文／簡麗賢

從太陽光到人造光，我們生活在光中，光提供我們能量，也提供我們色彩與影像，更提供詩人創作的題材，「床前明月光，疑是地上霜」、「葡萄美酒夜光杯，欲飲琵琶馬上催」、「水光瀲灩晴方好，山色空濛雨亦奇」，都是光源引發詩人的聯想。

在暑假的國中生科學營隊，我設計光學主題課程，學生興味盎然，對於透鏡在太陽光或經雷射光照射呈現的現象，驚訝不已，原來透鏡成像這麼神奇。

生活中應用透鏡成像原理的光學儀器很多，例如眼睛的水晶體相當於凸透鏡，放大鏡、遠視眼鏡、顯微鏡的目鏡與物鏡等都是凸透鏡，而近視眼鏡則是凹透鏡。

靈魂之窗 含物理學



我們的靈魂之窗是非常精密的光學儀器，水晶體幫助影像匯聚在視網膜上，讓我們清楚看見璀璨美麗的世界。面對遠近不同的影像，水晶體能彈性調整形狀，改變焦距，使畫面清晰。人的眼睛重要部位名稱。眼球近似一球體，水晶體與角膜如同凸透鏡，水晶體的焦距可透過睫狀肌伸縮，隨需要適切調整。正常人的眼睛有很好的調節能力，不論遠處或近處物體發出的光線，都可以經由水晶體調節後，在視網膜上清楚成像。

然而，若罹患近視眼、遠視眼或歲月悠悠，不得不面對的老花眼，必須經由專業醫師與驗光師協助，配戴適合的眼鏡矯正或調節視力，眼鏡就是生活中常見的透鏡應用。

近視的人看遠方物體，光線會成像在視網膜之前，想看清楚遠方物體卻視茫茫，需配戴適當度數的凹透鏡，可將成像處調整至視網膜，產生清晰的影像。相反的，遠視的人看近處物體，光線會成像在視網膜之後，影像模糊不清，需配戴適當度數的凸透鏡矯正。

至於因水晶體彈性減弱引起視覺昏花的老花眼，需配戴具有匯聚光線功能的適切凸透鏡矯正。

談到老花眼，自然想到台灣進入超高齡社會，老人比例高，因此郵局銀行醫院等單位體恤老人家閱讀文字，貼心準備放大鏡。常見的放大鏡就是凸透鏡的應用，要看到較大的正立虛像，應如何調整物體與透鏡的距離？調整物體與凸透鏡距離小於焦距，才能看到正立且放大的虛像，物體愈靠近焦點，看到的正立虛像愈大。

用照相機 留住歲月



照相機是常用的光學儀器，記錄景物與捕捉影像，留住記憶與歲月。照相機為一密封的暗箱，前方的鏡頭是一透鏡組，鏡頭後方為一光圈，調整光圈轉環改變孔徑大小，讓適度的光線進入相機，經透鏡折射後，會聚在相機內的感光元件上，形成清晰的倒立縮小實像。

照相機的成像原理類似人的眼睛，鏡頭凸透鏡如同晶狀體，透鏡的孔徑好比瞳孔，光圈相當虹膜，感光元件視為視網膜，兩者皆生成倒立縮小實像。

凸透鏡組 成顯微鏡



前面提及凸透鏡作為放大鏡的應用，若透鏡的焦距愈短，則放大率愈大。然而放大鏡因受限於像差，且焦距不容易做得很小，放大倍率通常受限。若欲得到更大的放大倍數，一般使用顯微鏡，應用在生物學觀測更小的物體。

一般的光學顯微鏡強調放大倍率與清晰度，是由兩片凸透鏡組合而成，分別作為物鏡與目鏡，將待觀察的樣本置於物鏡的焦點外，經物鏡形成一放大的倒立實像，此實像落在目鏡的焦點內，經目鏡形成倒立的放大虛像，此「倒立」是相對於樣本而言。

目鏡的作用就是放大鏡，可將物鏡形成的放大實像再次放大觀察，因此顯微鏡的放大倍率相當於兩凸透鏡的放大倍率的乘積，經過兩次放大成像後，就可以看到肉眼看不見的微小物體。