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关于,小孔类比其他光学元件的成像过程的几点思考

更新时间:2024-03-15 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

首先,需要澄清两个概念。8sO物理好资源网(原物理ok网)

从几何光学理解成像是光线的交点(一个点)。 会聚光束形成实像,发散光束形成虚像。8sO物理好资源网(原物理ok网)

从傅里叶光学的角度来看,光学成像是二次衍射的结果。 目标被视为许多物点。 每个物点近似为一个球面小波。 空间传播过程中发生夫琅和费衍射,其傅里叶谱图形成在透镜的像焦面上; 光谱图中的每个发光点发出的球面二次波在像平面上相干叠加,形成物体的图像,这是光学信息处理的基础。 在这个过程中,物点发出的光束受到光瞳的调制,最终的物点实际上是一个衍射斑,也就是艾里斑。8sO物理好资源网(原物理ok网)

也就是说,成像不是绝对的点对点图像,而是理想的成像系统。 事实上,成像系统调制的目标都是漫射光斑的叠加。 注意,它是漫反射斑点的叠加! ! 其实并不需要点物体才能形成点像,因为人眼也是一个光学系统,其分辨率也有限,约为18角秒。 因此,拥有比人眼更高的分辨率是没有意义的。8sO物理好资源网(原物理ok网)

然后,我们需要明确针孔成像的条件。 并不是任何小孔都能产生成像,无论太大或太小。8sO物理好资源网(原物理ok网)

综上所述,小孔要形成清晰的图像必须满足三个条件。8sO物理好资源网(原物理ok网)

首先,小孔的直径远大于光的波长。 之前使用针孔相机时,我发现当孔很小时,图像变得模糊。 这是由于光的衍射造成的。 当孔的直径小到与光的波长相当时平光镜成像的特点,图像就穿过了孔。 光线将不再是直线传播,而是会发生衍射。 这显然不是针孔成像的范围,而是针孔衍射的范围。 所形成的现象可称为夫琅和费衍射和菲涅耳衍射。8sO物理好资源网(原物理ok网)

其次,小孔的直径远小于物体的几何尺寸。 当孔太大时,光点的重叠变得非常明显,图像变得完全扭曲。 这时,光幕上出现的就是孔周围遮光部分的影子。 这里要注意的是,在小孔能够保证光直线传播的前提下,并不是孔越小越好。 如果孔太小,穿过小孔的光线就会太弱,得到的图像就会太暗,使我们看不清楚。8sO物理好资源网(原物理ok网)

第三,要有光接收器。 小孔成像实验中通常需要光幕。 只有利用光屏上像点的漫反射,才能看到物体的图像。 事实上,物体通过小孔所形成的图像不仅可以被图像屏捕捉到,而且还可以被感光胶片感光。 因此,早期人们利用这一原理制作了针孔相机。8sO物理好资源网(原物理ok网)

从这三个条件不难看出,针孔成像是物点线性传播的结果。 即物点发出的光穿过小孔平光镜成像的特点,滤掉大部分光,只留下部分能直线穿过小孔的光,它们在接收器上形成漫射光斑。 每个物点都受到小孔的调制作用,形成漫射光斑。 最后,漫射光斑的叠加形成了物体的图像,所以这个图像是真实的图像。8sO物理好资源网(原物理ok网)

理解这一成像过程的关键在于,针孔成像的分辨率很低,只能形成相对模糊的图像。 获得高清晰度图像几乎是不可能的。 这也是后来发明镜头成像的原因。 。 另外,小孔成像的目标一般是发光物体,如太阳、蜡烛等。 否则,光能太弱,穿过小孔后就剩下很少了,难以辨别。8sO物理好资源网(原物理ok网)

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