工程光学复习题(完整)

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
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：
①________________________________________________
②________________________________________________
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mm f 30'=，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mm r 201=，mm r 202-=的双凸透镜，置于空气中。

物A 位于第一球面前mm 50处，第二面镀反射膜。

该物镜所成实像B 位于第一球面前mm 5，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mm 500，相对孔径101
，对无穷远物体成像时，由物镜第一面到像平面的距离为mm 400，物镜最后一面到像平面的距离为mm 300。

（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mm 2，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） 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
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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：
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．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：
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）
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
----①
A'经反射后，成像于B'点。

故将，代入反射面公式，
得：
----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，代入折射公式，得：
----③
由①②③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：
(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：
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：
工程光学
一、填空（20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、角放大率、轴向放大率和垂轴放大率三者之间的关系为、拉赫不变J=nuy 、牛顿公式以焦点为坐标原点。

4产生偏振光的方法有反射和折射、二向色性、双折射、散射。

5、麦克斯韦方程组的微分形式为
6．获得相干光的方法有分波前法、分振幅法。

7、水槽中盛水，深20mm，槽底中央置一点光源，水的折射率n=1.33，水面上浮一个既不透光又不反射光的纸片，使人从水面上无论哪个角度都看不到光，纸片面积最小为1634.33mm2。

8、光源的相干长度与相干时间的关系为。

三、名词解释（15分）
1、光的直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光是沿直线传播的。

2、节点：光学系统中放大率为+1的一对共轭点称为节点。

3、空间相干性：
光源的大小与相干空间成反比关系，给定一个光源尺寸，就限制着一个相干空间，这就是空间相干性的问题，即通过光波场横方向上两点的光在空间相遇时能够发生干涉，则称通过空间这两点的光具有空间相干性。

4、费马原理：
光从一点传播到另一点，其间无论经过多少次折射或反射，其光程为极值，即光是沿光程的极值的路径传播的。

5、出瞳：孔径光阑经它前面的透镜或透镜组在光学系统像空间所成的像称为出射光瞳。

四、作图（20分）
1、设输入为右手坐标系，画出经图中棱镜后的输出坐标系（图1）。

2、求AB的像（图2）。

3、判断棱镜的成像方向（图3）。

4、求轴上物点A所成的像（图4）。

图4
五、计算题（45分）
1、用等厚条纹测量玻璃楔板的楔角时，在长达5cm的范围内共有15个亮条纹，玻璃楔板的折射率n=1.52，所用光波波长，求楔角？（10分）
解：……………………………………..………………….5分
e=50mm/15
……………………………5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）
解：
设：透镜的折射率为n ----5分
物点A经折射成像在A'处，将已知条件代入公式得
---5分
A'经反射后，成像于B'点。

故将，代入反射面公式，
得：----5分
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：
----5分
由①②③式解得：
答：透镜的折射率为1.6。

3、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。

（15分）
解：, 求得：----5分
----5分
答：组合后的焦距是-180mm。

基点位置如图所示。

----5分。