天津大学2014-2015学年工程光学期末考试试卷.doc
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天津大学工程光学(上)期末考试试卷
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
C
A
B
题2-1图
F'
A
B
F
H
H'
题2-2图
F2
题2-3图
F1
F1'
F2'
A
B
题2-5图
F
F'
z
x
y
物镜
题2-4图
z
x
y
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:
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,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,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)
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)
工程光学(上)期末考试参考答案
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
C
A
B
题2-1图
A'
B'
A'
F'
A
B
F
H
H'
题2-2图
B'
H'
F'
F2
题2-3图
F1
F1'
F2'
A
B
A'
B'
f'
入瞳
题2-5图
F
F'
视场角2ω
出瞳
z
x
y
物镜
题2-4图
z
x
y
z
x
y
题2-6图
z
x
y
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:
f3'=30
-h2
-f'
F3'(F')
F1'(F2)
h1
-fe
H'
fo'
物镜
目镜
lH'
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)
l2
-l3
-l2'=-l3'
-l=50
d
B'
A
B
A'
l1'
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±5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:
f'=500
400
300
d
H'
F'
u2'
h1
F1'
h2
u1'
(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:
-fe=20
f'=500
400
300
d
H'
F'
u2'
h1
F1'
h2
u1'
物镜
目镜
孔径光阑
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:
lz'
目镜
-fe=20
fo'=500
d
H'
Fo'(Fe)
物镜
孔径光阑
出瞳
工程光学(下)期末考试试卷
一、填空题(每题2分,共20分)
1.在夫琅和费单缝衍射实验中,以钠黄光(波长为589nm)垂直入射,若缝宽为0.1mm,则第1极小出现在( )弧度的方向上。
2.一束准直的单色光正入射到一个直径为1cm的汇聚透镜,透镜焦距为50cm,测得透镜焦平面上衍射图样中央亮斑的直径是cm,则光波波长为( )nm。
3.已知闪耀光栅的闪耀角为15o,光栅常数d=1mm,平行光垂直于光栅平面入射时在一级光谱处得到最大光强,则入射光的波长为(
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