一、小孔成像的機制是什么
一個物體可看作是由無數(shù)個物點組成的，每一個物點即一個發(fā)光點。理想情況下，由于光的直線傳播，各發(fā)光點發(fā)出的光線經(jīng)過小孔后在光屏上形成了一個個光點。由幾何學(xué)知，發(fā)光點與落在光屏上的光點關(guān)于小孔中心一一對稱，因此通過小孔后的光點截面圖案與物體也成中心對稱。又由于光本身由物點發(fā)出，攜帶了物點的特征，如形狀、顏色、光潔度等，因此光點亦即像點，光點截面圖案亦即物體的像。再利用像在光屏上的漫反射，我們就看到了小孔成的像，這就是小孔成像的機制。
實際上，由于小孔有一定的幾何尺寸，并非幾何點，所以物點發(fā)出的光線經(jīng)過小孔后就形成了擴散的光束，落在光屏上就變成了光斑（像斑）而不是光點。光斑間發(fā)生相互重疊，就產(chǎn)生了像的失真�？自酱螅獍咴酱�，光斑間重疊越明顯，像失真越嚴(yán)重。因此，物點經(jīng)小孔后成的像總存在著失真，而且失真度主要取決于小孔的相對孔徑的大小。
二、小孔成像的條件是什么
概括地說，小孔或清晰的像要具備3個條件。第一，小孔的線度要遠(yuǎn)大于光的波長，人們早先在使用針孔照相機時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小孔很小時，像變得模糊不清。后來人們研究發(fā)現(xiàn)，這是由于光出現(xiàn)了衍射的緣故，當(dāng)小孔的線度小到與光的波長可比擬時，通過小孔的光將不再直進(jìn)，而是要發(fā)生衍射，這時的光學(xué)現(xiàn)象顯然已經(jīng)超出了小孔成像的范圍。第二，小孔的線度要遠(yuǎn)小于物體的幾何尺寸。當(dāng)小孔太大時，光班重疊變得非常明顯，像已經(jīng)變得完全失真，這時在光屏上呈現(xiàn)的是小孔周圍擋光部分的影子。這里我們應(yīng)該注意到，在小孔能夠保證光的直進(jìn)性的前提下，也并不是孔越小越好，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，小孔成像要有光屏存在，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。
三、“小孔成像”中的“像”是像嗎
《辭�！范x：“像是從物體發(fā)出的光線經(jīng)過光具組（透鏡、鏡、棱鏡或它們的組合）后形成的與原物相似的圖景。由光線實際會聚而成的像稱為‘實像’，由虛光線（即光線在其相反方向上的延長線）會聚而成的像稱為‘虛像’”。據(jù)此有人認(rèn)為，小孔成像中的“像”并不是由光線實際會聚而成（通過小孔后的光線是發(fā)散的），所以不能把它說成是實像，也不可能是虛像，虛像無法用屏幕承接。有人還進(jìn)一步引深說，如果小孔確實成的是像，那么還應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)二次成像（即在小孔的后面放一凸透鏡，以小孔成的“像”為物，還應(yīng)該能夠成像），可是在孔屏后放置一個凸透鏡，無論怎樣調(diào)整透鏡、光屏、人眼三者的相對位置也觀察不到二次成像。因此，他們認(rèn)為把這一光學(xué)現(xiàn)象稱為“小孔成像”是不確切的，確切地說應(yīng)是“小孔成影”。那么真是“小孔成影”嗎？
我們再來看一下《辭�！穼τ暗亩x：影是光在傳播過程中遇到不透明物體時，在其后方形成的全暗（光線完全不能照到）或半暗（只有部分光線照得到）區(qū)域，其中全暗區(qū)域稱為全影，半暗區(qū)域稱為半影。比較像和影的概念可知：(1)小孔成像不是光線遇到了不透明物體的情況，而是光線通過小孔時出現(xiàn)的光學(xué)現(xiàn)象。(2)影只是大致反映遮光體的輪廓，或全暗、或半暗；而像則是全面反映發(fā)光體的表象情況，如起伏性、顏色、光潔度等，二者反映事物的程度有著明顯的差別。小孔成像是全面反映事物的光學(xué)現(xiàn)象，比如對人成像，不僅能反映人的某個詳細(xì)部位，如眼睛、鼻子等，還能再現(xiàn)人的面部表情，這一點影是做不到的。因此，把小孔成像說成是“小孔成影”是不正確的。當(dāng)然，如果一定要說小孔成影，那也只能是在小孔不太小的情況下，由于小孔周圍部分擋光而對這一擋光部分形成的影子，此時發(fā)光體的像實際上已經(jīng)不存在。
進(jìn)一步分析可知，小孔不僅成的是“像”，而且是“實像”。母國光先生等所編的《光學(xué)》一書中這樣定義像：“自物點發(fā)出的單心光束，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后，若仍保持為單心光束，則這個經(jīng)過系統(tǒng)后的光束的心稱為光學(xué)系統(tǒng)對該物點成的像點�！睂嶋H上，除平面鏡的反射能嚴(yán)格保持光束的單心性以外，其他光學(xué)元件由于都是近軸成像，所以都不能保持光束的單心性，只不過人們可以根據(jù)要求，將幾種光學(xué)元件加以組合，以將像差減小到合理范圍。因此，實際的像與定義中的像（即理想的像）總是有一定差異。當(dāng)自物點發(fā)出的單心光束經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后，其單心性得不到保證時，該單心光束所攜帶的物點信息就不能在一點完整地反映出來，對應(yīng)一個物點的就不再是一個像點，而是一個彌散性像斑。小孔成像實際上就是這種情況。物點發(fā)出的光束經(jīng)小孔后成為發(fā)散的光束，雖然不能會聚，但由于小孔很小，物點與小孔間距離較大，小孔與光屏間距離很小，通過小孔的光線也就很細(xì)，落在光屏上的光斑也就很小。又由于這很細(xì)的光束攜帶了物點的信息，故這很小的光斑無疑即像斑。實踐表明，物體經(jīng)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制成針孔照相機。因此，我們說小孔能夠成像，而且能夠成實像。
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