(完整版)光学系统设计(一)答案
光学系统设计答案
光学系统设计（二） 参考答案及评分标准20 分）二、填空题（本大题12小题。
每空1分，共20 分） 21.小22.色差、色差、场曲 23.95.5624.彗差、畸变、倍率色差 25.小、大 26.0.707带光 27.相等、相反 28.4、6 29.畸变 30.3：131.畸变、彗差 32.平行平板三、名词解释（本大题共5 小题。
每小题2 分，共 10 分）33．光程差：某种介质折射率与光在该介质中通过的几何路程的乘积，称为光在该介质中通过的光程，两束光光程之差称为光程差。
评分标准：答对主要意思得2分。
34．弧矢场曲：某一视场的弧矢像点相对于高斯像面的距离称为弧矢像面弯曲，简称弧矢场曲。
评分标准：答对主要意思得2分。
35．波像差：波像差就是实际波面和理想波面之间的光程差。
评分标准：主要意思正确得2分。
36．焦深：由于实际像点在高斯像点前后0l '∆范围以内，波像差不超过1/4波长，故把0l 2'∆定义为焦深，即20u n l 2''≤'∆λ。
评分标准：主要意思正确得2分。
37．等晕条件：轴外点具有与轴上点相同的成像缺陷，称之为等晕成像，欲达到这样的要求，则光学系统必须满足等晕条件。
评分标准：答对主要意思得2分。
四、简答题（本大题共 6 小题。
每小题 5 分，共30 分）38．若弧矢彗差0='S K ，是否满足等晕成像？若此时0='L δ，是否满足正弦条件？ 为什么？答：1）满足等晕成像，由于0y K C S s=''='，无正弦差，满足等晕条件； 2）满足正弦条件，若此时0='L δ，则U sin y n nysinU '''=，满足正弦条件。
评分标准：第一问答案正确得1分，理由解释正确得2分；第二问答案正确得1分，理由解释正确1分。
39．什么是二级光谱？对F 光和C 光校正系统色差后，相对于D 光，其二级光谱与焦距有何关系？答：1）当在带孔径对F 光和C 光校正了位置色差，它们和光轴的公共交点并不和D 光带孔径光线和光轴的交点重合，其偏差称为二级光谱。
工程光学习题参考答案解析第三章平面和平面系统设计
第三章 平面与平面系统1. 人照镜子时，要想看到自己的全身，问镜子要多长？人离镜子的距离有没有关系？ 解：镜子的高度为1/2人身高，和前后距离无关。
2有一双面镜系统，光线平行于其中一个平面镜入射，经两次反射后，出射光线与另一平面镜平行，问两平面镜的夹角为多少？ 解：OA M M //32 3211M M N M ⊥∴1''1I I -= 又 2''2I I -=∴α同理：1''1I I -=α 321M M M ∆中 ︒=-+-+180)()(1''12''2I I I I αO︒=∴60α 答：α角等于60︒。
3. 如图3-4所示，设平行光管物镜L 的焦距'f =1000mm ，顶杆离光轴的距离a =10mm 。
如果推动顶杆使平面镜倾斜，物镜焦点F 的自准直象相对于F 产生了y =2mm 的位移，问平面镜的倾角为多少？顶杆的移动量为多少？ 解：θ'2f y = rad 001.0100022=⨯=θ αθx=mm a x 01.0001.010=⨯=⨯=∴θ图3-44. 一光学系统由一透镜和平面镜组成，如图3-29所示。
平面镜MM 与透镜光轴垂直交于D点，透镜前方离平面镜600mm 有一物体AB ，经透镜和平面镜后，所成虚像''A ''B 至平面镜的距离为150mm,且像高为物高的一半，试分析透镜焦距的正负，确定透镜的位置和焦距，并画出光路图。
图3-29 习题4图解： 由于平面镜性质可得''B A 及其位置在平面镜前150mm 处 ''''B A 为虚像,''B A 为实像则211-=β 21'1-==L L β 450150600'=-=-L L 解得 300-=L 150'=L 又'1L -L 1='1f mm f 150'=∴ 答：透镜焦距为100mm 。
光学仪器的光学系统设计考核试卷
16.光学仪器的分辨率是指系统能够分辨出两个相邻点的最小距离。（）
17.光学系统的像散可以通过调整透镜的厚度来校正。（）
18.光学元件的表面质量越好，系统的成像质量越高。（）
19.光学设计软件中的“Profile”命令用于定义透镜的形状。（）
12.在光学设计中，以下哪些因素会影响系统的对比度？
A.光学元件的表面质量
B.光源亮度
C.系统的分辨率
D.环境光照
E.光学系统的色散
13.以下哪些光学设计方法可以用于提高光学系统的抗干扰能力？
A.使用抗反射涂层
B.优化光学系统布局
C.增加光学元件的数量
D.使用高折射率材料
E.使用偏振滤光片
14.在光学设计中，以下哪些参数可以用于描述系统的放大倍数？
A.望远镜放大倍数
B.系统的焦距
C.系统的数值孔径
D.物镜的直径
8.以下哪种光学设计方法适用于复杂光学系统的优化？
A.试错法
B.优化算法
C.经验法
D.概率法
9.光学系统中的“色散”是指？
A.颜色偏差
B.彩色像差
C.系统对不同波长的光线聚焦能力不同
D.系统对不同波长的光线成像质量不同
10.下列哪种光学材料对红外光具有良好的透光性？
A.物镜
B.目镜
C.分色镜
D.干涉滤光片
30.下列哪种光学设计方法适用于快速优化系统参数？
A.试错法
B.优化算法
C.经验法
D.概率法
二、多选题（本题共20小题，每小题1分，共20分，在每小题给出的选项中，至少有一项是符合题目要求的）
1.光学系统设计中，以下哪些因素会影响系统的分辨率？
光学设计报告
湖北第二师范学院《光学系统设计》题目：望远镜的设计姓名：刘琦学号:1050730017班级：10应用物理学目录望远系统设计............................................................................................... 第一部分：外形尺寸计算 .......................................................................... 第二部分：PW法求初始结构参数（双胶合物镜设计） ....................... 第三部分：目镜的设计 .............................................................................. 第四部分：像质评价 .................................................................................. 第五部分心得体会 ..................................................................................望远镜设计第一部分：外形尺寸计算一、各类尺寸计算 1、计算'f o 和'f e由技术要求有：1'4o Df =，又30D mm =，所以'120o f mm =。
又放大率Γ＝6倍，所以''206o e f f mm ==。
2、计算D 出303056D D D mm =∴===Γ物出物 3、计算D 视场2'2120416.7824o o D f tg tg mm ω==⨯⨯=视场4、计算'ω（目镜视场）''45o tg tg ωωωΓ⨯=⇒≈5、计算棱镜通光口径D 棱（将棱镜展开为平行平板，理论略）该望远系统采用普罗I 型棱镜转像，普罗I 型棱镜如下图：将普罗I 型棱镜展开，等效为两块平板，如下图：如何考虑渐晕？我们还是采取50%渐晕，但是拦掉哪一部分光呢？拦掉下半部分光对成像质量没有改善（对称结构，只能使光能减少），所以我们选择上下边缘各拦掉25%的光，保留中间的50%。
(完整)应用光学习题解答分解
一、填空题1、光学系统中物和像具有共轭关系的原因是 。
2、发生全反射的条件是。
3、 光学系统的三种放大率是 、 、 ，当物像空间的介质的折射率给定后,对于一对给定的共轭面，可提出 种放大率的要求。
4、 理想光学系统中，与像方焦点共轭的物点是 。
5、物镜和目镜焦距分别为mm f 2'=物和mm f 25'=目的显微镜,光学筒长△= 4mm ，则该显微镜的视放大率为 ，物镜的垂轴放大率为 ，目镜的视放大率为 。
6、 某物点发出的光经理想光学系统后对应的最后出射光束是会聚同心光束，则该物点所成的是(填“实”或“虚"）像。
7、人眼的调节包含 调节和 调节。
8、复杂光学系统中设置场镜的目的是。
9、要使公共垂面内的光线方向改变60度，则双平面镜夹角应为 30 度.10、近轴条件下，折射率为1.4的厚为14mm 的平行玻璃板,其等效空气层厚度为 10 mm 。
11、设计反射棱镜时，应使其展开后玻璃板的两个表面平行,目的是 保持系统的共轴性 。
12、有效地提高显微镜分辨率的途径是 提高数值孔径和减小波长 。
13、近轴情况下,在空气中看到水中鱼的表观深度要比实际深度 小 。
一、填空题1、光路是可逆的2、光从光密媒质射向光疏媒质，且入射角大于临界角I 0，其中，sinI 0=n 2/n 1。
3、垂轴放大率；角放大率；轴向放大率；一4、轴上无穷远的物点5、－20；－2； 106、实7、视度瞳孔8、在不影响系统光学特性的的情况下改变成像光束的位置,使后面系统的通光口径不致过大.9、3010、1011、12、13、小二、简答题1、什么是共轴光学系统、光学系统物空间、像空间？答:光学系统以一条公共轴线通过系统各表面的曲率中心，该轴线称为光轴，这样的系统称为共轴光学系统.物体所在的空间称为物空间，像所在的空间称为像空间.2、如何确定光学系统的视场光阑？答：将系统中除孔径光阑以外的所有光阑对其前面所有的光学零件成像到物空间。
光学设计期末考试题及答案
光学设计期末考试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 光学设计中，用于描述光束聚焦能力的参数是（）。
A. 焦距B. 光斑直径C. 光束质量D. 光束发散角2. 以下哪个不是光学系统的基本特性？（）A. 分辨率B. 放大倍数C. 色差D. 重量3. 在光学系统中，色差的类型不包括（）。
A. 球面色差B. 色差C. 色差D. 色差4. 光学系统中，为了校正色差，通常采用的光学元件是（）。
A. 透镜B. 反射镜C. 棱镜D. 滤光片5. 光学系统中，用于校正球面像差的常用方法是（）。
A. 使用非球面透镜C. 使用滤光片D. 使用棱镜6. 在光学设计中，用于描述成像质量的参数是（）。
A. 分辨率B. 放大倍数C. 色差D. 焦距7. 光学设计中，用于计算光学系统的像差的方法是（）。
A. 几何光学法B. 波动光学法C. 干涉光学法D. 衍射光学法8. 以下哪个不是光学设计软件的名称？（）A. ZemaxB. Code VC. MATLABD. Photoshop9. 光学设计中，用于描述光学系统成像能力的参数是（）。
A. 分辨率B. 放大倍数C. 色差D. 焦距10. 光学系统中，用于校正畸变的常用方法是（）。
A. 使用非球面透镜B. 使用反射镜D. 使用棱镜二、填空题（每空2分，共20分）11. 光学设计中，焦距是指从____到____的距离。
12. 光学系统中，色差的类型包括____和____。
13. 光学设计中，分辨率是指光学系统能够分辨的____。
14. 光学设计软件Zemax主要用于____。
15. 光学系统中，畸变是指成像时____和____的不一致。
16. 光学设计中，放大倍数是指成像系统成像的____与____的比值。
17. 光学设计中，非球面透镜主要用于校正____。
18. 光学设计软件Code V主要用于____。
19. 光学设计中，干涉光学法用于计算光学系统的____。
20. 光学系统中，衍射光学法用于研究光的____。
光学系统设计答案
光学系统设计（五）参考答案及评分标准 20 分）二、填空题（本大题11小题。
每空1分，共20 分）21.小22.色差、色差、场曲球心处、顶点处、齐明点处（r nn n L '+=） 25.%100y y y q z ⨯''-'='、前、29.场曲30.边缘、31.彗差、畸变、倍率色差三、名词解释（本大题共5 小题。
每小题2 分，共 10 分）32．像差：实际光学系统所成的像和近轴区所成的像之间的差异称为像差。
评分标准：主要意思正确得2分。
33．二级光谱：如果光学系统已对两种色光校正了位置色差，这两种色光的公共像点相对于第三种色光的像点位置仍有差异，该差异称为二级光谱。
评分标准：答对主要意思得2分。
34．焦深：由于实际像点在高斯像点前后0l '∆范围以内，波像差不超过1/4波长，故把0l 2'∆定义为焦深，即20u n l 2''≤'∆λ。
评分标准：主要意思正确得2分。
35．正弦差：正弦差是轴外小视场成像的宽光束的不对称性的量度，其表达公式为y K C S S ''≈'。
评分标准：主要意思正确得2分。
36．复消色物镜：校正了系统二级光谱的物镜，称为复消色物镜。
评分标准：答对主要意思得2分。
四、简答题（本大题共 6 小题。
每小题 5 分，共30 分）37．简述瑞利判断和斯托列尔准则，二者有什么关系？答：瑞利判断：实际波面与参考球面波之间的最大波像差不超过4/λ时，此波面可看作是无缺陷的。
斯托列尔准则：成像衍射斑中心亮度和不存在像差时衍射斑中心亮度之比8.0..≥D S 时，认为光学系统的成像质量是完善的。
这两个准则是相互一致的，当最大波像差为4/λ时，..D S 值刚好约等于 评分标准：答出每个准则的概念各得2分，关系正确得1分。
38．完全对称式系统，当⨯-=1β时，垂轴像差与沿轴像差有何特性？答：垂轴像差可以得到自动校正，即彗差、畸变和倍率色差均为零；而沿轴像差为系统半部像差的2倍，如球差、像散、场曲和位置色差。
玻璃光学仪器的光学系统设计考核试卷
C.棱镜
D.滤光片
5.下列哪种像差是由于光线通过透镜时速度不同引起的？（）
A.球面像差
B.彗差
C.色差
D.畸变
6.在光学设计中，下列哪个参数与光学系统的视场角无关？（）
A.入瞳直径
B.焦距
C.焦平面
D.主光线
7.以下哪种玻璃具有最低的光学密度？（）
A.重火石玻璃
B.轻火石玻璃
C.硼硅玻璃
D.镁铝硅玻璃
1.光学系统的焦距越长，视场角越小。（）
2.球面镜不会引入球面像差。（）
3.在光学系统中，透镜的曲率半径越小，球面像差越大。（）
4.光学玻璃的折射率与色散成反比关系。（）
5.使用非球面透镜可以完全消除球面像差。（）
6.光学系统的分辨率仅与透镜的数值孔径有关。（）
7.在光学设计中，透镜的间距对系统的成像质量没有影响。（）
11.在光学系统中，以下哪个元件可以实现光线的发散？（）
A.凸透镜
B.凹透镜
C.凸面镜
D.凹面镜
12.以下哪个概念表示光学系统对物体细节的分辨能力？（）
A.视场角
B.焦距
C.分辨率
D.数值孔径
13.下列哪种像差是由于透镜形状不完美引起的？（）
A.球面像差
B.彗差
C.色差
D.畸变
14.以下哪种玻璃具有最高的透光率？（）
B.环境温度
C.玻璃的色散
D.镜头的加工精度
6.以下哪些参数与光学系统的视场大小有关？（）
A.焦距
B.视场角
C.数值孔径
D.光圈
7.在光学仪器中，以下哪些元件可以用来扩大视场？（）
A.凸透镜
B.凹透镜
C.凸面镜
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光学系统设计（一）
参考答案及评分标准
一、单项选择题（本大题共 20小题。每小题 1 分，共 20 分）
题号 1-5 6-10 11-15 16-20
答案 BCAAD DCCBA BADDC ABDCA
二、填空题（本大题14小题。每空1分，共20 分）
21.球心处、顶点处、齐明点处（rnnnL）
22.%100yyyqz
23.0
24.球差
25.冕牌、火石
26.2111、2122
27.两面的公共球心处、两面的公共球心处
28.阿贝常数、CFDDnn1n
29.畸变
30.圆
31.0
32.二级光谱
33.f00052.0LFCD
34.EFFL
三、名词解释（本大题共5 小题。每小题2 分，共 10 分）
35．像差：实际光学系统所成的像和近轴区所成的像之间的差异称为像差。
评分标准：主要意思正确得2分。
36．子午场曲：某一视场的子午像点相对于高斯像面的距离称为子午像面弯曲，
简称子午场曲。
评分标准：答对主要意思得2分。
37．二级光谱：如果光学系统已对两种色光校正了位置色差，这两种色光的公共
像点相对于第三种色光的像点位置仍有差异，该差异称为二级光谱。
评分标准：答对主要意思得2分。
38.色球差：F光的球差和C光的球差之差，称为色球差，该差值也等于边缘光
和近轴光色差之差。
评分标准：答对得2分。
39．渐晕：轴外点成像光束的宽度较轴上点成像光束的宽度要小，造成像平面边
缘部分照度要比像平面中心部分照度低的现象，称为渐晕。
评分标准：答对主要意思得2分。
四、简答题（本大题共 6 小题。每小题 5 分，共30 分）
40．一物体的峰-谷比（peak to valley）是23.0，问是否满足Rayleigh条件？
答：满足Rayleigh条件，因为根据Rayleigh判断，实际波面和参考波面之间的
最大波像差(峰谷比)不超过0.25时，此波面可看作是无缺陷的成像质量较好。
评分标准：答对主要意思得5分。
41．在七种几何像差中，仅与孔径有关的像差有哪些？仅与视场有关的像差有哪
些？与视场和孔径都有关系的又有哪些？
答：仅与孔径有关的像差有：球差、位置色差；仅与视场有关的像差有：像散、
场曲、畸变、倍率色差；与视场和孔径都有关系的有：彗差
评分标准：第一问中每个答案正确得1分，第二问中每个答案正确得0.5分，第
三问中每个答案正确得1分。
42．一物体置于折射球面的球心处，其像在哪？放大倍率多少？若物在球面顶点，
其像又在何位置？放大倍率多少？
答：像分别在球心处和顶点处，放大倍率分别为n1和1。
评分标准：两位置答对各得1分，第一个放大倍率答对得2分，第二个得1分。
43. 什么是焦深，若像面向前或向后离焦半倍焦深，引起的波像差多大？
答：（1）实际像点无论在高斯像点之前或之后0l范围内，波像差都不会超过1/4
波长，所以把02l定义为焦深，即20unl2
（2）引起的波像差为4/。
评分标准：第一问答对大意得3分，第二问答案正确得2分。
44. 近视眼应佩戴何种透镜加以矫正？为什么？
答：应佩戴凹透镜加以矫正，使光线经过水晶体后发散，重新汇聚到视网膜上。
评分标准：答对大意得5分。
45. 在对称式光学系统中，当1时，哪几种初级像差可以得到自动校正？其
它初级像差有何特性？
答：垂轴像差：彗差、畸变、倍率色差均为0。
轴向像差：球差、像散、场曲、位置色差均为半部系统相应像差的两倍。
评分标准：第一问每个答案正确得1分，共3分；第二问每个答案正确得0.5分，
共2分。
五、计算题（每题10分，共20分）
46．设计一齐明透镜，第一面曲率半径95mmr1，物点位于第一面曲率中心处，
第二球面满足启明条件，若该透镜厚度5mmd，折射率5.1n，该透镜位于空
气中，求
（1）该透镜第二面的曲率半径；
（2）该启明透镜的垂轴放大率。
解：
（1）根据题意得，物点发出光线经第一面后按直线传播，相对于第二面，其物
距100mm595l2，根据齐明条件100mmrnnnl22222，可得
60mmr2
（2）150mm)60(15.2rnnnl22222由垂轴放大率公式lnln，得
1.5
1
1
，25.2100-l5.1lnln222222，则该透镜的垂轴放大率5.121
评分标准：每问5分，其中第一问中列对2l方程得3分，结果正确得2分；第二
问中，列对2l、2方程各得2分，结果正确得1分。
47．一个光学系统，已知其只包含初级和二级球差,更高级的球差可忽略不计。
已知该系统的边光球差为0mL，0.707带光球差为015.00707L，求：
1)分别求出0.5和0.85带光线的球差；
2)写出边缘光的初级和高级球差。
解：1) 4221)()(mmhhAhhAL，根据公式将0mL及015.00707L代入，得
到06.01A，06.02A 由此可求得：01125.05.0L及01203.085.0L
2）边缘光的初级球差为-0.06，边缘光的高级球差为0.06。
评分标准：第一问6分，第二问4分，共10分，其中列L方程得2分，两结果
正确分别得2分；第二问中答对每问分别得2分。