光学系统—等效透镜的集光特性
第五章透镜及其应用
第五章《透镜及其应用》笔记（修改稿5）一、基础部分：1、光学镜分为两类：面镜（有反射面，光线不透过）和透镜（光线透过透镜）。
入射光线射向面镜，要发生反射现象，入射光线和反射光线都在反射面同一侧，比如：平面镜、凸面镜（也叫凸镜，汽车观后镜）、凹面镜（也叫凹镜）三者都发生反射现象，都遵守反射定律。
入射光线射向透镜，要透过透镜发生折射现象，入射光线透过透镜和折射光线在透镜的两侧，比如：凸透镜、凹透镜两者都发生折射现象，都遵守折射定律。
2、凸透镜对光有会聚作用，又叫会聚透镜；凹透镜对光有发散作用，又叫发散透镜。
3、平行光线透过凸透镜会聚于一点，称为焦点，用F表示。
凸透镜有两个实焦点，凹透镜有两个虚焦点。
焦点到凸透镜光心的距离叫做焦距，用 f 表示。
透镜越厚，折光能力越强，焦距越小。
4、凸透镜成像规律：理解熟记下表，结合上图熟悉物距、像距、一倍焦距、二倍焦距。
物体到凸透镜距离（物距u）像的情况像距V生活中的实例倒立正立放大缩小实像虚像物距大于2倍焦距（u＞2f）倒立缩小实像异侧，2f＞V＞f照相机、摄像头、眼睛、监控、人脸识别、航拍、偷拍物距等于2倍焦距（u=2f）倒立等大实像异侧，V =2f 当u=2f,V=2f可算焦距物距在2倍焦距和焦距之间（2f＞u＞f）倒立放大实像异侧，V＞2f 投影仪、幻灯机、放映机物距等于焦距（u=f）折射光线为平行光线，不能会聚一点，不能成像，但获得平行光源物距小于焦距（u＜f）正立放大虚像物和像同侧放大镜、老花镜、目镜、水珠5、口诀：1倍焦距分虚实；2倍焦距分大小。
即大于1倍焦距的成实像；大于2倍焦距的成缩小的像。
6、实像与虚像的区别：所有实像都是倒立的，所有虚像都是正立的；所有实像都能用光屏接收，所有虚像光屏都接收不到；实像是实际光线会聚而成的，虚像是实际光线的反向延长线会聚的。
看到实像和虚像都有光线进入人的眼睛。
7、成实像时，当物距减小时，像和像距都变大；当物距增大时，像和像距都变小。
光学体系知识点梳理总结
光学体系知识点梳理总结一、光学基础知识1. 光的本质光是电磁波的一种，是一种由电场和磁场交替而成的波动现象。
光是由光源发出，经过介质传播，最终影响我们的视觉系统。
2. 光的特性（1）波动特性：光具有波动性，可以表现为干涉、衍射、偏振等现象。
（2）微粒特性：光也具有微粒性，可以用光子模型解释光电效应、康普顿效应等现象。
3. 光的传播（1）直线传播：在均匀介质中，光沿着直线传播，遵循光的直线传播定律。
（2）折射现象：当光线从一种介质进入另一种介质时，会发生折射现象，遵循折射定律。
（3）反射现象：当光线从介质表面反射时，遵循反射定律。
4. 光的颜色白光是由所有可见光波长组成的，当光通过色散介质时，不同波长的光会按不同程度发生偏折，从而产生色散现象。
5. 光学仪器（1）凸透镜：透镜是一种光学元件，可以将平行入射的光线聚焦或发散。
（2）凹透镜：凹透镜同样可以将平行入射的光线聚焦或发散，与凸透镜形成对称。
（3）棱镜：通过对光的折射和衍射，可以实现光的分光和复合。
二、光学成像1. 成像原理成像是光学系统中非常重要的一部分，成像原理是指当物体放在一定位置时，通过透镜、镜面等光学元件可以在另一位置产生与实物相似的像。
2. 透镜成像透镜成像是指通过透镜实现对物体的成像，分为凸透镜和凹透镜成像。
3. 成像公式成像公式是描述透镜成像的数学关系式，可以根据物距、像距、焦距等参数计算成像的位置和大小。
4. 像的性质像的性质包括实像与虚像、正像与负像、放大与缩小等，是成像过程中需要了解的重要内容。
5. 透镜组成像透镜组成像是指通过不同透镜的组合实现对物体的成像，常见的透镜组包括双凸透镜组、凹凸透镜组等。
6. 成像畸变（1）球差：由于透镜的非理想性，会出现球差现象，导致成像的模糊和色差。
（2）色差：不同波长的光经过透镜时折射角度不同，会导致色差现象，影响成像的清晰度。
三、光学仪器1. 望远镜望远镜是一种基于透镜或镜面的光学仪器，可以放大远处物体的像，包括折射望远镜和反射望远镜。
光热镜场光学系统的光学效率分析与提升
光热镜场光学系统的光学效率分析与提升光热镜场光学系统是一种利用光学镜面反射和聚焦的技术，将太阳的光能集中到一个小区域，以产生高温、高压的热能。
这种系统广泛应用于太阳能电站，工业加热和热发电等领域。
本文将对光热镜场光学系统的光学效率进行分析，并提出一些提升光学效率的方法。
一、光学效率划分及其影响因素光学效率可以分为光传输效率和光能转化效率两个方面。
光传输效率受到多个因素影响，包括反射损失、透过损失和散射损失。
反射损失是指光束在镜面反射过程中因为镜与周围环境折射率不同而产生的能量损失。
透过损失是指光束穿过镜面后因为素材吸收或是折射而产生的能量损失。
散射损失是指在光束传输过程中因为介质的不均匀性或者表面缺陷而使光束发生偏转和散射。
光能转化效率主要指的是太阳能被有效地转化为热能的效率，其受到集光系统的精度、透镜材料特性以及耐高温性能等多个因素的综合影响。
如果集光系统设计不合理，透镜材料吸收、传导和辐射热损失较大，会影响光能转化效率。
二、光学效率分析1. 光传输效率分析光传输效率的主要损失源为反射损失、透过损失和散射损失。
降低这些损失对提高光学效率至关重要。
a. 反射损失的降低反射损失可通过镀膜技术来降低。
对反射率较高的镜片进行反射膜镀膜，可以增加反射面的光反射率，减少反射损失。
b. 透过损失的降低透过损失主要与透明材料的吸收、折射损失相关。
选择透明度较高的材料和减小透射光程的方法，可以降低透过损失。
c. 散射损失的降低散射损失会导致光束的传输偏差，降低了光能在系统内的聚焦度和集光效率。
采用优质的材料，控制材料表面的缺陷和杂质，可以有效降低散射损失。
2. 光能转化效率分析光能转化效率的提升有赖于透镜材料的选择和集光系统的设计。
a. 透镜材料的选择高透光性和较低的吸收系数是提高光能转化效率的关键。
选择透明度高、热传导性能好、耐高温性能强的材料，如石英和聚二甲基硅氧烷（PDMS）等，可以降低吸收、传导和辐射热损失，提高光能转化效率。
透镜成像原理与高斯光学简介
透镜成像原理与高斯光学简介透镜是一种能够把光束聚焦或发散的光学元件，广泛用于相机、望远镜、显微镜等光学仪器中。
透镜成像原理涉及物体到透镜的距离、透镜焦距以及透镜本身的形状等因素，通过透镜能够实现对物体成像的控制和调节。
而高斯光学是一种光学设计中常用的方法，通过近轴条件下的折射、反射计算出透镜、光学系统的成像特性。
透镜成像原理1. 透镜的基本属性透镜有两个基本焦点，分别是物方焦点和像方焦点。
物方焦点是物体发出平行光线聚焦后的位置，而像方焦点是透镜后的光线聚焦的位置。
焦距是指透镜或透镜组能够将光线聚焦成像的距离。
2. 透镜成像规律根据透镜成像规律，物体到透镜的距离、透镜焦距以及透镜的厚度等因素都会影响成像的效果。
当物体距离透镜远于物方焦点时，成像为实像；当物体距离透镜近于透镜焦距时，成像为虚像。
3. 透镜的光圈与景深透镜的光圈大小决定了透镜通过的光线的量，光圈大小不同会影响到成像的亮度和清晰度。
景深则是指在一定的条件下，待成像物体前后位置的范围，在摄影和光学设计中，景深的控制是非常重要的。
高斯光学简介1. 高斯光学的理论基础高斯光学是由著名光学学者高斯提出的光学理论，它基于光在光学系统中的传播规律，用数学方法描述光的传播和成像过程。
高斯光学假设光线在光学系统中近轴传播，即光线的散焦、折射都是在几何光轴周围进行。
2. 高斯光学的应用高斯光学在光学设计中有着广泛的应用，通过高斯光学方法可以对光学系统进行优化设计，确保光学系统能够实现所需的成像效果。
高斯光学对于光学仪器的设计和调试都具有重要意义，为光学工程提供了有力的工具和方法。
结语透镜成像原理与高斯光学是光学领域中的重要内容，了解和掌握这些知识可以帮助我们更好地设计和使用光学系统，实现更好的成像效果。
通过深入理解透镜的成像原理和高斯光学理论，可以更好地应用于实际工程和科研中，为光学技术的发展做出贡献。
工程光学第八章知识点
⼯程光学第⼋章知识点第⼋章典型光学系统●通常把光学系统分为10个⼤类：（1）望远镜系统（2）显微镜系统（3）摄影系统（4）投影系统（5）计量光学系统（6）测绘光学系统（7）物理光学系统（8）光谱系统（9）激光光学系统（10）特殊光学系统（光电系统、光纤系统等）第⼀节眼睛的光学成像特性1.眼睛的结构⽣理学上把眼睛看作⼀个器官眼睛包括⾓膜、⽔晶体、视⽹膜等部分⼈眼的光学构造：●⾓膜：由⾓质构成的透明的球⾯薄膜，厚度为0.55mm，折射率为1.3771；●前室：⾓膜后的空间，充满折射率为1.3774的⽔状液体；●虹彩：位于前室后，中间有⼀圆孔，称为瞳孔，它限制了进⼊⼈眼的光束⼝径，可随景物的亮暗随时进⾏⼤⼩调节；●⽔晶体：由多层薄膜组成的双凸透镜，中间硬外层软，各层折射率不同，中⼼为1.42，最外层为1.373，⾃然状态下其前表⾯半径为10.2mm，后表⾯半径为6mm，⽔晶体周围肌⾁的紧张和松驰可改变前表⾯的曲率半径，从⽽改变⽔晶体焦距；2.眼睛的视觉特性●应⽤光学把眼睛看作⼀个光学系统●⼈眼对不同波长的光的敏感度不同，就形成了视觉函数●⼈眼灵敏峰值波长在555nm（黄绿光）3.眼睛的调节和适应1．调节●眼睛成像系统对任意距离的物体⾃动调焦的过程称为眼睛的调节●眼睛所能看清的最远的点称为“远点”，远点距⽤lr表⽰，正常眼lr = ∞●眼睛所能看清的最近的点称为“近点”，近点距⽤lp表⽰，正常眼的近点距随年龄⽽变化●眼睛的调节能⼒⽤“视度”来表⽰，远点视度⽤R表⽰，近点视度⽤P表⽰：●11r pR Pl l= =（8-2）●视度的单位是“屈光度”，屈光度（D）等于以⽶为单位的距离的倒数，即1D=1m-1 ●如某⼈的近点为-0.5m，则⽤视度表⽰为P=1/(-0.5)=-2D●眼睛的调节能⼒A R P=-（8-3）●在正常照明条件下，眼睛观察近物最适宜的距离为-250mm，称为“明视距离”●在明视距离下观察物体，眼睛能长时间⼯作⽽不疲劳●年龄超过45岁后，眼睛的近点远于明视距离，这时称为⽼年性远视眼即⽼花眼2．适应●眼睛能在不同亮暗条件下观察物体，这种能⼒称为“适应”●眼睛瞳孔在外界光强变化时能⾃动改变孔径，⽩天瞳孔为2mm左右，夜晚为8mm左右●当光线较暗时，杆状细胞取代锥状细胞感光，进⼀步提⾼灵敏度●从暗处到亮处称为亮适应，适应较快；从亮处到暗处称为暗适应，需较长时间3.眼睛的缺陷与矫正●正常眼的远点在⽆限远处，即眼睛光学系统的像⽅焦点位于视⽹膜上●对于⾮正常眼来说，其远点位置发⽣变化●若远点位于眼前有限远处（lr <0），只能清晰接收发散光束，眼睛的像⽅焦点位于视⽹膜之前，称为近视眼●为了使近视眼的⼈能看清⽆限远点，须在近视眼前放置⼀负透镜，负透镜的像⽅焦点F ’与远点重合● f ’= lr●即负透镜的折光度与眼睛的视度相等●φ = R●折光度的单位为屈光度（D）●同理，若远点位于眼后有限远处（lr >0），只能清晰接收会聚光束，眼睛的像⽅焦点位于视⽹膜之后，称为远视眼。
光学系统设计实验报告
光学系统设计实验报告光学系统设计实验报告摘要：本实验旨在通过设计和搭建一个光学系统，探究光的传播规律和光学元件的特性。
通过实验，我们成功设计了一个光学系统，并对其进行了测试和分析。
实验结果表明，光学系统的设计和调整对于光的传播和成像具有重要影响。
引言：光学系统是由光源、光学元件和光学器件组成的系统，用于控制光的传播和成像。
光学系统设计是光学学科的重要分支，广泛应用于光学仪器、通信技术、光学显微镜等领域。
本实验旨在通过设计和搭建一个光学系统，探究光的传播规律和光学元件的特性。
实验方法：1. 准备实验所需材料和仪器，包括光源、透镜、反射镜、光屏等。
2. 搭建光学系统，根据实验要求确定光源和光学元件的位置和方向。
3. 调整光学系统，使光线聚焦在光屏上，并记录调整过程中的观察结果。
4. 测量光学系统的参数，如焦距、放大倍数等，并进行数据分析。
实验结果：通过实验，我们成功设计了一个光学系统，并对其进行了测试和分析。
实验结果表明，光学系统的设计和调整对于光的传播和成像具有重要影响。
首先，我们调整了光源的位置和方向，使光线能够尽可能均匀地照射到光学元件上。
然后，我们调整了透镜的位置和方向，使光线能够聚焦在光屏上。
在调整的过程中，我们发现透镜的位置和方向对于光的聚焦效果有着显著影响。
当透镜与光源的距离增加时，光线的聚焦效果会变差；而当透镜与光源的距离减小时，光线的聚焦效果会变好。
其次，我们测量了光学系统的参数，如焦距和放大倍数。
通过测量，我们发现透镜的焦距与其形状和材料有关。
不同形状和材料的透镜具有不同的焦距，从而影响光的聚焦效果。
此外，我们还测量了光学系统的放大倍数，发现放大倍数与透镜的焦距和物距有关。
当透镜的焦距增大或物距减小时，放大倍数会增大。
讨论：通过本实验，我们深入了解了光学系统的设计和调整原理，以及光的传播规律和光学元件的特性。
光学系统的设计和调整对于光的传播和成像具有重要影响，合理的设计和调整可以提高光学系统的性能和效果。
初中物理透镜组成像
初中物理透镜组成像
初中物理透镜组成像主要有以下几个方面：
1.透镜的种类和特点：透镜是透光介质的镜片，根据光线的传播特性，可以
分为凸透镜和凹透镜两类。
凸透镜具有会聚光线的作用，可以将平行光线会聚于一点，即焦点；而凹透镜则具有发散光线的作用，可以使光线偏离原来的直线方向。
2.透镜的焦距：透镜的焦距是透镜对光线的会聚或发散作用的度量，也是透
镜焦点的距离。
对于凸透镜，焦距f为正值，表示凸透镜对光线有会聚作用；
对于凹透镜，焦距f为负值，表示凹透镜对光线有发散作用。
3.透镜的成像规律：当光线通过透镜时，会在另一侧形成像。
根据凸透镜和
凹透镜的成像规律，可以计算出像的位置和大小。
对于凸透镜，当物体位于焦点之外时，像位于凸透镜的另一侧，并且像距随着物距的增大而增大；
对于凹透镜，当物体位于凹透镜的同侧时，可以形成虚像或者实像。
4.透镜的应用：透镜在日常生活和科学实验中有着广泛的应用，如照相机、
摄像机、投影仪、眼镜等。
这些设备都利用了透镜的成像原理，通过对光线的控制和聚焦来获得清晰的图像。
综上所述，初中物理透镜组成像主要包括了透镜的种类和特点、焦距的计算、成像规律以及应用等方面的知识。
这些知识是学习光学的基础，也是理解其他光学仪器和应用的基础。
高中物理光学复习要点
高中物理光学复习要点高三通常是各种练习、试卷纷至沓来，大量的习题令人眼花缭乱。
面对“无边题海”何去何从?通常各人方法各异而效果也相距甚远。
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高中物理光学复习要点一、重要概念和规律(一)、几何光学基本概念和规律1、基本规律光源：发光的物体.分两大类：点光源和扩展光源. 点光源是一种理想模型，扩展光源可看成无数点光源的集合. 光线——表示光传播方向的几何线. 光束通过一定面积的一束光线.它是通过一定截面光线的集合. 光速——光传播的速度。
光在真空中速度最大。
恒为C=3×108 m/s。
丹麦天文学家罗默第一次利用天体间的大距离测出了光速。
法国人裴索第一次在地面上用旋转齿轮法测出了光这。
实像——光源发出的光线经光学器件后，由实际光线形成的. 虚像——光源发出的光线经光学器件后，由发实际光线的延长线形成的。
本影——光直线传播时，物体后完全照射不到光的暗区. 半影——光直线传播时，物体后有部分光可以照射到的半明半暗区域.2.基本规律(1)光的直线传播规律：先在同一种均匀介质中沿直线传播。
小孔成像、影的形成、日食、月食等都是光沿直线传播的例证。
(2)光的独立传播规律：光在传播时虽屡屡相交，但互不扰乱，保持各自的规律继续传播。
(3)光的反射定律：反射线、入射线、法线共面;反射线与入射线分布于法线两侧;反射角等于入射角。
(4)光的折射定律：折射线、入射线、法线共面，折射线和入射线分居法线两侧;对确定的两种介质，入射角(i)的正弦和折射角(r)的正弦之比是一个常数.介质的折射率n=sini/sinr=c/v。
全反射条件①光从光密介质射向光疏介质;②入射角大于临界角A，sinA=1/n。
(5)光路可逆原理：光线逆着反射线或折射线方向入射，将沿着原来的入射线方向反射或折射.3.常用光学器件及其光学特性(1)平面镜：点光源发出的同心发散光束，经平面镜反射后，得到的也是同心发散光束.能在镜后形成等大的、正立的虚出，像与物对镜面对称。
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第 ２０ ２ ２年 第 ５期 ０ ４卷 ９月 金逢 锡 等 ：光 学系 统一 等 效透镜 的集光 特性 ＶｏＩ ４ Ｎｏ ５ Ｉ２ ．
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， 与物距无 关 。在 近轴 光学 系
统 中， 过光学系统任意孔 径的光通量 ： 通
统 的辐射通量 。下面将讨 论可扩展 物体 在不同物距 下
通 过 孔 径 Ｓ的光 辐 射 通 量 ：
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第 ２ ４卷 第 ５期
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２ ０ 年 ９月 ０２
光 学 系 统 一 等 效 透 镜 的 集 光 特 性
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（１ ）
在 丁平 面 左 侧 的任 意 位 置 上 ， 值 与 物 距 Ｙ ａ・ 。无 关 ；
同样 可 以证 明 ， 当物 体 在 丁平 面 右 边 物 方 焦 平 面 左 侧
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在 光学 系统 中 ， 阑 主 要 起 着 限 制 光 线 改 善 成 像 光 质 量 的作 用 ， 同时 还 决 定 着 辐 射 通 量 的 多 少 。在 聚 光 系 统 中 ， 径 光 阑和 视 场 光 阑共 同决 定 着 通 过 光 学 系 孔
金逢 锡 ， 虎 杰 ， 金 孙 龙， 王成 贵
（ 边 大学 理工 学 院物理 系 ， 林 延 边 １３ ０ ） 延 吉 ３ ０ ２
摘 要 ： 主 要介 绍 了可 等 效成 薄透 镜 的 光 学 系 统 的集 光 特 性 ， 即通 过 分 析 等 效 光 学 系 统 的 光 辐 射 通 量 与 物体 在 三 个 不 同位 置 时 的 关 系 ， 出光 学 系 统 物 距 的 改 变 不 会 使 投 射 到 光 电器 件 上 的 光 辐 射 通 量 发 生 得
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孔 径 角 ａ一
所 以
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，视 场 线 度 一
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非 接 触 测 温 系 统 的研 制 。
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２ 集光特 性 的 分析
有 些 光 学 系 统 的前 后 主 面及 光 阑 均 近 似 在 同一 平
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（） ３
３ ）当物 体 在 丁平 面左 方 ， Ｌ为 人 窗 ，７ 为 人 瞳 且 、
变化的结论 。 关 键 词 ： 光辐 射 通 量 ； 等 效 透 镜 ； 集 光特 性 ； 光 阑
中 图分 类 号 ：ＴＮ２ ４ １
文 献标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１ ０ —８ １ ２ ０ ） ５０ １ — ２ ０ １８ ９ （ ０ ２ ０ ０ ６０
１ 引 言
在红外非接 触测温 中， 们往 往 希望 通过 光学 系 我 统 投 射 到 光 电器 件 上 的 光 辐 射 通 量 只 与 温 度 有 关 ，
在 光 电技 术 中 ， 们 经 常 要 测 量 光 辐 射 通 量 。 为 我
则孔径角 ａ—
所 以
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了定量分析 ， 通常将光 辐射 通过各 种光 电器 件 （ 系统 ） 转换为便于处理 的 电信号 。为 了提高 信噪 比， 在光 电
器 件 前 安 装 适 当 的 光 学 系 统 是 必 要 的 ， 此 之 外 光 学 除 系统 还 有 其 它 的作 用 ， 们 主 要 分 析 的是 它 的 集 光 特 我 性 。本 文 针 对 可 等 效 成 薄 透 镜 的光 学 系 统 作 了详 细 的
时 ， 图 ｌｃ所 示 ， 如 （） 孔 径 角 ａ一 —鱼～ ， 场 线 度 一 视
所 以
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面上 ， 具有薄 透镜 的特点 ， 因此该 光学系统可 以等效成
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薄透镜 。在这种情 况 下 ， 考虑 到光 电器件 受光 面 的 大 小 ， 等 效 后 的 光 学 系 统 有 两 个 光 阑 — — 薄 透镜 和 故
光 电 器 件 受 光 面 ， 光 学 系 统 的等 效 光 路 图见 图 ｌ 该 。 根 据 光 学 中 的牛 顿 公 式 及 放 大 率 公 式
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从 （ ） （ ） （ ） 可 见 ， 论 物 体 在 丁平 面 上 ， 是 ２ 、３ 和 ４ 式 不 还
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２ ）当物体 在 丁平 面左方 ， 丁为 人窗 ， 且 Ｌ为人 瞳
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（ ５ ）
１ ）当物体在 ７ 平面时 ， 图 ｌ ａ 所示 ， 为孔 径 、 如 （） Ｌ 光 阑 ，、 视 场 光 阑 ， ７为
收 稿 日期 ：０ １１－ ３ 修 订 日期 ：０ ２０ —７ ２ ０ —２０ ； ２ ０ － １０
可 见 ， 距 的 改 变 不 会 使 投 射 到 光 电器 件 的 光 辐 物
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视场变大 ， 最终孔径角 和视场线度 的积保持 不变 。
３ 结 论
由 （） 可 见 ， 了 提 高 聚 光 效 率 ， 光 学 设 计 中 ５式 为 在 应 尽 量 增 大 光 学 系 统 的 口径 ， 少 焦 距 ； 外 ， 受 光 减 另 Ｓ
面的位置应尽量接 近焦平面 ， 最好 在 焦 平 面 上 ， 因为 当 ． 一 Ｏ时 ， ｚ 。 口・Ｓ最 大 。