天大工程光學(xué)(上)期末考試試卷及答案

工程光學(xué)〔上〕期末考試試卷一．問答題：〔共12分，每題3分〕1．?dāng)z影物鏡的三個(gè)重要參數(shù)是什么？它們分別決定系統(tǒng)的什么性質(zhì)？2．為了保證測量精度，測量儀器一般采用什么光路？為什么？3．顯微物鏡、望遠(yuǎn)物鏡、照相物鏡各應(yīng)校正什么像差？為什么？4．評價(jià)像質(zhì)的方法主要有哪幾種？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？二．圖解法求像或判斷成像方向：〔共18分，每題3分〕1．求像A'B'2．求像A'B'3．求物AB經(jīng)理想光學(xué)系統(tǒng)后所成的像，并注明系統(tǒng)像方的基點(diǎn)位置和焦距4．判斷光學(xué)系統(tǒng)的成像方向5．求入瞳及對無窮遠(yuǎn)成像時(shí)50%漸暈的視場6．判斷棱鏡的成像方向CCAB題2-1圖F'ABFHH'題2-2圖FF2題2-3圖F1F1'F2'AB題2-5圖題2-5圖FF'zxy物鏡題2-4圖zxy題2-6圖三．填空：〔共10分，每題2分〕1．照明系統(tǒng)與成像系統(tǒng)之間的銜接關(guān)系為：①________________________________________________②________________________________________________2．轉(zhuǎn)像系統(tǒng)分____________________和___________________兩大類，其作用是：_________________________________________3．一學(xué)生帶500度近視鏡，那么該近視鏡的焦距為_________________,該學(xué)生裸眼所能看清的最遠(yuǎn)距離為_________________。4．光通過光學(xué)系統(tǒng)時(shí)能量的損失主要有：________________________,________________________和_______________________。5．激光束聚焦要求用焦距較________的透鏡，準(zhǔn)直要用焦距較________的透鏡。四．計(jì)算題：〔共60分〕1．一透鏡焦距，如在其前邊放置一個(gè)的開普勒望遠(yuǎn)鏡，求組合后系統(tǒng)的像方基點(diǎn)位置和焦距，并畫出光路圖?！?0分〕2．，的雙凸透鏡，置于空氣中。物A位于第一球面前處，第二面鍍反射膜。該物鏡所成實(shí)像B位于第一球面前，如下圖。假設(shè)按薄透鏡處理，求該透鏡的折射率n?！?0分〕3．物鏡焦距為，相對孔徑，對無窮遠(yuǎn)物體成像時(shí)，由物鏡第一面到像平面的距離為，物鏡最后一面到像平面的距離為?！?〕按薄透鏡處理，求物鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)；〔8分〕〔2〕假設(shè)用該物鏡構(gòu)成開普勒望遠(yuǎn)鏡，出瞳大小為，求望遠(yuǎn)鏡的視覺放大率；〔4分〕〔3〕求目鏡的焦距、放大率；〔4分〕〔4〕如果物鏡的第一面為孔徑光闌，求出瞳距；〔6分〕〔5〕望遠(yuǎn)鏡的分辨率；〔2分〕〔6〕如果視度調(diào)節(jié)為折光度，目鏡應(yīng)能移動的距離?！?分〕〔7〕畫出光路圖?！?分〕工程光學(xué)〔上〕期末考試參考答案一．簡答題：〔共12分，每題3分〕1．?dāng)z影物鏡的三個(gè)重要參數(shù)是什么？它們分別決定系統(tǒng)的什么性質(zhì)？答：攝影物鏡的三個(gè)重要參數(shù)是：焦距、相對孔徑和視場角。焦距影響成像的大小，相對孔徑影響像面的照度和分辨率，視場角影響成像的范圍。2．為了保證測量精度，測量儀器一般采用什么光路？為什么？答：為了保證測量精度，測量儀器一般采用物方遠(yuǎn)心光路。由于采用物方遠(yuǎn)心光路時(shí)，孔徑光闌與物鏡的像方焦平面重合，無論物體處于物方什么位置，它們的主光線是重合的，即軸外點(diǎn)成像光束的中心是相同的。這樣，雖然調(diào)焦不準(zhǔn)，也不會產(chǎn)生測量誤差。3．顯微物鏡、望遠(yuǎn)物鏡、照相物鏡各應(yīng)校正什么像差？為什么？答：顯微物鏡和望遠(yuǎn)物鏡應(yīng)校正與孔徑有關(guān)的像差，如：球差、正弦差等。照相物鏡那么應(yīng)校正與孔徑和視場有關(guān)的所有像差。因?yàn)轱@微和望遠(yuǎn)系統(tǒng)是大孔徑、小視場系統(tǒng)，而照相系統(tǒng)那么是一個(gè)大孔徑、大視場系統(tǒng)。4．評價(jià)像質(zhì)的方法主要有哪幾種？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：評價(jià)像質(zhì)的方法主要有瑞利〔Reyleigh〕判斷法、中心點(diǎn)亮度法、分辨率法、點(diǎn)列圖法和光學(xué)傳遞函數(shù)〔OTF〕法等5種。瑞利判斷便于實(shí)際應(yīng)用，但它有不夠嚴(yán)密之處，只適用于小像差光學(xué)系統(tǒng)；中心點(diǎn)亮度法概念明確，但計(jì)算復(fù)雜，它也只適用于小像差光學(xué)系統(tǒng)；分辨率法十分便于使用，但由于受到照明條件、觀察者等各種因素的影響，結(jié)果不夠客觀，而且它只適用于大像差系統(tǒng)；點(diǎn)列圖法需要進(jìn)行大量的光線光路計(jì)算；光學(xué)傳遞函數(shù)法是最客觀、最全面的像質(zhì)評價(jià)方法，既反映了衍射對系統(tǒng)的影響也反映了像差對系統(tǒng)的影響，既適用于大像差光學(xué)系統(tǒng)的評價(jià)也適用于小像差光學(xué)系統(tǒng)的評價(jià)。二．圖解法求像或判斷成像方向：〔共18分，每題3分〕1．求像A'B'〔圖中C為球面反射鏡的曲率中心〕2．求像A'B'3．求物AB經(jīng)理想光學(xué)系統(tǒng)后所成的像，并注明系統(tǒng)像方的基點(diǎn)位置和焦距4．判斷光學(xué)系統(tǒng)的成像方向5．求入瞳及對無窮遠(yuǎn)成像時(shí)50%漸暈的視場6．判斷棱鏡的成像方向CCAB題2-1圖A'B'A'F'ABFHH'題2-2圖B'HH'F'F2題2-3圖F1F1'F2'ABA'B'f'入瞳題2-5入瞳題2-5圖FF'視場角2ω出瞳zxy物鏡題2-4圖zxyzxy題2-6圖zxy三．填空：〔共10分，每題2分〕1．照明系統(tǒng)與成像系統(tǒng)之間的銜接關(guān)系為：①__照明系統(tǒng)的拉赫不變量要大于成像系統(tǒng)的拉赫不變量___②__保證兩個(gè)系統(tǒng)的光瞳銜接和成像關(guān)系_________________2．轉(zhuǎn)像系統(tǒng)分___棱鏡式___________和___透鏡式__________兩大類，其作用是：_使物鏡所成的倒像轉(zhuǎn)變?yōu)檎瘛?．一學(xué)生帶500度近視鏡，那么該近視鏡的焦距為_____-0.2米________,該學(xué)生裸眼所能看清的最遠(yuǎn)距離為___眼前0.2米__________。4．光通過光學(xué)系統(tǒng)時(shí)能量的損失主要有：_兩透明介質(zhì)面上的反射損失______,__介質(zhì)吸收的損失_____________和_____反射面的光能損失__。5．激光束聚焦要求用焦距較__短____的透鏡，準(zhǔn)直要用焦距較__長______的透鏡。四．計(jì)算題：〔共60分〕1．一透鏡焦距，如在其前邊放置一個(gè)的開普勒望遠(yuǎn)鏡，求組合后系統(tǒng)的像方基點(diǎn)位置和焦距，并畫出光路圖?！?0分〕解：,

求得：答：組合后的焦距是-180mm?；c(diǎn)位置如下圖。其光路圖如下所示：ff3'=30-h2-f'F3'(F')F1'(F2)h1-feH'fo'物鏡目鏡lH'2．，的雙凸透鏡，置于空氣中。物A位于第一球面前處，第二面鍍反射膜。該物鏡所成實(shí)像B位于第一球面前，如下圖。假設(shè)按薄透鏡處理，求該透鏡的折射率n?！?0分〕l2l2-l3-l2'=-l3'-l=50dB'ABA'l1'設(shè)：透鏡的折射率為n物點(diǎn)A經(jīng)折射成像在A'處，將條件代入公式得

----①A'經(jīng)反射后，成像于B'點(diǎn)。故將，代入反射面公式，得：

----②B'點(diǎn)再經(jīng)折射成像在B點(diǎn)。根據(jù)光路的可逆性，將B視為物，B'點(diǎn)視為像，有，代入折射公式，得：

----③由①②③式解得：答：透鏡的折射率為1.6。3．物鏡焦距為，相對孔徑，對無窮遠(yuǎn)物體成像時(shí)，由物鏡第一面到像平面的距離為，物鏡最后一面到像平面的距離為?！?〕按薄透鏡處理，求物鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)；〔8分〕〔2〕假設(shè)用該物鏡構(gòu)成開普勒望遠(yuǎn)鏡，出瞳大小為，求望遠(yuǎn)鏡的視覺放大率；〔4分〕〔3〕求目鏡的焦距、放大率；〔4分〕〔4〕如果物鏡的第一面為孔徑光闌，求出瞳距；〔6分〕〔5〕望遠(yuǎn)鏡的分辨率；〔2分〕〔6〕如果視度調(diào)節(jié)為5折光度，目鏡應(yīng)能移動的距離?！?分〕〔7〕畫出光路圖?！?分〕解：根據(jù)題意，畫出物鏡的結(jié)構(gòu)圖如下：ff'=500400300dH'F'u2'h1F1'h2u1'(1)將和代