光的世界︰【□○閱讀】樹莓派近攝鏡‧下‧答之破題

過去作文曾有所謂『起承轉合』之論,然而天下文章天下人寫,又何必拘泥於『套式』的呢?倘若一招半式尚未學習,又何彷拘泥於『套式』的呢!終究寫作者之表述,需要閱讀者能明白,所以詞能達意、議論清楚、文字通順 …… 其初始,足矣哉。

有答之問之所生,或在原理不能貫通、習焉而未能察、概念內蘊尚無法甚解 …… ,因作此破題之問︰

【既知】

假使一個任意複雜之光學系統竟能夠『等效』於一片『薄透鏡』豈非太美妙耶!且聽聽 Justin Peatross 和 Michael Ware 先生們之大哉論也

主平面一

主平面二

主平面三

主平面四

※ 註︰ 若一光學系統光線進、出介質折射率相同,則

det  \left( \begin{array}{cc} A &  B  \\ C & D \end{array}  \right)  = 1

顯然 C 不等於零。

─── 摘自《光的世界︰矩陣光學六戊

 

【已知】

前三篇文本中,我們談了一般『光學矩陣』

\left( \begin{array}{cc} A  & B \\ C & D \end{array} \right)

只要 C \neq 0 ,都可借著『自由空間』

\left( \begin{array}{cc} 1  & t \\ 0 & 1 \end{array} \right)

化成一個等效之『薄透鏡』

\left( \begin{array}{cc} 1 & t_2 \\  0 & 1 \end{array} \right) \left( \begin{array}{cc} A & B \\  C & D \end{array} \right) \left( \begin{array}{cc} 1 & t_1 \\  0 & 1 \end{array} \right) = \left( \begin{array}{cc} 1 & 0 \\ - \frac{1}{f} & 1 \end{array} \right)

因此在『主平面』之參考系裡,分享著同樣的『成像公式』

\frac{1}{d_o} + \frac{1}{d_i} = \frac{1}{f}

,具有相同『成像條件』, B 參數為 0

\left( \begin{array}{cc} 1 & d_i \\  0 & 1 \end{array} \right) \left( \begin{array}{cc} 1 & 0 \\  - \frac{1}{f} & 1 \end{array} \right) \left( \begin{array}{cc} 1 & d_o \\  0 & 1 \end{array} \right) = \left( \begin{array}{cc} - \frac{d_i}{d_o}& 0 \\ - \frac{1}{f} & - \frac{d_o}{d_i} \end{array} \right)

甚至可以『串接成像』

\left( \begin{array}{cc} A_2 & 0 \\ C_2 & D_2 \end{array} \right) \left( \begin{array}{cc} A_1 & 0 \\ C_1 & D_1 \end{array} \right) = \left( \begin{array}{cc} A_2 A_1 & 0 \\ C_2 A_1 + D_2 C_1 & D_2 D_1 \end{array} \right)

的矣!如是就確定了參數 C 之『聚焦』地位,以及參數 A 的『影像縮放』性質!!

─── 摘自《光的世界︰矩陣光學六庚

 

【且知】

現象既因相距 L 之兩透鏡之組合而起︰

物 → 光 …… → 透鏡 f_1 → 距離 L → 透鏡 f_2 …… → 像

且先列出其『光學矩陣』表達式︰

\left( \begin{array}{cc} 1 & 0 \\  - \frac{1}{f_2} & 1 \end{array} \right) \left( \begin{array}{cc} 1 & L \\  0 & 1 \end{array} \right) \left( \begin{array}{cc} 1 & 0 \\  - \frac{1}{f_1} & 1 \end{array} \right) = \left( \begin{array}{cc} 1 - \frac{L}{f_1} & L \\ \frac{L - (f_1 + f_2)}{f_1 \cdot f_2} & 1 - \frac{L}{f_2} \end{array} \right)

已知若其『等效』於『薄透鏡』,焦距 - \frac{1}{f} 等於 \frac{L - (f_1 + f_2)}{f_1 \cdot f_2} 。所以曉

L = 0 時, \frac{1}{f} = \frac{1}{f_1} + \frac{1}{f_2}

L < f_1 + f_2L > f_1 + f_2 時,組合焦距可由該式算出。

因是問題就落在 L = f_1 + f_2 的時候了。但思此刻之前、之後恰是 L - (f_1 + f_2) 變號之際,也是組合透鏡或聚、或散性質變化之處,故而特殊的耶!!??

─── 摘自《光的世界︰矩陣光學六壬

 

莫非是原理不足以解釋現象成因的呢??還是條件太過複雜以至於難以解析耶!!或因為『薄透鏡』之理想性而想入非非的乎︰

若問為什麼平面上的一個一般三角形可以如下圖表示

三角形重心

, 只用著 a \ , b \  , \ c 三個參數?即使在思考過 a 是『底』之『長』, c 是此『底』之『高』, b 是此『高』距與此『底』一端的距離。我們深信這就『確定』了那個三角形。然而若再問︰如果此三角形的三個頂點用更一般的 A \ (x_0, y_0)  、 B \ (x_1,y_1)C \ (x_2,y_2) 來表達 ,如是分明有六個參數。那麼這兩種『表述』當真是一樣的嗎?設想你在桌面上『移動』一個三角形,從此『位置』此『方位』到達彼『位置』彼『方位』,你會認 為這個三角形『改變』了嗎??假使『直覺』以為『不變』,這個三角形就必得有使之『不變』的『因由』,這個『因由』不必『參照』解析幾何的『座標』而確立 。或可說它就是歐式幾何一個三角形的『定義』內涵而已。如此而言,一個『確定』的三角形,可由它的三個『邊長』來『確立』,所以六個參數補之以三個確定之 邊長關係,豈非還是三個參數的耶??

因為這個『歐式幾何』的『留白』,常使人懷疑『解析幾何』簡化『座標系』的『選擇』,到底『圖形』的『自由度』是幾何的了。說難道易,就請讀者思索︰平面上的『 □ 』與『 ○ 』,到底一方一圓需要幾個參數來描述的呢?

從物理上講,那個三角形就是『剛體』 rigid body ,它在『運動』中保持『形狀』的『不變性』。

─── 摘自《勇闖新世界︰ W!o《卡夫卡村》變形祭︰品味科學‧教具教材‧【專題】 PD‧箱子世界‧留白

 

現象之理則的推演千絲萬縷,其歸結唯一而已矣☆