潛望鏡

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簡介

潛望鏡是由伊波利特·馬裡-達維在19世紀後半葉為海軍用途發明的。 “潛望鏡”一詞源於兩個詞“peri”和“scope”的組合，其中“peri”意為“周圍”，“scope”意為“觀察儀器”。然而，據說15世紀時，約翰內斯·古騰堡發明了潛望鏡，以便在遊行時能看到人群的頭頂上方。後來，這項技術被應用於改進潛艇的導航。

潛望鏡的定義

潛望鏡被定義為一種光學儀器，其基本形狀為管狀，並配有一組稜鏡或鏡子。觀察者使用它來觀察被障礙物遮擋的物體。簡單來說，可以使用這種儀器來觀察基本不在視線範圍內的物體。

早期的潛艇廣泛使用這種儀器來觀察不在其視野範圍內的物體，這意味著這些物體位於海面上 (Mammothmemory.net, 2022)。然而，這種儀器利用了“反射定律”的原理。

潛望鏡的組成部分

潛望鏡由一些重要的部件構成，包括管子、稜鏡、一組鏡子、透鏡和目鏡。管子呈“Z”形，一端是目鏡，觀察者透過目鏡觀察。使用兩個平面鏡，它們以45°角放置，並與另一個位置的現有鏡子平行設定。

潛望鏡遵循的原理

圖1：潛望鏡

潛望鏡裝置遵循“反射定律”。簡單來說，當光線進入管子時，它會落在以45°角放置的鏡子上。

之後，光線被放置在管子另一角、同樣以45°角放置的另一個鏡子反射。然後，光線進入觀察者的視線。然而，光線在到達觀察者眼睛之前會被反射兩次。潛望鏡的工作原理在上圖（圖1）中顯示。

需要注意的是，平面鏡中形成的像是“左右顛倒”和“虛像”（Nasa.gov, 2022）。當像再次被第二個鏡子反射時，像就不會出現左右顛倒的情況。

反射定律的三條定律

圖2：反射定律

談到潛望鏡，“反射定律”非常重要，但是，人們需要了解反射現象。反射現象是指當光線照射到鏡子上時，光線不會被鏡子介質吸收，而是會輻射出光線，這被稱為入射光線。然而，反射回的光線被稱為反射光線。規則反射和不規則反射對於理解反射定律的概念至關重要 (Scienceabc.com, 2022)。

當光線照射到光滑表面上並形成清晰的影像時，就會發生規則反射；另一方面，不規則反射定義為當光線照射到粗糙表面上時發生的情況。

簡單來說，“反射定律”指出，當光線照射到鏡子的平面表面上時，“入射光線”、“反射光線”和“法線”位於同一平面上 (Scienceabc.com, 2022)。

這反過來表明，入射光線與法線的夾角等於反射光線與在反射交點處所畫法線的夾角。

潛望鏡和望遠鏡有什麼區別？

• 望遠鏡和潛望鏡之間存在很大的區別，區別在於望遠鏡是一種單筒的光學儀器，可以放大遠離觀察者、遠處物體的影像。然而，望遠鏡的應用可見於天文學領域 (Nasa.gov, 2022)。

• 另一方面，潛望鏡用於觀察不同高度的物體。透過使用潛望鏡，觀察者可以觀察主要不在視線範圍內的影像。然而，潛望鏡用於潛艇觀察海面上的物體。

潛望鏡的應用

• 潛望鏡的應用多種多樣；然而，它們主要用於潛艇。在威脅探測方面，潛望鏡的應用是顯而易見的，因為它有助於確定魚雷的距離。它允許一個人隱藏在視線之外，並支援觀察者隱藏，可用於軍事目的。

• 然而，它也應用於核反應堆領域，用於觀察化學反應。除此之外，潛望鏡還用於裝甲車和坦克中，以檢查周圍環境 (Scienceworld.ca, 2022)。

• 可以說，潛望鏡的應用在醫學、軍事和潛艇領域都是顯而易見的。

  

圖3：潛望鏡的應用

結論

在本講義中，我們對潛望鏡進行了廣泛的研究。儘管潛望鏡很久以前就被髮明瞭，但分析潛望鏡遵循的原理是基本的“反射定律”。這標誌著反射的基本規則，其中反射角等於入射角。這使得影像更容易到達觀看者，然而，由於存在兩個平面鏡，影像從倒像變為正像。潛望鏡的應用帶來了諸多好處，因為它廣泛用於戰場和醫療領域，其高階階段被稱為內窺鏡技術。

常見問題

Q1. 為什麼潛望鏡的結構是“Z”形的？

潛望鏡的結構是“Z”形的，因為它支援觀察一定高度的物體。除此之外，進入的光線需要在另一個鏡子上反射，以便觀看者可以看到影像。因此，只有潛望鏡顯示“Z”形。

Q2. 潛望鏡在醫學領域是如何使用的？

潛望鏡用於醫學領域，因為它可以輔助多種診斷技術。此外，它還用作性質較不侵入性的方法的一部分。

Q3. 潛望鏡和泛光燈使用哪種型別的鏡子？

潛望鏡中使用的鏡子型別是平面鏡，泛光燈中使用的鏡子型別是凹面鏡。

Q4. 潛望鏡使用了什麼特性？

潛望鏡遵循的特性是反射現象。透過影像反射，很難觀察到不在觀察者視線範圍內的景象。

參考文獻

網站

Mammothmemory.net, (2022), 反射定律，檢索自：https://mammothmemory.net [檢索日期：2022年6月7日]

Nasa.gov, (2022), 潛望鏡的形成，檢索自：https://www.nasa.gov [檢索日期：2022年6月7日]

Scienceabc.com, (2022), 檢索自： https://www.scienceabc.com [檢索日期：2022年6月7日]

Scienceworld.ca, (2022), 潛望鏡中使用的鏡子，檢索自：https://www.scienceworld.ca [檢索日期：2022年6月7日]