小孔成像（一）——小孔（pinhole）大小对成像的影响
小孔成像中小孔大小对图像的影响：众所周知，小孔可以成像，但是很少有文章介绍小孔的大小对图像的影响。如图1.所示，为典型的小孔成像，因为光沿直线传播，所以A点的光传播到A'点，B点的光传播到B'点，所以由点对点的成像关系，在小孔后面成倒立的像。
图1 小孔成像
但是由于小孔本身是具有尺寸的，那么A点的光会投影在理想点A'附近范围内，见图1中红色的线，所以图像就会有些模糊，当小孔（pinhole）的尺寸越大那么这一现象也就越明显，最终当小孔大到一定程度时，像也最终会变得模糊。
那么我们把小孔缩小到和光子的尺寸相当的时候呢?让小孔的直径只有一个光子的直径那么大，那么A点传播过去的光就只会在A‘点，对A‘附近区域没有贡献。其实这种想法是不可行的，因为当小孔的尺寸十分小的时候，光沿直线传播的理论不在适用，而需要用惠更斯原理，即光是球面波，每个球面波的波前可以看做一个新的光源。
惠更斯球形波面：波面每一点（面源）都是一个次级球面波的子波源，子波的波速与频率等于初级波的波速和频率，此后每一时刻的子波波面的包络就是该时刻总的波动的波面。其核心思想是：介质中任一处的波动状态是由各处的波动决定的
图2 惠更斯球面波
因此当小孔十分小时，即使只有一个子波通过，子波穿过小孔，成为新的球面波的中心，当其传播到成像平面时，也存在尺寸，而不是理想的A‘。见图3
图3.惠更斯原理：解释小孔成像中让小孔尺寸无限小，为什么不能提高系统分辨率。
参考文献：
-
好天气 赞了这篇日记 2021-12-12 15:58:31
