关于放大镜的放大原理,人眼接收的是平行光,当物放于放大镜的物方焦平面的时候,与人眼视网膜共轭。那么放大镜的放大倍率,是不是也可以用人眼部分的等价焦距比放大镜的焦距?
先把基础物理事实梳理清楚:
1. 物体放在放大镜**物方焦平面**上:物点发出的光经透镜后出射**平行光束**;
2. 人眼接收平行光,人眼会把平行光成像在视网膜上;
3. 放大镜的**角放大率**(不是线放大率)是放大镜的核心指标。
## 1、标准放大镜角放大率公式
明视距离 D=250mm
- 不用放大镜:物体放在明视距离,物体对人眼张角:
tanω0≈ω0=y/D
- 使用放大镜,物置于焦平面,出射平行光,像方视场角:
tanω≈ω=y/f
角放大率 Γ定义:**像方视角 / 裸眼明视距离视角**
Γ=ω/ω0=D/f
这是教科书标准结果:
Γ=250/f
注意:这是**角放大率**,不是横向线放大率。物在焦平面,透镜横向放大率β→∞,不能用线放大率描述放大镜。
2、人眼的模型:人眼等价焦距feye
人眼把无穷远平行光成像在视网膜。对无穷远物,像成在人眼的像方焦平面(视网膜位置)。
人眼简化模型:薄透镜,像方焦距feyf
平行入射光,物高 y,视场角ω,视网膜上像高:
y'=feyf*tanω≈feye*ω
1)裸眼,物体在明视距离D:
视角ω0=y/D,视网膜像高
y0'=feye*ω0
2)放大镜,物在放大镜焦面,出射平行光,视角ω=y/f',视网膜像高
y'=feye*ω
3)视网膜上的像大小之比,就是主观视觉放大效果:
y'/y0'=(feye*ω)/(feye*ω0)=ω/ω0
关键:人眼焦距feye直接约掉了!
视觉放大倍率(角放大率)**并不依赖人眼焦距**,所以不能写成Γ=feye/f
你的想法错在哪:
你直觉把放大镜 + 眼睛整体当成组合透镜,想用 “人眼焦距做分子”,但放大的本质是**视角放大**,视网膜像高正比于feye,裸眼和放大镜两种情况都乘同一个feye,比值时抵消。
## 3、那什么时候会出现 “焦距比值” 形式?
情况 A:物不在焦平面,眼睛紧贴放大镜,把放大镜 + 眼睛看成组合系统
放大镜焦距f,放大镜焦距fe,两透镜紧贴。
组合系统焦距:
1/fcomb=(1/f)+(1/fe)
但这个组合焦距是对**实物成实像到视网膜**的系统焦距,**不是放大镜角放大率**。放大镜的使用条件是物放在放大镜焦面、出射平行光,此时这个组合透镜公式不适用该工作条件。
### 情况 B:如果不用 “明视距离” 做参考,改用无穷远参考,没有意义
放大镜定义强制参考基准:**裸眼把物体放在 250mm 明视距离观察**,这是人为约定的参考条件,不是光学固有条件。
### 补充容易混淆点
如果物体不在放大镜焦平面,虚像成在明视距离处,此时放大镜角放大率公式变为
Γ=1+(D/f)
依然不含人眼焦距。
《手术放大镜为什么使用角放大率?(客观、不变的标准)——Γ角=WD/f'=Γ有效*(WD/250)》