工程光学-第二章习题解析
工程光学课后答案完整版_机械工业出版社_第二版_郁道银
第一章习题1、已知真空中的光速c＝3 m/s，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、金刚石（n=2.417）等介质中的光速。
解：则当光在水中，n=1.333时，v=2.25 m/s,当光在冕牌玻璃中，n=1.51时，v=1.99 m/s,当光在火石玻璃中，n＝1.65时，v=1.82 m/s，当光在加拿大树胶中，n=1.526时，v=1.97 m/s，当光在金刚石中，n=2.417时，v=1.24 m/s。
2、一物体经针孔相机在屏上成一60mm大小的像，若将屏拉远50mm，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。
解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到针孔的初始距离为x，则可以根据三角形相似得出：所以x=300mm即屏到针孔的初始距离为300mm。
3、一厚度为200mm的平行平板玻璃（设n=1.5），下面放一直径为1mm的金属片。
若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片最小直径应为多少？解：令纸片最小半径为x,则根据全反射原理，光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射，而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。
而全反射临界角求取方法为：(1)其中n2=1, n1=1.5,同时根据几何关系，利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为：(2)联立（1）式和（2）式可以求出纸片最小直径x=179.385mm，所以纸片最小直径为358.77mm。
4、光纤芯的折射率为n1、包层的折射率为n2,光纤所在介质的折射率为n0，求光纤的数值孔径（即n0sinI1,其中I1为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。
解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律则有： n0sinI1=n2sinI2 (1)而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射，使得光束可以在光纤内传播，则有：(2)由（1）式和（2）式联立得到n0 sinI1 .5、一束平行细光束入射到一半径r=30mm、折射率n=1.5的玻璃球上，求其会聚点的位置。
工程光学课后答案-第二版-郁道银
工程光学第一章习题1、已知真空中的光速c＝3 m/s，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、金刚石（n=2.417）等介质中的光速。
解：则当光在水中，n=1.333时，v=2.25 m/s,当光在冕牌玻璃中，n=1.51时，v=1.99 m/s,当光在火石玻璃中，n＝1.65时，v=1.82 m/s，当光在加拿大树胶中，n=1.526时，v=1.97 m/s，当光在金刚石中，n=2.417时，v=1.24 m/s。
2、一物体经针孔相机在屏上成一60mm大小的像，若将屏拉远50mm，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。
解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到针孔的初始距离为x，则可以根据三角形相似得出：所以x=300mm即屏到针孔的初始距离为300mm。
3、一厚度为200mm的平行平板玻璃（设n=1.5），下面放一直径为1mm的金属片。
若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片最小直径应为多少？解：令纸片最小半径为x,则根据全反射原理，光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射，而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。
而全反射临界角求取方法为：(1)其中n2=1, n1=1.5,同时根据几何关系，利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为：(2)联立（1）式和（2）式可以求出纸片最小直径x=179.385mm，所以纸片最小直径为358.77mm。
4、光纤芯的折射率为n1、包层的折射率为n2,光纤所在介质的折射率为n0，求光纤的数值孔径（即n0sinI1,其中I1为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。
解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律则有：n0sinI1=n2sinI2 (1)而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射，使得光束可以在光纤内传播，则有：(2)由（1）式和（2）式联立得到n0 sinI1 .5、一束平行细光束入射到一半径r=30mm、折射率n=1.5的玻璃球上，求其会聚点的位置。
工程光学习题参考答案第二章理想光学系统
第二章 理想光学系统1.针对位于空气中的正透镜组()0'>f 及负透镜组()0'<f ，试用作图法分别对以下物距 ∞---∞-,,2/,0,2/,,2,f f f f f ,求像平面的位置。
解：1.0'>f ()-∞=l a()'2f l b -=()f f l c =-=()/f l d -=()0=l e()/f l f =')(f f l g -=='22)(f f l h -==+∞=l i )(2.0'<f -∞=l a )(l b )(=l c =)(/)(f l d -=0 el(=)f=l2/ (f)()fg=l(=h)ll i)(+∞=2. 已知照相物镜的焦距f’＝75mm,被摄景物位于（以F 点为坐标原点）=x ,2,4,6,8,10,m m m m m -----∝-处，试求照相底片应分别放在离物镜的像方焦面多远的地方。
解： （1）x= -∝ ，xx ′=ff ′ 得到：x ′=0 （2）x ′= （3）x ′= （4）x ′= （5）x ′=（6）x ′=3.设一系统位于空气中，垂轴放大率*-=10β，由物面到像面的距离（共轭距离）为7200mm ， 物镜两焦点间距离为1140mm 。
求该物镜焦距，并绘出基点位置图。
解:∵ 系统位于空气中，f f -='10''-===ll y y β 由已知条件：1140)('=+-+x f f7200)('=+-+x l l解得：mm f 600'= mm x 60-=4.已知一个透镜把物体放大*-3投影到屏幕上，当透镜向物体移近18mm 时，物体将被放大*-4，试求透镜的焦距，并用图解法校核之。
解：方法一：31'11-==l l β ⇒ ()183321'1--=-=l l l ①42'22-==l l β ⇒ 2'24l l -= ② 1821+-=-l l ⇒ 1821-=l l ③ '/1/1/11'1f l l =-'/1/1/12'2f l l =-将①②③代入④中得 mm l 2702-= mm l 1080'2-= ∴ mm f 216'=方法二： 311-=-=x fβ 422-=-=x fβ ⇒ mm f 216-= 1812=-x x方法三： 12)4)(3(21''=--==∆∆=ββαnn x x2161812'-=⨯=∆x''fx -=β143''''2'121=+-=∆=+-=-∴fx fx x ββ mm x f 216''=∆=∴5.一个薄透镜对某一物体成实像，放大率为⨯-1,今以另一个薄透镜紧贴在第一个透镜上，则见像向透镜方向移动，放大率为原先的3/4倍，求两块透镜的焦距为多少 解：⇒ 2'21'1/1/1/1/1l l l l -=- ④6.有一正薄透镜对某一物成倒立的实像，像高为物高的一半，今将物面向物体移近100mm ， 则所得像与物同大小，求该正透镜组的焦距。
工程光学基础教程 习题答案(完整)
第一章 几何光学基本定律1. 已知真空中的光速c ＝3810⨯m/s ，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、金刚石（n=2.417）等介质中的光速。
解：则当光在水中，n=1.333时，v=2.25 m/s, 当光在冕牌玻璃中，n=1.51时，v=1.99 m/s, 当光在火石玻璃中，n ＝1.65时，v=1.82 m/s ， 当光在加拿大树胶中，n=1.526时，v=1.97 m/s ，当光在金刚石中，n=2.417时，v=1.24 m/s 。
2. 一物体经针孔相机在 屏上成一60mm 大小的像，若将屏拉远50mm ，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。
解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到针孔的初始距离为x ，则可以根据三角形相似得出：,所以x=300mm即屏到针孔的初始距离为300mm 。
3. 一厚度为200mm 的平行平板玻璃（设n =1.5），下面放一直径为1mm 的金属片。
若在玻璃板上盖一圆形的纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片的最小直径应为多少？2211sin sin I n I n = 66666.01sin 22==n I745356.066666.01cos 22=-=I1mm I 1=90︒n 1 n 2200mmL I 2 x88.178745356.066666.0*200*2002===tgI xmm x L 77.35812=+=4.光纤芯的折射率为1n ，包层的折射率为2n ，光纤所在介质的折射率为0n ，求光纤的数值孔径（即10sin I n ，其中1I 为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。
解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律则有： n 0sinI 1=n 2sinI 2 (1)而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射，使得光束可以在光纤内传播，则有：(2)由（1）式和（2）式联立得到n 0 .5. 一束平行细光束入射到一半径r=30mm 、折射率n=1.5的玻璃球上，求其会聚点的位置。
工程光学第二版习题答案(李湘宁_贾志宏)
丝，问其通过球面的共轭像在何处？当入射高度
h=10mm，实际光线的像方截距为多少？与高斯像面的距离
为多少？
解：
8、一球面镜半径 r=-100mm, 求 ＝ 0 ， -0.1 ， -0.2 ， -1 ，1 ， 5， 10，∝时的物距像距。
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解：（ 1）
东北石油大学测控 09 级工程光学期末复习资料
解：
100mm，则所得像与物
6．希望得到一个对无限远成像的长焦距物镜，焦距 系统最后一面到像平面的距离 （工作距） 为 并画出光路图。
解：
=1200mm，由物镜顶点到像面的距离 L=700 mm，由 ，按最简单结构的薄透镜系统考虑， 求系统结构，
7．一短焦距物镜，已知其焦距为 系统结构。
35 mm，筒长 L=65 mm，工作距 , 按最简单结构的薄透镜系统考虑，求
3．一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 600 mm有一物体 AB，经透镜和平面镜后，所成虚像
至平面镜的距离为 150 mm，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。
解：平面镜成 β =1 的像，且分别在镜子两侧，物像虚实相反 级工程光学期末复习资料
第六章习题
1．如果一个光学系统的初级子午彗差等于焦宽（），则
应等于多少？
解：
2．如果一个光学系统的初级球差等于焦深
（），则
应为多少？ 解：
3． 设计一双胶合消色差望远物镜，
和火石玻璃 F2（
，
面的曲率半径。
解：
，采用冕牌玻璃 K9 （
解：设一个气泡在中心处，另一个在第二面和中心之间。
工程光学习题解答--第二章-理想光学系统
第二章 理想光学系统1.针对位于空气中的正透镜组()0'>f 及负透镜组()0'<f ，试用作图法分别对以下物距 ∞---∞-,,2/,0,2/,,2,f f f f f ,求像平面的位置。
解：1.0'>f ()-∞=l a()'2f l b -=()f f l c=-=()/f l d -=()0=l e()/f lf =')(f f l g -=='22)(f f l h -==+∞=l i )(2.0'<f -∞=l a )(l b )(=l c =)(/)(f l d -=0 el(=)f=l2/ (f)()fg=l(=h)ll i)(+∞=2. 已知照相物镜的焦距f’＝75mm,被摄景物位于（以F 点为坐标原点）=x ,2,4,6,8,10,m m m m m -----∝-处，试求照相底片应分别放在离物镜的像方焦面多远的地方。
解： （1）x= -∝ ，xx ′=ff ′ 得到：x ′=0 （2）x ′=0.5625 （3）x ′=0.703 （4）x ′=0.937 （5）x ′=1.4（6）x ′=2.813.设一系统位于空气中，垂轴放大率*-=10β，由物面到像面的距离（共轭距离）为7200mm ， 物镜两焦点间距离为1140mm 。
求该物镜焦距，并绘出基点位置图。
解:∵ 系统位于空气中，f f -='10''-===ll y y β 由已知条件：1140)('=+-+x f f7200)('=+-+x l l解得：mm f 600'= mm x 60-=4.已知一个透镜把物体放大*-3投影到屏幕上，当透镜向物体移近18mm 时，物体将被放大*-4，试求透镜的焦距，并用图解法校核之。
解：方法一：31'11-==l l β ⇒ ()183321'1--=-=l l l ①42'22-==l l β ⇒ 2'24l l -= ② 1821+-=-l l ⇒ 1821-=l l ③ '/1/1/11'1f l l =-'/1/1/12'2f l l =-将①②③代入④中得 mm l 2702-= mm l 1080'2-= ∴ mm f 216'=方法二： 311-=-=x fβ 422-=-=x fβ ⇒ mm f 216-= 1812=-x x方法三： 12)4)(3(21''=--==∆∆=ββαnn x x2161812'-=⨯=∆x''fx -=β143''''2'121=+-=∆=+-=-∴fx fx x ββ mm x f 216''=∆=∴5.一个薄透镜对某一物体成实像，放大率为⨯-1,今以另一个薄透镜紧贴在第一个透镜上，则见像向透镜方向移动，放大率为原先的3/4倍，求两块透镜的焦距为多少？ 解：⇒ 2'21'1/1/1/1/1l l l l -=- ④6.有一正薄透镜对某一物成倒立的实像，像高为物高的一半，今将物面向物体移近100mm ， 则所得像与物同大小，求该正透镜组的焦距。
工程光学第二章练习参考答案
f 2' ' f1 f 2'
D2 20 x 0.714286 tg 2 ' 2 0.09920635 f1 108
5.66557
2 11.331
渐晕50%视场
ω
F1’ F2
D2 20 tg 2' 2 0.07936508 f1 108
8
(2)
100
f o' f e' 100 ' fo f' 8 e
f o' 88.89mm ' f e 11.11mm
第七章 (3)
6
-l=-100
l’
1 1 1 l ' 100 11.11 l ' 12.5mm
第七章 (4)
l1 90, l1 ' 270
第二章
4
l1 90,
l1 ' 270
1 1 1 l1 ' l1 f ' f ' 67.5 1 1 1 270 90 f '
第二章
4
1 1 1 l1 ' l1 f ' 1 1 1 l2 ' l2 f'
1 1 1 3l1 l1 f ' 1 1 1 4l 2 l 2 f'
f '1 f '2 f '1 f '2 f ' d f '1 f 2 f '2 240mm
450 f '2 1200 300 450 f '2
第二章 10
f '1 f '2 f '1 f '2 f ' 100 d f '1 f 2 100 50 100 d 100 50 d 100mm
工程光学第2章习题
（1）折射玻璃球
成像过程：光束先经左侧
球面折射形成像,再经右侧
球面折射形成像。
Q n n n n l l r
求得:
l1
9Байду номын сангаас, 1
nl1 nl1
0
l2 90 60 30
l2
15, 2
nl2 nl2
0
12 0
物像虚实相同,为实像.
（2）若凸面镀上反射膜， 光束经左侧球面反射成像.
Q 1 1 2 l l r
2-8 一个实物放在曲率半径为R的凹面镜前的什么位置才能得到（1）垂轴放大 率为4倍的实像；（2）垂轴放大率为4倍的虚像。
解
根据题意，凹面镜 r R
(1) 实物成垂轴放大率为4倍的实像，即
y ' 4
y
y' l'
yl
l ' 4 l
l ' 4l
1 1 2 l' l r
1 1 2 4l l R
lB 200mm lA 80mm
两者相距120mm
求得：
l 15
l 0
l
物像虚实相反，成虚像。
（3）光束先经左侧球面折射形成
像 A1 ,再经右侧球面反射形成像 A2 ， 最后经左侧球面折射形成像 A3 。
由（1）得，l2 30 代入公式：
1 1 2 l l r
得，
l2
10, 2
l2 l2
0
12 12 0
物像虚实相同,故 A2为实像. 它又
即：物体位于－∞时，其高斯像点在第二面的中心处。
2）由光路的可逆性可知 ：第二面上的十字丝像在物方∞处。
3）当 h1 10mm 时
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＝
r2
(1 n)(r1 d ) nr2
成缩小的像 1
实物成虚像 0
y l
yl 1 l 5 10
l 2mm
1 1 2 l l r 1 1 2 r 5mm 2 10 r
f＝f ＝ r 2
f0
凸面镜
2020/3/21
7
2 6. 一个实物放在曲率半径为R的凹面镜的什么位置才能得到： （1）垂轴放大率为4倍的实像 （2）垂轴放大率为4倍的虚像
L
r(1
sin I sinU
)
30
1
sin12.84 sin 6.63
87.74
(2) 近轴光线的像距
n n n n l l r
1.5 1 1.5 1 l 30
l 90mm
2020/3/21
4
2 3. 一个实物与被球面反射镜所成的实像像距1.2m，如物高为像高的 4倍，求球面镜的曲率半径。
解 r R 凹面镜f 0
(1) 4 实物成实像 ＝－4 0
y l
yl 1 1 2 l l r
l 4l
1 1 2 l 5R
4l l r
8
(2) 4 实物成虚像 ＝4 0
y l
yl 1 1 2 l l r
l 4l
1 1 2 l 3R
4l l r
8
2020/3/21
解 第一个面
l1 r1 100 mm n1 1 n1 1.5
n1 n1 n1 n1
l1 l1
r1
1.5 l1
1
1.5 1 100
l1
300
mm
第二个面 l2 l1 d 300 300 0
d 300mm
2020/3/21
11
2 10. 已知一个透镜第一面和第二面的半径分别为r1和r2，透镜的厚度为d, 折射率为n。当一个物体置于第一面的球心时，证明该物体的垂轴放 大率为
第二章
习题
2020/3/21
第七章 光度学基础
1
2 1. 一个18mm高的物体位于折射球面前180mm处，球面半径r 30mm， n 1，n 1.52，求像的位置、大小、正倒及虚实情况。
解法1： y 18mm l 180 mm r 30mm
n 1 n 1.52 n n n n l l r 1.52 1 1.52 1 l 180 30 l 129.06mm
解法2： y 18mm l 180 mm
n 1 n 1.52 n n n n l l r 1.52 1 1.52 1
l 180 30 l 129.06mm
y lr y l r 18 180 30 y 129 .06 30
r 30mm
y n 1
n 1.52
y
r 30mm
r 0.64m r 640mm
2020/3/21
5
2 4. 一个玻璃球半径为R，若以平行光入射，当玻璃的折射率为何值 时，会聚点恰好落在球面的后表面上？
解法1 n 1 l l 2R r R
n n n n l l r
n 1 n 1 2R R
n 2
I
I
n 1 n
U
1 1 2 l l r
y l
yl
1 1 2 r 0.21m 0.1 1.75 r
y l y 0.1 1.75 0.1m
l
1.75
2020/3/21
10
2 9. 有一个光学透镜，其结构参数列于下表：
r/mm
d/mm
n
100
300
1.5
∞
当l1 时，其像在何处？又如 果在第二面的表面刻上 十字线，问 十字线的共轭像在何处 ？
l 180mm
l
y 8.49 0.47
y 18
y 8.49mm
缩小、倒立、实像
2020/3/21
3
2 2. 一个球面半径r 30mm，物像方的折射率n 1，n 1.5，平行光的 入射高度为10mm。（1）求实际出射光线的像方截距；（2）求近轴 光线的像距，并比较之。
解： r 30mm n 1 n 1.5
f0
11 2 l2 l2 r
1 150
1 l2
2 120
l2
42.857mm
凹面镜
2020/3/21
9
2 8. 在汽车驾驶员的侧面有一个凸面反射镜，有一个人身高1.75m，在 凸面镜前的1.75m处，被球面镜成像在镜后0.1m处，求此人的像高 和凸面镜的半径。
解 已知条件
y 1.75m l 1.75m l 0.1m
I
l h 10mm
(1) 求实际光线的像方截距
sin I h 10 1 r 30 3
I 19.47
h 10mm
n 1
I U
C
r 30mm n 1.52
nsin I nsin I
sin I 2/ 9 I 12.84
I IU
U I 19.47 12.84 6.63
y n l 1 129 .06 0.47
y n l 1.52 180 y 0.47y 0.4718 8.49mm
l 180mm n 1
n 1.52
缩小、倒立、实像
2020/3/21
2
2 1. 一个18mm高的物体位于折射球面前180mm处，球面半径r 30mm， n 1，n 1.52，求像的位置、大小、正倒及虚实情况。
解： y n l
y n l 反射面 n n
y l
yl 实物成实像 物像同侧 0 y l 1 l 4l
yl4
l (l) l l 1.2
l 0.4m l 1.6m
n n n n l l r
1 1 2 l l r
1 1 2 1.6 0.4 r
解法2 n 1 l l 2R r R
I U I I U 2I
近轴光 nI nI n 2I nI n 2n 2
l＝2R
2020/3/21
6
2 5. 大小为5mm的物体放在球面反射镜前10mm处，成1mm高的虚像。 试求球面反射镜的曲率半径，并说明反射镜的凹凸状况。
解 已知条件 y 5mm y 1mm l 10mm
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2 7. 一物体在球面镜前150mm处，成实像于镜前100mm处。如果有一 虚物位于镜后150mm处，求成像的位置？球面镜是凸还是凹？
解 已知条件 l1 150 mm l1 100 mm l2 150 mm
112 l1 l1 r
1 1 2 r 120mm 100 150 r
f＝f ＝ r 120 60mm 22