天大工程光学(上)期末考试试卷及答案

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CAB题2-1图F'ABFHH'题2-2图        F2题2-3图F1F1'F2'AB       题2-5图FF'zxy物镜题2-4图zxy题2-6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：_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：_,_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，如在其前边放置一个的开普勒望远镜，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，的双凸透镜，置于空气中。物A位于第一球面前处，第二面镀反射膜。该物镜所成实像B位于第一球面前，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，相对孔径，对无穷远物体成像时，由物镜第一面到像平面的距离为，物镜最后一面到像平面的距离为。（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，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、相对孔径和视场角。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 '      入瞳题2-5图FF'视场角2出瞳zxy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：_照明系统的拉赫不变量要大于成像系统的拉赫不变量_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，如在其前边放置一个的开普勒望远镜，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：,                 求得：                            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：f3'=30-h2-f'F3'(F')F1'(F2)h1-feH'fo'物镜目镜lH'           2已知，的双凸透镜，置于空气中。物A位于第一球面前处，第二面镀反射膜。该物镜所成实像B位于第一球面前，如图所示。若按薄透镜处理，求该透镜的折射率n。（20分）l2-l3-l2'=-l3'-l=50dB'ABA'l1'解：                 设：透镜的折射率为n        物点A经折射成像在A'处，将已知条件代入公式  得                                                -        A'经反射后，成像于B'点。故将，代入反射面公式，得：                                           -        B'点再经折射成像在B点。根据光路的可逆性，将B视为物，B'点视为像，有，代入折射公式，得：                                                               -              由式解得：              答：透镜的折射率为1.6。3已知物镜焦距为，相对孔径，对无穷远物体成像时，由物镜第一面到像平面的距离为，物镜最后一面到像平面的距离为。（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，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±5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)将和代入公式  ，得：将代入牛顿公式，得：(2)因，则：(3)，      (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          将和代入公式，得：将和代入公式，得出瞳距：(5)(6)(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