Далёкий источник всё равно имеет угловой размер
Луна очень далеко, поэтому лучи от одной небольшой области её поверхности приходят почти параллельно. Но лучи от противоположных краёв диска наклонены немного по-разному. Линза направляет эти группы в разные места и создаёт в фокальной плоскости реальное изображение круглого диска.
Фокус имеет конечный диаметр
Размер изображения приблизительно равен фокусному расстоянию, умноженному на угловой размер источника в радианах. Увеличение диаметра линзы само по себе не уменьшает геометрическое изображение Луны. Оно пропускает больше света, но одновременно освещает тот же конечный диск.
Математическая точка относится к точечному источнику
В школьной схеме параллельный пучок собирается в фокусе. Такая модель описывает одну угловую компоненту или источник пренебрежимо малого размера. Реальное небесное тело протяжённо, а аберрации, дифракция и неточная форма линзы дополнительно расширяют изображение.
Линза Френеля подчиняется тем же законам
Ступенчатая линза удаляет лишний объём материала, сохраняя участки нужного наклона. Она может иметь большую площадь при небольшой массе, но не отменяет построение изображения и ограничения концентрации. Ошибки профиля и рассеяние обычно делают фокус хуже, а не горячее идеального предела.
Видео опыта
Исходный эксперимент можно посмотреть в ролике канала «Наука в Действии».