工程光学(上)期末考试试卷答案.pdf

工程光学（上）期末考试参考答案工程光学（上）期末考试参考答案 一．一． 简答题：（共 12 分，每题 3 分）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' f'/ fDω2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 二．二． 图解法求像或判断成像方向：（共 18 分，每题 3 分）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 1z x y 物镜 z xy C A B 题 2-1 图 A' B' A'F' AB F H H' 题 2-2 图 B'H'F'F2题 2-3 图 F1F1'F2'A B A' B' f '入瞳 F F' 出瞳 视场角 2ω题 2-4 图 题 2-5 图 2xy zx z y题 2-6 图 三．三． 填空：（共 10 分，每题 2 分）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 四．四． 计算题：（共 60 分）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） mmf30'=x6−=Γ解：6'' ''321−=−=−=−=ff hh ffeoΓQ , 求得：(mm)f 180'−=(mm)fflH 21018030) '(''3=+=−+=(mm)lF 30'=答：组合后的焦距是-180mm基点位置如图所示 3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，mmr202−=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 n20 分） mm50mm5解： l2-l3-l2'=-l3'-l=50dB'A BA'l1'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1rmml50−=代入公式 rnn ln ln−=−' ''得 201 501 '1−=−−n ln----① A'经反射后，成像于 B'点故将2r''112ldll=−=，代入反射面公式rll21 '1=+ ，得： 101 '1 '112−=+ll----② 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1r5)5(3=+=−dl，代入折射公式，得： 4201 51 '12−=+n l----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，相对孔径mm500101 ，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 mm400mm300（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） mm2（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'=500 400300dH'F'u2'h1 F1'h2u1'(1)将和代入公式 mmf500'=mmd100=⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=−===300''''''2 111211 121htgudtguhhtguhftguhf，得： )(250'1mmf =将''21ffd−−=∆代入牛顿公式∆'''21fff−= ，得：)(300'2mmf−=(2)因101 '=fD，则：)(50101500mmD=×=5x DD25250 '−=−=−=Γ(3)xeo ff25''−=−=ΓQ ， )(2025500'mmfe==xeef5 .1220250 '250===Γ(4)望远镜系统的结构如下图所示： -fe=20f'=500 400300dH'F'u2'h1 F1'h2u1'物镜目镜 孔径光阑 将mml1001−=和mmf200'2−=代入公式'11 '1 fll=− ，得：mml67.66'1−=将mml67.386)32067.66(2−=+−=和mmfe20'=代入公式'11 '1 fll=− ， 得出瞳距： )(09.21'mmlz=(5)“8 . 250“140“140===Dφ(6))(21000205 1000'522 mmfxe±=×±=±=∆(7)望远系统光路图如下： lz' 目镜-fe=20fo'=500 d H'Fo' (Fe)物镜 孔径光阑出瞳6。