光学设计答案
应用光学课后习题答案
应用光学课后习题答案应用光学课后习题答案光学是物理学的一个重要分支，研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射等现象。
应用光学是将光学原理应用于实际问题的学科，广泛应用于光学仪器、光学通信、光学材料等领域。
在学习应用光学的过程中，习题是巩固知识、提高应用能力的重要途径。
下面是一些应用光学课后习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。
1. 一束入射光线从空气射向玻璃，入射角为30°，玻璃的折射率为1.5。
求折射光线的入射角和折射角。
解答：根据折射定律，入射角和折射角之间满足的关系是：n₁sinθ₁ =n₂sinθ₂，其中n₁和n₂分别为两种介质的折射率，θ₁和θ₂分别为入射角和折射角。
已知n₁ = 1（空气的折射率），θ₁ = 30°，n₂ = 1.5（玻璃的折射率），代入折射定律得：1sin30° = 1.5sinθ₂，解得θ₂ ≈ 19.47°。
所以，折射光线的入射角为30°，折射角为19.47°。
2. 一束光线从空气射入水中，入射角为60°，水的折射率为1.33。
求折射光线的入射角和折射角。
解答：同样利用折射定律，已知n₁ = 1（空气的折射率），θ₁ = 60°，n₂ = 1.33（水的折射率），代入折射定律得：1sin60° = 1.33sinθ₂，解得θ₂ ≈ 45.05°。
所以，折射光线的入射角为60°，折射角为45.05°。
3. 一束光线从玻璃射入空气，入射角为45°，玻璃的折射率为1.5。
求折射光线的入射角和折射角。
解答：同样利用折射定律，已知n₁ = 1.5（玻璃的折射率），θ₁ = 45°，n₂ = 1（空气的折射率），代入折射定律得：1.5sin45° = 1sinθ₂，解得θ₂ ≈ 30°。
所以，折射光线的入射角为45°，折射角为30°。
光学设计作业答案
现代光学设计作业学号：**********姓名：***一、光学系统像质评价方法 (2)1.1 几何像差 (2)1.1.1 光学系统的色差 (3)1.1.2 轴上像点的单色像差─球差 (4)1.1.3 轴外像点的单色像差 (5)1.1.4 正弦差、像散、畸变 (7)1.2 垂直像差 (7)二、光学自动设计原理 (9)2.1 阻尼最小二乘法光学自动设计程序 (9)2.2 适应法光学自动设计程序 (11)三、ZEMAX光学设计 (13)3.1 望远镜物镜设计 (13)3.2 目镜设计 (17)四、照相物镜设计 (22)五、变焦系统设计 (26)一、光学系统像质评价方法所谓像差就是光学系统所成的实际像和理想像之间的差异。
由于一个光学系统不可能理想成像，因此就存在光学系统成像质量优劣的问题，从不同的角度出发会得出不同的像质评价指标。
（1）光学系统实际制造完成后对其进行实际测量✧星点检验✧分辨率检验（2）设计阶段的评价方法✧几何光学方法：几何像差、波像差、点列图、几何光学传递函数✧物理光学方法：点扩散函数、相对中心光强、物理光学传递函数下面就几种典型的评价方法进行说明。
1.1 几何像差几何像差的分类如图1-1所示。
图1-1 几何像差的分类1.1.1 光学系统的色差光波实际上是波长为400~760nm 的电磁波。
光学系统中的介质对不同波长光的折射率不同的。
如图1-2，薄透镜的焦距公式为()'121111n f r r ⎛⎫=-- ⎪⎝⎭(1-1) 因为折射率n 随波长的不同而改变，因此焦距也要随着波长的不同而改变，这样，当对无限远的轴上物体成像时，不同颜色光线所成像的位置也就不同。
我们把不同颜色光线理想像点位置之差称为近轴位置色差，通常用C 和F 两种波长光线的理想像平面间的距离来表示近轴位置色差，也成为近轴轴向色差。
若l ′F 和l ′c 分别表示F 与C 两种波长光线的近轴像距，则近轴轴向色差为'''FC F C l l l ∆=- (1-2)图1-2 单透镜对无限远轴上物点白光成像当焦距'f 随波长改变时，像高'y 也随之改变，不同颜色光线所成的像高也不一样。
光学设计期末考试题及答案
光学设计期末考试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 光学设计中，用于描述光束聚焦能力的参数是（）。
A. 焦距B. 光斑直径C. 光束质量D. 光束发散角2. 以下哪个不是光学系统的基本特性？（）A. 分辨率B. 放大倍数C. 色差D. 重量3. 在光学系统中，色差的类型不包括（）。
A. 球面色差B. 色差C. 色差D. 色差4. 光学系统中，为了校正色差，通常采用的光学元件是（）。
A. 透镜B. 反射镜C. 棱镜D. 滤光片5. 光学系统中，用于校正球面像差的常用方法是（）。
A. 使用非球面透镜C. 使用滤光片D. 使用棱镜6. 在光学设计中，用于描述成像质量的参数是（）。
A. 分辨率B. 放大倍数C. 色差D. 焦距7. 光学设计中，用于计算光学系统的像差的方法是（）。
A. 几何光学法B. 波动光学法C. 干涉光学法D. 衍射光学法8. 以下哪个不是光学设计软件的名称？（）A. ZemaxB. Code VC. MATLABD. Photoshop9. 光学设计中，用于描述光学系统成像能力的参数是（）。
A. 分辨率B. 放大倍数C. 色差D. 焦距10. 光学系统中，用于校正畸变的常用方法是（）。
A. 使用非球面透镜B. 使用反射镜D. 使用棱镜二、填空题（每空2分，共20分）11. 光学设计中，焦距是指从____到____的距离。
12. 光学系统中，色差的类型包括____和____。
13. 光学设计中，分辨率是指光学系统能够分辨的____。
14. 光学设计软件Zemax主要用于____。
15. 光学系统中，畸变是指成像时____和____的不一致。
16. 光学设计中，放大倍数是指成像系统成像的____与____的比值。
17. 光学设计中，非球面透镜主要用于校正____。
18. 光学设计软件Code V主要用于____。
19. 光学设计中，干涉光学法用于计算光学系统的____。
20. 光学系统中，衍射光学法用于研究光的____。
光学面试题及答案高中
光学面试题及答案高中1. 什么是光的折射现象？请解释折射定律。
答案：光的折射现象是指光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象。
折射定律，也称为斯涅尔定律，描述了入射光线、折射光线和法线之间的关系，其数学表达式为n1 * sin(θ1) = n2 * sin(θ2)，其中n1和n2分别是两种介质的折射率，θ1和θ2分别是入射角和折射角。
2. 请描述光的干涉现象及其产生的条件。
答案：光的干涉现象是指两束或多束相干光波在空间某点相遇时，由于相位差的存在，使得该点的光强出现增强或减弱的现象。
干涉产生的条件包括：两束光必须是相干光，即它们具有相同的频率、相位关系以及振动方向；它们必须在空间中相遇。
3. 什么是全反射现象？请解释其发生的原理。
答案：全反射现象是指当光从光密介质射向光疏介质时，如果入射角大于临界角，光线将不会折射进入光疏介质，而是全部反射回光密介质的现象。
其发生的原理是当入射角增大到临界角时，折射角达到90度，此时折射光线消失，光线全部反射。
4. 请解释光的偏振现象及其应用。
答案：光的偏振现象是指光波的电场矢量在特定方向上振动的特性。
自然光是无偏振的，而偏振光的电场矢量只在一个平面内振动。
偏振现象的应用非常广泛，包括偏振太阳镜可以减少眩光，偏振片在液晶显示技术中的应用，以及在光学实验中用于分析光的偏振状态。
5. 什么是光的衍射现象？请举例说明。
答案：光的衍射现象是指光波在遇到障碍物或通过狭缝时，光波的传播方向发生偏离直线传播的现象。
衍射现象的一个典型例子是单缝衍射，当光通过一个狭缝时，会在屏幕上形成中央亮斑和多个较暗的条纹，这些条纹是由于光波在狭缝边缘发生衍射而产生的。
6. 请解释光的多普勒效应及其在日常生活中的应用。
答案：光的多普勒效应是指当光源和观察者之间存在相对运动时，观察者接收到的光波频率与光源发射的频率不同的现象。
在日常生活中，多普勒效应的一个应用是雷达测速，通过测量反射回来的电磁波频率的变化，可以计算出物体的速度。
第三版工程光学答案[1]
![第三版工程光学答案[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/00c620dccfc789eb162dc8b8.png)
第一章3、一物体经针孔相机在 屏上成一60mm 大小的像，若将屏拉远50mm ，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离.解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到针孔的初始距离为x,则可以根据三角形相似得出：所以x=300mm即屏到针孔的初始距离为300mm 。
4、一厚度为200mm 的平行平板玻璃(设n =1。
5),下面放一直径为1mm 的金属片。
若在玻璃板上盖一圆形的纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片的最小直径应为多少？2211sin sin I n I n =66666.01sin 22==n I745356.066666.01cos 22=-=I88.178745356.066666.0*200*2002===tgI xmm x L 77.35812=+=1mmI 1=90︒n 1 n 2200mmL I 2 x8、。
光纤芯的折射率为1n ,包层的折射率为2n ，光纤所在介质的折射率为0n ,求光纤的数值孔径(即10sin I n ，其中1I 为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）.解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中,应用折射定律则有： n 0sinI 1=n 2sinI 2 (1）而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射,使得光束可以在光纤内传播，则有：（2)由(1）式和(2）式联立得到n 0 。
16、一束平行细光束入射到一半径r=30mm 、折射率n=1。
5的玻璃球上,求其会聚点的位置。
如果在凸面镀反射膜,其会聚点应在何处？如果在凹面镀反射膜，则反射光束在玻璃中的会聚点又在何处?反射光束经前表面折射后，会聚点又在何处？说明各会聚点的虚实。
解:该题可以应用单个折射面的高斯公式来解决，设凸面为第一面，凹面为第二面.(1）首先考虑光束射入玻璃球第一面时的状态，使用高斯公式：会聚点位于第二面后15mm处.（2）将第一面镀膜，就相当于凸面镜像位于第一面的右侧,只是延长线的交点，因此是虚像。
光学系统设计(一)答案
光学系统设计（一） 参考答案及评分标准20 分）二、填空题（本大题14小题。
每空1分，共20 分） 21.球心处、顶点处、齐明点处（rnn n L '+=）22.%100y y y q z ⨯''-'='23.0 24.球差25.冕牌、火石 26.ϕνννϕ2111-=、ϕνννϕ2122--=27.两面的公共球心处、两面的公共球心处 28.阿贝常数、CF D D n n 1n --=ν29.畸变 30.圆 31.032.二级光谱 33.f 00052.0L FCD '='∆34.EFFL三、名词解释（本大题共5 小题。
每小题2 分，共 10 分）35．像差：实际光学系统所成的像和近轴区所成的像之间的差异称为像差。
评分标准：主要意思正确得2分。
36．子午场曲：某一视场的子午像点相对于高斯像面的距离称为子午像面弯曲，简称子午场曲。
评分标准：答对主要意思得2分。
37．二级光谱：如果光学系统已对两种色光校正了位置色差，这两种色光的公共像点相对于第三种色光的像点位置仍有差异，该差异称为二级光谱。
评分标准：答对主要意思得2分。
38.色球差：F 光的球差和C 光的球差之差，称为色球差，该差值也等于边缘光和近轴光色差之差。
评分标准：答对得2分。
39．渐晕：轴外点成像光束的宽度较轴上点成像光束的宽度要小，造成像平面边缘部分照度要比像平面中心部分照度低的现象，称为渐晕。
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）40．一物体的峰-谷比（peak to valley ）是λ23.0，问是否满足Rayleigh 条件？ 答：满足Rayleigh 条件，因为根据Rayleigh 判断，实际波面和参考波面之间的最大波像差(峰谷比)不超过0.25λ时，此波面可看作是无缺陷的成像质量较好。
评分标准：答对主要意思得5分。
光学工程考研题库
光学工程考研题库光学工程是一门研究光学原理及其在工程领域应用的学科，它涉及光的产生、传播、检测和应用等多个方面。
随着科技的发展，光学工程在通信、医疗、军事、能源等领域发挥着越来越重要的作用。
考研题库是帮助学生复习和准备研究生入学考试的重要资料。
以下是关于光学工程考研的一些典型题目和解答思路：1. 光学基础知识- 题目：请解释光的干涉现象，并举例说明。
- 答案：光的干涉是指两束或多束相干光波相遇时，光强分布出现加强或减弱的现象。
其基本条件是光波的频率相同、相位差恒定。
例如，杨氏双缝实验就是光的干涉现象的一个经典例子。
2. 光学成像原理- 题目：简述高斯光学成像系统的基本原理。
- 答案：高斯光学成像系统基于几何光学原理，通过透镜对物体进行成像。
在理想情况下，成像系统遵循高斯公式，即物体和像之间的距离与透镜焦距之间存在一定的数学关系。
3. 光学仪器- 题目：描述显微镜的工作原理，并解释其放大倍数的计算方法。
- 答案：显微镜通过物镜和目镜的组合，使得观察者能够看到微小物体的细节。
放大倍数是物镜放大倍数与目镜放大倍数的乘积。
4. 光学材料- 题目：解释光纤通信中使用的单模光纤和多模光纤的区别。
- 答案：单模光纤只允许一种模式的光波传输，因此传输损耗小，适合长距离传输。
多模光纤允许多种模式的光波传输，传输损耗大，适合短距离传输。
5. 光学信息处理- 题目：简述全息术的基本原理及其在信息存储中的应用。
- 答案：全息术是一种利用光的干涉原理记录物体三维信息的技术。
在信息存储中，全息术可以存储大量的数据，并且具有较高的信息安全性能。
6. 光学设计- 题目：解释光学系统中色差和像差的概念，并简述如何减少这些像差。
- 答案：色差是指不同波长的光在透镜中折射率不同，导致成像位置不同的现象。
像差是指实际成像与理想成像之间的偏差。
减少这些像差可以通过优化透镜设计、使用非球面透镜等方法。
7. 光学测量技术- 题目：描述激光测距仪的工作原理。
光学实验探究题
实验探究-----光学【题目一】小阳与几位同学在做手影游戏时，发现手影的大小经常在改变。
他猜想：影子的大小可能与光源到物体的距离有关。
于是他设计了如图1甲所示的实验，保持橡皮到墙壁之间的距离不变，把手电筒打开后放在距离橡皮不同的位置，分别测量在墙壁上所形成的影子的长度。
记录实验数据如下表：光源到橡皮的距离L/cm510152025影子的长度H/cm9.86.24.83.73.1H/cm108642510152025L/cm甲图1乙（1）分析数据后，小阳发现：若保持其他因素不变，当手电筒由近处逐渐远离橡皮时，影子的长度随之。
(2）为了进一步发现其中的规律，小阳根据资料以手电筒到橡皮的距离L为横坐标、影子的长度H为纵坐标，绘制了影子的长度H随手电筒到橡皮的距离L变化的图像，如图1乙所示。
由图像可知，当手电筒到橡皮的距离L=17.5，影子的长度H大约是cm。
（3）当手电筒距离橡皮较远时，小阳观察图像的变化趋势发现：影子变小的（选填：“快”或“慢”）。
【答案】（1）减小（2）4（3）慢【题目二】如图2是同学们探究“平面镜成像特点”的几种情境。
下列说法正确的是（）玻璃板玻璃板玻璃板AAA甲丙乙图2A．若蜡烛A距玻璃板4cm，则蜡烛B距玻璃板8cm才能与蜡烛A的像完全重合B．若蜡烛A在玻璃板中的像偏高且倾斜，则乙图是产生该现象的原因C．若在玻璃板与B蜡烛之间放一块挡光板，则不能透过玻璃板看到A的像D．以上说法均不正确【答案】B【题目三】小明在探究凸透镜成像规律时，不小心将焦距为10cm的凸透镜掉在地上，摔碎成大小不同的3块。
他不知道每块镜片的焦距是否与原凸透镜的焦距相等，于是他选择其中较大的一块镜片，利用平行光源、光屏和刻度尺，测量出这块镜片的焦距f并记录。
小明发现这块镜片的焦距与原凸透镜的焦距相等，由此她得出“每块镜片的焦距与原凸透镜的焦距相等”的结论。
如果请你对小明的实验结论进行评估，你认为小明的实验结论是否存在问题？请说明你的理由。
光学设计cad答案(三)
光学系统设计(三)一、单项选择题（本大题共 20小题。
每小题 1 分，共 20 分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是正确的，请将其代码填写在题后的括号内。
错选、多选或未选均无分。
1．系统的像散为零，则系统的子午场曲值( )。
A.大于零 B .小于零 C.等于零 D.无法判断2．双胶合薄透镜组，如果位置色差校正为零，则倍率色差值为 ( )。
A.大于零 B .小于零 C.等于零 D.无法判断3．下列像差中，对孔径光阑的大小和位置均有影响的是( )。
A.球差B. 彗差C. 像散和场曲D.畸变4．除球心和顶点外，第三对无球差点的物方截距为 ( ) 。
A.r n n n L '+= B. r n n n L ''+= C. r n n n L '-= D. r n n n L ''-= 5．下列像差中，属于轴外点细光束像差的是( )。
A.球差B.子午彗差C.子午场曲D.畸变6．瑞利判据表明，焦深是实际像点在高斯像点前后一定范围内时，波像差不会超过 ( )。
A.λ21 B. λ31 C. λ41 D. λ51 7．对于目视光学系统，介质材料的阿贝常数定义为 ( )。
A.C F D D n n 1n --=νB. C F D D n n 1n ++=νC. C F D D n n 1n -+=νD. CF D D n n 1n +-=ν 8．9K 玻璃和6ZF 玻璃属于 ( )。
A.冕牌玻璃和火石玻璃B.火石玻璃和冕牌玻璃C.均属火石玻璃D.均属冕牌玻璃9．在ZEMAX 软件中进行显微物镜镜设计，输入视场数据时，应选择 ( )。
A. Angle （Deg ）B. Object HeightC. Paraxial Image HeightD. Real Image Height10．在ZEMAX 软件中表示传递函数的是下列的哪个缩写图标 ( )。
A.FieB.OptC.SptD.Mtf11．下列各镜头中，在进行设计时，应采用正追光线的是 ( )。
工程光学习题参考答案第十二章 光的衍射
第十二章 光的衍射1． 波长为500nm 的平行光垂直照射在宽度为0.025mm 的单缝上，以焦距为50cm 的会聚透镜将衍射光聚焦于焦面上进行观察，求（1）衍射图样中央亮纹的半宽度；（2）第一亮纹和第二亮纹到中央亮纹的距离；（3）第一亮纹和第二亮纹的强度。
解：（1）零强度点有sin (1,2, 3....................)a n n θλ==±±± ∴中央亮纹的角半宽度为0aλθ∆=∴亮纹半宽度290035010500100.010.02510r f f m a λθ---⨯⨯⨯=⋅∆===⨯ （2）第一亮纹，有1sin 4.493a παθλ=⋅= 9134.493 4.493500100.02863.140.02510rad a λθπ--⨯⨯∴===⨯⨯ 21150100.02860.014314.3r f m mm θ-∴=⋅=⨯⨯==同理224.6r mm =（3）衍射光强20sin I I αα⎛⎫= ⎪⎝⎭，其中sin a παθλ= 当sin a n θλ=时为暗纹，tg αα=为亮纹 ∴对应 级数 α 0II0 0 11 4.493 0.047182 7.725 0.01694 . . . . . . . . .2． 平行光斜入射到单缝上，证明：（1）单缝夫琅和费衍射强度公式为20sin[(sin sin )](sin sin )a i I I a i πθλπθλ⎧⎫-⎪⎪=⎨⎬⎪⎪-⎩⎭式中，0I 是中央亮纹中心强度；a 是缝宽；θ是衍射角，i 是入射角（见图12-50） （2）中央亮纹的角半宽度为cos a iλθ∆=证明：(1))即可(2)令(sin sin ai πθπλ==± ∴对于中央亮斑 sin sin i aλθ-=3． 在不透明细丝的夫琅和费衍射图样中，测得暗条纹的间距为1.5mm ，所用透镜的焦距为30mm ，光波波长为632.8nm 。
几何光学像差光学设计第四版课后题
几何光学像差光学设计第四版课后题
【实用版】
目录
1.几何光学像差
2.光学设计
3.课后习题答案
正文
几何光学像差是光学系统中不可避免的现象，它会影响图像的质量。
像差主要包括球面像差、彗差、像散、场曲等。
在光学设计过程中，需要尽可能地减小像差，以提高成像质量。
光学设计是一个涉及光学、数学和物理学的交叉学科，它旨在设计和优化光学系统，以实现特定的光学性能。
在光学设计中，需要考虑多种像差因素，并通过合理的光学元件布局和光学参数设计来减小像差。
《几何光学。
像差.光学设计》是一本关于几何光学和光学设计的教材，它详细介绍了几何光学像差的原理和光学设计的方法。
该教材的第四版课后习题答案提供了针对各章节的练习题的解答，有助于读者深入理解光学知识和掌握光学设计方法。
课后习题答案主要包括以下内容：
1.球面像差：球面像差是由于光学元件表面曲率不完全符合理想曲面而引起的像差。
在习题中，需要根据给定的光学元件参数计算球面像差，并探讨如何通过光学设计减小球面像差。
2.彗差：彗差是由于光学元件的非均匀厚度引起的像差。
在习题中，需要分析彗差的产生原因，并提出相应的解决方法。
3.像散：像散是由于光学元件的色散引起的像差。
在习题中，需要计算像散，并探讨如何通过光学设计减小像散。
4.场曲：场曲是由于光学元件的表面弯曲引起的像差。
在习题中，需要分析场曲的产生原因，并提出相应的解决方法。
光学设计考试题及答案
光学设计考试题及答案1. 光学设计中的基本概念- 什么是光学系统的焦距？- 简述光学系统的视场和视场角。
2. 光学系统的基本类型- 列举三种常见的光学系统类型，并简要说明其特点。
3. 光学设计中的参数- 解释什么是光学系统的光圈数和相对孔径。
- 描述焦距与视场角之间的关系。
4. 光学系统的成像质量评价- 什么是光学系统的分辨率？- 简述光学系统的色差和如何减少色差。
5. 光学设计中的像差分析- 列举并解释五种主要的像差类型。
- 描述如何通过光学设计减少像差。
6. 光学设计中的光学元件- 简述透镜和反射镜在光学设计中的作用。
- 解释什么是光学滤波器及其作用。
7. 光学系统的设计与优化- 描述光学系统设计的基本步骤。
- 简述如何使用计算机辅助设计（CAD）软件进行光学系统优化。
8. 现代光学设计技术- 简述衍射光学元件（DOE）的概念及其在光学设计中的应用。
- 描述自由曲面光学元件的优势和设计挑战。
答案1. 光学设计中的基本概念- 焦距是光学系统成像点到焦点的距离。
- 视场是光学系统能够观察到的区域，视场角是该区域的夹角。
2. 光学系统的基本类型- 望远镜、显微镜和相机镜头是三种常见的光学系统类型。
望远镜用于观察远距离物体，显微镜用于观察微小物体，相机镜头用于捕捉图像。
3. 光学设计中的参数- 光圈数是光学系统光圈直径与焦距的比值，相对孔径是光圈直径与焦距的比值。
- 焦距越短，视场角越大。
4. 光学系统的成像质量评价- 光学系统的分辨率是指系统能够区分两个相邻物体的最小距离。
- 色差是由于不同波长的光在光学系统中的折射率不同而产生的，可以通过使用消色差透镜来减少。
5. 光学设计中的像差分析- 主要的像差类型包括球面像差、色差、场曲、畸变和像散。
- 通过选择合适的光学元件组合和调整光学系统参数来减少像差。
6. 光学设计中的光学元件- 透镜用于聚焦或发散光线，反射镜用于改变光线的传播方向。
- 光学滤波器用于选择性地传输特定波长的光，用于改善成像质量或实现特定效果。
光学设计教程课后答案
1.2光学系统有哪些特性参数和结构参数？特性参数：（1）物距L（2）物高y或视场角①（3）物方孔径角正弦sinU或光速孔径角h（4）孔径光阑或入瞳位置（5）渐晕系数或系统中每一个的通光半径结构参数：每个曲面的面行参数（r,K,a4,a6,a8,a10）、各面顶点间距（d）、每种介质对指定波长的折射率（n）、入射光线的位置和方向1.3轴上像点有哪几种几何像差？轴向色差和球差1.4列举几种主要的轴外子午单色像差。
子午场曲、子午慧差、轴外子午球差1.5什么是波像差？什么是点列图？它们分别适用于评价何种光学系统的成像质量？波像差：实际波面和理想波面之间的光程差作为衡量该像点质量的指标。
适用单色像点的成像。
点列图：对于实际的光学系统,由于存在像差,一个物点发出的所有光线通过这个光学系统以后,其像面交点是一弥散的散斑。
适用大像差系统2.1叙述光学自动设计的数学模型。
把函数表示成自变量的幂级数,根据需要和可能,选到一定的幂次,然后通过实验或数值计算的方法,求出若干抽样点的函数值,列出足够数量的方程式,求解出幂级数的系数,这样,函数的幂级数形式即可确定。
像差自动校正过程,给出一个原始系统,线性近似,逐次渐进。
2.2适应法和阻尼最小二乘法光学自动设计方法各有什么特点,它们之间有什么区别？适应法：参加校正的像差个数m必须小于或等于自变量个数n，参加校正的像差不能相关,可以控制单个独立的几何像差,对设计者要求较高,需要掌握像差理论阻尼最小二乘法：不直接求解像差线性方程组,把各种像差残量的平方和构成一个评价函数①。
通过求评价函数的极小值解，使像差残量逐步减小，达到校正像差的目的。
它对参加校正的像差数m没有限制。
区别：适应法求出的解严格满足像差线性方程组的每个方程式；如果m>n或者两者像差相关,像差线性方程组就无法求解,校正就要中断。
3.1序列和非序列光线追迹各有什么特点？序列光线追迹主要用于传统的成像系统设计。
以面作为对象,光线从物平面开始,按照表面的先后顺序进行追迹,对每个面只计算一次。
光学设计与CAD
光学系统设计<一>一、单项选择题〔本大题共 20小题.每小题 1 分,共 20 分〕在每小题列出的四个备选项中只有一个是正确的,请将其代码填写在题后的括号内.错选、多选或未选均无分.1．主光线与光轴所确定的平面叫做 < B >.A.弧矢平面 B .子午平面 C.焦平面 D.像平面2．共轴球面系统中,轴上点像差有 < C >.A.球差和彗差B.球差和倍率色差C.球差和位置色差D.彗差和倍率色差3．通常情况下观察像差时,除0视场和边缘视场外,还应注意的一个视场为 < A >. 视场 B.0.5视场 C.0.3视场 D.0.85视场4．F 光边缘光球差与C 光边缘光球差之差也等于 < A > .A.边缘光和近轴光色差之差B.边缘光和近轴光球差之差C.F 光和C 光近轴光球差之差D. F 光和C 光近轴光色差之差5．望远镜的放大率是指 < D >.A.垂轴放大率B.轴向放大率C.角放大率D.视觉放大率6．下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像差有<D >.A.球差B.场曲C.畸变D.倍率色差7．不会影响成像清晰度的像差是 <C >.A.二级光谱B.彗差C.畸变D.像散8．下列光学系统中属于大视场小孔径的光学系统是 < C >.A.显微物镜B.望远物镜C.目镜D.照相物镜9．正弦差属于小视场的 <B >.A.球差B. 彗差C.畸变D.色差10．初级子午彗差和初级弧矢彗差之间的比值为 < A >.A.3：1B.4：1C.5：1D.2：111．下列光学元件中,任何情况下都不会产生场曲的是 < B >.A.厚凸透镜B.平行平板C.球面反射镜D.不晕透镜12．下面光学元件中不产生色差的是 < A >.A. 球面反射镜B. 薄凸透镜C. 薄场镜D. 薄双胶合物镜13．薄双胶合物镜置于球面反射镜球心,光阑与球心重合,则系统彗差最小可以为<D>. A. 0.4 B. 0.25 C. 0.1 D. 014．场景置于系统中,除产生场曲外,还可产生 < D >.A.球差B.彗差C.像散D.畸变15．厚透镜的场曲公式为 < C >. A.)r 1r 1(1-n nJ S 212IV -= B.)r 1r 1(n 1n J S 122IV --= C.)r 1r 1(n 1n J S 212IV --= D.)r 1r 1(1-n n J S 122IV -=16．波像差就是实际波面与理想波面之间的 < A >.A.光程差B.几何像差C.离焦量D.距离差17．在进行目镜光学系统设计时,应 < D >.A.正追光线B.倒追光线C.从中间向两侧进行光线追迹D.从两侧向中间进行光线追迹18．显微镜常采用的一种照明方式是,将光源通过聚光镜成像在物平面上,称之为< D >.A.反射式照明B.透射式照明C.克勒照明D.临界照明19．下列软件中不属于光学设计软件的是 < C >.A.ZEMAX 软件B.OSLO 软件C. Lensview 软件D.CODE V 软件20．低倍显微物镜的光阑位置 < A >.A. 与物镜重合B. 与目镜重合C. 与中间像面重合D. 位于物镜后方焦平面处二、填空题〔本大题14小题.每空1分,共20 分〕请在每小题的空格中填上正确答案.错填、不填均无分.21.单个折射球面的三对无球差点位置是球心处、顶点处、齐明点.22.在表示畸变时,通常采用相对畸变,其表达公式为%100y y y q z ⨯''-'=' 23.一双胶合薄透镜组,若0C I =,则=II C 0.24.七种初级像差中,仅与孔径光阑大小有关的单色像差是球差.25.一双胶合透镜光焦度为正,在透镜组中的正透镜采用冕牌玻璃,透镜组中的 负透镜采用火石玻璃.26.密接薄双胶合系统,为消除色差,两透镜光焦度应分别满足公式ϕνννϕ2111-=、ϕνννϕ2122--= . 27.一同心弯月镜在空气中,其前后节点在其两面的公共球心处、,其前后主点在其两面的公共球心处.28.对于玻璃等折射材料,除折射率的参数外,还有一重要参数为阿贝常数,其公式为CF D D n n 1n --=ν. 29.若光阑与相接触薄透镜系统重合时,可消除的单色像差为畸变.30.球差在像面上的体现形式是圆形的.31.在球差的级数展开形式中,常数项的值为0 .32.复消色物镜是指在透镜的m 707h .0位置处,将二级光谱校正为0.33.对F 光和C 光校正了色差后,相对于D 光的二级光谱公式为f 00052.0L FCD '='∆34.在ZEMAX 光学设计软件中,描述焦距的操作数为EFFL .三、名词解释〔本大题共5 小题.每小题2 分,共 10 分〕35．像差：实际光学系统所成的像和近轴区所成的像之间的差异称为像差.评分标准：主要意思正确得2分.36．子午场曲：某一视场的子午像点相对于高斯像面的距离称为子午像面弯曲,简称子午场曲.评分标准：答对主要意思得2分.37．二级光谱：如果光学系统已对两种色光校正了位置色差,这两种色光的公共像点相对于第三种色光的像点位置仍有差异,该差异称为二级光谱.评分标准：答对主要意思得2分.38.色球差：F 光的球差和C 光的球差之差,称为色球差,该差值也等于边缘光和近轴光色差之差.评分标准：答对得2分.39．渐晕：轴外点成像光束的宽度较轴上点成像光束的宽度要小,造成像平面边缘部分照度要比像平面中心部分照度低的现象,称为渐晕.四、简答题〔本大题共 6 小题.每小题 5 分,共30 分〕40．一物体的峰-谷比〔peak to valley 〕是λ23.0,问是否满足Rayleigh 条件？一物体的峰-谷比〔peak to valley 〕是λ23.0,问是否满足Rayleigh 条件？答：满足Rayleigh 条件,因为根据Rayleigh 判断,实际波面和参考波面之间的最大波像差<峰谷比>不超过0.25λ时,此波面可看作是无缺陷的成像质量较好.41．在七种几何像差中,仅与孔径有关的像差有哪些？仅与视场有关的像差有哪些？与视场和孔径都有关系的又有哪些？仅与孔径有关的像差有：球差、位置色差；仅与视场有关的像差有：像散、场曲、畸变、倍率色差；与视场和孔径都有关系的有：彗差42．一物体置于折射球面的球心处,其像在哪？放大倍率多少？若物在球面顶点,其像又在何位置？放大倍率多少？像分别在球心处和顶点处,放大倍率分别为n1和1. 43. 什么是焦深,若像面向前或向后离焦半倍焦深,引起的波像差多大？〔1〕实际像点无论在高斯像点之前或之后'∆0l 范围内,波像差都不会超过1/4波长,所以把'02l 定义为焦深,即20u n l 2''='λ〔2〕引起的波像差为4/λ.44. 近视眼应佩戴何种透镜加以矫正？为什么？ 应佩戴凹透镜加以矫正,使光线经过水晶体后发散,重新汇聚到视网膜上.45. 在对称式光学系统中,当1-=β时,哪几种初级像差可以得到自动校正？其它初级像差有何特性？垂轴像差：彗差、畸变、倍率色差均为0.轴向像差：球差、像散、场曲、位置色差均为半部系统相应像差的两倍.五、综合应用题〔本大题共 2 小题.每小题10 分,共20分〕46．设计一齐明透镜,第一面曲率半径95m m r 1-=,物点位于第一面曲率中心处,第二球面满足启明条件,若该透镜厚度5mm d =,折射率5.1n =,该透镜位于空气中,求〔1〕该透镜第二面的曲率半径；〔2〕该启明透镜的垂轴放大率.〔1〕根据题意得,物点发出光线经第一面后按直线传播,相对于第二面,其物距100m m 595l 2-=--=,根据齐明条件100mm r n n n l 22222-='+=,可得60m m r 2-= 〔2〕150mm )60(15.2r n n n l 22222-=-⨯=''+='由垂轴放大率公式l n l n ''=β ,得1.511=β,25.2100-l 5.1l n l n 222222='=''=β,则该透镜的垂轴放大率5.121==βββ 47．一个光学系统,已知其只包含初级和二级球差,更高级的球差可忽略不计.已知该系统的边光球差为0='mL δ,0.707带光球差为015.00707-='L δ,求： 1>分别求出0.5和0.85带光线的球差；2>写出边缘光的初级和高级球差. 1> 4221)()(mm h h A h h A L +='δ ,根据公式将0='m L δ与015.00707-='L δ代入,得到06.01-=A ,06.02=A 由此可求得：01125.05.0-='L δ与01203.085.0-='L δ 2〕边缘光的初级球差为-0.06,边缘光的高级球差为0.06.光学系统设计〔二〕参考答案与评分标准 分〕21.小22.色差、色差、场曲23.95.5624.彗差、畸变、倍率色差25.小、大26.0.707带光27.相等、相反28.4、629.畸变30.3：131.畸变、彗差32.平行平板三、名词解释〔本大题共5 小题.每小题2 分,共 10 分〕33．光程差：某种介质折射率与光在该介质中通过的几何路程的乘积,称为光在该介质中通过的光程,两束光光程之差称为光程差.评分标准：答对主要意思得2分.34．弧矢场曲：某一视场的弧矢像点相对于高斯像面的距离称为弧矢像面弯曲,简称弧矢场曲.评分标准：答对主要意思得2分.35．波像差：波像差就是实际波面和理想波面之间的光程差.评分标准：主要意思正确得2分.36．焦深：由于实际像点在高斯像点前后0l '∆范围以内,波像差不超过1/4波长,故把0l 2'∆定义为焦深,即20u n l 2''≤'∆λ. 评分标准：主要意思正确得2分.37．等晕条件：轴外点具有与轴上点相同的成像缺陷,称之为等晕成像,欲达到这样的要求,则光学系统必须满足等晕条件.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〕38．若弧矢彗差0='SK ,是否满足等晕成像？若此时0='L δ,是否满足正弦条件？为什么？答：1〕满足等晕成像,由于0y K C S s =''=',无正弦差,满足等晕条件； 2〕满足正弦条件,若此时0='L δ,则U sin y n nysinU '''=,满足正弦条件.评分标准：第一问答案正确得1分,理由解释正确得2分；第二问答案正确得1分,理由解释正确1分.39．什么是二级光谱？对F 光和C 光校正系统色差后,相对于D 光,其二级光谱与焦距有何关系？答：1〕当在带孔径对F 光和C 光校正了位置色差,它们和光轴的公共交点并不和D 光带孔径光线和光轴的交点重合,其偏差称为二级光谱.2〕f L FCD'='∆00052.0 评分标准：第一问答出大意得3分；第二问答案正确得2分.40．场镜可产生哪些初级像差？简述平面反射镜的像差特性？答：场镜可校正场曲和畸变；平面反射镜不产生任何像差.评分标准：第一问中每种像差答案正确得2分；第二问答案正确得1分.41. 一同心弯月镜在空气中,其前后节点在那？其前后主点在哪？答：其前后节点与主点均在其两个面的公共球心处.评分标准：前后节点答案正确得3分,前后主点答案正确得2分.42. 对于只包含初级和二级球差的光学系统,当对边缘孔径校正了球差之后,其最佳焦点位置在何处？ 答：其最佳焦点位置在707.043L 'δ处. 评分标准：答出公式得5分.43. 试写出五种初级像差的赛得和数的表达公式.答：∑∑-''-=))((u i i i luni S I ∑∑=)/(i i S S z I II ∑∑∑==2)/(i i S i i S S z I z II III )/()(2r n n n n J S IV '-'=∑∑)/()(i i S S S z IV III V ∑∑+=评分标准：每个表达公式1分,共5分.五、计算题〔每题10分,共20分〕44. 设计一个mm f 100'=的双胶合物镜.选用9K 〔1.64,5163.100==νn 〕和7F 〔36.35,636.100==νn 〕玻璃制作,使色差为零.问：〔1〕正透镜用何种玻璃；负透镜用何种玻璃？〔2〕正负透镜的光焦度各应多少？〔3〕物镜二级光谱有多大？〔4〕若21r r -=,求三个面曲率半径.解：〔1〕正透镜用冕牌玻璃,负透镜用火石玻璃.〔2〕023.02111=Φ-=Φγγγ〔3〕物镜二级光谱为：mm f 052.000052.0='〔4〕依据公式))(1(21ρρ--=Φn ,可求得mm r r 82.4321=-=,mm r 3.2873= 评分标准：第一问中每个答案正确各得1分,第二问中每个公式正确各得1分,结果正确各得1分,第三问答案正确得1分,第四问每半径结果正确各得1分.45.1> 如果一个光学系统的初级子午彗差等于焦宽〔u n ''λ〕,则II ∑S 应等于多少? 2> 如果一个光学系统的初级球差等于焦深〔2u n ''λ〕,则I ∑S 应等于多少? 解：由u n S u n K II T ''=''-='∑λ23可知：=∑II S λ32- 由2221u n S u n L I ''=''-='∑λδ可知：λ2-=∑I S评分标准：第一问与第二问中每个公式正确各得3分,结果正确各得2分.光学系统设计<三>一、单项选择题〔本大题共 20小题.每小题 1 分,共 20 分〕在每小题列出的四个备选项中只有一个是正确的,请将其代码填写在题后的括号内.错选、多选或未选均无分.1．系统的像散为零,则系统的子午场曲值< D >.A.大于零 B .小于零 C.等于零 D.无法判断2．双胶合薄透镜组,如果位置色差校正为零,则倍率色差值为< C >.A.大于零 B .小于零 C.等于零 D.无法判断3．下列像差中,对孔径光阑的大小和位置均有影响的是< B >.A.球差B. 彗差C. 像散和场曲D.畸变4．除球心和顶点外,第三对无球差点的物方截距为 < A > . A.r n n n L '+= B. r n n n L ''+= C. r n n n L '-= D. r nn n L ''-= 5．下列像差中,属于轴外点细光束像差的是< C >.A.球差B.子午彗差C.子午场曲D.畸变6．瑞利判据表明,焦深是实际像点在高斯像点前后一定范围内时,波像差不会超过 < C >. A.λ21 B. λ31 C. λ41 D. λ51 7．对于目视光学系统,介质材料的阿贝常数定义为 < A >.A.C F D D n n 1n --=νB. C F D D n n 1n ++=νC. C F D D n n 1n -+=νD. C F D D n n 1n +-=ν 8．9K 玻璃和6ZF 玻璃属于 < A >.A.冕牌玻璃和火石玻璃B.火石玻璃和冕牌玻璃C.均属火石玻璃D.均属冕牌玻璃9．在ZEMAX 软件中进行显微物镜镜设计,输入视场数据时,应选择 < B >.A. Angle 〔Deg 〕B. Object HeightC. Paraxial Image HeightD. Real Image Height10．在ZEMAX 软件中表示传递函数的是下列的哪个缩写图标 < D >.A.FieB.OptC.SptD.Mtf11．下列各镜头中,在进行设计时,应采用正追光线的是 < B >.A.惠更斯目镜B.望远物镜C.显微物镜D.冉斯登目镜12．一般的负透镜产生的场曲值为 < B >.A.正值B.负值C.零D.无法判断13．一激光扩束器应主要校正的像差是< C >.A. 色差B. 彗差C. 球差D. 畸变14．所有的反射镜均不需校正 < D >.A.场曲B.畸变C.球差D. 色差15．对于一轴外物点,一般光学系统在像面上的各种像差综合的结果是 < D >.A.圆形的弥散斑B.不规则形状的单色弥散斑C.彩色的弥散斑D.不规则形状的彩色弥散斑16．与弧矢平面相互垂直的平面叫作 < A >.A.子午平面B.高斯像面C.离焦平面D.主平面17．下列软件中,如今较为常用的光学设计软件是 < C >.A.abr 软件B.OPD88软件C.ZEMAX 软件D.AutoCAD 软件18．光学传递函数的横坐标是 < B >.A.波长数B.线对数/毫米C.传递函数值D.长度单位19．星点法检验光学系统成像质量的缺陷是 < B >.A.不方便进行,步骤复杂B.属主观检验方法,不能量化C.属客观检测方法,但精度低D.计算复杂,应用不便20．按照道威判断,显微镜的分辨率公式为 < A >. A.NA 5.0λσ=B. NA61.0λσ= C.D 014''=ϕ D. D 012''=ϕ 二、填空题〔本大题11小题.每空1分,共20 分〕请在每小题的空格中填上正确答案.错填、不填均无分.21.一齐明透镜,第一面曲率半径95m m - r 1= ,物点位于第一面曲率中心处,第二面满足齐明条件.若该透镜厚度d=5mm,折射率n=1.5,位于空气中,则第二面半径为-60mm ,该齐明透镜的垂轴放大倍率为 1.5 .22. 一个完全对称式光学系统,若垂轴放大率1-=β,则轴向像差为系统半部像差的2倍.23.若一个光学系统的畸变可以写做Δy = 3y E ', ΔZ = 0,则其相对畸变='q 2y E '. 24.消场曲的方法主要有使用弯月形厚透镜、系统中正负透镜分离、正负透镜分别选用较高和较低折射率的材料、将像面做成曲面补偿场曲等.25.反射棱镜用于平行光路中,相当于平行平板,各像差值均等于零.26.在七种几何像差中,不影响成像的清晰度的是畸变,仅与孔径有关的像差是球差、位置色差.27.在轴外像差U tg ''-∆y 特性曲线中,若一圆滑曲线关于'y ∆轴完全对称,则系统的细光束子午场曲='t x 0 .28.只含初级和二级球差的望远物镜,校正球差后,使边缘光球差0L m ='δ,其边缘带高级球差为0.5mm,则='0.707L δ -0.125 ,为使波像差最小,离焦后其最佳像面应位于理想像点前侧 0.09375 毫米处.29.反射棱镜处于会聚光路中,除场曲,其它像差均存在.30.波像差的参考波面是理想球面波,波像差的大小在出瞳处度量.31.相对孔径是F 数的倒数.三、名词解释〔本大题共5 小题.每小题2 分,共 10 分〕 32．齐明点：对于单个折射球面,当物距满足r n n n L '+=时,像距为r n n n L ''+=',此时不产生球差值,称该对共轭点为不晕点或齐明点.33．正弦差：正弦差是轴外小视场成像的宽光束的不对称性的量度,其表达公式为y K C S S ''≈'. 34．匹兹伐尔场曲：理想的平面物体所产生的理想像为有一定弯曲程度的曲面,称为匹兹伐尔像面,或匹兹万像面,该像面的场曲值称为匹兹伐尔场曲或匹兹万场曲.35. 离焦：为了获得最佳像面,将实际像面沿理想像面向前或向后移动一定距离的过程称为离焦.36．余弦定律：光学系统对无限接近的两点成完善像的条件称为余弦条件,其表达公式为C cos n cos n ='''-εηεη.四、简答题〔本大题共 6 小题.每小题 5 分,共30 分〕37．孔径光阑的直径对畸变是否有影响？为什么？答：孔径光阑的直径对畸变没有影响,其位置对畸变有影响,因为畸变是主光线像差,而主光线仅与入瞳中心有关,与入瞳大小无关.38．在系统中加入场镜,是否会对像的大小和方向产生影响？为什么？答：因为物点与像点重合在场镜平面,所以1=β ,像的大小和方向均不发生改变.像差方面除场曲和畸变外,其余像差为零.39．在光学系统的近轴区是否存在位置色差,为什么？答：在光学系统近轴区仍存在初级位置色差.因为即使在光学系统的近轴区,F 光与C 光的理想像点在光轴上并不重合,其差值称为初级位置色差.40. 什么是正弦条件和赫歇尔条件？它们有什么关系？说明了什么？答：正弦条件是垂轴小线段能够完善成像的条件,其表达公式为U sin y n nysinU '''=；而赫歇尔条件是沿轴小线段能够完善成像的条件,其表达公式为2U sin y n 2U nysin '''= .它们的表达公式相互矛盾,说明不能够同时满足,即不存在一个光学系统能够对整个空间完善成像.41. 当光学系统仅存在初级彗差时,其成像光束形状如何？有何特点？答：彗差形状类似于彗星状,故名彗差.当系统仅存在初级彗差时,有如下特点：〔1〕子午彗差是弧矢彗差的3倍,即S T K 3K '='；〔2〕彗差轮廓相切于两条夹角为60度的直线；〔3〕彗差顶点处能量较为集中,越往外能量越涣散.42. 消像差谱线的选择有何原则？答：应对接收器最敏感的谱线消单色像差,对接收器能接受的波段范围两边缘附 近的谱线校正色差.五、综合应用题〔本大题共 2 小题.每小题10 分,共20分〕43.一双胶合望远物镜,mm f 100=' ,5:1='fD ,若只含初级球差和二级像差,边缘带球差为零0.707带三个面的球差分布系数分别为：1 2 3I S ： 0.0100104 -0.0338527 0.0256263求： 1〕该物镜的初级球差有多大？2〕若最大球差允许不大于6倍焦深,物镜的球差是否超差？3〕物镜的二级光谱有多大？解：1〕001784.0=∑I S ；1.02/tan ='='≈'f D u u ； 初级球差为0892.0212-=''-I S u n ； 2〕光学系统0.707带的球差为：111412125.025.05.0)()(A A A h h A h h A l m m m =-=-='δ 初级球差为0892.0-=15.0A ,所以可求得1A =1784.0-,6倍焦深26u n ''λ=mm nm 3276.061.05462=⨯,='m l δ0446.0-3276.0<,故未超差. 3〕二级光谱为：mm mm f 052.010000052.000052.0=⨯='44. 在球面反射镜的球心处放一弯月薄透镜,其两半径相等,光阑与薄透镜重合,系统对无限远物体成像,试分析该光学系统的像差特性.答： 1〕对于弯月镜,0S IV 21=⇒=r r 光阑与薄透镜重合0C S II V ==⇒⎪⎩⎪⎨⎧====⇒=--=--=0/h C 0J S 0)r 1r 1)(1())(1(2I2III 2121νϕϕρρϕn n 剩余I S 、II S 2〕对于球面反射镜,本身无色差,即0C C II I ==光阑处于球心0S S S V III II ===⇒,剩余I S 、IV S3〕系统像差情况：可使弯月镜和球面反射镜的球差相互补偿,保证系统的0=I S ,同时0C C S S II I V III ====,仅剩余JW S II =,r/2J S 2IV =光学系统设计<四>一、单项选择题〔本大题共 20小题.每小题 1 分,共 20 分〕在每小题列出的四个备选项中只有一个是正确的,请将其代码填写在题后的括号内.错选、多选或未选均无分.1．假定物体AB 在有限距离处,且AB=-y,当孔径光阑在单个薄正透镜的右侧时,产生倍率色差的符号为 < A >.A.大于零 B .小于零 C.等于零 D.无法判断2．ZEMAX 软件的传递函数曲线中,不同颜色的曲线表示不同的< B >.A.波长 B .视场 C.孔径 D.像面位置3．一个仅有像散的光学系统,小"⊕ "形图案置于光轴上,则在该物的子午像面,外圆轮廓成像 < C >.A.模糊B.与十字叉线成像情况一样C.清晰D.无法判断4．轴外物点通过有像散的光学系统成像时,在该像点的子午像面,形成的焦线 < B > .A.在子午面内B.在弧矢面内C.以锐角倾斜于子午面D. 无法判断5．人眼的视网膜呈现一定程度的弯曲,可以补偿一定的 < C >.A.球差B.子午彗差C.场曲D.畸变6．一普通正透镜,对边缘光校正了球差,为使波像差最小化,应离焦的方向是 < A >.A.沿轴向左B.沿轴向右C.垂轴向上D.垂轴向下7．介质材料ZF2的阿贝常数为32.17,6727.1n =,则=-C F n n <C >.A. 0.902B.0.0902C. 0.0209D.0.2098．在球差曲线图中,如果F 光、C 光、D 光曲线相交于0.707带,说明该物镜 < C >.A.为无球差物镜B.为消色差物镜C.为复消色物镜D.为无场曲物镜9．在ZEMAX 软件中进行望远物镜镜设计,输入孔径数据时,应选择 <B >.A. Object Space NAB. Entrance Pupil DiameterC. Object Cone AngleD. Angle 〔Deg 〕10．在ZEMAX 软件中表示自动优化的是下列的哪个缩写图标 < B >.A.FieB.OptC.SptD.Mtf11．对于小像差光学系统,正弦差允限为 < D >.A.25.0C S ±≤'B.00025.0C S ±≤'C.025.0C S ±≤'D.0025.0C S ±≤'12．球差曲线与坐标轴所围面积〔考虑正负〕越小,则 < B >.A.波像差越大B.波像差越小C.与波像差大小无关D.无法判断13．在显微镜的应用中,盖波片产生的像差,下列选项论述正确的是< C >.A.不产生任何像差B. 仅产生球差和彗差C. 除场曲外其它像差均存在D.仅产生场曲,无其它像差14．鱼眼透镜一般视场角都比较大,但所成的像存在严重的 < B >.A.场曲B.畸变C.球差D. 色差15．双高斯物镜是一种对称式物镜结构形式,其光阑前透镜形式为 < C >.A.两片单透镜B.两片双胶合C.一片单透镜+一个双胶合D.一个双胶合+一个单透镜16．光阑与相接触的薄透镜重合时,能够自动校正 < A >.A.畸变B.场曲C.球差D.二级光谱17．在子午像差特性曲线中,坐标中心为z B ',如0B '位于该点左侧,则畸变值为 < A >.A.正值B.负值C.零D.无法判断18．厚透镜之所以在校正场曲方面有着较为重要的应用,是因为 < B >.A.通过改变厚度保持场曲为零B.通过两面曲率调节保持光焦度不变C.通过改变厚度保持光焦度不变D.通过两面曲率调节保持场曲为019．正畸变又称 < C >.A.桶形畸变B.锥形畸变C.枕形畸变D.梯形畸变20．按照瑞利判断,显微镜的分辨率公式为 < B >. A.NA 5.0λσ=B.NA61.0λσ= C.D 014''=ϕ D. D 012''=ϕ 二、填空题〔本大题11小题.每空1分,共20 分〕请在每小题的空格中填上正确答案.错填、不填均无分.21.当孔径光阑设置在球面反射镜的球心时,七种几何像差中可以自动消除的是慧差、像散和畸变.22.仅具有初级球差的光束结构是圆形的,仅具有初级彗差时的光束结构是彗星状的.23.球差用赛得和数表达的形式是∑''-='I 2S u n 21L δ.24.细光束的子午场曲与细光束弧矢场曲的差称为细光束像散.25.初级色差分为位置色差和倍率色差两种.26.若某像差与光阑的位置有关,则表明该像差与视场有关,若某像差与光阑的大小有关则表明该像差与孔径有关.27.已知物距20mm L -= ,正透镜厚度5163.1n ,2mm d == ,设物体位于第一面球心,则齐明透镜的两个半径分别为=1r -20mm ,=2r -13.26mm 或-13.257mm ,像距='L -33.36mm 或-33.3586mm .28.厚透镜的光焦度公式为21221r r d n )1n ()r 1r 1)(1n (-+--=ϕ 29.不晕透镜又称齐明透镜,是利用透镜的无球差点制成的.30.通常情况下,应在光学系统的边缘带校正球差,在0.707带校正位置色差.31.对于小视场大孔径光学系统,应主要考虑球差、正弦差和位置色差.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：由于光学系统像差与衍射等原因,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.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∑I S 、∑II S 、∑III S 、∑IV S 、∑V S 分别表示初级球差、初级彗差、初级像散、初级场曲、初级畸变,统称为赛得和数.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.35. 像差容限：根据瑞利判断,当系统的最大波像差小于λ41时,认为系统像质是完善的,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.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？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4/λ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8.0..≥D S 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,当最大波像差为4/λ时,..D S 值刚好约等于0.838．完全对称式系统,当⨯-=1β时,垂轴像差与沿轴像差有何特性？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？焦距与半径的关系为：2/r f =',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8/2ϕh .40. ZEMAX 优化函数中操作数EFFL 代表什么意义？它是什么的缩写？代表有效焦距,是Effective Focal Length 的缩写.41. 单个折射球面的无球差〔不晕〕点有哪些？其位置如何？无球差共轭点共有三对：1〕球心处,r L L ='=；2〕顶点处,0='=L L ；3〕物距n r n n L /)('+=,像距n r n n L ''+='/)(.42. 密接双薄透镜系统,光焦度ϕ已知,若要消位置色差,试确定其光焦度分配？对于薄透镜组,21ϕϕϕ+=由于单薄透镜的初级位置色差系数νϕ/h C 2I =,所以有0//2211=+νϕνϕ两方程联立,得两薄透镜的光焦度分配为ϕνννϕ2111-=,ϕνννϕ2122--= 五、综合应用题〔本大题共 2 小题.每小题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〔=d n 1.5163,64.1〕和ZF2〔=d 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'FC L δ=？2〕二级光谱'FCD L ∆=？1FC C F2>二级光谱FCD L '∆=707.0707.0D FL L '-'=97.034-97.030=0.004mm 3> 4221)/()/(m m h h A h h A L +='δ,已知mm L 021.0009.97030.97707.0=-='δ,mm L m005.0009.97004.97-=-='δ,代入球差表达式,得094.0,089.021-==A A ；当m h h 3.0=时,得0.3带孔径处高级球差为mm A 00076.0)3.0(42≈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.%100/000⨯''-'=''='y y y y y q z δ,已知%3,82.9='='q mm y ,可得mm y 53.90='。
光学习题答案
P1：用费马原理证明光的反射定律P2：r/mm d/mm n26.67 1189.67 5.2 1.614-49.66 7.95 125.47 1.6 1.647572.11 6.7-35.00 2.8 1.6141.有一双胶合物镜，其结构参数为：n1=1r1=83.220d1=2 n2=1.6199r2=26.271d2=6 n3=1.5302r3=-87.123n4=1（1）计算两条实际光线的光路，入射光线的坐标分别为：L1=-300; U1=-2°L1=∞ ; h=10（2）用近轴光路公式计算透镜组的像方焦点和像方主平面位置及与l1=-300的物点对应的近轴像点位置。
2. 有一放映机，使用一个凹面反光镜进行聚光照明，光源经过反光镜反射以后成像在投影物平面上。
光源长为10mm，投影物高为40mm，要求光源像等于投影物高；反光镜离投影物平面距离为600mm，求该反光镜的曲率半径等于多少?6. 已知照相物镜的焦距f′=75mm，被摄景物位于距离x=-∞,-10,-8,-6,-4,-2m处，试求照相底片应分别放在离物镜的像方焦面多远的地方?9. 已知航空照相机物镜的焦距f′=500mm，飞机飞行高度为6000m，相机的幅面为300×300mm2，问每幅照片拍摄的地面面积。
10. 由一个正透镜组和一个负透镜组构成的摄远系统，前组正透镜的焦距f1′=100，后组负透镜的焦距f2 ′=-50，要求由第一组透镜到组合系统像方焦点的距离与系统的组合焦距之比为1∶1.5，求二透镜组之间的间隔d应为多少? 组合焦距等于多少?11.如果将上述系统用来对10m远的物平面成像，用移动第二组透镜的方法，使像平面位于移动前组合系统的像方焦平面上，问透镜组移动的方向和移动距离。
12.由两个透镜组成的一个倒像系统，设第一组透镜的焦距为f1′，第二组透镜的焦距为f2′，物平面位于第一组透镜的物方焦面上，求该倒像系统的垂轴放大率。
光学实验思考题答案
40
50
伏安特性曲线照度与光电
流曲线
(3)零电压下的光电流及截止电压与照度的关系
20.0
1.96
30.0 1.06 0.65
35.0 0.85 0.66
40.0 0.64 0.62
50.0 0.61 0.64
60.0 0.58 0.65
70.0 0.55 0.63
答：临界截止
u/v
s0.64
25.0 1.85 0.63
2．在杨氏实验装置中,光源波长为640nm,两狭缝间距为0.4mm,光屏离狭缝的距离为50cm.试求：(1)光屏上第1亮条纹和中央亮条纹之间的距离；（2）若p点离中央亮条纹为0.1mm，问两束光在p点的相位差是多少？（3）求p点的光强度和中央点的强度之比.
?y?
解：（1）由公式
r0
?d
?y?
得
r050??6.4?10?5?8.0?10?2cmd =0.4
③为了使十字丝对准光谱线，可以使用望远镜微调螺钉12来对准。
④测量时，可将望远镜置最右端，从-l级到+1级依次测量，以免漏测数据。
数据处理
左1级右1级
(k=-1) (k=+1)
(2)计算出紫色谱线波长的不确定度
2
?
其中
? ? +
(a b)sin ?
u ? ? = a + ?
cos15 60 180 092
（2）由课本第20页图1-2的几何关系可知
r2?r1?dsin??dtan??d
y0.01
?0.04?0.8?10?5cmr050
???
2?
?
(r2?r1)?
2???5?0.8?10?
工程光学参考答案
工程光学参考答案工程光学参考答案工程光学是一门关于光学原理在工程领域中应用的学科。
它涉及到光学元件的设计、光学系统的优化和光学测量等方面。
在工程光学中，我们需要掌握一些基本的概念和技术，以便能够有效地解决实际问题。
下面是一些常见问题的参考答案，希望对您有所帮助。
1. 什么是光学元件？光学元件是指在光学系统中起到特定光学功能的器件，如透镜、棱镜、滤光片等。
透镜可以将光线聚焦或发散，棱镜可以将光线折射或反射，滤光片可以选择性地透过或阻挡特定波长的光。
光学元件的选择和设计对于光学系统的性能至关重要。
2. 如何选择透镜的焦距？透镜的焦距决定了光线经过透镜后的聚焦效果。
选择透镜的焦距需要考虑光学系统的需求和设计参数。
一般情况下，如果需要将光线聚焦到一个点上，可以选择正透镜；如果需要将光线发散，可以选择负透镜。
焦距的选择还需要考虑到光源的位置、物体的距离和光学系统的尺寸等因素。
3. 如何设计一个光学系统？设计一个光学系统需要考虑多个因素，包括光学元件的选择、位置和参数的确定等。
首先，需要明确系统的需求和目标，例如成像质量、视场角和光学系统的尺寸等。
然后，可以根据需求选择合适的光学元件，并确定它们的位置和参数。
最后，可以使用光学设计软件进行仿真和优化，以达到设计目标。
4. 如何进行光学系统的优化？光学系统的优化是指通过调整光学元件的位置和参数，使得系统的性能达到最佳状态。
优化的目标可以是最小化像差、最大化成像质量或最大化系统的光通量等。
优化的过程可以使用光学设计软件进行模拟和分析，通过不断调整参数来达到最佳结果。
5. 如何进行光学测量？光学测量是指使用光学方法来测量物体的形状、尺寸和表面特性等。
常用的光学测量方法包括干涉测量、散射测量和光学显微镜观察等。
在进行光学测量时，需要注意环境的光线干扰和测量仪器的校准等问题，以确保测量结果的准确性。
总结：工程光学是一门综合性强、应用广泛的学科，涉及到光学元件的设计、光学系统的优化和光学测量等方面。
建筑光学图解版习题答案
6-4重庆地区某会议室平面尺寸为5 m×7 m，净空高3.6 m，估算需要的侧窗面 积并绘出其平、剖面图。 • • • • 解：通过查办公建筑的采光系数标准可知，办公室属于Ⅲ类采光等级 由表6-5可知，办公室窗地比是1/5 由重庆属于Ⅴ类地区，所以得出窗地比需要乘以系数K，得出： 可得出窗户面积为：35 0.24=8.4㎡
5 解：前提条件：实验表明人们能觉察的最低亮度是 10 asb ， 而感觉到刺眼的亮度是 16 sb ；
最低照度
10 5 E 1.25 10 5 asb 0.8
16 20 sb 0.8
•
达到刺眼的照度
E
3-6试说明光通量与发光强度，照度与亮度间的区别和联系？
• • • • •
6-5一单跨机械加工车间，跨度为30 m，长72 m，屋架下弦高10 m，室内表面浅 色粉刷，室外无遮挡，估算需要的单层钢侧窗面积，并验算其采光系数。 • • • • • • • • • • • 解：假设此机械车间处于重庆地区，光气候分区为Ⅴ类地区，系数K=1.2 1）若机械加工车间属Ⅳ级采光等级，Cmin=1。由表6-5可知，侧窗要求窗地 比为1/6。 则窗户的面积为30×72/6×1.2=432㎡。 设窗台高1m，侧墙可开窗面积约为72×（10－1）=648㎡≥432㎡，可满足 单面开窗; 但为使车间内照度均匀，现两面开带形窗，长度60m，可以得出： hc=432㎡÷60m÷2=3.6m 2）验算采光系数 根据上述所选窗户的形式来验证采光系数； 根据窗户的形式，选取相应的修正系数，算出采光系数的最低值，与 采光系数标准值相比较，看是否满足要求。 由公式
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人教版物理光学实验-带答案(基础)
人教版物理光学实验（基础）学校:___________姓名：___________班级：___________一、实验题1．小张小组和老师一起设计了如图所示的实验装置探究“光的反射定律”．（1）如图所示，小张将呈现反射光线的活动小卡纸向后折，活动小卡纸上就看不到反射光线了，这说明_________________．（2）实验中多次改变入射光线AO与ON的夹角进行实验，测量记录如表所示．同组小王分析小张记录的入射角正确，但在读反射角数据时有误，你认为可能的原因是_____________．（3）如图乙所示，再用另一只激光笔让光线沿着BO（即逆着原反射光线）射向平面镜时，可看到反射光线沿OA射出，这说明______________________．（4）在小镜子中看到同桌的眼睛时，你的同桌是否也能看到你的眼睛？请用光学知识解释．______ ,______________________________________________2．小明做“探究凸透镜成像规律”的实验．（1）区分凸透镜与凹透镜的一种方法是：利用透镜观察书本上的字（在透镜焦距以内），看到正立缩小的像为凹透镜，看到的像为凸透镜．（2）如图1，把凸透镜正对太阳光，再把一张纸放在另一侧，调整凸透镜和纸的距离，纸上出现一个的光斑，用刻度尺测得此光斑到凸透镜光心的距离为10cm．（3）将“F”图案的光源、凸透镜、光屏依次放在水平光具座上，让光源发光，发现光屏上成像如图2，你认为造成这种现象的原因是：．（4）解决上述问题后，移动“F”光源和凸透镜的位置如图3，则此时的物距为 cm，移动光屏恰好得到一个清晰的像，请详细描述这个像的特点：，用此规律可以制作．（选填“放大镜”、“照相机”、“投影仪”）（5）不改变光源和透镜的位置，换一个焦距5cm 的凸透镜，此时要使光屏透镜（选填“靠近”、“远离”），才能得到一个清晰的像，“F”光源的图案如图4，此时在光屏上接收到的像是图5中的哪一个？．3．在“探究平面镜成像的特点”的实验中，某同学用茶色玻璃板、两个棋子A及B、刻度尺、方格纸、白纸、平面镜支架等器材进行实验，如图所示：(1)实验中选择两个完全相同的棋子A、B，目的是_________________；(2)在寻找棋子A的像的位置时，眼睛在棋子A这一侧观察，移动茶色玻璃板后面的棋子B，使它与棋子A在茶色玻璃板中所成的像重合，这里运用了等效替代法，若在方格纸上棋子B始终不能与棋子A的像重合，则原因可能是___________；(3)为了判断平面镜成的是虚像还是实像，他拿走棋子B，并在原B位置放置一张白纸，眼睛在B侧观察，根据__________________的现象，说明平面镜成的是虚像；(4)在实验过程中，让玻璃板沿玻璃板与方格纸的接触部分方向水平向右移动，结果他发现镜中的像相对于A__________（向右/不/向左）移动。