Beginnen wir mit den Grundlagen. Stellen Sie sich eine Punktlichtquelle vor, die auf der Hauptachse der Lochkamera platziert ist (siehe Abbildung unten):

Die Punktquelle erzeugt eine kreisförmige Beleuchtung auf dem Bildschirm. Verschieben wir nun die Punktquelle von der Mitte aus in Richtung $ D $ span>:

Die kreisförmige Beleuchtung bewegt sich ebenfalls von der Mitte weg, jedoch in die entgegengesetzte Richtung, d. h. in Richtung $ d $ span>. Nehmen wir vorerst an, dass die Verschiebung des Objekts im Vergleich zu seinem Abstand von der Lochblende gering ist. Damit wir die Beleuchtung auf dem Bildschirm der Einfachheit halber immer noch als nahezu kreisförmig betrachten können. Ich habe die Verschiebung in eine Richtung gezeigt. Ein ähnliches Phänomen tritt jedoch bei Verschiebungen in alle anderen Richtungen senkrecht zur Hauptachse auf. Ich überlasse es Ihrer Fantasie, mit dem System zu spielen.

Betrachten wir nun ein erweitertes Objekt, das aus vier Punktlichtquellen besteht, wie unten gezeigt:

Die kreisförmige Beleuchtung aufgrund der zentralen Gelbpunktquelle befindet sich ebenfalls in der Mitte. Bei außermittigen roten, grünen und blauen Punktquellen ist die Beleuchtung gemäß unserem vorherigen Ergebnis ebenfalls außermittig. Das entsprechende erzeugte invertierte Bild ist ebenfalls oben gezeigt

Es ist nicht erforderlich, dass das erweiterte Objekt aus Punktquellen besteht, die unterschiedliche Farben emittieren (genauer gesagt Wellenlängen). Ich habe sie nur anders gefärbt, um den Punkt klar zu machen.

Sonne ist keine Punktquelle und ein erweiterter Körper, der unendlich viele Punktquellen enthält. Ähnliche Argumente können verwendet werden, um zu erklären, warum wir das Bild der Sonnenfinsternis anstelle eines kreisförmigen Lichtflecks beobachten.

Um die Sonnenfinsternis vom 26. Dezember 2019 mitzuerleben, habe ich auch eine Lochkamera hergestellt und das Bild der Sonnenfinsternis ist unten dargestellt:

Lassen Sie sich nicht von den drei Bildern der Sonnenfinsternis mit den Nummern eins, zwei und drei verwirren. Ich habe gerade drei kreisförmige Löcher mit unterschiedlichen Durchmessern gemacht ( $ r_1<r_2<r_3 $ span>), um zu überprüfen, welches das beste Ergebnis liefert.

Wie Farcher in seiner Antwort erklärt hat, gibt es einen optimalen Lochdurchmesser für eine bestimmte Lichtwellenlänge und den Abstand der Lochblende vom Bildschirm. Wenn die Lochblende zu klein ist, würden die Beugungseffekte signifikant werden. Auch die Intensität des Bildes nimmt mit der Abnahme der Lochgröße ab. Wenn wir die Lochgröße erhöhen, nimmt die Intensität zu, aber gleichzeitig wird das Bild unscharfer, wenn der Beleuchtungskreis größer wird. Mit der angegebenen Reihenfolge der Lochgrößen können Sie dies auch anhand des obigen Bildes überprüfen (obwohl der Unterschied zwischen dem zweiten und dritten Bild in diesem Bild nicht so ausgeprägt ist).

Gemäß dem Wikipedia-Artikel über Lochkamera wird der optimale Durchmesser $ d $ span> der Lochblende durch den folgenden Ausdruck angegeben:

$$ d = 2 \ sqrt {f \ lambda} $$ span>

wobei $ d $ span> der Lochdurchmesser ist, $ f $ span> die Brennweite ist (Abstand von Loch zu Bildebene) und $ \ lambda $ span> ist die Wellenlänge des Lichts.

^{Image mit freundlicher Genehmigung von: Meine eigene Arbeit :) sup>}

Wichtig ist, dass es sich um ein kleines Loch handelt in der Pappe.

_{(Bild aus Wikipedia (deutsch) - camera obscura) sub>}

Daher jeder Punkt des Originals (die Sonne) erzeugt einen kleinen Fleck auf dem Bildschirm. So erhalten Sie ein unscharfes Bild der Sonne auf dem Bildschirm.

Die Bilder, an die ich mich erinnere, sind die folgenden

die zeigen, dass es eine optimale Größe für die Lochblende gibt, das Bild jedoch niemals so scharf ist, wie Sie es von dem erwarten würden, das mit einer Linse erzeugt wird.

Wenn das Loch zu klein ist, wird die Beugung signifikant, so dass das endgültige Bild unscharf wird.

Wenn das Loch zu groß ist, wird das endgültige Bild ebenfalls unannehmbar unscharf.
Um dies zu erklären, betrachten Sie das folgende Diagramm mit drei sehr kleinen Nadellöchern $ X, \, Y $ span> und $ Z $ und Beugungseffekte ignorieren.

Nur ein schmaler Strahlenkegel (rot), der vom Punkt $ A $ span> auf dem Objekt ausgeht, kann die Lochblende $ X $ span> und kommen Sie zum Bildschirm, um das Bild $ a '' $ span> mit dem Bild $ zu bilden b '' $ span> am unteren Rand des Objekts, $ B $ span>, wird durch die Strahlen gebildet, die auch durch die Lochblende $ X $ span>.
Bilder $ ab $ span> und $ a'b '$ span> werden durch kleine Nadellöcher $ Y $ span> und $ Z $ span>, jedoch an verschiedenen Stellen auf dem Bildschirm.

Wenn das Loch die Größe $ XZ $ span> hat, können Sie es als eine Reihe sehr kleiner Nadellöcher aus $ X betrachten $ span> bis $ Z $ span> und Erzeugen einer Reihe überlappender Bilder zwischen Bildern $ a''b '' $ span> und $ a'b '$ span>

Wenn das Loch $ XZ $ span> immer kleiner wird, gibt es immer noch überlappende Bilder, aber die Überlappung wird immer geringer, bis ein Bild entsteht, das eine faire Reproduktion von istdas Objekt, weil die Überlappung im Vergleich zur Größe eines Bildes, das durch eine sehr kleine Lochblende erzeugt wird, relativ klein ist, wobei die Auswirkungen der Beugung ignoriert werden

Um Ihren Kommentar direkt anzusprechen:

Wenn wir eine einzelne Punktlichtquelle vor der Lochblende platzieren, wird eine kreisförmige Beleuchtung auf dem Bildschirm erzeugt. Wenn wir jedoch ein erweitertes Objekt vor die Lochblende stellen, wird ein invertiertes Bild des Objekts auf dem Bildschirm erzeugt Bildschirm, wie? Ein erweitertes Objekt kann auch als Sammlung von Lichtquellen mit unendlichen Punkten betrachtet werden. Wenn eine Quelle ein kreisförmiges Feld erzeugt, sollten unendliche Quellen dasselbe kreisförmige Feld erzeugen, nur mit größerer Intensität. Die Form des Pflasters sollte sich nicht ändern. Warum ändert sich die Form in die Form des Objekts auf dem Bildschirm?

Das ist fast richtig, aber nicht ganz.

Sie haben Recht, dass eine Punktquelle ein (sehr kleines) kreisförmiges Bild auf dem Bildschirm erzeugt. Sie haben auch Recht, dass ein großes Objekt im Wesentlichen eine unendliche Sammlung von Punktquellen ist.

Ihr Fehler besteht darin, zu denken, dass eine unendliche Sammlung von Punktquellen ein einziges kreisförmiges Bild erzeugen sollte. Tatsächlich erzeugt eine unendliche Sammlung von Punktquellen eine unendliche Sammlung kreisförmiger Bilder auf dem Bildschirm. Darüber hinaus befinden sich die kreisförmigen Bilder alle an verschiedenen Stellen auf dem Bildschirm. Zusammen bilden diese unendlich vielen kleinen kreisförmigen Bilder, alle an verschiedenen Orten, ein Bild des Objekts.

Dieser Effekt wird als Lochkamera bezeichnet und funktioniert wie folgt:

Die Sonne ist ein ausgedehntes Objekt, von dem jeder Punkt Licht ausstrahlt.Wenn wir dieses Licht durch eine winzige Öffnung senden, kann von jedem Punkt der Sonne nur ein einziger Strahl durch die Lochblende gelangen, und auf einem Bildschirm hinter der Lochblende wird ein invertiertes Bild der Sonne erzeugt.Indem Sie alle Sonnenstrahlen verfolgen, die durch die Lochblende gelangen, können Sie sehen, dass die Lochblende so wirkt, als wäre sie eine (primitive!) Linse.