工程光学试卷

工程光学（上）期末考试试卷一．问答题：（共12分，每题3分）1．摄影物镜的三个重要参数是什么？它们分别决定系统的什么性质？2．为了保证测量精度，测量仪器一般采用什么光路？为什么？3．显微物镜、望远物镜、照相物镜各应校正什么像差？为什么？4．评价像质的方法主要有哪几种？各有什么优缺点？二．图解法求像或判断成像方向：（共18分，每题3分）1．求像A'B'2．求像A'B'3．求物AB经理想光学系统后所成的像，并注明系统像方的基点位置和焦距4．判断光学系统的成像方向5．求入瞳及对无穷远成像时50%渐晕的视场6．判断棱镜的成像方向F2题2-3图F1F1'F2'ABCAB题2-1图F'ABFHH'题2-2图三．填空：（共10分，每题2分）1．照明系统与成像系统之间的衔接关系为：①________________________________________________②________________________________________________2．转像系统分____________________和___________________两大类，其作用是：_________________________________________3．一学生带500度近视镜，则该近视镜的焦距为_________________,该学生裸眼所能看清的最远距离为_________________。4．光通过光学系统时能量的损失主要有：________________________,zxy物镜题2-4图题2-5图FF'zxy题2-6图________________________和_______________________。5．激光束聚焦要求用焦距较________的透镜，准直要用焦距较________的透镜。四．计算题：（共60分）1．一透镜焦距mmf30'，如在其前边放置一个x6的开普勒望远镜，求组合后系统的像方基点位置和焦距，并画出光路图。（10分）2．已知mmr201，mmr202的双凸透镜，置于空气中。物A位于第一球面前mm50处，第二面镀反射膜。该物镜所成实像B位于第一球面前mm5，如图所示。若按薄透镜处理，求该透镜的折射率n。（20分）3．已知物镜焦距为mm500，相对孔径101，对无穷远物体成像时，由物镜第一面到像平面的距离为mm400，物镜最后一面到像平面的距离为mm300。（1）按薄透镜处理，求物镜的结构参数；（8分）（2）若用该物镜构成开普勒望远镜，出瞳大小为mm2，求望远镜的视觉放大率；（4分）（3）求目镜的焦距、放大率；（4分）（4）如果物镜的第一面为孔径光阑，求出瞳距；（6分）（5）望远镜的分辨率；（2分）（6）如果视度调节为折光度，目镜应能移动的距离。（2分）（7）画出光路图。（4分）工程光学（上）期末考试参考答案一．简答题：（共12分，每题3分）1．摄影物镜的三个重要参数是什么？它们分别决定系统的什么性质？答：摄影物镜的三个重要参数是：焦距'f、相对孔径'/fD和视场角2。焦距影响成像的大小，相对孔径影响像面的照度和分辨率，视场角影响成像的范围。2．为了保证测量精度，测量仪器一般采用什么光路？为什么？答：为了保证测量精度，测量仪器一般采用物方远心光路。由于采用物方远心光路时，孔径光阑与物镜的像方焦平面重合，无论物体处于物方什么位置，它们的主光线是重合的，即轴外点成像光束的中心是相同的。这样，虽然调焦不准，也不会产生测量误差。3．显微物镜、望远物镜、照相物镜各应校正什么像差？为什么？答：显微物镜和望远物镜应校正与孔径有关的像差，如：球差、正弦差等。照相物镜则应校正与孔径和视场有关的所有像差。因为显微和望远系统是大孔径、小视场系统，而照相系统则是一个大孔径、大视场系统。4．评价像质的方法主要有哪几种？各有什么优缺点？答：评价像质的方法主要有瑞利（Reyleigh）判断法、中心点亮度法、分辨率法、点列图法和光学传递函数（OTF）法等5种。瑞利判断便于实际应用，但它有不够严密之处，只适用于小像差光学系统；中心点亮度法概念明确，但计算复杂，它也只适用于小像差光学系统；分辨率法十分便于使用，但由于受到照明条件、观察者等各种因素的影响，结果不够客观，而且它只适用于大像差系统；点列图法需要进行大量的光线光路计算；光学传递函数法是最客观、最全面的像质评价方法，既反映了衍射对系统的影响也反映了像差对系统的影响，既适用于大像差光学系统的评价也适用于小像差光学系统的评价。二．图解法求像或判断成像方向：（共18分，每题3分）1．求像A'B'（图中C为球面反射镜的曲率中心）2．求像A'B'3．求物AB经理想光学系统后所成的像，并注明系统像方的基点位置和焦距4．判断光学系统的成像方向5．求入瞳及对无穷远成像时50%渐晕的视场6．判断棱镜的成像方向CAB题2-1图A'B'A'F'ABFHH'题2-2图B'H'F'F2题2-3图F1F1'F2'ABA'B'f'入瞳孔径光阑题2-5图FF’视场角2ωzxy物镜题2-4图zxyzxy题2-6图zxy三．填空：（共10分，每题2分）1．照明系统与成像系统之间的衔接关系为：①__照明系统的拉赫不变量要大于成像系统的拉赫不变量___②__保证两个系统的光瞳衔接和成像关系_________________2．转像系统分___棱镜式___________和___透镜式__________两大类，其作用是：_使物镜所成的倒像转变为正像。3．一学生带500度近视镜，则该近视镜的焦距为_____-0.2米________,该学生裸眼所能看清的最远距离为___眼前0.2米__________。4．光通过光学系统时能量的损失主要有：_两透明介质面上的反射损失______,__介质吸收的损失_____________和_____反射面的光能损失__。5．激光束聚焦要求用焦距较__短____的透镜，准直要用焦距较__长______的透镜。四．计算题：（共60分）1．一透镜焦距mmf30'，如在其前边放置一个x6的开普勒望远镜，求组合后系统的像方基点位置和焦距，并画出光路图。（10分）解：6''''321ffhhffeo,求得：(mm)f180'(mm)fflH21018030)'(''3(mm)lF30'答：组合后的焦距是-180mm。基点位置如图所示。其光路图如下所示：-h2F3’(F’)F1’(F2)h1H’物镜目镜2．已知，mmr202的双凸透镜，置于空气中。物A位于第一球面前mm50处，第二面镀反射膜。该物镜所成实像B位于第一球面前mm5，如图所示。若按薄透镜处理，求该透镜的折射率n。（20分）解：设：透镜的折射率为n物点A经1r折射成像在A'处，将已知条件mml50代入公式rnnlnln'''得201501'1nln----①l2-l3-l2'=-l3'-l=50dB'ABA'l1'A'经2r反射后，成像于B'点。故将''112ldll，代入反射面公式rll21'1，得：101'1'112ll----②B'点再经1r折射成像在B点。根据光路的可逆性，将B视为物，B'点视为像，有5)5(3dl，代入折射公式，得：20151'12nl----③由①②③式解得：6.1n答：透镜的折射率为1.6。3．已知物镜焦距为mm500，相对孔径101，对无穷远物体成像时，由物镜第一面到像平面的距离为mm400，物镜最后一面到像平面的距离为mm300。（1）按薄透镜处理，求物镜的结构参数；（8分）（2）若用该物镜构成开普勒望远镜，出瞳大小为mm2，求望远镜的视觉放大率；（4分）（3）求目镜的焦距、放大率；（4分）（4）如果物镜的第一面为孔径光阑，求出瞳距；（6分）（5）望远镜的分辨率；（2分）（6）如果视度调节为折光度，目镜应能移动的距离。（2分）（7）画出光路图。（4分）解：根据题意，画出物镜的结构图如下：f'=500400300dH'F'u2'h1F1'h2u1'(1)将mmf500'和mmd100代入公式300''''''2111211121htgudtguhhtguhftguhf，得：)(250'1mmf将''21ffd代入牛顿公式'''21fff，得：)(300'2mmf(2)因101'fD，则：)(50101500mmDxDD25250'(3)xeoff25''，)(2025500'mmfexeef5.1220250'250(4)望远镜系统的结构如下图所示：-fe=20f'=500400300dH'F'u2'h1F1'h2u1'物镜目镜孔径光阑将mml1001和mmf200'2代入公式'11'1fll，得：mml67.66'1将mml67.386)32067.66(2和mmfe20'代入公式'11'1fll，得出瞳距：)(09.21'mmlz(5)8.250140140D(6))(210002051000'522mmfxe(7)望远系统光路图如下：lz'目镜-fe=20fo'=500dH'Fo'(Fe)物镜孔径光阑出瞳