工程光学试卷[优质文档]
工程光学,上,期末考试试卷
一(问答
题
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:(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
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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
A A
C B B H F H' F'
题2-1图 题2-2图
A
F1' F2 F1 F2'
B
题2-3图
x
y z
F F'
物镜 题2-5图
题2-4图
x
y z
题2-6图
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:
?________________________________________________
?________________________________________________
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)
xf',30mm,,,61(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)
r,20mmr,,20mm50mm122(已知,的双凸透镜,置于空气中。物A位于第一球面前
5mm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)
1500mm103(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
400mm300mm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)
2mm(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)
工程光学,上,期末考试参考
答案
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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,
f'D/f'2,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
A A A' C B' B B H F H' F' B' A'
题2-1图 题2-2图
A
B' F1' F2 F1 F' F2' H'
B f ' A'
题2-3图
x
入瞳 y z 孔径光阑
F F’ 视场角2ω
题2-5图
物镜
x y
z
题2-4图 y x z x y z
题2-6图
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:
?__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(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)
xf',30mm,,,61(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)
f'h,f'o1? ,,,,,,,,6f'hf'f',,180 (mm)e23解:, 求得:
l',f',(,f'),30,180,210 (mm)H3
l',30 (mm)F
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:
物镜 目镜
h1 F1’(F2) F3’(F’) H’ -h2 fo' f3’=30 -fe -f'
lH'
r,,20mm50mm22(已知,的双凸透镜,置于空气中。物A位于第一球面前处,第二
5mm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:
A B B' A'
d l2
-l=50 l1' -l2'=-l3'
-l3
设:透镜的折射率为n
n'nn',n,,rl,,50mm1l'lr 物点A经折射成像在A'处,将已知条件代入公式 得
11nn,,,'5020l,1 ----?
112,,l,l',d,l'r2112l'lr A'经反射后,成像于B'点。故将,代入反射面公式,
111,,,''10ll21得: ----?
r1 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,,l,(d,5),53有,代入折射公式,得:
111n,,,'520l2 ----?
n,1.6 由???式解得:
答:透镜的折射率为1.6。
1500mm103(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
400mm300mm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)
2mm(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:
u1' h1 u2' h2 H' F1' F' d 300
400 f'=500
h,1f',,tgu'2,h1,,f',1,tgu'1,hhdtgu,,'211,h2,tgu',1,f',500mmd,100mm300,(1)将和代入公式 ,
f',250(mm)1得:
f'f'12f',,,,d,f',f'f',,300(mm)122,将代入牛顿公式 ,得:
D11,D,500,,50(mm)f'1010(2)因,则:
D50x,,,,,,25,D'2
f'xo,,,,25?,f'e(3),
500f',,20(mm)e25
250250x,,,12.5,ef'20e
(4)望远镜系统的结构如下图所示:
物镜 孔径光阑 目镜
u1' h1 u2' h2 H' F1' F' d 300 -fe=20 400 f'=500
111,,l'lf'l,,100mmf',,200mml',,66.67mm121将和代入公式,得:
111,,l'lf'l,,(66.67,320),,386.67mmf',20mm2e将和代入公式,
l',21.09(mm)z得出瞳距:
140"140",,,,2.8"D50(5)
225f'5,20e,x,,,,,,2(mm)10001000(6) (7)望远系统光路图如下:
物镜 孔径光阑 目镜 出瞳
Fo' (Fe)
H' d fo'=500 -fe=20 lz'