工程光学习题参考答案第四章-光学系统中的光束限制
第四章 光学系统中的光束限制
1.设照相物镜的焦距等于75mm ，底片尺寸为55×55㎜2，求该照相物镜的最大视场角等于多少？
解：
3.假定显微镜目镜的视角放大率Γ目=15⨯，物镜的倍率β=2.5⨯,求物镜的焦距和要求的通光口径。如该显微镜用于测量，问物镜的通光口径需要多大（u =-︒3.42y =8mm 显微镜物镜的物平面到像平面的距离为180mm ）？ 解： （1）
5.2'
-==l
l β mm l 428.51-=
180'
=-l l mm l 57.128'
=
‘物
f l l 111'=- mm f 73.36=‘物 在此情况下，物镜即为显微镜的孔径光阑
︒-=3.4u mm tg ltgu D 734.73.4428.5122=⨯⨯==︒
物
（2）
用于测量时，系统中加入了孔径光阑，目镜是视场光阑 由于u 已知，根据u 可确定孔径光阑的大小 mm tg tgu L OM A 8668.33.4428.51=︒⨯=⋅=
O
A P
A OM D A ’‘孔
=2
L 目
-目f
L ‘
Z
mm OM L f L D A 52.58668.357
.12873
.3657.12822'=⨯-⨯
=⨯-⨯
=∴’
‘物
孔
在中M M B B '∆ O
A P A
B A O M B A D B ‘
‘
’‘’‘孔=++21 mm y 1045.2'
=⨯= mm O M B 863.7=∴ mm D 726.15=物
答：物镜的焦距为36.73mm ，物镜的孔径为7.734mm ，用于测量时物镜孔径为
15.726mm 。
4. 在本章第二节中的双目望远镜系统中，假定物镜的口径为30mm ，目镜的通光口径为20mm ，
如果系统中没有视场光阑，问该望远镜最大的极限视场角等于多少？渐晕系数k =0.5的视场角等于多少？ 解：（1）
15
10
18108=++x x
mm x 252=
108
1825218
252108181815+++=
+++=x x y
714286.10=y
︒=33.112目ω （2）
0793651.0181081021=+=+=’
目
‘
物目
f f D t
g ω ︒
︒==∴08.932492‘’
‘
ω
答：极限视场角等于11.33︒渐晕系数为0.5的视场角为9.08︒。
5. 如果要求上述系统的出射瞳孔离开目镜像方主面的距离为15mm ，求在物镜焦面上加入的
场镜焦距。 解：
D 物对场镜成像，位置为mm f l 1081-=-=’
物 对目镜有
’目
f l l 1112'2=- l mm l Z 15'
'2== mm f 18=‘
目 可得 mm l 902=
21l l d -=’ mm l d l 108901821=+=+‘
对场镜
‘场
f l l 1111'1=- mm l 108'1= mm l 1081-= mm f 54=∴‘场
答：场镜焦距为54mm 。
6.思考题：当物点在垂直光轴方向上下移动时，系统的孔径光阑是否改变？
答：当物点在垂直光轴方向上下移动时，孔径光阑对来自不同点的成像光束 口径限制最大，所以系统的孔径光阑不变。
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 n 2=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n 纤的数值孔径（即 n 1、包层的折射率为n2,光纤所在介质的折射率为n 0，求光 I 0sinI1,其中 1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）。
工程光学_郁道银_光学习题解答[1]
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。
光学工程课后答案
第一章 3、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 。 4、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 = 66666.01 sin 2 2== n I 745356.066666.01cos 22=-=I 88.178745356 .066666 .0* 200*2002===tgI x mm x L 77.35812=+= 8、.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： 1mm I 1=90? n 1 n 2 200mm L I 2 x
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. 16、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。 如果在凸面镀反射膜，其会聚点应在何处？如果在凹面镀反射膜，则反射光束在玻璃中的会聚点又在何处？反射光束经前表面折射后，会聚点又在何处？说明各会聚点的虚实。 解：该题可以应用单个折射面的高斯公式来解决， 设凸面为第一面，凹面为第二面。 （1）首先考虑光束射入玻璃球第一面时的状态，使用高斯公 式： 会聚点位于第二面后15mm处。
工程光学基础教程_习题参考答案
工程光学基础教程_习题参考答案 工程光学基础教程_习题参考答案 第一章光学基本知识与技术 1.1 什么是光学？光学在人类生活中有哪些应用？答：光学是研究光的行为和性质的物理学科。它涉及到光的产生、传播、变换、干涉、衍射、偏振以及光在介质中的行为等问题。光学在人类生活中有着广泛的应用，如眼镜、镜头、显示器、照明、医疗器械、天文望远镜等。 1.2 光的波动性是如何描述的？答：光的波动性是指光是一种电磁波，具有振幅、频率、波长等特征。它可以在空间中传播，并且可以表现出干涉、衍射等波动性质。光的波动性可以通过波长、频率、振幅等参数进行描述。 1.3 什么是光的干涉？举例说明其应用。答：光的干涉是指两列或两列以上的光波在空间中叠加时，由于光波的叠加产生明暗相间的干涉条纹的现象。光的干涉在很多领域都有应用，例如光学干涉仪、双缝干涉实验、全息照相、光学通信等。 1.4 什么是光的衍射？举例说明其应用。答：光的衍射是指光在遇到障碍物或孔径时，会绕过障碍物或孔径边缘，产生明暗相间的衍射图案的现象。光的衍射在很多领域也有应用，例如光学透镜、衍射光学器件、全息照相、光学存储等。
1.5 什么是光的偏振？举例说明其应用。答：光的偏振是指光波的电矢量在振动时，只在某个方向上振动，而在其他方向上振动为零的现象。光的偏振在很多领域也有应用，例如偏振眼镜、偏振片、偏振光学器件等。 第二章光学透镜与成像 2.1 什么是透镜？列举几种常见的透镜及其特点。答：透镜是一种光学器件，它由一块透明材料制成，可以聚焦或发散光线。常见的透镜包括凸透镜、凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等。 2.2 凸透镜的成像原理是什么？如何计算凸透镜的焦距？答：凸透镜的成像原理是光线经过凸透镜后，平行于主轴的光线会聚于一点，这个点称为焦点。焦距是指从透镜中心到焦点的距离。凸透镜的焦距可以通过公式 f=1/v+1/u 进行计算，其中f为焦距，u为物距，v为像距。 2.3 凹透镜的成像原理是什么？如何计算凹透镜的焦距？答：凹透镜的成像原理是光线经过凹透镜后，平行于主轴的光线会朝透镜中心方向会聚于一点，这个点称为虚焦点。与凸透镜不同，凹透镜的虚焦点在透镜中心的一侧。凹透镜的焦距也可以通过公式 f=1/v+1/u 进行计算，但需要注意的是，物距和像距的定义与凸透镜不同。 2.4 什么是光学透镜的孔径？孔径大小对成像有何影响？答：光学透镜的孔径是指透镜的有效直径。孔径大小对成像有影响，它决定了
工程光学第三、四章习题
一、多重选择题（答案可能不止一个） 1.与理想光学系统相比，实际光学系统的成像光束口径和成像范围都受到限制，多数系统存在渐晕现象。__________ A.渐晕是由于孔径光阑的拦光作用而产生的。 B.渐晕使成像平面的照度不均匀。 C.轴外点成像光束的宽度不只于孔径光阑有关，而且和渐晕光阑有关。 D.光阑的位置影响轴上点成像光束的选择。 2.物方远心光路具有下列属性：_______ A.物方主光线通过物方焦点。 B.像方主光线通过像方焦点。 C.物方主光线平行于光轴。 D.像方主光线平行于光轴。 3.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.系统的放大率不变。 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。 4.在显微镜系统中加入不同焦距的场镜后，会给系统带来如下哪些影响_________ A.场镜的焦距越短，在保证相同的渐晕系数情况下，目镜的通光口径会越小。 B.场镜的焦距越短，在保证相同的渐晕系数情况下，物镜的通光口径会越小。 C.场镜的焦距越短，出瞳尺寸会越大。 D.场镜的焦距越短，系统放大率会越大。 二、填空题 1、反射棱镜在光学系统中主要作用有（ ）、（ ）和转像、倒像等，在光路中可等效为平行板加（ ）。唯一能成完善像的光学元件是（ ）。 2、限制轴上物点成像光束宽度的光阑是（ ），而（ ）在其基础上进一步限制轴外物点的成像光束宽度。为减少测量误差，测量仪器一般采用（ ）光路。 3、测量显微镜的孔径光阑放置在（ ），视场光阑放置在（ ）。 三、简答题 ①孔径光阑、入瞳、出瞳的关系如何？如何判定孔径光阑？ ②什么是渐晕？孔径光阑和视场光阑有何区别？ ③反射棱镜的分类及成像特点？ 四、解答题 1.一个望远镜的物镜直径为5cm,焦距为20cm ，目镜直径为1cm ，焦距为2cm ，求此望远镜的入瞳和出瞳的位置和大小。 2.有一个⨯7望远镜，视唱 82=ω，目镜焦距为25mm ，出瞳直径为5mm,假定无渐晕，求孔
工程光学-问答题整理
几何光学 1 几何光学的基本定律 答：直线传播定律和这反射定律：直线传播定律：光线在均匀透明介质中按直线传播。反射定律：反射光线位于入射面内，反射角等于入射角。折射定律：折射光线位于入射面内，入射角和折射角正弦之比为常数。 马吕斯定律：假定一束光线为某一曲面的法线汇，这些光线经过任意次折射、反射后，该光束的全部光线仍与另一曲面垂直，构成一新的法线汇，并且位于这两个曲面之间的所有光线的光程相等。 费马定律：实际光线传播时沿着光程的极值的路线传播。 2 什么叫做“理想光学系统”？共轴理想光学系统还有哪些性质？ 答：能产生清晰的、与物貌完全相似的像的光学系统。光学系统是由透镜、反射镜、棱镜及光阑等多种光学元件按一定次序组合成的整体。曲率中心在同一直线上的两个或两个以上折射（或反射）球面组成的光学系统称为共轴球面系统。 性质：（1）光学系统物方一个点（物点）对应像方一个点（像点）。（2）物方每条直线对应像方的一条直线，称共轭线；物方每个平面对应像方的一个平面，称为共轭面。（3）主光轴上任一点的共轭点仍在主光轴上。（4）对垂直于主光轴的共轭平面，横向放大率（见凸透镜）为常量。 3 什么叫“孔径光阑”，什么叫“视场光阑”。 答：所有的光孔成像到第一个光孔的物空间，对轴上物点张角最小的那个光孔“像”所共轭的光孔就是孔径光阑。限制进入光学系统中成像光束口径的光阑为“孔径光阑”。 在实际光学系统中，不仅物面上每一点发出并进入系统参与成像的光束宽度是有限的，而且能够清晰成像的物面大小也是有限的。把能清晰成像的这个物面范围称为光学系统的物方视场，相应的像面范围称为像方视场，事实上，这个清晰成像的范围也是光学设计者根据仪器性能要求主动地限定的，限定的办法通常是在物面上或在像面上安放一个中间开孔的光阑。光阑孔的大小就限定了物面或像面的大小，即限定了光学系统的成像范围。这个限制成像范围的光阑称为“视场光阑”。 4 什么叫“光亮度”，什么叫光出射度？两者描述的发光特性有什么不同？ 答：光源表面的某一点面元在一给定方向上的发光强度与该面元在垂直于该方向的平面上的正射投影面积之比称为“光亮度”。 光出射度：它是指光源上每单位面积向半个空间（2π球面度）内发出的光通量光亮度是指一个表面的明亮程度，即从一个表面反射出来的光通量。光出射度在数值上等于通过单位面积所传送的光通量。 5 什么叫场镜？它的作用是什么？ 答：工作在物镜焦面附近的透镜称为场镜。它是在不改变光学系统光学特性的前提下，改变成像光束位置 场镜的作用是用来降低主光线在后面系统中的投射高度。 1、提高边缘光束入射到探测器的能力； 2、在相同的主光学系统中，附加场镜将减少探测器的面积；如果使用同样的探测器面积，可扩大视场，增加入射的通量；
工程光学
工程光学 第二章理想光学系统 1、一个折射率为1.52的双凸薄透镜，其中一个折射面的曲率半径是另 一个折射面的2倍，且其焦距为5cm，则这两个折射面的曲率半径分别是（7.8）cm和（-3.9）cm。 2、一个薄透镜折射率为1.5，光焦度500D。将它浸入某液体，光焦度变 成-1.00D，则此液体的折射率为（1.502）。 3、反远距型光组由（一个负透镜和一个正透镜）组成，其特点是（工作 距大于组合焦距）。 4、远摄型光组由一个（正透镜）和一个（负透镜）组成，其主要特点 是（焦距大于筒长），因此该组合系统常用在（长焦距镜头）的设计中。 第三章平面与平面系统 1、反射棱镜在光学系统中的主要作用有（折叠光路）、（转折光路）和 转像、倒像等，在光路中可等效为平行平板加（平面反射镜）。 2、某种波长的光入射到顶角为60°的折射棱镜，测得最小偏向角为42° 15′，则该种玻璃对于入射波长的折射率为（1.557）。 3、唯一能完善成像的光学元器件是（平面反射镜），利用其旋转特性可 制作光学杠杆进行放大测量；利用双光楔也可以实现（微小角度和微小位移）的测量，主要有（双光楔旋转测微）和（双光楔移动测微）两种形式。 4、用于制作光学元件的光学材料包括光学玻璃，（光学晶体）和（光学
塑料）三类。选用光学玻璃时的两个重要参数是（折射率）和（阿贝常数）。 5、一个右手坐标的虚物，经一个直角屋脊棱镜反射后，成（右手）坐标 的（虚）像。 第四章光学系统中的光束限制 1、限制轴上物点成像光束宽度的光阑是（孔径光阑），而（渐晕光阑） 在其基础上进一步限制轴外物点的成像光束宽度。 2、为减少测量误差，测量仪器一般采用（物方远心）光路。 3、测量显微镜的孔径光阑放置在（物镜后焦平面上），视场光阑放置在 （一次实像面处），如果用1/2″的CCD接收图像并用14″的监视器观察图像，要求系统放大倍率为140倍，则显微镜的放大倍率是（5倍）。 第五章光线的光路计算及像差理论 1、实际像与（理想像）之间的差异称为像差，包括单色像差和色差两大 类。其中，引起单色像差的主要原因是（孔径）和（视场）。 2、在球差、慧差、像散、场曲、畸变、位置色差和倍率色差这七种几何 像差中，只与孔径相关的像差有（球差）和（位置色差），只与视场有关的像差是（畸变），与视场和孔径都有关的像差有（3）种。3、在上述七种几何像差中，不影响成像清晰度的像差有（2）种，使子 午像和弧矢像不重合的像差是（像散），其初级量与视场的二次方成比例的像差有（场曲）和（像散）两种，孔径光阑位于单个折射球面球心时不可能产生的像差有（4）种，对于折射率相同，结构参数相
工程光学习题参考答案第四章光学系统中的光束限制
第四章 光学系统中的光束限制 1.设照相物镜的焦距等于75mm ，底片尺寸为55×55㎜2，求该照相物镜的最大视场角等于多少 解： 3.假定显微镜目镜的视角放大率Γ目=15⨯ ，物镜的倍率β=⨯ ,求物镜的焦距和要求的通光口径。如该显微镜用于测量，问物镜的通光口径需要多大（u =-︒3.42y =8mm 显微镜物镜的物平面到像平面的距离为180mm ） 解： （1） 5.2' -==l l β mm l 428.51-= 180' =-l l mm l 57.128' = ‘物 f l l 111'=- mm f 73.36=‘物 在此情况下，物镜即为显微镜的孔径光阑 ︒-=3.4u mm tg ltgu D 734.73.4428.5122=⨯⨯==︒ 物
（2） 用于测量时，系统中加入了孔径光阑，目镜是视场光阑 由于u 已知，根据u 可确定孔径光阑的大小 mm tg tgu L OM A 8668.33.4428.51=︒⨯=⋅= O A P A OM D A ’‘孔 =2 mm OM L f L D A 52.58668.357 .12873 .3657.12822'=⨯-⨯ =⨯-⨯ =∴’ ‘物 孔 L 目 L 目L Z
在中M M B B '∆ O A P A B A O M B A D B ‘ ‘ ’‘’‘孔=++21 mm y 1045.2' =⨯= mm O M B 863.7=∴ mm D 726.15=物 答：物镜的焦距为36.73mm ，物镜的孔径为7.734mm ，用于测量时物镜孔径为 15.726mm 。 4. 在本章第二节中的双目望远镜系统中，假定物镜的口径为30mm ，目镜的通光口径为20mm ， 如果系统中没有视场光阑，问该望远镜最大的极限视场角等于多少渐晕系数k =的视场角等于多少 解：（1） 15 10 18108=++x x mm x 252= 108 1825218 252108181815+++= +++=x x y
工程光学题目参考
一．填空题 1.用一定波长的单色光进行双缝干涉实验时，欲使屏上的干涉条纹间距变大，可采用的方法是： (1)________________________________________； (2) _______________________________________。 2.设介质的折射率为n，光在介质中走过的几何路程为d，则光在此介质中的光程为________。 3.光线从n=2的介质入射到空气介质中，其发生全反射的的临界角为。 4.在如图1光学系统中，A A’ 图1 ，其物象关系为_______ _。 5.光学系统一般是轴对称的，有一条公共轴线，称为。 6.无限远轴上物点通过理想光学系统所成的像点称为像方。 7.理想光学系统主平面的横向放大率为。 8. 是能成完善像的唯一理想器件。 9.凡二次镜面反射或偶次镜面反射像被称为。 10.两平面镜之间的夹角为 30，经两平面镜反射的出射光线与入射光线的夹角为。 11.最小偏向角常常被用来测量棱镜材料的。 12.对于单个折射球面，有三个物体位置可以不产生轴上点球差，这三个物点位置称为。 13.没有像散时的像面弯曲称为。 14.在盂塞尔颜色样品中，常用三个参数来描述颜色特性，其中是表示一种彩色的纯洁度。 15.一房间 16.对正常人来说，观察前方0.2m远的物体，眼睛需要调节视度。 17.有一近视眼，通过验光得知其远点视度为-2个屈光度（眼镜行业称近视200度）,需佩戴焦距为的近视眼镜。 18.根据道威判据，显微镜的分辨率为。 19.以下四种被瞄准图案中，图案人眼的瞄准精度最低。 A B C D 20. 直径3米的园桌中心上方2米处吊一平均发光强度为200坎德拉的灯泡，园桌中心的光照度等于_______________。 1.一个凹面镜的曲率半径为160mm，其焦距应该为。 2.在理想光学系统中采用牛顿公式求像，在此物方和像方的坐标原点分别为系统的物方和像方的。 3.在理想光学系统中采用高斯公式求像，在此物方和像方的坐标原点分别为系统的物方和像
工程光学综合练习题
综合训练二 （测控、信息、电科、光科专业适用） 一、题目： 典型光学系统的外形尺寸计算与分析 二、目的： 1）课程知识的综合运用：综合运用已经学过的理想光学系统理论、光束限制理论和像差理论，进行实际光学系统的外形尺寸计算，为光学设计打下良好基础。 2）促进协助和自学能力的提高：通过小组共同研究，促进学生团结协助精神的培养。同时培养学生查阅资料及自学能力。 三、内容 外形尺寸计算，是指根据使用要求确定光学系统整体结构尺寸的设计过程，其主要内容包括： 1)确定系统的孔径、视场、分辨率以及光组构成和光束限制情况； 2)确定各光组的光学特性（焦距、放大倍率等）及几何关系（轴向位置、 通光孔径等）； 3)画出完整的系统光路图，标示主要参数予以验证； 4)规划成像质量、视场、孔径的权重。 本次综合练习要求做到第3步。 四、选题方式 1）以综合练习一确定的小组为单位选题； 2）有兴趣做光学设计的小组先选（第7题和第15题）； 3）剩下的小组，由小组长抽签选择其余13题。
五、要求 1）根据要求画出系统光路图，标识系统结构、光束限制和成像典型光线。 2）设计思路、分析步骤和设计过程齐全，设计合理，结果可靠。 3）第11教学周布置任务，完成选题和资料查找工作； 5）第12教学周完成理想参数计算； 6）第13教学周完成各光组的选型及初步计算； 7）第14教学周完成整体的外形尺寸计算；（网上提交） 8）第15教学周根据反馈完善，周末网上提交提交电子最终版，同时上交纸版。 六、成绩评定 根据设计综合情况，以百分制给分。
附：设计题目 练习题一 开普勒望远镜是最简单的望远镜系统，已知视觉放大率Γ=-10X ，视场角2ω=2˚，出瞳直径D '=5mm ，出瞳距l z '=11.25mm ；另有一对称式双透镜转像系统，两透镜之间的距离为60mm ，插入上述望远镜光路中将筒长拉长180mm 。请计算组合系统的外形尺寸（包括物镜、场镜、转像透镜、目镜的焦距、位置、通光孔径以及系统的光束限制情况等）。 （提示：目镜可选用凯涅尔型，其后工作距2F l '和焦距2f '有如下近似关系：220.35F l f ''≈；前工作距28.6F l mm =。） 练习题二 开普勒望远镜是最简单的望远镜系统，已知视觉放大率Γ=-8X ，视场角2ω=4˚，出瞳直径D '=5mm ，目镜焦距f 2'=25mm ；另有一对称式双透镜转像系统，两透镜之间的距离为80mm ，插入上述望远镜光路中将筒长拉长240mm 。请计算组合系统的外形尺寸（包括物镜、场镜、转像透镜、目镜的焦距、位置、通光孔径以及系统的光束限制情况等）。 （提示：目镜可选用凯涅尔型，其后工作距2F l '和焦距2f '有如下近似关系：220.35F l f ''≈；前工作距28.6F l mm =。） 练习题三 开普勒望远镜是最简单的望远镜系统，已知视觉放大率Γ=-6X ，视场角2ω=6˚，出瞳直径D '=6mm ，机械筒长L =168mm ；另有一对称式双透镜转像系统，两透
大学工程光学郁道银光学习题很全解答
第一章习题 1、真空中的光速c＝3m/s，求光在水〔〕、冕牌玻璃〔〕、火石玻璃〔〕、加拿大树胶〔〕、金刚石〔〕 等介质中的光速。 解： 那么当光在水中，时，m/s,当光在冕牌玻璃中，时，m/s, 当光在火石玻璃中，n＝时，m/s， 当光在加拿大树胶中，时，m/s， 当光在金刚石中，时，m/s。 2、一物体经针孔相机在屏上成一60mm大小的像，假设将屏拉远50mm，那么像的大小变为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那么方向不变，令屏到针孔的初始 距离为x，那么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〕，下面放一直径为1mm的金属片。假设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, 那么根据全反射原理，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，所以纸片最小直径为。 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，应用折射定律那么有： 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，那么有： (2)
光学系统中的光束限制
[ 考试要求 ] 要求考生了解三种典型的目视光学仪器中的光束限制、系统的景深和远心 光路。 [ 考试内容 ] 与光阑相关的定义，光阑的种类和作用，照相系统、显微系统、望远系统 中的光束限制和特点，远心光路的定义、光路和应用，景深的定义等。 ［作业］ P73： 1、 3、 4 第四章光学系统中的光束限制§4 －1 光阑在光学系统中的作用 一、光阑 1、定义：光学系统中设置的带有内孔的金属薄片，是专用光阑。 光阑一般垂直于光轴放置，且其中心与光轴中心相重合。 2、形状：光阑多为圆形、正方形、长方形，有些光阑的尺寸大小是可以调节的（即可变光阑）。 例如：人眼瞳孔就是光阑，瞳孔的大小随着外界明亮程度的不同是可以变 化的，白天最小 D＝2mm,晚上最大，可达 D=8mm。 3、光阑作用：是用内孔限制成像光束大小的，提高成像质量。 孔径光阑 图 4— 1孔径光阑对轴上点光束的限制 二、光阑种类 主要分为：孔径光阑和视场光阑。 1、孔径光阑（有效光阑）：指限制进入系统的成像光束口径的光阑。 1）对轴上点：孔径光阑决定了轴上点孔径角的大小。 结论 1：轴上点孔径角的大小受光阑大小和位置的影响，孔径角U 由光阑决定，光阑的位置不同，其口径应不同。 2）对轴外点：
M A M' A' N L N' L (a) (b) 图 4— 2孔径光阑对轴外点光束的限制 结论 2：对轴外点B发出的宽光束而言，在保证轴上点U 不变的情况下，光阑处于不同位置时，将选择不同部分的光参与成像，这样通过改变光阑的位置，就可以选择成像质量较好的部分光束参与成像，提高（改善）成像质量。 小孔 A A' 图 4—3孔径光阑和物体位置的关系 结论 3：在保证成像质量的前提下，合理选取光阑的位置，可使整个系统的横向 尺寸减小，结构匀称。 结论 4：系统中的光阑只是针对某一物体位置而言的，若物体位置发生了变化， 则原光阑会失去限光作用。 2、视场光阑：用以限制成像范围的光阑。 视场光阑的形状多为正方形、长方形。例如：显微系统中的分划板就是视场 光阑，照相系统中的底片也是视场光阑。
光学系统的光阑与光束限制（第四章）
光学系统的光阑与光束限制（第四章） 第四章光学系统的光阑与光束限制 一、填空题 I级 I级1空 1、在光学系统中，对光束起限制作用的光学元件通称为[1]。 光阑 2、限制轴上物点成像光束大小的光阑称为[1]。 孔径光阑 3、孔径光阑经过前面的光学系统在物空间所成的像称为[1]。 入射光瞳 4、孔径光阑经过后面的光学系统在像空间所成的像称为[1]。 出射光瞳 5、一般安置在物平面或像平面上，以限制成像范围的光阑称为[1]。 视场光阑 6、视场光阑经其前面的光学系统所成的像称为[1]。 入射窗 7、视场光阑经过后面的光学系统所成的像称为[1]。 出射窗 8、轴外点发出的充满入瞳的光束受到透镜通光口径的限制，而部分被遮拦的现象称为[1]。 渐晕 9、孔径光阑位于光学系统像方焦面处，光学系统的物方主光线平行于光轴，主光线汇聚中心位于物方无限远处，这样的光路称为[1]。 物方远心光路 10、孔径光阑位于光学系统物方焦面处，光学系统的像方主光线平行于光轴，主光线汇聚中心位于像方无限远处，这样的光路称为[1]。 像方远心光路
11、在长光路系统中，往往利用[1]达到前后系统的光瞳衔接，以减小光学零件的口径。 场镜 12、在像平面上所获得的成清晰像的物空间深度称为成像空间的[1]。 景深 13、像面边缘比中心暗的现象称为[1]。 渐晕 14、为了减少测量误差，测量仪器一般采用[1]光路。 远心 15、渐晕大小用渐晕系数衡量，线渐晕系数定义为轴外点成像光束与轴上点成像光束在[1]上线度之比。 入瞳 16、与入射窗共轭的物是[1]。视场光阑 17、与入瞳共轭的物是[1]。孔径光阑 I 级2空 1、在放大镜和人眼组成的光学系统中，放大镜的镜框是（），人眼是（）。视场光阑，孔径光阑 2、一个10倍的放大镜，通光直径为20mm ，人眼离透镜15mm ，眼瞳直径为3mm ，当渐晕系数为0.5时，人眼观察到的线视场为（）mm ；无渐晕时，线视场为（）mm 。 33.33，28.33 3、开普勒望远系统加场镜后，视放大率不变，目镜通光口径（），出瞳离目镜距离（）。（填不变、变小或变大）变小，变小 4、照相物镜相对孔径的表达式为（），相对孔径越大，景深越（）。 ' f D ，小 5、开普勒望远系统的（）作为入瞳，（）作为视场光阑。物镜，目镜 6、远心光路分为两类，即（）和（）。物方远心光路，像方远
工程光学基础教程 习题参考答案
第一章 几何光学基本定律 1. 已知真空中的光速c ＝38 10⨯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 = 66666.01 sin 2 2== n I 745356.066666.01cos 22=-=I 1mm I 1=90︒ n 1 n 2 200mm L I 2 x
88.178745356 .066666 .0* 200*2002===tgI x mm 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。如果在凸面镀反射膜，其会聚点应在何处？如果在凹面镀反射膜，则反射光束在玻璃中的会聚点又在何处？反射光束经前表面折射后，会聚点又在何处？说明各会聚点的虚实。 解：该题可以应用单个折射面的高斯公式来解决， 设凸面为第一面，凹面为第二面。 （1）首先考虑光束射入玻璃球第一面时的状态，使用高斯公式： 会聚点位于第二面后15mm 处。
工程光学课后解答-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：