陸雋菲

大家有冇諗過平時用嘅眼鏡、相機鏡頭點解可以改變影像嘅大小同清晰度？其實呢啲都係運用咗凹凸鏡原理，透過唔同形狀嘅透鏡來改變光線嘅行進方向。今日就同大家深入淺出講解下呢個有趣嘅物理現象，等你可以更了解身邊嘅光學裝置！

首先要知道透鏡主要分兩種：凸透鏡（中間厚邊緣薄）同凹透鏡（中間薄邊緣厚）。佢哋最大嘅分別在於對光線嘅折射效果：

凸透鏡之所以能夠放大影像，係因為光線穿過透鏡時會向中心彎曲（會聚）。當物體位於透鏡焦點外時，光線會匯聚成實像；而喺焦點內時，就會形成放大嘅虛像。呢個原理就係點解我哋用放大鏡睇嘢會變大嘅原因。而家好多手機嘅相機模組都係用多片凸透鏡組合，先可以影到咁清晰嘅相片。

至於凹透鏡就完全相反，光線經過時會向外發散。呢種特性好適合用嚟矯正近視，因為近視眼嘅眼球太長，影像會聚焦喺視網膜前面，凹透鏡可以將光線先發散再進入眼睛，等影像能夠正確落在視網膜上。有趣嘅係，凹透鏡形成嘅影像永遠係縮小嘅虛像，所以用凹透鏡睇嘢會覺得細咗啲。

日常生活中仲有好多應用凹凸鏡原理嘅例子，譬如汽車嘅後視鏡就係用凸面鏡來擴大視野，而手電筒嘅反射罩就用凹面鏡來集中光線。下次當你使用呢啲物品時，不妨諗下背後嘅光學原理，可能會發現更多有趣嘅物理現象㗎！

誰發明瞭凹凸鏡？歷史上的光學大師故事，其實要從中世紀的阿拉伯科學家開始說起。你可能不知道，我們現在每天用的眼鏡、相機鏡頭，都跟這些古代光學大師的發現有關。最早的凹凸鏡紀錄出現在10世紀的阿拉伯世界，當時的學者已經在研究光線折射的原理，比歐洲早了整整好幾百年呢！

說到這些光學大師，就不得不提到一位叫海什木（Alhazen）的阿拉伯科學家。這位老兄在11世紀寫了一本《光學之書》，裡面詳細記載了光線通過凸透鏡和凹透鏡的變化。他做實驗超認真的，還設計了暗箱來觀察光線，根本就是古代版的實驗物理學家。要不是他的研究，後來歐洲的文藝復興時期可能就不會有那麼多光學突破啦。

到了13世紀，歐洲人才開始認真研究凹凸鏡。英國的羅傑·培根算是歐洲最早玩透鏡的人之一，他從阿拉伯文獻學到這些知識後，還預言未來會有眼鏡這種東西。不過當時教會覺得他在搞魔法，差點把他關起來，想想也是滿好笑的。培根最厲害的是他發現凹凸鏡組合可以放大影像，這為後來的望遠鏡發明鋪了路。

17世紀的光學發展就更精彩了。伽利略聽說荷蘭有人發明瞭望遠鏡，立刻自己動手改良。他用凸透鏡當物鏡、凹透鏡當目鏡，做出來的望遠鏡倍率超高，連木星的衛星都看得清清楚楚。當時的凹凸鏡研磨技術已經進步很多，義大利的玻璃工匠們整天在磨各種曲率的鏡片，根本就是古代的光學工程師。這些人的努力，讓我們現在才能用手機拍出美美的照片呢！

什麼時候會用到凹凸鏡？日常生活中的應用時機

大家有沒有想過，其實凹凸鏡在我們生活中無處不在呢？從早上起床到晚上睡覺，這些看似不起眼的小東西其實幫了我們不少忙。今天就來跟大家分享幾個超實用的場景，看完你會發現原來凹凸鏡這麼萬能！

先來講講最常見的應用——眼鏡。近視或老花的朋友一定懂，鏡片就是利用凹凸鏡原理來矯正視力的。近視用凹透鏡（中間薄邊緣厚）來發散光線，老花則是用凸透鏡（中間厚邊緣薄）來聚焦。像我這種每天盯電腦的上班族，沒眼鏡根本活不下去啊！還有相機鏡頭也是靠一堆凹凸鏡片組合，才能拍出美美的照片，手機鏡頭也是同樣道理。

再來看看交通工具上的應用。開車的朋友一定知道後視鏡有分平面鏡和凸面鏡，那種廣角後視鏡就是凸面鏡，可以擴大視野減少死角。機車後照鏡也常用到凸面設計，雖然剛開始用會覺得影像變形怪怪的，但習慣後反而覺得更安全。就連路口的轉角鏡也是凸面鏡，讓駕駛能提前看到來車。

生活中還有很多小地方會用到凹凸鏡。像是阿公阿嬤最愛用的放大鏡就是凸透鏡，看報紙、穿針線都超方便。有些商店的防盜鏡也是凸面設計，讓店員能一次看清楚整個店面。甚至連小朋友玩的萬花筒，裡面也是用鏡片反射原理來創造繽紛的視覺效果。這些應用雖然平常不會特別注意，但少了它們還真的會很不方便呢！

凹凸鏡是什麼？初學者必懂的光學基礎知識，這其實就是我們常說的凸透鏡和凹透鏡的統稱啦！在台灣，很多學生第一次接觸光學都是從這個開始的，特別是國中自然課的時候。你可能會覺得這些鏡片看起來很普通，但它們在我們生活中可是無處不在喔，從眼鏡、相機到望遠鏡，都少不了它們的身影。

先來講講凸透鏡，就是中間比較厚、邊緣比較薄的那種。這種鏡片最厲害的地方就是能把光線聚集起來，所以又叫「會聚透鏡」。像老人家常戴的老花眼鏡就是凸透鏡，因為它可以幫助把光線聚焦到視網膜上。而凹透鏡剛好相反，中間薄、邊緣厚，會把光線發散出去，所以近視的人戴的眼鏡就是用凹透鏡來矯正的。

下面這個表格幫大家整理一下兩種鏡片的主要特點：

其實要判斷鏡片是凸還是凹很簡單，你可以把鏡片放在紙上，如果看到的字變大了就是凸透鏡，變小了就是凹透鏡。這個小技巧在買眼鏡的時候特別實用，可以自己先簡單測試一下。另外要注意的是，凹凸鏡的焦距也很重要，焦距越短，鏡片的屈光度就越大，這個在配眼鏡的時候驗光師都會特別測量。

在實際應用上，凹凸鏡常常會組合使用。比如說相機的鏡頭組裡面就可能同時有凸透鏡和凹透鏡，這樣才能調整成像的品質。還有像天文望遠鏡這種高級光學儀器，更是需要精密計算各種鏡片的搭配。雖然我們平常不會接觸到這麼專業的設備，但了解這些基本原理還是很有幫助的，至少下次去眼鏡行配眼鏡的時候，就知道驗光師在說什麼了。