光学设计作业题
光学设计作业答案Word版
现代光学设计作业学号：2220110114姓名：田训卿一、光学系统像质评价方法 (2)1.1 几何像差 (2)1.1.1 光学系统的色差 (3)1.1.2 轴上像点的单色像差─球差 (4)1.1.3 轴外像点的单色像差 (5)1.1.4 正弦差、像散、畸变 (7)1.2 垂直像差 (7)二、光学自动设计原理92.1 阻尼最小二乘法光学自动设计程序 (9)2.2 适应法光学自动设计程序 (11)三、ZEMAX光学设计.133.1 望远镜物镜设计 (13)3.2 目镜设计 (17)四、照相物镜设计 (22)五、变焦系统设计 (26)一、光学系统像质评价方法所谓像差就是光学系统所成的实际像和理想像之间的差异。
由于一个光学系统不可能理想成像，因此就存在光学系统成像质量优劣的问题，从不同的角度出发会得出不同的像质评价指标。
（1）光学系统实际制造完成后对其进行实际测量✧星点检验✧分辨率检验（2）设计阶段的评价方法✧几何光学方法：几何像差、波像差、点列图、几何光学传递函数✧物理光学方法：点扩散函数、相对中心光强、物理光学传递函数下面就几种典型的评价方法进行说明。
1.1 几何像差几何像差的分类如图1-1所示。
图1-1 几何像差的分类1.1.1 光学系统的色差光波实际上是波长为400~760nm 的电磁波。
光学系统中的介质对不同波长光的折射率不同的。
如图1-2，薄透镜的焦距公式为()'121111n f r r ⎛⎫=-- ⎪⎝⎭(1-1) 因为折射率n 随波长的不同而改变，因此焦距也要随着波长的不同而改变，这样，当对无限远的轴上物体成像时，不同颜色光线所成像的位置也就不同。
我们把不同颜色光线理想像点位置之差称为近轴位置色差，通常用C 和F 两种波长光线的理想像平面间的距离来表示近轴位置色差，也成为近轴轴向色差。
若l ′F 和l ′c 分别表示F 与C 两种波长光线的近轴像距，则近轴轴向色差为'''FC F C l l l ∆=- (1-2)图1-2 单透镜对无限远轴上物点白光成像当焦距'f 随波长改变时，像高'y 也随之改变，不同颜色光线所成的像高也不一样。
光学设计zemax经典例题
光学设计zemax经典例题
1.单镜片
设计要求：设计一个F/4单镜片，其焦距为100mm，在可见光波段使用，用肖特(Schott) BK7或国产K9玻璃来作。
像差要求：波像差小于100中心波长。
2.双胶合透镜
设计要求：设计一个F/4双胶合透镜，其焦距为100mm，在可见光波段使用，用肖特BK7/ F2或国产K9/F4玻璃组合来实现。
像差要求：对C\D\F三种色光波像差均小于5个波长，焦点弥散斑小于10微米。
3.5X激光扩束镜
设计要求：分别设计两个用于He-Ne(632.8nm)和固体激光器（532nm）的激光扩束镜，扩束倍率5X，入瞳直径3mm，出瞳直径15mm，用同一牌号玻璃完成，镜片尽可能的少，系统总长度小于100mm，入射和出射均为准直平行光。
4.50mm标准镜头
可参照Cooke的三片结构，设计一个F/5焦距50mm的标准镜头，应用于可见光波段。
成像要求：在视场30°内的3种色光的波像差均小于2个波长，MFT大于0.3/30lp,畸变小于1%.
5.放大镜头
可参考双高斯结构（也可选用其他结构），设计一个用于光电检测的放大镜头，物像共扼距140mm，像面CCD尺寸（1024x1024，单个像素为12 m×12 m）,被检测物面为平面矩形（3mm×3mm），使用波长532nm。
成像要求：全视场内MFT大于0.5/40lp, 波像差小于2个波长，畸变小于0.5%.。
光学设计笔试题目及答案
光学设计笔试题目及答案一、选择题（每题2分，共10分）1. 光学设计中，透镜的焦距指的是（）。
A. 透镜中心到成像平面的距离B. 透镜中心到焦点的距离C. 透镜边缘到成像平面的距离D. 透镜边缘到焦点的距离答案：B2. 以下哪个参数不是描述透镜性能的主要参数？（）A. 焦距B. 口径C. 重量D. 材料答案：C3. 在光学设计中，色差是指（）。
A. 透镜的重量B. 透镜的厚度C. 不同波长的光经过透镜后成像位置不同D. 透镜的折射率答案：C4. 以下哪个不是光学设计中的像差类型？（）A. 球差B. 色差C. 像散D. 折射率答案：D5. 光学设计软件通常用于（）。
A. 计算透镜的重量B. 模拟光学系统的成像质量C. 测量透镜的折射率D. 制造透镜答案：B二、填空题（每题2分，共10分）1. 光学设计中的像差包括球差、色差、______、______等。
答案：像散、场曲2. 光学设计中，透镜的______是指透镜对光线的聚焦能力。
答案：焦距3. 光学设计软件通常包括______、______、优化算法等功能。
答案：光线追迹、光学系统建模4. 在光学设计中，______是指透镜对不同波长光的折射能力不同，导致成像质量下降。
答案：色差5. 光学设计中，______是指透镜对光线的汇聚或发散作用。
答案：折射三、简答题（每题5分，共20分）1. 简述光学设计中像差产生的原因及其对成像质量的影响。
答案：像差产生的原因主要是由于透镜对不同波长的光折射能力不同，以及透镜形状的非完美性。
像差会导致成像模糊、颜色分离、边缘模糊等问题，从而影响成像质量。
2. 在光学设计中，如何减少色差？答案：减少色差可以通过使用不同折射率的透镜材料、使用非球面透镜、采用复合透镜组等方式来实现。
3. 光学设计软件在设计过程中扮演什么角色？答案：光学设计软件在设计过程中扮演着模拟、分析和优化光学系统的角色，它可以帮助设计师预测和评估光学系统的性能，从而指导实际的光学系统设计。
光学工程设计题
1、设计一套测量材料透过率的光电测试自动装置，要求消除光源的不稳定性因素的影响。
⑴绘出工作原理图。
⑵绘出原理框图。
⑶说明工作原理。
答：⑴工作原理图⑵原理框图⑶说明工作原理：①在装上被测样品4之前，光屏处于最大吸收位置，并使二通道的输出光通量相等，处于平衡状态。
②当插入被测样品之后，测量通道的光通量减少。
此时若移动光屏改变透过率值使光屏上透过增大恰好等于被测样品的吸收值，这就可以使二个通道重新达到平衡。
③光屏的移动由与之相连的指针机构9显示，指针的位置和不同被测样品的透过率相对应。
④这样，光屏或指针的位置就是被测透过率的量度值，并在二通道的输出光通量相等时读出。
2、主动红外报警电路如图所示，分析它的工作原理？答：当光信号被阻挡时，光敏三极管处于截止状态，光敏三极管的集电极为高电平，即三极管基极为高电平，三极管饱和导通，三极管的集电极为低电平，驱动继电器J工作，使开关闭合，电路形成回路，晶闸管控制端有效，晶闸管导通，报警器正常工作。
S为复位键。
当有光信号时，光敏三极管处于导通状态，光敏三极管的集电极为低电平，即三极管基极为低电平，三极管截止，三极管的集电极为高电平，驱动继电器不工作，开关保持断开状态，晶闸管控制端无效，报警器不工作。
3、照明灯的光控原理图如图所示，分析工作原理。
答：二极管D和电容C组成半波整流滤波电路，为光电控制电路提供直流电源；电阻R、光敏电阻和继电器绕组组成测光与控制电路；继电器常闭触头构成执行电路，它控制照明灯的开关。
光敏电阻在有强光照时（白天），电阻值降低，通过光敏电阻的电流增大，继电器工作，常闭触头断开，路灯熄灭。
当弱光照时，光敏电阻的电阻值很大，电路中的电流很小，而不足以驱动继电器工作，常闭触头保持，路灯点亮。
4、设计一台有合作目标的光电测距装置。
说明工作原理。
相位式测距半导体激光器作辐射源A ，若在激光器供电电路中外加谐波电压U 0就能得到接近正弦的辐射光波，其初始相位和激励电压U 0相同。
光学设计考试题及答案
光学设计考试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 光学设计中，以下哪个参数不是光学系统的焦距的单位？A. 毫米B. 厘米C. 米D. 千米答案：D2. 透镜的焦距与其曲率半径的关系是什么？A. 成正比B. 成反比C. 无关D. 与曲率半径的倒数成正比答案：D3. 在光学系统中，光阑的作用是什么？A. 改变光束的直径B. 限制光束的发散角C. 改变光束的波长D. 改变光束的偏振态答案：B4. 以下哪种光学元件可以实现光束的聚焦？A. 平面镜B. 凸透镜C. 凹透镜D. 光栅答案：B5. 光学系统中，像差的一种类型是球面像差，它是由于什么原因引起的？A. 透镜材料不均匀B. 透镜形状不完美C. 物体距离透镜太远D. 透镜与成像平面不平行答案：B6. 以下哪种光学元件可以改变光的偏振态？A. 棱镜B. 光栅C. 波片D. 反射镜答案：C7. 在光学设计中，如何减少色差？A. 增加透镜的厚度B. 使用单一材料的透镜C. 使用复合透镜D. 增加透镜的曲率半径答案：C8. 光学系统中，以下哪种像差是由于透镜的中心和边缘部分对光线的折射能力不同引起的？A. 球面像差B. 色差C. 像散D. 场曲答案：B9. 光学系统中，以下哪种像差是由于物体平面与成像平面不平行引起的？A. 球面像差B. 色差C. 像散D. 场曲答案：D10. 在光学设计中，以下哪种方法可以用来校正像差？A. 增加透镜的直径B. 改变透镜的材料C. 使用非球面透镜D. 增加透镜的数量答案：C二、填空题（每题2分，共20分）1. 光学系统中，焦距的倒数称为______，它是衡量光学系统聚光能力的重要参数。
答案：焦度2. 光学系统中，光线通过透镜后，光线的______会发生变化。
答案：方向3. 光学系统中，光阑的作用是限制______，以控制成像质量。
答案：光束的发散角4. 在光学设计中，为了减少色差，通常会使用______透镜。
答案：复合5. 光学系统中，像差的一种类型是______，它是由于透镜的中心和边缘部分对光线的折射能力不同引起的。
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____。
照明器具的光学设计优化考核试卷
10. ×
五、主观题（参考）
1.反射器设计应考虑光源特性、照明需求和反射材料，通过优化反射面形状、大小和角度，实现光线的合理分布，提高光照效率和减少眩光。
2.在设计中，应根据应用场景选择合适的光源和光学设计，合理配置照度水平和显色指数，同时采用节能技术，如LED和智能控制系统，以实现节能和效果的双重目标。
C. LED灯
D.水银灯
2.在照明器具的光学设计中，以下哪项不是主要考虑的因素？（）
A.光照度
B.光色
C.功率因数
D.信号干扰
3.下列哪种灯具的光效最高？（）
A.反射式灯具
B.投射式灯具
C.吸顶式灯具
D.壁挂式灯具
4.下列哪种材料常用于照明灯具的反射器设计？（）
A.铝
B.玻璃
C.塑料
D.纤维板
5.关于LED灯具的设计，以下哪项说法是正确的？（）
10.以下哪种灯具适用于重点照明？（）
A.吸顶灯
B.壁灯
C.轨道灯
D.筒灯
11.在照明设计中，以下哪个因素影响人的视觉舒适度？（）
A.光照度
B.光色
C.闪烁频率
D.光束角
12.以下哪种材料不适合用于照明灯具的透镜设计？（）
A.玻璃
B.塑料
C.木材
D.金属
13.关于照明器具的光学设计，以下哪个说法是错误的？（）
A. LED的发光效率与色温无关
B. LED的寿命与工作温度无关
C. LED的光衰主要与材料本身有关
D. LED的光学设计不影响其亮度和光束角
6.照明器具中，以下哪种设计可以减少眩光？（）
A.增加光源亮度
B.使用高反射率的材料
C.采用磨砂玻璃
光电器件光学设计考核试卷
8.在光电器件中，以下哪种现象会导致发光效率下降？（）
A.散射
B.吸收
C.折射
D.反射
9.下列哪种技术常用于提高太阳能电池的光吸收效率？（）
A.镀膜
B.透明电极
C.聚光
D.以上都是
10.在设计光电器件时，以下哪个因素会影响光学系统的像差？（）
A.光源波长
B.光学材料
C.环境温度
18. A,B,C,D
19. A,B,C,D
20. A,B,C,D
三、填空题
1.半导体材料
2.光电效应
3.光栅结构
4.纳米流体
5.光学模拟
6. ITO（铟锡氧化物）
7.光照条件
8.传递和分配
9.光电转换
10.光吸收特性
四、判断题
1. ×
2. √
3. ×
4. √
5. ×
6. √
7. ×
8. ×
9. √
A.光学材料
B.光路设计
C.表面粗糙度
D.封装工艺
15.以下哪些材料可以用作光电器件的光学增透膜？（）
A.硅氧化物
B.钛氧化物
C.镁fluoride
D.铝氧化物
16.以下哪些是光电器件中可能存在的噪声源？（）
A.热噪声
B.闪烁噪声
C.散粒噪声
D.以上都是
17.在光电器件的设计中，以下哪些方法可以减小光学系统的体积？（）
光电器件光学设计考核试卷
考生姓名：________________答题日期：________________得分：_________________判卷人：_________________
一、单项选择题（本题共20小题，每小题1分，共20分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）
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2021/3/9
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第八章 目镜设计 第九章照相物镜设计 第十章照明光学系统设计
2021/3/9
7
放映结束 感谢各位的批评指导！
谢 谢！
让我们共同进步
2021/3/9
8
3.在开普勒望远镜中，如果已知筒长L和Г，求物镜的焦距f1`和 目镜的焦距f2`
2021/3/9
3
第五章 光学系统的初始结构计算方法
1.光学系统的初始结构设计通常采用代数法和缩放法，代数法 又称PW法，为导出PW形式的初级像差系数令PW满足(5-1)式， 请推出（5-2）（5-3）式。
2021/3/9
202价和像差容限
1.课本31页，分别指出各个像差曲线为哪种像差曲线，并能 分析各曲线中的线条代表什么意思。 2.课本34页，图3-4，分析各个线条的物理意义。
3.瑞利判断是如何描述的。
4.瑞利指出的两个亮点的分辨率是如何描述的。
5.调制传递函数（MTF）是如何描述的。高频、中频和低频部 分分别反映物体的什么情况
第二章 像差综述
1.简述一下球差的定义。 2.对于单个折射球面而言，当物点处在一下三个位置时，其 SI=0，可以不产生球差，简述一下这三个位置。 3.简述一下不产生正弦差的四个位置。
4.简述一下像散和场曲的求别与联系。 5.简述一下位置色差和倍率色差的定义。 6.对于满足消色差条件的双胶合透镜组，当光组总光焦度φ给定 和两透镜的玻璃选定时，求其两透镜的光焦度φ1和 φ2。
4
第六章 望远镜物镜设计
1.图6-1，试指出孔径光阑和视场光阑的位置。
2.在开普勒望远镜中，已知物镜焦距f1`=120mm，目镜焦距 f2`=30mm，物镜口径D=30mm，物方视场角2ω=100试计算其垂 轴放大率β，角放大率γ，轴向放大率α，出瞳直径D`，望远镜的 极限分辨角ψ（以秒为单位），像方视场角ω `，望远镜的视场 光阑直径2y ` 。
2021/3/9
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第七章 显微物镜设计
1.试画出显微镜成像原理图 2.已知f`1、f`2和Δ试推出显微镜总的放大率Г
3.在显微镜中，对于单组的低倍物镜，试证明：不论孔径光阑位 于物镜的像方焦平面还是位于物镜像方焦平面附近，整个显微镜 的出瞳仍可认为与显微镜的像方焦平面重合。
4.课本124页，如图7-3，试推出出瞳半径用数值孔径和显微镜 放大率Г所描述的公式。
2021/3/9
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第四章 光学系统的外形尺寸计算
1.课本52页。在望远系统中需要具有较短的筒长和紧凑的仪 器结构时，往往采用反射镜或反射棱镜作为转像系统，如果 平行光的口径为50mm，平面反射镜与光轴的夹角为300，问 反射镜上的光束截面是什么形状，其相关尺寸多少？
2.对于单组透镜转像系统，如果物方视场角为ω，β=-1，整个 系统的总长度LT=300mm，转像系统的共轭距L=100mm，望远 系统的总放大率Г=4。试求出1.单组转像透镜的f`、l和l`；2.物 镜和目镜的焦距；3.试画出其原理图，注意各个参数的比例