小孔成像的光路圖怎麼畫?

不論是凸鏡、凹鏡還是凸透鏡、凹透鏡,不論是實像還是虛像都可以用光路圖表現出成像原理,實像是由實際光線匯聚而成而虛像則是實際光線的反向延長線交匯而成。

小孔成像的實像如何用類似的光路圖來表現呢?


這個問題問的很好,將小孔類比其他光學元件的成像過程,從表面上看,確實不好理解。

首先,需要明確兩個概念。

從幾何光學上理解成像,是光線的交點(一個點),會聚光束成實像,發散光束成虛像。

而從傅里葉光學角度來理解,光學成像是二次衍射的結果。將目標看成很多物點,每個物點近似一個球面子波,在空間傳播過程中發生夫琅和費衍射,在透鏡的像方焦平面上形成其傅立葉頻譜圖;頻譜圖各發光點發出的球面次級波在像平面上相干疊加形成物體的像,這正是光信息處理的基礎。在這個過程中,物點發出的光束受到光瞳的調製,最後得到的物點實際上是一個衍射斑,也就是艾里斑。

也就是說,成像不是絕對的點物成點像,那是理想成像系統。實際上,經過成像系統調製後的目標,都是彌散斑的疊加。注意,是彌散斑的疊加!!實際上,也沒有必要做到點物成點像,因為人眼也是一個光學系統,它的解析度也是有限的,大約是18角秒。所以,高於人眼解析度也是沒有意義的。

然後,需要明確一下小孔成像的條件。不是任何的小孔都能發生成像現象的,太大了不行,太小了也不行。

概括地說,小孔成清晰的像要具備三個條件.

第一,小孔的線度要遠大於光的波長。在早先使用針孔照相機時發現,當小孔很小時,像變得模糊不清,這是由於光出現了衍射的緣故,當小孔的線度小到與光的波長可比時,通過小孔的光將不再直進,而是要發生衍射,這顯然不是小孔成像的範疇,而是小孔衍射,形成的現象可以參考夫琅禾費衍射和菲涅爾衍射。

第二,小孔的線度要遠小於物體的幾何尺寸。當小孔太大時,光斑重疊變得非常明顯,像已經變得完全失真,這時在光屏上呈現的是小孔周圍擋光部分的影子。這裡我們應該注意到,在小孔能夠保證光的直進性的前提下,也並不是孔越小越好,孔太小會使通過小孔的光線太弱,因而成的像太暗,使我們無法看清像。

第三,要有光接收器。小孔成像實驗中一般要有光屏存在,只有利用像斑在光屏上的漫反射,我們才能看到物體成的像。實際,物體經小孔成的像,不僅可以用像屏來承接,也可使照相底片感光,故早期人們利用此原理製成針孔照相機.

從這三個條件中,不難看出,小孔成像是物點直線傳播的結果。也就是,物點發出的光線,經過小孔,濾掉了大部分的光線,只剩下部分能直線穿過小孔的光線,它們在接收器上形成彌散斑。每個物點都經過小孔的調製作用,形成彌散斑。最後彌散斑的疊加,形成物體的像,所以這個像是實像。

而理解這個成像過程的關鍵在於,小孔成像的解析度很低,僅能形成一個比較模糊的像,如果要得到高銳度的圖像幾乎是不可能的,這也是後來發明透鏡成像的原因了。另外,小孔成像的目標物一般都是發光物體,比如太陽、蠟燭,否則光能太弱,經過小孔之後便所剩無幾,難以分辨。


要是畫畫圖就能明白了吧!我就是不清楚到底呈現的是外圍的還是內部的那個像


請參看百度百科中的示例圖

http://baike.baidu.com/view/47463.htm


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