光学 006 · 光线世界、界面与自然光学

悬浮实像装置

近距离剖视悬浮实像装置标注两张共焦抛物面、中央开口、隐藏点物体与发光实像点。分色光段让两次反射、中段准直、孔径裁切与空中交汇一眼可读。

收集立体角比例

\eta_{\Omega}

$0.50$

实像高度

h_{\mathrm{image}}

$50\%$

光程离散

\Delta\mathrm{OPL}

$0.00\pi$

模型适用区间 $\text{模型适用}$

先抓重点

核心问题: 两面抛物面镜应怎样放置，才能形成看得见却摸不到的实像？
一句话直觉: 对理想共焦追迹，所有被接收光线具有相同的 $\Delta\mathrm{OPL}=0$ 。孔径裁切会改变收集立体角与亮度，而不会改变几何实像位置。

z=\frac{r^2}{4f}

生成的镜面网格及其反射法线使用同一个焦距。

\mathrm{OPL}=\sum_j n_j\ell_j,\qquad \Delta\mathrm{OPL}=0

在理想充气共焦几何中，从物体到实像的被接收光路具有相等总长度。

\eta_{\Omega}=\frac{\Omega_{\mathrm{accepted}}}{2\pi}

这一半球比例定量表示孔径收集能力，不会假装所有发射方向都能到达实像。

容易误解这个像是屏幕效果，或只对单一视点存在的虚像。

正确理解追迹光线在开口上方的自由空间中真实会聚，形成实像。视点改变只会改变进入眼睛的光线，不会改变会聚点。

01
场景 1：开放式装置
沿一条分色光路，从隐藏物体追到上镜面，再沿中段平行光向下，最后从下镜面追到空中的实像点。
应该观察到： 每条被接收光路都先后发生一次上镜面与下镜面反射，再穿过同一个实像点。
02
场景 2：开口裁切
减小外侧镜面有效口径，并把它与单独标注的中央开口区分开。
应该观察到： 裁切会移除大角度光线并降低收集立体角，但实像高度仍由焦距决定。
03
场景 3：绕视视差
在绕视场景环绕移动相机，同时保持光学几何不变。
应该观察到： 相机环绕时，实像的空间位置保持固定，改变的只是可见光线子集与视差。