工程光学习题解答第二章理想光学系统

第二章 理想光学系统

1.针对位于空气中的正透镜组()

0'>f 及负透镜组()

0'

∞---∞-,,2/,0,2/,,2,f f f f f ,求像平面的位置。 解：1.0'>f

()

2f l b -=

()

f l d -= ()0=l e

2.

'

l g =)( l h )(2. =x ,10,m --∝- 解： （ （2）x ′ （3）x ′=0.703 （4）x ′=0.937 （5）x ′=1.4

（6）x ′=2.81

3.设一系统位于空气中，垂轴放大率*-=10β，由物面到像面的距离（共轭距离）为7200mm ， 物镜两焦点间距离为1140mm 。求该物镜焦距，并绘出基点位置图。 解:

∵

4.已知一个透镜把物体放大*-3投影到屏幕上，当透镜向物体移近18mm 时，物体将被放大*-4，试求透镜的焦距，并用图解法校核之。 解：方法一：

31

'11-==l l β ⇒ ()183321'

1--=-=l l l ①

42

'22-==l l β ⇒ 2'

2

4l l -= ② 1821+-=-l l ⇒ 1821-=l l ③ '/1/1/11'1f l l =-

将①②③代入④中得 mm l 2702-= mm l 1080'

2-=

∴ mm f 216'=

方法二： 31

1-=-

=x f

β 方法三： 12)4)(3(21'

'=--==∆∆=ββαn

n x x

5.一个薄透镜对某一物体成实像，放大率为⨯

-1,今以另一个薄透镜紧贴在第一个透镜上，则见像向透镜方向移动，放大率为原先的3/4倍，求两块透镜的焦距为多少？ 解：

6.有一正薄透镜对某一物成倒立的实像，像高为物高的一半，今将物面向物体移近100mm ， 则所得像与物同大小，求该正透镜组的焦距。

解：由已知得：2

1

1'11-==l l β

10021+-=-l l 由高斯公式：

2

'21'

11111l l l l -=- 解得：mm l f

1002

2

'

=-=

7.希望得到一个对无限远成像的长焦距物镜，焦距mm f 1200'

=，由物镜顶点到像面的距离L=mm 700，由系统最后一面到像平面的距离（工作距）为，按最简单结构的薄透镜系统考虑，求系统结

构，并画出光路图。

⇒ 2'

21'1/1/1/1/1l l l l -=- ④

-l 1

l '

1 100mm -l 2

l '

2

解：

8. 一短焦距物镜，已知其焦距为mm 35，筒长L=mm 65，工作距mm l k

50'

=,按最简单结构的薄透镜系

统考虑，求系统结构。

解：

9.已知一透镜5.1,50,300,20021==-=-=n mm d mm r mm r ，求其焦距,光焦度，基点位置。 解：已知5.1,50,300,20021==-=-=n mm d mm r mm r

求：,

'

f ϕ,基点位置。

10. 一薄透镜组焦距为mm 100，和另一焦距为mm 50的薄透镜组合，其组合焦距仍为mm 100，问两薄透镜的相对位置，并求基点位置，以图解法校核之。 解：

11. 长mm 60，折射率为1.5的玻璃棒，在其两端磨成曲率半径为mm 10的凸球面，试求其焦距及基点位置。 解：

12. 一束平行光垂直入射到平凸透镜上，会聚于透镜后mm 480处，如在此透镜凸面上镀银，则平行光会聚于透镜前mm 80处，求透镜折射率和凸面曲率半径。 解：

13.一块厚透镜，,30,320,120,6.121mm d mm r mm r n =-===试求该透镜焦距和基点位置。如果物距

m l 51-=时，问像在何处？如果平行光入射时，使透镜绕一和光轴垂直的轴转动，而要求像点位置不

变，问该轴应装在何处？ 解： ⑴

f '=

⑵l 14 思考题：

1答：由反射定律可知，平面镜的物和像是关于镜面对称的。坐标由右旋坐标

系变为像的左旋坐标系，因此像和物左右互易上下并不颠倒。即物体经平面镜生成等大、正立的虚像。

物体经针孔成像时，物点和像点之间相对于针孔对称。右旋坐标系惊针孔所

成的像仍为右旋坐标系，因此像和物上下左右都是互易的，而且像的大小与针孔到接收屏的距离有关。即物体经针孔生成倒立的实像。

2、一束在空气中波长为589.3nm 的钠黄光，从空气进入水中时，它的波长将变为多少？在水中观察这束光时，其颜色会改变吗？

3、凹透镜可否单独用作放大镜？

答：因凹透镜对实物只能生成缩小的虚像，当人眼通过凹透镜观察物体时，

人眼对缩小的虚像的视角总是小于（最多等于）不用凹透镜时直接观察物体的视角（这是人眼须紧贴凹透镜），故凹透镜的视角放大率不可能大于1。所以凹透镜不能单独用作放大镜。

4、薄透镜的焦距与它所在介质是否有关？凸透镜一定是会聚透镜吗？凹透镜一定是发散透镜吗？