工程光學(xué)試卷

1、工程光學(xué)（上）期末考試試卷一問答題：（共12分，每題3分）1攝影物鏡的三個(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(cè)量精度，測(cè)量?jī)x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(píng)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AB2求像AB3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(duì)無窮遠(yuǎn)成像時(shí)50%漸暈的視場(chǎng)6判斷棱鏡的成像方向CAB題2-1圖FABFHH題2-2圖F2題2-3圖F1F1F2ABzxy物鏡題2-4圖題2-5圖FFzx

2、y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：_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，則該近視鏡的焦距為_,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。6 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。（10分）2已知，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，如圖所示。若按薄透鏡處理，求該透鏡的折射率n。（20分

3、）3已知物鏡焦距為，相對(duì)孔徑，對(duì)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。（1）按薄透鏡處理，求物鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)；（8分）（2）若用該物鏡構(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(dòng)的距離。（2分）（7）畫出光路圖。（4分）工程光學(xué)（上）期末考試參考答案一簡(jiǎn)答題：（共12分，每題3分）1攝影物鏡的三個(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(duì)孔徑和

4、視場(chǎng)角。焦距影響成像的大小，相對(duì)孔徑影響像面的照度和分辨率，視場(chǎng)角影響成像的范圍。2為了保證測(cè)量精度，測(cè)量?jī)x器一般采用什么光路？為什么？答：為了保證測(cè)量精度，測(cè)量?jī)x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(huì)產(chǎn)生測(cè)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。照相物鏡則應(yīng)校正與孔徑和視場(chǎng)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(chǎng)系統(tǒng)，而照相系統(tǒng)則是一個(gè)大孔徑、大視

5、場(chǎng)系統(tǒng)。4評(píng)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(píng)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(píng)價(jià)方法，既反映了衍射對(duì)系統(tǒng)的影響也反映了像差對(duì)系統(tǒng)的影響，既適用于大像差光學(xué)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)也適用于小像差光學(xué)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。

6、二圖解法求像或判斷成像方向：（共18分，每題3分）1求像AB（圖中C為球面反射鏡的曲率中心）2求像AB3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(duì)無窮遠(yuǎn)成像時(shí)50%漸暈的視場(chǎng)6判斷棱鏡的成像方向CAB題2-1圖ABAFABFHH題2-2圖B HFF2題2-3圖F1F1F2ABABf zxy物鏡題2-4圖zxy入瞳孔徑光闌題2-5圖FF視場(chǎng)角2zxy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：_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_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_

7、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，則該近視鏡的焦距為_-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(zhǎng)_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。（10分）解：, 求得： 答：組合后的焦距是-180mm?；c(diǎn)位置如圖所示。其光路圖如下所示：f3=30-h2-fF3(F)F1(F2)h

8、1-feHfo物鏡目鏡lH 2已知，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，如圖所示。若按薄透鏡處理，求該透鏡的折射率n。（20分）解：l2-l3-l2=-l3-l=50dBABAl1 設(shè)：透鏡的折射率為n 物點(diǎn)A經(jīng)折射成像在A處，將已知條件代入公式 得 - A經(jīng)反射后，成像于B點(diǎn)。故將，代入反射面公式，得： - B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： - 由式解得： 答：透鏡的折射率為1.6。3已知物鏡焦距為，相對(duì)孔徑，對(duì)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。（1）按薄透鏡處理，求物鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)；（8分）（2）若用該物鏡構(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(dòng)的距離。（2分）（7）畫出光路圖。（4分）解：根據(jù)題意，畫出物鏡的結(jié)構(gòu)圖如下：f=500400300dHFu2h1F1h2u1 (1)將和代入公式 ，得： 將代入牛頓公式 ，得：(2)