行星。

望遠鏡被認為是最早製造的光學儀器之一。光學儀器利用光的非常基本的現象——折射和反射來產生影像。折射是指光線在從一種介質傳遞到另一種介質時彎曲的現象。通常將光學透鏡和鏡子以不同的組合使用。凸透鏡由於其發散性，被用來製作物體的放大影像。而凹透鏡由於其會聚性，被用來製作物體的縮小影像。

光學儀器的淨放大倍率可以定義為所形成的影像在人眼中所成的角（稱為視角）與在沒有儀器的情況下直接看到的物體所成的角之比。在考慮所成的角時，影像和物體都應位於視力的最近點。它也稱為角放大率，通常用 M 表示。數學上，可以寫成：

$$\mathrm{角放大率\:M=\frac{最終影像在眼睛上所成的角(\beta )}{物體在眼睛上所成的角(\alpha )}}$$

當我們討論放大率定義中包含的視覺影像角時，讓我們更深入地瞭解一下它在光學中指的是什麼。視角是指物體在人眼中所成的角。較大的視角意味著較大的物體，而較小的視角則意味著較小的物體尺寸。因此，光學儀器的作用是增加我們眼睛的視角，以便我們感知到影像更大的尺寸，從而得到增強和放大。

光學儀器的重要性

我們已經討論了基本的光學儀器由什麼組成以及自其最初發明以來預期發揮的作用。但是，現在我們談論現代日常應用或其在研究中的重要性，幾乎無法想象沒有光學和光學儀器的我們的生活。

例如，在提到光學儀器的重要性時，我們不能忘記人類視覺系統，即我們的眼睛。我們的眼睛在我們的大腦中形成我們所看到事物的超清晰高畫質影像，構成了光學儀器的自然設定。對於不同距離的物體，它在視網膜中心建立了具有高解析度的物體的較大檢視，所有這一切都是由我們體內自然組織和透鏡完成的。

我們今天看到的另一種重要的光學儀器應用是用於承載通訊訊號的光纖。重要資訊、音訊和圖片被編碼成脈衝訊號，並使其入射到光纖的一端。光纖利用全內反射的概念，在傳輸過程中幾乎沒有或很少損失地傳輸訊號。所有訊號/波都被光纖內部反射，因此沒有任何訊號逸出。光纖用於承載電話、有線電視和網際網路訊號。除此之外，還有各種其他示例，例如相機、高解析度顯微鏡、望遠鏡等，光學儀器在這些示例中證明了其重要性，不僅在於影像增強，還在於揭示光的各種特性。

光學儀器的型別

如今常用的主要型別的光學儀器可以列舉如下：

• 相機——它是一種廣泛使用的光學儀器，能夠捕捉影像和錄製影片。光線穿過稱為光圈的前部開口。隨著光線進一步穿過透鏡，形成一個縮小的實像。可以透過改變透鏡的位置來調整焦點。

• 顯微鏡——光學顯微鏡是一種用於製作肉眼無法看到的物體放大影像的光學儀器。複式顯微鏡是一種光學顯微鏡，它使用至少兩個凸透鏡：目鏡和物鏡。物鏡靠近物體放置，而目鏡靠近觀察者的眼睛。一些發明的顯微鏡具有放大物體超過 1000 倍的潛力。

• 望遠鏡——望遠鏡用於製作遙遠物體（例如恆星和行星）的放大影像，這些物體並不小，但由於距離我們太遠而顯得小。與顯微鏡一樣，望遠鏡也使用凸透鏡來製作放大影像。

• 潛望鏡——潛望鏡是一種用於觀察周圍、上方或穿過物體的裝置。換句話說，當觀察者位置沒有可能的直接視線時，它很有用。它由兩個彼此平行的平面鏡組成，以 45$\mathrm{^{\circ}}$ 的水平角放置。

• 萬花筒——萬花筒是一種光學儀器，它由兩個或多個傾斜並以一定角度連線的平面鏡組成。當物體和影像再次作為下一個反射的物體時，就會產生規則的對稱圖案。當從另一端觀看時，由於反覆反射，可以看到美麗的圖案。

結論

光學是對光的學習，此外，藉助光學儀器，它使我們能夠以更好的方式看待世界。從影像放大、增強和分析光波的行為到現代光纖通訊系統，光學儀器為當今世界貢獻良多。

常見問題解答

Q1. 命名一種產生虛像的光學儀器？

答：顯微鏡

Q2. 光纖內部是否裝有透鏡？

答：否。它們只利用全內反射的現象。雖然光纖燈可以在末端安裝透鏡以將光線散佈到更大的區域，但它們內部沒有安裝透鏡來發揮作用。

Q3. 如果製造的顯微鏡沒有鏡子會發生什麼？

答：顯微鏡中的鏡子將來自光源的光線反射到物體上。但是，可以使用燈泡代替鏡子，並且燈泡可以充當光源。

Q4. 簡要說明雙筒望遠鏡的構造？

答：雙筒望遠鏡是一種光學儀器，由物鏡和目鏡以及兩個面向和直角稜鏡組成。

Q5. 命名兩種望遠鏡？

答：兩種望遠鏡是：反射望遠鏡和折射望遠鏡。它們都具有凸透鏡以形成放大的影像，但它們收集光線的方式不同。