不同的光学仪器

---

简介

光学仪器是用于增强物体图像的设备。任何简单的东西，例如装有凸透镜的放大镜，也都是光学仪器。如今，我们甚至拥有复杂的透镜组合，它们利用光学中最基本的现象，但具有美丽的应用。通过本文，我们将了解其意义、类型以及它们如何在各个研究领域以及日常生活中使用。

什么是光学仪器？

光学仪器，或简称“光学”，是处理光线以增强物体图像的设备。除了增强或澄清图像以供查看之外，它们还可以用于分析光的特性。早在伽利略时代，人们就已经看到了一些仪器用于放大，被称为观测天文学之父的伽利略曾经使用望远镜来放大遥远的行星。

望远镜被认为是最早制造的光学仪器之一。光学仪器利用光的非常基本的现象——折射和反射来产生图像。折射是指光线在从一种介质传递到另一种介质时弯曲的现象。通常将光学透镜和镜子以不同的组合使用。凸透镜由于其发散性，被用来制作物体的放大图像。而凹透镜由于其会聚性，被用来制作物体的缩小图像。

光学仪器的净放大倍率可以定义为所形成的图像在人眼中所成的角（称为视角）与在没有仪器的情况下直接看到的物体所成的角之比。在考虑所成的角时，图像和物体都应位于视力的最近点。它也称为角放大率，通常用 M 表示。数学上，可以写成：

$$\mathrm{角放大率\:M=\frac{最终图像在眼睛上所成的角(\beta )}{物体在眼睛上所成的角(\alpha )}}$$

当我们讨论放大率定义中包含的视觉图像角时，让我们更深入地了解一下它在光学中指的是什么。视角是指物体在人眼中所成的角。较大的视角意味着较大的物体，而较小的视角则意味着较小的物体尺寸。因此，光学仪器的作用是增加我们眼睛的视角，以便我们感知到图像更大的尺寸，从而得到增强和放大。

光学仪器的重要性

我们已经讨论了基本的光学仪器由什么组成以及自其最初发明以来预期发挥的作用。但是，现在我们谈论现代日常应用或其在研究中的重要性，几乎无法想象没有光学和光学仪器的我们的生活。

例如，在提到光学仪器的重要性时，我们不能忘记人类视觉系统，即我们的眼睛。我们的眼睛在我们的大脑中形成我们所看到事物的超清晰高清图像，构成了光学仪器的自然设置。对于不同距离的物体，它在视网膜中心创建了具有高分辨率的物体的较大视图，所有这一切都是由我们体内自然组织和透镜完成的。

我们今天看到的另一种重要的光学仪器应用是用于承载通信信号的光纤。重要信息、音频和图片被编码成脉冲信号，并使其入射到光纤的一端。光纤利用全内反射的概念，在传输过程中几乎没有或很少损失地传输信号。所有信号/波都被光纤内部反射，因此没有任何信号逸出。光纤用于承载电话、有线电视和互联网信号。除此之外，还有各种其他示例，例如相机、高分辨率显微镜、望远镜等，光学仪器在这些示例中证明了其重要性，不仅在于图像增强，还在于揭示光的各种特性。

光学仪器的类型

如今常用的主要类型的光学仪器可以列举如下：

• 相机——它是一种广泛使用的光学仪器，能够捕捉图像和录制视频。光线穿过称为光圈的前部开口。随着光线进一步穿过透镜，形成一个缩小的实像。可以通过改变透镜的位置来调整焦点。

• 显微镜——光学显微镜是一种用于制作肉眼无法看到的物体放大图像的光学仪器。复式显微镜是一种光学显微镜，它使用至少两个凸透镜：目镜和物镜。物镜靠近物体放置，而目镜靠近观察者的眼睛。一些发明的显微镜具有放大物体超过 1000 倍的潜力。

• 望远镜——望远镜用于制作遥远物体（例如恒星和行星）的放大图像，这些物体并不小，但由于距离我们太远而显得小。与显微镜一样，望远镜也使用凸透镜来制作放大图像。

• 潜望镜——潜望镜是一种用于观察周围、上方或穿过物体的设备。换句话说，当观察者位置没有可能的直接视线时，它很有用。它由两个彼此平行的平面镜组成，以 45$\mathrm{^{\circ}}$ 的水平角放置。

• 万花筒——万花筒是一种光学仪器，它由两个或多个倾斜并以一定角度连接的平面镜组成。当物体和图像再次作为下一个反射的物体时，就会产生规则的对称图案。当从另一端观看时，由于反复反射，可以看到美丽的图案。

结论

光学是对光的学习，此外，借助光学仪器，它使我们能够以更好的方式看待世界。从图像放大、增强和分析光波的行为到现代光纤通信系统，光学仪器为当今世界贡献良多。

常见问题解答

Q1. 命名一种产生虚像的光学仪器？

答：显微镜

Q2. 光纤内部是否装有透镜？

答：否。它们只利用全内反射的现象。虽然光纤灯可以在末端安装透镜以将光线散布到更大的区域，但它们内部没有安装透镜来发挥作用。

Q3. 如果制造的显微镜没有镜子会发生什么？

答：显微镜中的镜子将来自光源的光线反射到物体上。但是，可以使用灯泡代替镜子，并且灯泡可以充当光源。

Q4. 简要说明双筒望远镜的构造？

答：双筒望远镜是一种光学仪器，由物镜和目镜以及两个面向和直角棱镜组成。

Q5. 命名两种望远镜？

答：两种望远镜是：反射望远镜和折射望远镜。它们都具有凸透镜以形成放大的图像，但它们收集光线的方式不同。