应用光学试题及答案

中 国 海 洋 大 学 命 题 专 用 纸 (首页)2005-2006学年第 二 学期 试题名称: 应用光学 A 课程号： 共 2 页 第 1 页专业年级__物理学2003_____ 学号___________ 姓名____________ 考试日期（考生填写）_______年____月__日 分数_________一．简答题（15分）（写在答卷纸上）1．（5分）物理光学研究什么内容？几何光学研究什么内容？ 2．（5分）什么是场镜？场镜的作用是什么（要求写出两种作用）？ 3．（5分）写出轴外点的五种单色像差的名称。

二．作图题（15分）(画在试卷上)4．（５分）已知焦点F 和F ’和节点J 和J ’（见图2），求物方主点H 和像方主点H ’ 。

5．（10分）应用达夫棱镜的周视瞄准仪示意图(见图1)，分别标出A 、B 、C 、D 点光的坐标方向。

J F ’FJ ’图2zyxAB CD图1授课教师李颖命题教师或命题负责人签字李颖院系负责人签字年月日注：请命题人标明每道考题的考分值。

中国海洋大学命题专用纸（附页）2005-2006学年第二学期试题名称: 应用光学课程号：共 2 页第 2 页三．计算题（70分）6．（10分）某被照明目标，其反射率为ρ=，在该目标前15m距离处有一200W的照明灯，各向均匀发光，光视效能（发光效率）为30lm/W，被照明面法线方向与照明方向的夹角为0度。

求：（1）该照明灯的总光通量；（2）被照明目标处的光照度；（3）该目标视为全扩散表面时的光亮度。

7．（10分）显微镜目镜视角放大率为Γe=10，物镜垂轴放大率为β=-2，NA=，物镜共轭距为180mm，物镜框为孔径光阑，求：（1）显微镜总放大率，总焦距。

（2）求出瞳的位置和大小。

8．（15分）一个空间探测系统（可视为薄透镜），其相对孔径为1:，要求将10km处直径为２ｍ的物体成像在1/2英寸的探测器靶面上，物体所成像在探测器靶面上为内接圆，问此系统的焦距应该为多少？口径为多少？所对应的最大物方视场角是多少？（一英寸等于毫米，探测器靶面长与宽之比为４:3）9．（10分）有一个薄透镜组，焦距为100mm，通过口径为20mm，利用它使无限远物体成像，像的直径为10mm，在距离透镜组50mm处加入一个五角棱镜（棱镜的玻璃折射率为，透镜展开长度为L=，D为棱镜第一面上的通光口径），求棱镜的入射面和出射面的口径，通过棱镜后的像面位置。

10．（15分，A、B任选）A．有一个焦距为50mm的放大镜，直径D=40mm，人眼（指瞳孔）离放大镜20mm来观看位于物方焦平面上的物体，瞳孔直径为4mm。

求系统的孔径光阑，入瞳和出瞳的位置和大小，并求系统无渐晕时的线视场范围。

B．有一开普勒望远镜，视放大率Γ=8，物方视场角2ω=8︒，出瞳直径为6mm，物镜和目镜之间的距离为180mm，假定孔径光阑与物镜框重合，系统无渐晕，求（1）物镜焦距，目镜焦距；（2）物镜口径和目镜口径；（3）出瞳距离。

11．（10分，要求用矩阵法求解）有一个正薄透镜焦距为8cm，位于另一个焦距为－12cm的负薄透镜左边6cm处，假如物高3cm，位于正透镜左边的24cm处，求像的位置和大小。

四．附加题（10分）12．谈谈你对《应用光学》课程教学和课程建设的设想和建议。

中国海洋大学试题答案2005-2006学年第二学期试题名称: 应用光学一．简答题（15分）1．（5分）物理光学研究什么内容？几何光学研究什么内容？物理光学：研究光的本性，并根据光的本性来研究各种物理现象。

几何光学：研究光的传播规律和传播现象，几何光学中采用光线理论。

2．（5分）什么是场镜？场镜的作用是什么（要求写出两种作用）？场镜：和像平面重合或者和像平面很靠近的透镜，场镜只改变成像光束位置，不影响系统的光学性质。

作用：降低主光线在后面系统上的透射高度；改变出瞳距离；承担一定放大作用。

3．（5分）写出轴外点的五种单色像差的名称。

球差，彗差，像散，场曲，畸变二．作图题（15分）4．（５分）已知焦点F和F’和节点J和J’（见图2），求物方主点H和像方主点H’。

H H’F J’J F’图25．（10分）应用达夫棱镜的周视瞄准仪示意图(见图1)，分别标出A 、B 、C 、D 点光的坐标方向。

备注： 不重复扣分三．计算题（70分）6．（10分）某被照明目标，其反射率为ρ=，在该目标前15m 距离处有一200W 的照明灯，各向均匀发光，光视效能（发光效率）为30lm/W ，被照明面法线方向与照明方向的夹角为0度。

求：（1）该照明灯的总光通量；（2）被照明目标处的光照度；（3）该目标视为全扩散表面时的光亮度。

（1）lm k e 600020030=⨯==ϕϕ4分πϕα2cos 2==I l I E E= 4分（2）2068.0m cd EL ==πρ2分7．（10分）显微镜目镜视角放大率为Γe =10，物镜垂轴放大率为β=-2，NA=，物镜共轭距为180mm ，物镜框为孔径光阑，求：（1）显微镜总放大率，总焦距。

（2）求出瞳的位zyxABCD 图1zy xzy xz yxzyx置和大小。

（1）总放大率：20102=⨯=Γ=Γe β总焦距mm f 5.12250'=Γ=5分（2）目镜焦距：mm f e 2510250'==''111ef s s =-，mm s 145-=，mm s 2.30'= 500'Γ=D NA ， mm D 5.2'= 5分8．（15分）一个空间探测系统（可视为薄透镜），其相对孔径为1:，要求将10km 处直径为２ｍ的物体成像在1/2英寸的探测器靶面上，物体所成像在探测器靶面上为内接圆，问此系统的焦距应该为多少？口径为多少？所对应的最大物方视场角是多少？（一英寸等于毫米，探测器靶面长与宽之比为４:3） 探测器靶面尺寸即像的直径为：××=放大率：00381.0200062.7'===h h β 5分m l l 1.38101000381.03'=⨯⨯==β由高斯公式：''111fl l =- 得 m f 96.37'= 6分由2.11'=fD 得 mm D 63.31= 2分最大物方视场角：rad 43102101022-⨯=⨯=ω 2分（备注：若忽略l1，mm D m f 75.31,1.38'==）9．（10分）有一个薄透镜组，焦距为100mm ，通过口径为20mm ，利用它使无限远物体成像，像的直径为10mm ，在距离透镜组50mm 处加入一个五角棱镜（棱镜的玻璃折射率为，透镜展开长度为L=，D 为棱镜第一面上的通光口径），求棱镜的入射面和出射面的口径，通过棱镜后的像面位置。

棱镜第一面的通光口径为15210201=+=D 五角棱镜展开以后的平行玻璃板厚度为21.5115414.3414.3=⨯==D L4分平行平板的相当空气层的厚度为：14.345.121.51===n L e 通过棱镜后像平面离开棱镜出射表面的距离为：86.1514.345050'2=-=-=e l4分棱镜出射表面的通过口径为：586.1110086.15)1020(102=-+=D 2分10．（15分，A 、B 任选）A ．有一个焦距为50mm 的放大镜，直径D=40mm ，人眼（指瞳孔）离放大镜20mm 来观看位于物方焦平面上的物体，瞳孔直径为4mm 。

求系统的孔径光阑，入瞳和出瞳的位置和大小，并求系统无渐晕时的线视场范围。

（1）瞳孔通过放大镜所成的像A ’B ’ 由高斯公式，50,20'-==f l ，mm l 3100'=A ’B ’的高度为：mm y l l y y 320''===β 5分2513100503/20212=+⨯=ωtg 放大镜在系统最前面525040211=⨯=ωtg所以瞳孔为孔径光阑，放大镜为渐晕光阑。

入瞳即为A ’B ’，位于放大镜后100/3mm 处，口径为20/3mm ，出瞳即为瞳孔。

5分（2）无渐晕的线视场范围如图示，M 与B ’的连线恰好通过放大镜下边缘时，系统无渐晕 由几何关系知403202''=OM B A 推出 OM=20mm 5分所以系统无渐晕的线视场范围为40mmB ．有一开普勒望远镜，视放大率Γ=8，物方视场角2ω=8︒，出瞳直径为6mm ，物镜和目镜之间的距离为180mm ，假定孔径光阑与物镜框重合，系统无渐晕，求（1）物镜焦距，目镜焦距；（2）物镜口径和目镜口径；（3）出瞳距离。

（1）1808''''=+==Γe o eo f f f fmm f mmf e o 20160''==5分（2）出瞳直径D ’=6mm 入瞳直径D=6×8=48mm 目镜口径：17m m .31180tg42D'=︒⨯+=目D5分（3）mm f l e 20180'=-=由高斯公式，得出瞳距离mm l 5.22'=5分11．（10分，要求用矩阵法求解）有一个正薄透镜焦距为8cm ，位于另一个焦距为－12cm 的负薄透镜左边6cm 处，假如物高3cm ，位于正透镜左边的24cm 处，求像的位置和大小。

选定物像所在的平面为两参考平面，设像到副透镜的距离为s ’，则系统成像矩阵为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⎥⎦⎤⎢⎣⎡=10111011011101101'1'2's f t f s I 5分其中6,24,12,8'2'1==-==t s f f⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-----=D C B A s s I 1104212104225'其中B=0，得s ’=12cm 垂轴放大率11,1-===DD ββ所以像与物等高，成倒像 5分。