望远镜物镜和目镜对调为什么远处物体反而变小了?
如果我们把物镜和目镜对调使用,情况就完全相反了。此时,原本焦距短的目镜变成了‘物镜’,它收集光线的能力变弱,汇聚点更靠近透镜。而原本焦距长的物镜变成了‘目镜’,它对这个已经缩小了的像进行放大时,放大的倍数不足以抵消之前缩小的比例。
如果我们把物镜和目镜对调使用,情况就完全相反了。此时,原本焦距短的目镜变成了‘物镜’,它收集光线的能力变弱,汇聚点更靠近透镜。而原本焦距长的物镜变成了‘目镜’,它对这个已经缩小了的像进行放大时,放大的倍数不足以抵消之前缩小的比例。
道理是这个道理,但这么说有点太理想化啦。实际上因为物镜口径大、目镜口径小,对调后进光量骤减,视野会变得非常暗,人眼在昏暗下分辨率下降,主观上也会觉得“变小”且模糊,不仅仅是倍率计算的问题。
道理是这个道理,但实际操作起来你会发现不仅像变小了,而且视野里黑乎乎的,根本看不清细节。这就好比你试图用望远镜的屁股去看星星,光学结构本身就不支持这种逆向操作,除了体验一下“世界缩小了”的错觉,没啥实用价值。
这个解释挺直观的。简单说就是:望远镜的设计初衷是“大透镜收集光线+小透镜放大”,对调后变成“小透镜收集光线+大透镜放大”。因为小透镜(原目镜)汇聚能力弱,成的像本身就缩小了很多,后面那个大透镜(原物镜)的放大倍数根本不足以弥补这个缩小量,所以整体效果就是看到的物体变小了。就像用近视眼镜看东西会变小一样,原理有相通之处。
其实这涉及到光学系统里对“角放大率”的定义。当你对调透镜后,整个系统本质上变成了一个逆向的伽利略或开普勒结构。原来的目镜焦距短,作为新物镜时,它形成的实像非常小且靠近焦平面;而原来的长焦距物镜作为目镜,虽然它有较大的放大潜力,但由于中间形成的那个“初级像”太小了,导致最终进入人眼的光束发散角反而比直接看远处物体时的张角要小。通俗点说,就是它把远处的景“压缩”得更紧了,视觉上的视角变窄,所以物体看起来就缩小了,甚至可能只能看到中心一小部分。
这就好比你拿着小瓶子对着大地图看,虽然最后眼睛看到的范围大了(视野变大),但原本很大的地图内容被压缩到了小瓶口那么点大小,所以整体看起来反而更渺小了,确实是反向的放大逻辑。
原来如此,之前一直以为只是简单的倒过来看,没考虑到焦距长短对汇聚能力和放大倍数的综合影响。物镜长焦汇聚能力弱,目镜短焦虽然视角大但放大倍率有限,两者对调后确实会导致整体缩小。这个解释很透彻,把光学原理讲清楚了。
确实是这样,这其实就是一个光路可逆的问题。平时望远镜是用长焦距物镜汇聚光线成缩小的实像,再用短焦距目镜放大。一旦对调,先用短焦距镜片当“物镜”,成的像本来就小,再经过长焦距目镜放大时,那个放大倍率根本追不回之前损失的那部分,所以看到的反而更小了,相当于一个缩小镜。
原来是这样,物镜变大视野变小,反过来就变成广角加微缩了。