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XX大学《应用光学》课程试卷

物理与机电学院机电工程系二、三年级测控专业

主考教师：X建寰试卷类型：（A卷）

一、名词解释（每小题2分，共20分）

1、视见函数——人眼对不同波长的光的视觉强度与对波长为555 nm光的视觉强度之

比。

2、景深——像面上可以得到清晰像的物空间的最近与最远点的距离。

3、场镜——在系统光学特性不变的情况下，在物镜的像平面或与像平面很靠近的位置

加入一个透镜，使成像光束在目镜上的投射高度降低，以使目镜组的口径减小，该透镜称作场镜。

4、棱镜展开——把棱镜的主截面沿着它的反射面展开，取消棱镜的反射，以平行玻璃

板的折射代替棱镜的折射，使研究大大简化，这种方法称作棱镜的展开。

5、渐晕——视场边缘的成像光束的小于轴上成像光束的现像，称为渐晕

6、视放大率——同一目标用仪器观察时的视角和人眼直接观察时的视角的正切之比，

表示仪器对目标的放大效果，称之为仪器的视放大率。

7、立体角——任一形状的封闭锥面所包含的空间

8、球差——球面光学系统使不同孔径光束的出射光束的聚交在轴上不同点，为表示对

称光线在光轴方向上的离散程度，用不同孔径光线对理想像点的距离来表示，称之为球差。

9、相当空气层——棱镜展开后的平行玻璃板的对物体成像，相当于穿过厚度为L/n的

空气厚度后光线平线一段距离，光线在平行玻璃板上的投射高度与空气层的投射高度相同，以此来研究棱镜展开后的平行玻璃板成像，将厚度为L/n的空气称作平行玻璃板的相当空气层。

10、主平面——垂轴放大率为1的一对共轭面。

二、 填空（每小题2分，共20分）

1、（1）光线从光密介质入射到光疏介质（2）入射角大于临界角。

2、用垂轴放大率判断物、像虚实关系方法：

当β>0时物像虚实相反β<0时物像虚实相同

3、物、像位置相对于光学系统的焦点来确定的称为牛顿公式，相对于光学系统的主点来确

定的称为高斯公式，如已知光学系统的物、像方的介质折射率分别为n 及n`，则理想光学系统中两焦距间的关系为n n f f `/`/-=

4、光学系统的垂轴放大率β、轴向放大率及角放大率之间的关系为αγβ=

5、一光学系统由焦距分别为：`,`,2211f f f f 和的两光组组成，两光组间光学间隔为∆=21`F F ，

则组合系统的物、像方焦距分别为f =

∆21f f ，`f =∆

-21`

`f f 6、平面反射镜成像的垂轴放大率为1，物像位置关系为镜像，如果反射镜转过α角，则反射

光线方向改变2α

7、限制进入光学系统的成像光束口径的光阑称为孔径光阑，限制成像X 围的光阑称为视场

光阑，孔径光阑经前面光组在光学系统物空间所成像称为入瞳，经后面光组在光学系统的像空间所成的像称为出瞳

8、目视光学系统设计时要满足二个基本要求：扩大视角 ，出射平行光 9、光学系统的光能损失主要有两种：反射损失 ，吸收损失

10、单色光轴外像点的性质不同的五种像差为：球差彗差场曲像散畸变，色差有两种，即

轴向色差垂轴色差

三、 原理阐述（20）

1、 费马原理及数学描述（4分）

光从空间一点传输到另外一点，总是沿光程为极值的路径传播。

⎰==0)(ndl AB δδ

2、 棱镜转动定理及符号表示（4分）

物不动，当棱镜线空间某一轴P 转动θ角时，像先绕P 的像P`转（-1）n-1θ角，再绕P 转θ角。符号表示：[A`]=[（-1）n-1θP`]+[θP] 3、 折射定律（4分）

折射光线与入射光线位于同一平面内，``sin sin I n I n = 4、 望远镜的工作原理及视放大率公式（8分）

无限远处物成像在物镜的像方焦平面上，而物镜的像方焦平面与目镜的物方焦平面重合，则再经目镜出射的光线为平行光，即再经目镜成像于无限远处。

目

物``f f -

=Γ

四、 计算题（每小题15分，共30分）

1、6倍双目望远镜系统中，物镜焦距为108mm ，物镜口径为30mm ，目镜口径为20mm ，如系统中没有视场光阑，问该望远镜最大极限视场角等于多少？渐晕系数K D =0.5时的视场角等于多少。 解：

望远镜系统的视放大率公式：

极限视场角是刚好进入系统一条光线所对应的视场角，如图所示。

`

`

``f h

n nu u n =- `0397.0126

5181082202

30`tan u u ≈==+-

= 18

6108````==Γ-=⇒-=ΓO e e O f f f f

将0397.0`,15==u h 代入上式，可得 665.50992.0108

150397.0``-=-=-=-=f h u u 因此，最大视场角为5.665°

当K D =0.5时，即经过物镜节点的一条光线刚好在目镜上的投射高度为目镜的边缘。 由几何关系得：

538.40794.0126

10``220

)tan(-=⇒==+=-u f f u e o

即此时的视场角为4.538°

2、如图所示的照明系统，在15m 远的地方照明直径为2.5m 的圆形屏，要求达到屏上达到的平均照度为50lx ，聚光镜的焦距为150mm ，通光直径为150mm ，假定灯泡选用钨丝充气灯，其光视效能K=15lm /w ，求：

（1） 灯泡的发光强度及灯泡通过聚光镜后在照明X 围内的平均发光强度； （2） 灯泡的功率和位置。