小孔成像的光路图怎么画？ |

不论是凸镜、凹镜还是凸透镜、凹透镜，不论是实像还是虚像都可以用光路图表现出成像原理，实像是由实际光线汇聚而成而虚像则是实际光线的反向延长线交汇而成。

小孔成像的实像如何用类似的光路图来表现呢？

【顾炎的回答(6票)】:

这个问题问的很好，将小孔类比其他光学元件的成像过程，从表面上看，确实不好理解。

首先，需要明确两个概念。

从几何光学上理解成像，是光线的交点（一个点），会聚光束成实像，发散光束成虚像。

而从傅里叶光学角度来理解，光学成像是二次衍射的结果。将目标看成很多物点，每个物点近似一个球面子波，在空间传播过程中发生夫琅和费衍射，在透镜的像方焦平面上形成其傅立叶频谱图；频谱图各发光点发出的球面次级波在像平面上相干叠加形成物体的像，这正是光信息处理的基础。在这个过程中，物点发出的光束受到光瞳的调制，最后得到的物点实际上是一个衍射斑，也就是艾里斑。

也就是说，成像不是绝对的点物成点像，那是理想成像系统。实际上，经过成像系统调制后的目标，都是弥散斑的叠加。注意，是弥散斑的叠加！！实际上，也没有必要做到点物成点像，因为人眼也是一个光学系统，它的分辨率也是有限的，大约是18角秒。所以，高于人眼分辨率也是没有意义的。

然后，需要明确一下小孔成像的条件。不是任何的小孔都能发生成像现象的，太大了不行，太小了也不行。

概括地说,小孔成清晰的像要具备三个条件.

第一,小孔的线度要远大于光的波长。在早先使用针孔照相机时发现,当小孔很小时,像变得模糊不清，这是由于光出现了衍射的缘故,当小孔的线度小到与光的波长可比时,通过小孔的光将不再直进,而是要发生衍射，这显然不是小孔成像的范畴，而是小孔衍射，形成的现象可以参考夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射。

第二,小孔的线度要远小于物体的几何尺寸。当小孔太大时,光斑重叠变得非常明显,像已经变得完全失真,这时在光屏上呈现的是小孔周围挡光部分的影子。这里我们应该注意到,在小孔能够保证光的直进性的前提下,也并不是孔越小越好,孔太小会使通过小孔的光线太弱,因而成的像太暗,使我们无法看清像。

第三,要有光接收器。小孔成像实验中一般要有光屏存在,只有利用像斑在光屏上的漫反射,我们才能看到物体成的像。实际,物体经小孔成的像,不仅可以用像屏来承接,也可使照相底片感光,故早期人们利用此原理制成针孔照相机.

从这三个条件中，不难看出，小孔成像是物点直线传播的结果。也就是，物点发出的光线，经过小孔，滤掉了大部分的光线，只剩下部分能直线穿过小孔的光线，它们在接收器上形成弥散斑。每个物点都经过小孔的调制作用，形成弥散斑。最后弥散斑的叠加，形成物体的像，所以这个像是实像。

而理解这个成像过程的关键在于，小孔成像的分辨率很低，仅能形成一个比较模糊的像，如果要得到高锐度的图像几乎是不可能的，这也是后来发明透镜成像的原因了。另外，小孔成像的目标物一般都是发光物体，比如太阳、蜡烛，否则光能太弱，经过小孔之后便所剩无几，难以分辨。

【刘中阳的回答(4票)】:

给 @顾炎 补充一张光路图范例~

见下图，

Y1是物，X1是有小孔的挡板，小孔位于O处，连接QO并延长，P即是物体上点Q在屏上的像点。

由于小孔成像的原理是光线直线传播的结果，那么只要过小孔做 物-小孔 的延长线就好了。

因为小孔成像不存在传统意义上的焦距，所以像距/物距比 (x3/f) 主要取决对于小孔的尺寸和人眼的角分辨率。

不同尺寸的小孔会影响到物体某一点在x3位置上弥散斑的尺寸。在合理的观测距离上，这个弥散斑不应比人眼的角分辨率大太多。因此，当x3过小时，由于成像过小，人眼难以分辨；当x3过大时，弥散斑过大，人又会觉得不清楚。

此外，若小孔太小（与波长相当），就不能用几何光学来描述了；若太大了又不能再认为是一个点，而要考虑物体在小孔上沿和下沿做不同传播时形成的光斑。

因此，在小孔尺寸合理的情况下，光路图如下。

图片来自维基百科 http://en.wikipedia.org/wiki/Pinhole_camera_model

【曾一也的回答(0票)】:

请参看百度百科中的示例图

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

【vb的回答(0票)】:

要是画画图就能明白了吧！我就是不清楚到底呈现的是外围的还是内部的那个像

原文地址:知乎