光學系統

光學系統 應用原理：光之折射與反射 組成： 光學鏡片（透鏡或反射鏡等等）及其所需附件 範例： 成像系統：望遠鏡﹑照相系統﹑眼鏡等等 非成像系統：照明系統﹑液晶面板之背光模組等等。

透鏡種類 凸透鏡：匯聚光線 凹透鏡：光線發散

針孔成像

凸透鏡折射 法線 光軸 焦點 空氣 玻璃 入射光線 射出光線

凸透鏡成像

凹透鏡折射 法線 光軸 空氣 玻璃 入射光線 射出光線 虛焦點

凹透鏡成像

凹面鏡/凸面鏡 成像原理

凸面鏡成像原理 http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/Lens/

凹面鏡成像原理 http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/Lens/

面鏡與透鏡成像性質的歸納 平面鏡 凹面鏡 凸面鏡 凸透鏡 凹透鏡 正立虛像、與物等大，左右相反 物靠近面鏡，像靠近面鏡且大小不變 正立放大虛像 凸面鏡 正立縮小虛像 焦點外為倒立實像；物靠近透鏡，像遠離透鏡且像逐漸變大 焦點內為正立虛像；物靠近透鏡，像靠近透鏡起逐漸變小（仍為放大虛像） 凸透鏡 任何位置皆為正立縮小虛像；物靠近透鏡，像靠近透鏡且逐漸便大（仍為縮小虛像） 凹透鏡

面鏡與透鏡的應用 平面鏡 凸面鏡 凹面鏡 凸透鏡 凹透鏡 萬花筒、鏡子等 照後鏡、旋轉道路旁所架設的凸面鏡 手電筒的燈頭、車前燈 投影機、放大鏡、相機、望遠鏡、遠視眼鏡、電影放映機、顯微鏡 凸透鏡 凹透鏡 近視眼鏡

望遠鏡系統

望遠鏡的歷史 在17世紀初，荷蘭的一位眼鏡製造商漢斯·里帕斯的徒弟發現了把凸透鏡和凹透鏡疊在一起可以讓遠處的物體變大。 1609年義大利物理學家、天文學家伽利略自製望遠鏡觀測天體，觀察到木星的四個衛星：木衛一、木衛二、木衛三和木衛四。伽里略的望遠鏡由凸透物鏡和凹透目鏡組成，這種望遠鏡被稱為伽利略式望遠鏡。 1611年德國天文學家開普勒出版了《天文光學》，闡述瞭望遠鏡原理，他還把伽利略望遠鏡的凹透目鏡改成凸透目鏡，併為後來的天文學家所廣泛採用。這種望遠鏡被稱為開普勒式望遠鏡。

工作原理 由物鏡和目鏡組成 接近景物的凸形透鏡或凹形反射鏡叫做物鏡 靠近眼睛那塊叫做目鏡。 遠景物的光源視作平行光，根據光學原埋，平行光經過透鏡或球面凹形反射鏡便會聚焦在一點上，這就是焦點。再利用一塊比物鏡焦距短的凸透鏡或目鏡就可以把成像放大，這時觀察者覺得遠處景物被拉近，看得特別清楚。

望遠鏡成像原理

望遠鏡種類 折射式望遠鏡： 反射式望遠鏡：多用於天文觀測 折反射式望遠鏡 伽利略望遠鏡 開普勒式望遠鏡 牛頓式 Cassegrain Schmidt-Cassegrain

折射式望遠鏡的優點 影像穩定 彗像差矯正 保 養 折射式望遠鏡鏡筒密封，避免了空氣對流現象。 利用不同的透鏡組合來矯正彗像差(Coma)。 主鏡密封，不會被污濁空氣侵蝕，基本上不用保養。

折射式望遠鏡的缺點 色 差 不同波長光波成像在焦點附近，所以望遠鏡出現彩色光環圍繞成像。矯正色差時要增加一塊不同折射率的透鏡，但矯正大口徑鏡就不容易。 鏡 筒 長 為了消除色差，設計望遠鏡時就要把焦距儘量增長，約主鏡口徑的十五倍，以六吋口徑計算，便是七呎半長，而且用起來又不方便，業餘製鏡者要造一座這樣長而穩定度高的腳架很是困難的一回事。 價 錢 貴 光線要穿過透鏡關係，所以要採用清晰度高，質地優良的玻璃，這樣價錢就貴許多。全部完成後的價錢也比同一口徑的反射鏡貴數倍至十數倍。

反射式望遠鏡的優點 消 色 差 鏡 筒 短 價錢便宜 任何可見光均聚焦於一點。 通常鏡筒長度只有主鏡直徑八倍，所以比折射鏡筒約短兩倍。短的鏡筒操作力便，又容易製造穩定性高的腳架。 價錢便宜 光線只在主鏡表面反射，製鏡者可以購買較經濟的普通玻璃去製造反射鏡的主要部份。

反射式望遠鏡 Newtonian Cassegrain

反射式望遠鏡的缺點 遮 光 影像不穩定 主鏡變形 保養 對角鏡放置在主鏡前，把部份入射光線遮掉，而對角鏡支架又產生繞射，三支架或四支架的便形成六條或四條由光星發射出來的光線。可以利用焦比八至十的設計減低遮光率。 影像不穩定 開放式的鏡筒往往產生對流現象，很難完滿地解決問題。所以在高倍看行星表面精細部份時便顯出不容易了。 主鏡變形 溫度變化和機械因素，使主鏡變形，焦點也跟改變，形成球面差，球面差就是主鏡旁邊緣和近光軸的平行光線聚焦於不同地方，但小口徑鏡不成問題。 保養 鍍上主鏡表面的鋁或銀，受空氣污染影響，要半年再鍍一次。不過一塊良好的真空電鍍鏡面可維持數年之久。

反射式與折射式望遠鏡的選擇 折射望遠鏡由二塊透鏡組成，總共要磨四邊光學面，反射望遠鏡只需要磨一邊光學面，所以製造反射式望遠鏡花費較少時間。技術精良的話，一副自製的六吋口徑反射望遠鏡質素隨時超過市面出售的三吋折射望遠鏡。 至於選擇何種類形的望遠鏡則視乎個別天文愛好者的需要和喜愛而定。通常一枝四吋以下的折射望遠鏡已足夠作普通觀測研究的用途。若果興趣是觀察行星或雙星，便應該設計八吋口徑而放大倍數高的反射望遠鏡，因為如此大口徑的折射鏡十分難製造，價錢非常昂貴，而且又非常笨重。 從經濟和難度考慮，初學者最適宜自製反射式望遠鏡。 from : http://smart.bch.cuhk.edu.hk/lwong/atm-making-astro-telescope/p1a.htm

折反射式望遠鏡

牛頓式望遠鏡

哈伯太空望遠鏡

光學儀器 ◎複式顯微鏡 1.使用兩片凸透鏡做為物鏡與目鏡。 2.所觀察到的像， 經過兩次放大， 與原標本互為 上下顛倒、 左右相反的虛像。 目鏡焦點 目鏡 放大實像 高倍放大虛像 物鏡焦點 物鏡 標本 複式顯微鏡

◎照相機 1.相機鏡頭為單一凸透鏡或是透鏡組。 2.光圈，調節進入相機內的光線量。 3.快門，控制底片曝光時間。 4.經透鏡生成倒立實像，落在底片上感光。 5.變焦鏡頭可前後移動，改變在底片處形成 的實像大小。 光圈 快門 鏡頭 底片 照相機的基本結構

◎眼睛與眼鏡 1.光線經角膜折射，穿過瞳孔進入晶狀體。 2.晶狀體相當於精巧的凸透鏡，藉睫狀肌調整 焦距，使光線聚焦在視網膜上清晰成像。 3.經由視神經傳遞引發視覺。 視網膜 晶狀體 瞳孔 角膜 睫狀肌 眼睛的主要構造 視神經

4.有近視眼的人，眼睛晶狀體的焦距過短， 較遠處物體成像在視網膜前方，看起來 會模糊不清。 如果配戴適當焦距的凹透鏡，使光線進入 眼睛前先行發散，便能將遠處物體的成像 清晰落在視網膜上，達到矯正視力的目的。 近視眼的矯正

5.有遠視眼的人，其眼睛晶狀體焦距過長， 所以近處的物體會成像在視網膜後方。 配戴適當焦距的凸透鏡，使光線進入眼睛 前先行會聚，則近處物體的成像就能落在 視網膜上。 遠視眼的矯正

◎望遠鏡 1.一般望遠鏡型式分折射式與反射式兩種。 2.簡易折射式望遠鏡，使用兩片凸透鏡做為 物鏡與目鏡。 3.透過折射式望遠鏡觀察到的像，是與遠方 物體成上下顛倒、左右相反的虛像。 入射光線 物鏡 目鏡 折射式望遠鏡

4.折射式望遠鏡的缺點是做為物鏡的凸透鏡 必須很大，不易製作及支撐。 5.反射式望遠鏡，使用凹面鏡聚集光線， 經平面鏡反射，然後再經目鏡折射後產生 放大的效果。 入射光線 目鏡 平面鏡 凹面鏡 反射式望遠鏡