題:
如果鏡頭將所有入射光聚焦到一個點，我們如何獲得2D圖像？
Kristin
2015-08-13 08:45:08 UTC
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如果鏡頭彎曲所有入射光線以在焦點處相交，那麼鏡頭如何產生二維圖像？

這基本上不是教科書中經常出現的標準圖表嗎？

std geometric optics pic

我知道這在現實生活中不會發生-我過去經常使用望遠鏡進行工作。焦點最大的圖像將是恆星直徑最小的圖像，當然，我們認為無窮遠的點源。但是-來自所有恆星的光（儘管處於無限遠）並不都集中在單個點上。取而代之的是，每顆恆星的光線都聚焦在2D圖像上自己的$（x，y）$點上。光學。我想念什麼？

您實際上不是在焦點處只有一個光點嗎？據我所知，照片是在其前後一定距離拍攝的，而不是精確地拍攝。
在我的“物理學3”課程中，他們讓我們測量了透鏡的焦距，方法是找到我們可以產生的燈泡燈絲的最“聚焦”圖像。當沿著光學平台來回移動鏡頭和屏幕以找到最佳圖像時，我從未記得實際上看到過一個聚焦點。（儘管那是幾年前的事，所以我的記憶可能不是100％）
對。忽略我先前的評論。看看這張照片https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c2/Focusing_on_retina.svg/220px-Focusing_on_retina.svg.png和此頁面https://en.wikipedia.org/Wiki / Cardinal_point_（optics）#Focal_planes
對於理想的鏡頭，這實際上發生在現實生活中；）
鏡頭**不會將所有入射光聚焦到一個點**。它只將（相同方向正確顯示的）所有光聚焦（如您的圖正確顯示）在一個點上。因此，焦平面中的不同點收集來自不同方向的光。
五 答案:
John1024
2015-08-13 09:10:35 UTC
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...如果透鏡彎曲所有入射光線以在焦點處相交？這不應該產生一個光點嗎？？ >

的確，所有平行於軸的光線都聚焦到該單個點。但是，並非所有光線都平行於軸：

enter image description here

來自不同角度的光線聚焦到不同點。這就是圖像的形成方式。

好的，因此，儘管我們將恆星視為“無限遠”，但由於它們實際上相距有限距離，所以它們的光實際上以略微不同的角度入射，並因此聚焦在探測器上的不同點上？
@Kristin並非如此，除了所有恆星外，每顆恆星都聚焦到一個點。但是，下一顆恆星發出的光線來自一個稍微不同的方向，並且聚焦在另一個點上。對於擴展的身體（例如人），鼻子發出的光線與眼睛發出的光線和肩膀發出的光線的方向不同。這些中的每一個都以模仿成像部分的物理排列的方式聚焦到膠片/ CCD上的不同點。
如果您僅顯示了經過繪製的光線，則該光線對於穿過鏡頭光學中心的每個平行組而言，其構造（以及圖像生成）將變得非常明顯。
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像[this]（http://imgur.com/Tl1hwOW）一樣，讓綠色的星星聚焦在兩個紅色的星星上方嗎？
@Kristin恆星向各個方向放射狀發光。每顆恆星發出的光在所有位置照亮鏡頭。現在，看一下我的答案中的圖表：有一個紅色的星星和一個綠色的星星。每個鏡頭髮出的光照亮了鏡頭上的所有位置。但是，由於角度的不同，綠星發出的光會聚在紅星焦點上方的一點上。
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@Kristin是的。如果看夜空，您會看到每顆恆星的光都來自不同的角度。恆星與我們的透鏡之間的距離是如此之大，以至於恆星的光在我們看來是平行光線。但是，一顆恆星發出的光與另一顆恆星發出的光的角度不同。
@John1024非常感謝！這是我在考慮此問題時所缺少的。
對於無限遠的圖像，您仍然可以將傳感器移到離鏡頭更近（或更遠）的位置。
@immibis有什麼目的？您要做的就是使圖像失去焦點。
我*認為*，此圖還解釋了為什麼通過一個簡單的鏡頭聚焦時圖像經常被反轉。
@Kristin不，它們不會在不同位置進入鏡頭。兩顆恆星發出的光會撞擊鏡頭表面的每個點。但是，來自恆星A的光聚焦在像點A上，來自恆星B的光聚焦在像點B上，因為它們是從不同的*方向*進入透鏡的。
Daniel Mahler
2015-08-13 09:17:25 UTC
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凸透鏡不會將所有光線聚焦到單個點。它將所有平行軸光線聚焦在焦點上。它還將從給定點發出的所有光線聚焦到另一側的相應點。該點是原始點的圖像。

標準圖顯示鏡頭將所有平行於軸的入射光線發送到焦點。可以將平行光線視為從無窮遠點發出，因此可以將焦點視為無窮遠點的圖像。

更一般的射線圖看起來像 this： enter image description here

繪製射線圖的完整規則，如關於該主題的超物理文章：

  1. 從物體頂部開始的光線平行於與鏡片垂直的中心線行進。在鏡頭之外，它將穿過主焦點。對於負透鏡，它將像從透鏡近側的焦點發出一樣從透鏡出發。
  2. 穿過透鏡中心的光線不會偏轉。 （實際上，它將在鏡頭的近側向下慢跑，然後在鏡頭的出射側向上慢跑，但是對於薄的鏡頭，可以忽略不計所產生的輕微偏移。）
  3. 穿過主體的光線焦點在鏡頭近側。從鏡頭退出後，它將平行於中心線前進。確實不需要第三條射線，因為前兩條射線可以定位圖像。
    4. ol>
BlueRaja - Danny Pflughoeft
2015-08-14 00:34:15 UTC
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您的圖顯示了源自無限遠的平行光束。

在現實世界中，入射到眼睛的光不是全部平行的。

在現實世界中，所有從單個點反射回來的光都會擊中傳感器（眼錐，數字傳感器，等等），前提是該點是重點。但是，來自不同點的光會在不同位置撞擊傳感器，從而創建您看到的圖像。

In-focus points

聚焦時，它會在傳感器上繞一圈散開。攝影師稱這為混亂的圈子。

Out-of-focus point

使用此工具應該使其顯而易見。我是從我對Photography.SE問題的回答中擷取的這些圖像光圈如何工作而不將圖像“裁剪”到傳感器上？

Thorsten S.
2015-08-13 14:58:14 UTC
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應該被告知：幾何光學是錯誤的。對於小角度和不太複雜的設置就足夠了，但仍然是一個近似值。

第一件事：普通鏡頭沒有焦點，而是更像一條線的東西，即所謂的苛性鹼。在與鏡片中間相交的線上獲得完美點的正確形狀（我現在稱為軸）不是球形，而是複雜的曲線，即笛卡爾卵形一個>。因此，您首先不會從正常的光學表面獲得點圖像；有平光透鏡，但是它們非常昂貴。

第二：即使您有平光透鏡，仍然光線不是射線，而是波陣面。穿過非平面透鏡的完美平面波前不會形成 still ，而是形成所謂的 airy disc。您可以很好地看到，如果您放大倍率，就可以看到。在某個點圖像變得越來越模糊，點圖像的通風盤開始重疊並破壞圖像。避免這種情況的唯一可能性是增加透鏡或反射鏡的尺寸，從而使通風盤變小（這就是天文學家需要大而又大的透鏡和反射鏡的原因）。

但是，即使那樣還不夠。如果您真的想要高質量，就足夠了，在那種情況下，您需要由 Maxwell方程描述的精確光照方程。

現在我們需要一張圖像，我正在使用如您所見，德語維基百科在“ Linsengleichung”下的開放源圖像：
Geometric optic image

如果您看到光線的源頭位於鏡頭附近，它們不是平行運行的，並且它們的圖像不會在焦點f上顯影，而是在距離上增大。您正在使用來自同一點的兩條光線：一條平行於穿過焦點的軸，另一條平行於穿過該點的軸。它們交叉的地方是源點的圖像，而不是焦點！

實話實說：波動光學也是錯誤的。對於中等強度而不是太高的頻率就足夠了，但仍然是一個近似值。
Guill
2015-08-20 02:03:35 UTC
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您的問題中存在一個謬論，這可能是您困惑的根源。不是所有光都聚焦到一個點上，而是僅平行於透鏡軸的光線！
對於兩個（點源）星，如果一顆恆星的光線與透鏡軸平行，那麼另一顆恆星的光線將不會（不是共線的），因此其圖像將出現在與第一顆恆星不同的位置。



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