光学系统设计答案

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1、光学系统设计（四）参考答案及评分标准一、单项选择题（本大题共 20 小题。每小题 1 分，共 20 分）题号1-56-1011-1516-20答案ABCBCACCBBDBCBCAABCB二、填空题（本大题 11小题。每空 1分，共20 分）21. 彗差、像散、畸变22. 圆、彗星23. l = 1 工 S2n u 2i24.24. 位置色差、倍率色差25. 视场、孔径26. -20mm、-13.26mm 或-13.257mm、-33.36mm 或-33.3586mm11 (n 1)2 d=(n 1)( ) + 一r r n r r12-229. 齐明透镜、球差30. 边缘、0.70731. 位

2、置色差 三、名词解释（本大题共5 小题。每小题2 分，共 10 分） 32调制传递函数：由于光学系统像差及衍射等原因，会造成像的对比度低于物 的对比度。将像的对比度与物的对比度的比值，称之为调制传递函数。 评分标准：答对主要意思得2分。33. 赛得和数：赛得推导出仅有五种独立的初级像差，即以和数工s、工S、iii工S 、工S 、工S分别表示初级球差、初级彗差、初级像散、初级场曲、 iiiiVV初级畸变，统称为赛得和数。 评分标准：答对主要意思得 2 分。34. 出瞳距：光学系统最后一个面顶点到系统出瞳之间的距离，称为出瞳距。 评分标准：主要意思正确得 2 分。35. 像差容限：根据瑞利判断，当

3、系统的最大波像差小于1九时，认为系统像质4是完善的，当系统满足这一要求时，各像差的最大允许值称为像差容限，又称像 差允限。评分标准：主要意思正确得 2 分。36. 复消色物镜：校正了系统二级光谱的物镜，称为复消色物镜。评分标准：答对主要意思得 2 分。四、简答题（本大题共 6 小题。每小题 5 分，共 30 分）37. 简述瑞利判断和斯托列尔准则，二者有什么关系？答：瑞利判断：实际波面与参考球面波之间的最大波像差不超过九/4时，此波面可看作是无缺陷的。 斯托列尔准则：成像衍射斑中心亮度和不存在像差时衍射斑中心亮度之比S.D. 0.8时，认为光学系统的成像质量是完善的。 这两个准则是相互一致的，

4、当最大波像差为九/4时，S.D.值刚好约等于0.8 评分标准：答出每个准则的概念各得 2 分，关系正确得 1 分。38. 完全对称式系统，当p =_ i x时，垂轴像差与沿轴像差有何特性？ 答：垂轴像差可以得到自动校正，即彗差、畸变和倍率色差均为零；而沿轴像差 为系统半部像差的 2 倍，如球差、像散、场曲和位置色差。评分标准：垂轴像差特性论述正确得3分；沿轴像差特性论述正确得2分。 39球面反射镜的焦距与半径有何关系？平行光入射时的球差值是多少？ 答：焦距与半径的关系为：f，= r/2，即焦距为球面反射镜半径的1/2。以平行光入射时的球差值是h 2 9/8。评分标准：第一问正确得3 分，第二问

5、回答关系式正确得2分。40. ZEMAX优化函数中操作数EFFL代表什么意义？它是什么的缩写？ 答：代表有效焦距，是 Effective Focal Length 的缩写。评分标准：意义回答正确得3分，全称回答正确得2分。41. 单个折射球面的无球差（不晕）点有哪些？其位置如何？ 答：无球差共轭点共有三对：1）球心处，L = L= r ; 2）顶点处，L = L = 0 ；3）物距 L = （n + n Jr / n，像距 L，= （n + n Jr / n。 评分标准：球心与顶点位置各1分，第3对共轭点物距与像距公式各1.5分。42. 密接双薄透镜系统，光焦度9 已知，若要消位置色差，试确定

6、其光焦度分配。答：对于薄透镜组，9=91 +9 2由于单薄透镜的初级位置色差系数C = h29 /v，所以有9 /v + 9 /v = 0I 1 1 2 2两方程联立，得两薄透镜的光焦度分配为91v1 9， 9v -v2-v2 9v -v评分标准：列出两联立方程各得1.5分，光焦度1分配2结果正确得12分2。五、计算题（每题 10分，共20分）43. 一双胶合望远物镜，其正负透镜采用的玻璃分别为 K9（n =1.5163， 64.1）d和ZF2 （ n = 1.6727，32.25）。通过对各色光的光线追迹，得到有关数据如下表 所示。试根据以下表格，求解：1）色球差5 L fc =?2）二级光

7、谱AL FCD =?3）若系统仅包含初级球差和二级球差，试计算0.3带孔径处的高级球差。h / hmV ,L /mmCC,L /mmFFr , L / mmDD097.04497.02597.0090.70797.03497.03497.0301.0097.03897.09897.004解：1)色球差 L=立立=(97.098-97.025)-(97.038-97.044)=(0.073+0.006)mm=0.079mmFC F C2) 二级光谱 AL= L- L=97.034-97.030=0.004mmFCD F 0.707 D 0.7073) L 二 A (h / h )2 + A (h

8、 / h )4，已知 L= 97 .030 97 .009 = 0.021 mm，L = 97 .004 97 .009 = 0.005 mm ， 代入球差表达式，得 A = 0 .089 , A = 0 .094 ； m12当h = 0.3h时，得0.3带孔径处高级球差为A (0.3)4 - 0.00076 mm m2评分标准：第一问中公式正确得2分，结果正确得1分；第二问中二级光谱公式 正确得2分，计算结果正确得1分，第三问公式正确得2分，结果正确得2分。44. 一双分离薄透镜系统，其主光线与高斯像面交点的高度为9.82mm，相对畸 变值为 3%，试求理想像高。ff解：q = y / y =x 100 % ，已知 y = 9.82 mm , q = 3 %，可得 y = 9.53 mmz 0y0评分标准：相对畸变公0式正确得6分，结果正确得4分。