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光信121工程光学考试卷

淮海工学院

13 - 14 学年第1 学期工程光学试卷(A闭卷)

光信121工程光学考试卷

一、判断题(本大题共10小题,每题1分,共10分)

()1、光从介质中传播时一定沿直线传播。

()2、光从一点传播到另一点,其路迹并不随意,而是沿光程为极值的路径传播的,即光程为极小、极大或稳定值。

()3、无限远点与有限远点的等光程反射面为抛物面。

()4、眼球等效一架可调焦可变动光圈的照相光学系统,其物像方空间焦距相等。

()5、凸透镜一定是正透镜,凹透镜一定是负透镜。

()6、一束光从一种介质进入另一种介质时,其光亮度不变。()7、单个折射球面构成的系统,物方主点、像方主点都重合于球面顶点。

()8、余弦辐射体是指发光物体在各个方向上的光亮度相同。()9、对同一种均匀介质,不同波长的光对应的折射率不同,其中红光对应的折射率比蓝光大。

()10、显微镜用于测量长度时,在物镜的实像面上放一刻有标尺的透明分划板,分划板与物镜间距离固定,但物距不一定能

调到使像正好成在分划板上,这样就产生测量误差。解决此

问题的办法是在物镜像方焦面上安放一个视场光阑。

二、选择题(单选,每题2分,共20分)

()1、一个物方、像方折射率相同的折射光学系统对实物成像时,其垂轴放大率-1〈β〈0,则结论正确的为:

A、成正立放大的虚像

B、成倒立缩小的虚像

C、成倒立缩小的实像

D、成正立缩小的实像

()2、在光学系统中,下列没有共轭关系的是

A、入瞳和出瞳

B、入窗和出窗

C、物方主点和像方主点

D、物方焦点和像方焦点()3、对于柯勒照明,正确的陈述是

A、光能利用率高

B、照明面的光照度均匀

C、照明系统的出瞳与后接系统的入瞳衔接

D、以上说法都不对

()4、在望远系统中加入场镜后,与原系统相比发生变化的量是

A、像方视场角

B、视觉放大率

C、出瞳距

D、出瞳直径

()5、Γ倍视觉放大率的望远镜,它的角放大率γ,垂轴放大率β和

轴向放大率α的关系为

A、γ=Γ,β=Γ,α=Γ2

B、γ=Γ,β=1/Γ,α=1/Γ2

C、γ=1/Γ,β=Γ,α=1/Γ2

D、γ=1/Γ,β=1/Γ,α=Γ2 ()6、以下几种初级像差中,当视场很小时就需要考虑的是

A、畸变

B、慧差

C、像散

D、场曲

()7、在校正球差时,一般只考虑一、二级球差的影响,当校正边缘带h m的球差为零时,残余球差的最大值出现在

A、0.85h m处

B、0.707h m处

C、0.50h m处

D、0.25h m处

()8、一物体经理想光学系统后成放大的实像,当物体向光学系统方向移动一微小距离时

A、其像变大

B、垂轴放大率β的绝对值变小

C、角放大率γ的绝对值变大

D、轴向放大率α的绝对值变小

()9、下列像差中只与孔径角有关的是

A、球差

B、畸变

C、细光束场曲

D、倍率色差()10、在物镜和像面之间加一厚为d折射率为n的平行平板后,像面位置将

A、向后移动d/n距离

B、向前移动d/n距离

C、向后移动(1-1/n)d距离

D、向前移动(1-1/n)d距离

三、填空题(每空1分,共25分)

1、光就其本质而言是一种电磁波,在真空中光波波长范围大致1mm~10nm,其中可见光波长范围在之间,波长

的光称红外光,而波长的光称紫外光。

2、如图所示为两个透明介质的分界面∑,折射率分别为n=1、n`=1.5,试导出一对有限远共轭点成完善成像的单个折射面∑的面形方程。

3、节点是角放大率等于+1的一对共轭点,若理想光学系统的物方像方焦距分别为f和 f `,则以焦点为原点的节点位置x J= ,x`J`= 。

4、光楔顶角为α折射率为n,当两光楔主截面平行,两楔角方向相同、相反和反向相同时,出射光线方向如何?其偏向角δa= ,δb= ,δc= 。

5、孔径光阑经前面光学系统成的像叫,经后面光学系统成的像叫。视场光阑经前面光学系统成的像叫,经后面光学系统成的像叫。

6、望远系统中,若孔径光阑位于物镜像方焦面上称,可用来准确测;若孔径光阑位于物镜物方焦面上,称,可用来准确测。

7、一面积为1cm2 的余弦平面辐射体,光通量为100lm,则光亮度L=

,平面法向光强度I N= ,光出射度M= 。与平面余弦辐射体正对方向有一平面物,两平面平行相距1m,中心在同一法线轴上,平面物面积10cm2,则平面物上光照度E= 。

8、对于单个折射球面,有三个特殊物点位置不产生球差,他们是(1)

,(2),(3),称齐明点。

9、照相机照相认为物在无限远,胶片曝光量与胶片上照度有关,光圈数F扩大一倍,照度将倍。

四、作图题(10分)

1、用作图法求下面图中物点A的像点A`(3分×2=6分)

光信121工程光学考试卷

2、画出二次反射直角棱镜的展开图,并写出光轴长度L(2分)

3、图为斯密特屋脊棱镜,设输入为右手坐标系,画出相应的输出坐标系。(2分)

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五、计算题(35分)

1、(6分)有一光线以300角入射于n=1和n`=1.5的平面分界面上,若以入射点为原点,法线从空气指向介质为y轴,界面方向为x轴,写出入射光线A、反射光线A``和折射光线A`的矢量式。

2、(6分)一平凸透镜,r1=50mm,r2=∞,d=10mm,n=1.5,一高为5mm 的物体垂直光轴放置,离透镜凸面-20mm,求像的位置和像高。

3、(10分)一光学系统由两透镜组成,焦距分别为100mm和50mm,相距为20mm,求组合焦距和基点位置,并在图上标出。一物高为10mm,距第一透镜30mm,则求像的位置和像高。

4、一显微镜物镜的垂轴放大倍率β=-5x,数值孔径NA=0.2,共轭距L=240mm,物镜框是孔径光阑,目镜焦距f `e=25mm。

(1)求显微镜的视觉放大率

(2)求出射光瞳直径

(3)求出射光瞳距离(镜目距)

(4)斜入射光照明时,λ=0.55μm,求目镜的通光孔径。

(5)求物镜通光孔径

(6)设物高2y=4mm,渐晕系数K=50%,求目镜的通光孔径。

5、(6分)一放大镜焦距f `=25mm ,通光孔径D=20mm ,眼睛距放大镜为50mm ,像距离眼睛在明视距离250mm ,渐晕系数K=50%,试求:(1)视觉放大率;(2)线视场;(3)物体的位置

有关公式

2

sin 2sin

,2,``

),11`(`)

1

1(,])1()()[1(`,

)cos cos `(`)

(2``,5.0,)`(41````,`11`1,`````min 21,22121`12212

22220αδαεε?????βρρλ

στπ+=

±=?-+==--

=-+=-+--=-+-+=?-===-=

-=-?--=Γn p a p d l

n nl d n n f l d n n f l d n r r n n r nr f N I n I n n n A A A N N A A NA f D L E r

n n l n l n f l l f D l p l f F F 明

淮 海 工 学 院

光信121工程光学考试卷

13 - 14 学年 第 1 学期 工程光学 试卷(A 卷闭卷)答案

一、判断题

1、×

2、√

3、√

4、×

5、×

6、×

7、√

8、√

9、× 10、√ 二、选择题

光信121工程光学考试卷

1、C

2、D

3、B

4、C

5、B

6、B

7、B

8、A

9、A 10、C 三、填空题

1、380~760nm 大于760nm 小于400nm

2、5.1200100)200(5.1)100(2

22222?+=++-++++y x z y x z

3、f ` f

光信121工程光学考试卷

4、2(n-1)α 0 2、-(n-1)α

5、入瞳 出瞳 入窗 出窗

6、物方远心光路 物高度 像方远心光路 物距

7、106/π=3.18×105cd/m 2 31.8cd 106l m/m 2 31.8l x

光信121工程光学考试卷

8、(1)L=0(L`=0,β=1)(2)L=r(=L`,β=n/n`), (3)L=(n+n`)r/n(L`=(n+n`)r/n`,β=n 2/n`2) 9、缩小1/4倍 四、作图题 1

2、

3、

五、计算题 1、

光信121工程光学考试卷

)2(414.12

548.02

32)cos cos `()

2(2

322322321)(2)

2(2

32160sin 60cos ,2

222000分分分解j i

j

j i N I n I n n n A A j i j j i A N N A A j i A j

i A j N :

+=++=-+-+='-=?-+=?-=''+=+== 2、 )

3(,25.6`1``

)3(,67.31`,05.475.1`1,

5.4725.1``,5.37`,505.0201`5.1212

22222221

111111分成虚像分mm y y l n l n mm l l l l n l n mm l l ====-==---===-==--ββββ 3、

光信121工程光学考试卷

解:θ=θ1+θ2-dθ1θ2=1/100+1/50-20/100×50=13/500 f`=500/13=38.46mm (2分) l `F` =f`(1-d/f`1)=38.46×(1-20/100)=30.77mm (1分) l `H`=l `F`-f`=30.77-38.46=-7.69mm (1分) l F =-f`(1-d/f`2)=-38.46×(1-20/50)=-23.08mm (1分) l H =l F -f=-23.08+38.46=15.38mm (1分) 图(1分)

l =-(30+15.38)=-45.38mm

1/l `-1/(-45.38)=1/38.46 ,l`=252.21mm (1分) l`*2=252.21-7.69=244.5mm (1分) y`=l `y/l =252.21×10/(-45.38)=-55.58mm (1分) 4、 解:(1)Γe =250/f`e =10,Γ=βΓe =-50x (1分) (2)物镜,l `-l =200,l `/l =-5, l =-40mm,l `=200mm 1/l `z -1/(-200-25)=1/25,l `z =28.125mm

NA=nsinu sinu=0.2 tanu=0.204

孔径光阑口径D=2×tanu×(-l )=2×0.204×40=16.32mm 出瞳直径D`=16.32×28.125/225=2.04mm (1分) (3) l `z =28.125mm (1分)

(4) ζ=0.5λ/NA=0.5×0.55×10-3/0.2=0.00138mm (1分) (5)D 物=D 孔=16.32mm (1分) (6)D 目/[2×(200+25)]=2/40, D 目=22.5mm (2分)

5、解:(1)

)2(2.22,25

1

12001,

20050250)3()2(11.119

2

.025022,92.0tan tan 2

.050

10

2tan ,5.0)2()

2(925

50252501`分分分口

mm l l l mm y p D k f l f f D l p l f -==--=-='-=??==Γ'==='='==-+=''-'=?'-''-'=Γωωω

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13 - 14 学年第1 学期工程光学试卷(B闭卷)

光信121工程光学考试卷

()1、物经一光学系统后在某处成一实像,现若在像处放物,则必在原物处能接收到像。

()2、如图为实物点P经光学系统二个面折射成像的光路图,由于P`在折射率n3的空间中,所以P`像对应的折射率为n3。

()3、平行平板成像时有像散,只有在近轴区以细光束成像时才成完善像。

()4、近视眼的远点在人眼前有限距离处,而远视眼的远点在眼后有限距离处。

()5、相同辐射功率不同波长的光对人眼的视觉灵敏度相同。()6、远处物体通过望远镜系统后所成的像是一个放大的像。()7、在非均匀介质中传播的光线是曲线,并且向折射率大的方向偏折。

()8、单正透镜产生负球差,单负透镜产生正球差,因此它们组合后可以校正球差。

()9、对于一个镜头的物像共轭距必在[4f `,∞)之间,且对给定

共轭距时有两个垂轴放大率β1和β2,并成倒数关系β1=1/β2

满足物像交换原则。

()10、凸透镜一定是正透镜,凹透镜一定是负透镜。

二、选择题(单选,每题2分共20分)

()1、将两个焦距分别为f `1和f `2的已知光组组合在一起,下列叙述正确的是

A、若f `1和f `2均为正值,则组合后的光组焦距f `为正

B、当光学间隔Δ=0时,组合后光组的光焦度为0

C、当光学间隔Δ增大时,组合后光组的焦距值变大

D、当两光组密接时,组合光组的焦距f `=f `1+f `2

()2、在生物显微镜系统中加入场镜后,将会出现下列哪种情况

A、系统的视觉放大率变化

B、出瞳距变大

C、在保证相同渐晕系数的情况下,目镜的通光口径变小

D、在保证相同渐晕系数的情况下,物镜的通光口径变小()3、在用照相机拍摄景物时,要获得较大的景深,应该

A、增大照相系统的入瞳直径

B、将对准平面置于无穷远处

C、选用长焦距镜头

D、增大光圈数

()4、一个焦距为50mm的放大镜,眼睛到它的距离为125mm

光信121工程光学考试卷

,物体经放大镜成像在明视距离处,放大镜的视觉放大率为

A、6

B、5

C、3.5

D、2.5

()5、1w的单色钠灯(λ=0.5893μm,V(λ)=0.80)与多少w 的单色红灯(λ=0.700μm,V(λ)=0.0041)对人眼的刺激

程度等效。

A、195.12w

B、683w

C、0.005125w

D、0.001464w ()6、在物镜和像面之间加一厚为d折射率为n的平行平板后,像面位置将

A、向后移动d/n距离

B、向前移动d/n距离

C、向后移动(1-1/n)d距离

D、向前移动(1-1/n)d距离()7、要分辨相距500nm的两点,用500nm波长的可见光斜照明,可求得所需显微镜的数值孔径NA。若采用40倍的物镜

和15倍的目镜,则观察结果为

A、物镜分辨率未被充分利用

B、有效放大

C、无效放大

D、不确定

()8、在望远系统中加入场镜后,与原系统相比有变化的是

A、像方视场角

B、视觉放大率

C、出瞳距

D、出瞳直径

()9、Γ倍视觉放大率的望远镜,它的角放大率γ,垂轴放大率β和轴向放大率α的关系为

A、γ=Γ,β=Γ,α=Γ2

B、γ=Γ,β=1/Γ,α=1/Γ2

C、γ=1/Γ,β=Γ,α=1/Γ2

D、γ=1/Γ,β=1/Γ,α=Γ2 ()10、在校正球差时,一般只考虑一、二级球差的影响,当校正边缘带h m的球差为零时,残余球差的最大值出现在

A、0.85h m处

B、0.707h m处

C、0.50h m处

D、0.25h m处

三、填空题(每空1分,共24分)

1、对各向同性正常色散的介质,波长长的红光的折射率于波长短的紫光的折射率,即光线经介质折射后向折射率的方向偏折。(填大、小、等于、不变或无关)

2、如图为实物P,经光学系统后最终成虚像P``,折射率分别为n1、n2和n3,则虚像P``对应的空间折射率为。

3、一束光线入射于平面镜后反射,若平面镜以通过入射点垂直入射面的轴向某一方向旋转α角,则反射光线沿方向旋转角。双平面镜的夹角为α,入射光线依次在二平面镜各反射一次,则出射光线与原入射光线之间的夹角为,与入射角。

4、限制光束的光学元件边框或带孔的薄金属片叫光阑,按用途可分为

、、、。

5、有一等边三棱镜,钠黄光在棱镜的两个折射面折射后的最小偏向角为38.60,则此时光线的入射角I1= ,该棱镜的折射率n= 。

6、一架照相机,物镜焦距f `=70mm,取相对孔径D/f `=1/3.5,在对准距离p=3m进行拍摄,人眼极限分辨率为ε=1`,则近景平面位置p2= ,远景平面位置p1= ,景深Δ=。

7、单色像差有五种,色差有二种。

8、轴外物点发出充满孔径的上下光线对经光学系统后的交点不再在物点通过孔径中心的主光线上,交点到主光线的垂轴距离叫,交点到高斯像面的轴向距离叫。轴外物点发出充满孔径的前后光线对经光学系统后的交点与前述上下光线对的交点的轴向距离叫。

9、机械补偿式变焦距光学系统,可依靠变倍组的线性轴向移动,补偿组的移动达到改变系统焦距。对照相或电影摄像可认为x→∞,则变焦比变倍比。物像平面固定时,各个透镜移动引起的各共轭距变动的代数和为。

四、作图题(10分)

1、用作图法求物点P、物AB的像点P`及像A`B`(3分×2=6分)

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2、画出300直角棱镜的展开图,并写出光轴长度(设入射光束孔径D=斜边长/2)(2分)

3、图为五角屋脊棱镜,设输入为右手坐标系,画出相应的输出坐标系。(2分)五、计算题(36分)

1、(6分)一束平行细光束入射到一半径r=50mm折射率n=1.6的玻璃球上,求其会聚点的位置。如果其凹面镀反射膜,则反射光束又经前表面折射后最终会聚点的位置又在何处?虚实如何?

2、(9分)一等凸厚透镜,n=1.5,r1=100mm,r2= -100mm,d=20mm,试求透镜的焦距和基点位置。如果l1= -500mm,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,则该轴应装在何处?

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3、一开普勒望远镜系统,物镜焦距f `o=108mm,通光口径为30mm,目镜的焦距f `e=18mm,通光口径为20mm,如果系统中没有视场光阑,问望远镜的最大极限视场角等于多少?渐晕系数K=0.5的视场角等于多少?

4、(9分)为看清1km处相隔30mm的两个点(设1`=0.0003rad),若用开普勒望远镜观察,则:

(1)求开普勒望远镜的视觉放大率

(2)若筒长L=110mm,求物镜和目镜的焦距

(3)物镜框是孔径光阑,求出射光瞳距离

(4)为满足工作放大率要求,求物镜的通光孔径

(5)视度调节在±5D(屈光度),求目镜的移动量

(6)若物方视场角2ω=60,求像方视场角

(7)渐晕系数K=50%,求目镜的通光孔径5、(6分)某摄影镜头f `=60mm,F=4,画幅尺寸为24×36mm2 ,孔径光阑位于镜头后方15mm处,求:

(1)镜头视场角

(2)入瞳、出瞳的位置和大小

(3)F数调至8时,像面光照度变化多少?

有关公式

sin

2

sin

,

2

,

`

`

),

1

1

`(

`

)

1

1(

,

]

)1

(

)

(

)[

1

(

`

,

)

cos

cos

`

(

`

)

(

2

``

,

5.0

,)

`

(

4

1

`

`

`

`

,

`

1

1

`

1

,

`

`

`

`

`

min

2

1,2

2

1

2

1

`

1

2

2

1

2

2

2

2

2

α

δ

α

ε

ε

?

?

?

?

?

β

ρ

ρ

λ

σ

τπ

+

=

±

=

?

-

+

=

=

-

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-

+

-

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-

+

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-

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-

=

-

?

-

-

=

Γ

n

p

a

p

d

l n

nl

d

n

n

f

l

d

n

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f

l

d

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r

r

n

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r

nr

f

N

I

n

I

n

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A

A

A

N

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A

A

NA

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D

L

E

r

n

n

l

n

l

n

f

l

l

f

D

l

p

l

f

F

F

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13 - 14 学年第1 学期工程光学试卷(B闭卷)答案

一、判断题

1、√

2、×

3、√

4、√

5、×

6、×

7、√

8、√

9、√ 10、×

二、选择题

1、B

2、C

3、D

4、C

5、A

6、C

7、C

8、C

9、B

10、B

三、填空题

1、小大

2、n3

3、同一2α 2α 无关

4、孔径光阑视场光阑渐晕光阑消杂光光阑

5、300 1.5163

6、2.875m 3.136m 0.261m

7、球差、慧差(正弦差)、像散、场曲和畸变位置色差和倍率色差

8、慧差场曲像散

9、非线性轴向等于0

四、作图题

1、

2、3、

五、计算题

1、解:

)

2(

,

50

150

`

,

150

`

,

50

6.0

71

.

85

6.1

`

1

71

.

85

)

29

.

14

100

(

180

)

1(

29

.

14

`

,

50

2

33

.

33

1

`

1

,

33

.

33

)2(

)

3(

,

67

.

16

`

,

50

6.0

33

.

33

6.1

`

1

,

33

.

33

33

.

133

`

,

50

6.0

`

6.1

,

`

`

`

)1(

2

3

3

3

3

1

2

2

2

2

2

2

2

2

1

1

1

1

1

1

虚像

面后

即在

再倒回去

倒置

面折射

实像

面反射

实像面

mm

O

mm

l

mm

l

l

mm

l

O

mm

l

l

mm

l

O

mm

l

l

mm

l

O

mm

l

l

r

n

n

l

n

l

n

O

=

-

=

-

-

=

-

-

-

=

-

-

=

-

=

-

=

+

=

=

-

-

=

-

=

=

=

-

=

-

光信121工程光学考试卷

光信121工程光学考试卷

光信121工程光学考试卷

光信121工程光学考试卷

2、解:

)

1(`)`()2(0.1239.60.130`*,0.130`,45

.10319.5061`19.5069.6500)1(9.645.10355.96`)1(55.96)100

1

(205.15.01(45.103)11`()

1(9.645.10355.96```)

1(55.96)100

1

205.15.01(45.103)11`(`)

2(45.103]205.0)200(5.1[5.0)

100(1002.1])1()()[1(`22``11221分转动像点不变处时轴装在分分分分分分。,H J mm l mm l l mm l mm f l l mm d n n f l mm f l l mm d n n f l mm d n r r n n r nr f F H F F H F =-===---=--==+-=+=-=-??+?-=-+

-=-=-=-==??-?=--==?+-?-??=-+--=ρρ

光信121工程光学考试卷

3、解:(1)最大极限视场角 K=0,只有上光线通过目镜边缘

光信121工程光学考试卷

x/(108+18+x)=10/15 x=252mm

y/15=(252+18)/(126+252) y=10.7mm tan(-ωm )=10.7/108 -2ωm =11.330

(4分)

(2)

K=0.5

光信121工程光学考试卷

tan(-ω)=D 目/[2×(f`o -f e )]=10/126 -2ω=9.080 (2分)

4、解;(1)tanω=0.03/1000=3×10-5 Γ=-0.0003/(3×10-5)=-10x (2分)

(2)Γ=-f `o /f `e =-10 11f `e =110 f `e =10mm f `o =100mm (2分) (3)1/l `z -1/(-110)=1/10 l `z =11mm (1分)

(4)Γ`=2.3×10 D=23mm (1分) (5)x=±5×102/1000=±0.5mm (1分)

(6)Γ=tanω`/tanω tanω`=10tan30 ,ω`=27.660 2ω`=55.320(1分) (7)D 目/2×110=tan30 D 目=11.53mm (1分)

5、解:(1)视场角tanω=-60

236242

2?+=-0.3606

ω=-19.830 2ω=39.650 (2分)

(2)出瞳即孔径光阑本身,位于镜头后15mm 处 入瞳 物像共轭距l `=15mm

1/15-1/l =1/60 l =20mm 即入瞳位于镜头后20mm 处

D 入/f`=1/4 D 入=15mm

D 入/D 出=20/15 D 出=11.25mm (2分) (3) E`0=ηπL/(2F)2

F 由4增大至8,E`0像面光照度减为原来的1/4。(2分)