工程光學〔上〕期末考試試卷一．問答題：〔共12分，每題3分〕1．攝影物鏡的三個重要參數是什么？它們分別決定系統的什么性質？2．為了保證測量精度，測量儀器一般采用什么光路？為什么？3．顯微物鏡、望遠物鏡、照相物鏡各應校正什么像差？為什么？4．評價像質的方法主要有哪幾種？各有什么優缺點？二．圖解法求像或判斷成像方向：〔共18分，每題3分〕1．求像A'B'2．求像A'B'3．求物AB經理想光學系統后所成的像，并注明系統像方的基點位置和焦距4．判斷光學系統的成像方向5．求入瞳及對無窮遠成像時50%漸暈的視場6．判斷棱鏡的成像方向CCAB題2-1圖F'ABFHH'題2-2圖FF2題2-3圖F1F1'F2'AB題2-5圖題2-5圖FF'zxy物鏡題2-4圖zxy題2-6圖三．填空：〔共10分，每題2分〕1．照明系統與成像系統之間的銜接關系為：①________________________________________________②________________________________________________2．轉像系統分____________________和___________________兩大類，其作用是：_________________________________________3．一學生帶500度近視鏡，那么該近視鏡的焦距為_________________,該學生裸眼所能看清的最遠距離為_________________。4．光通過光學系統時能量的損失主要有：________________________,________________________和_______________________。5．激光束聚焦要求用焦距較________的透鏡，準直要用焦距較________的透鏡。四．計算題：〔共60分〕1．一透鏡焦距，如在其前邊放置一個的開普勒望遠鏡，求組合后系統的像方基點位置和焦距，并畫出光路圖。〔10分〕2．，的雙凸透鏡，置于空氣中。物A位于第一球面前處，第二面鍍反射膜。該物鏡所成實像B位于第一球面前，如下圖。假設按薄透鏡處理，求該透鏡的折射率n。〔20分〕3．物鏡焦距為，相對孔徑，對無窮遠物體成像時，由物鏡第一面到像平面的距離為，物鏡最后一面到像平面的距離為。〔1〕按薄透鏡處理，求物鏡的結構參數；〔8分〕〔2〕假設用該物鏡構成開普勒望遠鏡，出瞳大小為，求望遠鏡的視覺放大率；〔4分〕〔3〕求目鏡的焦距、放大率；〔4分〕〔4〕如果物鏡的第一面為孔徑光闌，求出瞳距；〔6分〕〔5〕望遠鏡的分辨率；〔2分〕〔6〕如果視度調節為折光度，目鏡應能移動的距離。〔2分〕〔7〕畫出光路圖。〔4分〕工程光學〔上〕期末考試參考答案一．簡答題：〔共12分，每題3分〕1．攝影物鏡的三個重要參數是什么？它們分別決定系統的什么性質？答：攝影物鏡的三個重要參數是：焦距、相對孔徑和視場角。焦距影響成像的大小，相對孔徑影響像面的照度和分辨率，視場角影響成像的范圍。2．為了保證測量精度，測量儀器一般采用什么光路？為什么？答：為了保證測量精度，測量儀器一般采用物方遠心光路。由于采用物方遠心光路時，孔徑光闌與物鏡的像方焦平面重合，無論物體處于物方什么位置，它們的主光線是重合的，即軸外點成像光束的中心是相同的。這樣，雖然調焦不準，也不會產生測量誤差。3．顯微物鏡、望遠物鏡、照相物鏡各應校正什么像差？為什么？答：顯微物鏡和望遠物鏡應校正與孔徑有關的像差，如：球差、正弦差等。照相物鏡那么應校正與孔徑和視場有關的所有像差。因為顯微和望遠系統是大孔徑、小視場系統，而照相系統那么是一個大孔徑、大視場系統。4．評價像質的方法主要有哪幾種？各有什么優缺點？答：評價像質的方法主要有瑞利〔Reyleigh〕判斷法、中心點亮度法、分辨率法、點列圖法和光學傳遞函數〔OTF〕法等5種。瑞利判斷便于實際應用，但它有不夠嚴密之處，只適用于小像差光學系統；中心點亮度法概念明確，但計算復雜，它也只適用于小像差光學系統；分辨率法十分便于使用，但由于受到照明條件、觀察者等各種因素的影響，結果不夠客觀，而且它只適用于大像差系統；點列圖法需要進行大量的光線光路計算；光學傳遞函數法是最客觀、最全面的像質評價方法，既反映了衍射對系統的影響也反映了像差對系統的影響，既適用于大像差光學系統的評價也適用于小像差光學系統的評價。二．圖解法求像或判斷成像方向：〔共18分，每題3分〕1．求像A'B'〔圖中C為球面反射鏡的曲率中心〕2．求像A'B'3．求物AB經理想光學系統后所成的像，并注明系統像方的基點位置和焦距4．判斷光學系統的成像方向5．求入瞳及對無窮遠成像時50%漸暈的視場6．判斷棱鏡的成像方向CCAB題2-1圖A'B'A'F'ABFHH'題2-2圖B'HH'F'F2題2-3圖F1F1'F2'ABA'B'f'入瞳題2-5入瞳題2-5圖FF'視場角2ω出瞳zxy物鏡題2-4圖zxyzxy題2-6圖zxy三．填空：〔共10分，每題2分〕1．照明系統與成像系統之間的銜接關系為：①__照明系統的拉赫不變量要大于成像系統的拉赫不變量___②__保證兩個系統的光瞳銜接和成像關系_________________2．轉像系統分___棱鏡式___________和___透鏡式__________兩大類，其作用是：_使物鏡所成的倒像轉變為正像。3．一學生帶500度近視鏡，那么該近視鏡的焦距為_____-0.2米________,該學生裸眼所能看清的最遠距離為___眼前0.2米__________。4．光通過光學系統時能量的損失主要有：_兩透明介質面上的反射損失______,__介質吸收的損失_____________和_____反射面的光能損失__。5．激光束聚焦要求用焦距較__短____的透鏡，準直要用焦距較__長______的透鏡。四．計算題：〔共60分〕1．一透鏡焦距，如在其前邊放置一個的開普勒望遠鏡，求組合后系統的像方基點位置和焦距，并畫出光路圖。〔10分〕解：,

求得：答：組合后的焦距是-180mm。基點位置如下圖。其光路圖如下所示：ff3'=30-h2-f'F3'(F')F1'(F2)h1-feH'fo'物鏡目鏡lH'2．，的雙凸透鏡，置于空氣中。物A位于第一球面前處，第二面鍍反射膜。該物鏡所成實像B位于第一球面前，如下圖。假設按薄透鏡處理，求該透鏡的折射率n。〔20分〕l2l2-l3-l2'=-l3'-l=50dB'ABA'l1'設：透鏡的折射率為n物點A經折射成像在A'處，將條件代入公式得

----①A'經反射后，成像于B'點。故將，代入反射面公式，得：

----②B'點再經折射成像在B點。根據光路的可逆性，將B視為物，B'點視為像，有，代入折射公式，得：

----③由①②③式解得：答：透鏡的折射率為1.6。3．物鏡焦距為，相對孔徑，對無窮遠物體成像時，由物鏡第一面到像平面的距離為，物鏡最后一面到像平面的距離為。〔1〕按薄透鏡處理，求物鏡的結構參數；〔8分〕〔2〕假設用該物鏡構成開普勒望遠鏡，出瞳大小為，求望遠鏡的視覺放大率；〔4分〕〔3〕求目鏡的焦距、放大率；〔4分〕〔4〕如果物鏡的第一面為孔徑光闌，求出瞳距；〔6分〕〔5〕望遠鏡的分辨率；〔2分〕〔6〕如果視度調節為5折光度，目鏡應能移動的距離。〔2分〕〔7〕畫出光路圖。〔4分〕解：根據題意，畫出物鏡的結構圖如下：ff'=500400300dH'F'u2'h1F1'h2u1'(1)將和代