光學設計與CAD

1、光學系統(tǒng)設計（一）一、單項選擇題（本大題共 20小題。每小題 1分，共20分）在每小題列出的四個備選項中只有一個是正確的，請將其代碼填寫在題后的括號內(nèi)。錯選、多選或未選均無分。1 .主光線與光軸所確定的平面叫做（B ）。A.弧矢平面 B.子午平面C.焦平面D.像平面2 .共軸球面系統(tǒng)中，軸上點像差有（ C ）。A.球差和彗差B.球差和倍率色差C球差和位置色差D.彗差和倍率色差3 .通常情況下觀察像差時，除0視場和邊緣視場外，還應注意的一個視場為（A ）。視場 B.視場 C.視場 D.視場4 . F光邊緣光球差與 C光邊緣光球差之差也等于（A ）。A.邊緣光和近軸光色差之差B.邊緣光和近軸光球差

2、之差光和C光近軸光球差之差D. F光和C光近軸光色差之差5 .望遠鏡的放大率是指（D ）。A.垂軸放大率B.軸向放大率C角放大率D.視覺放大率6 .下面各像差中能在像面上產(chǎn)生彩色彌散斑的像差有（D ）。A.球差B.場曲C畸變D.倍率色差7 .不會影響成像清晰度的像差是 （C ）。A.二級光譜B.彗差C.畸變D.像散8 .下列光學系統(tǒng)中屬于大視場小孔徑的光學系統(tǒng)是（ C ）。A.顯微物鏡B.望遠物鏡C.目鏡D.照相物鏡9 .正弦差屬于小視場的（ B ）。A.球差 B.彗差C.畸變 D.色差10 .初級子午彗差和初級弧矢彗差之間的比值為（ A ）。:1: 1C.5: 1: 111 .下列光學元件中

3、，任何情況下都不會產(chǎn)生場曲的是（ B ）。A.厚凸透鏡B.平行平板C球面反射鏡D.不暈透鏡12 .下面光學元件中不產(chǎn)生色差的是（ A ）。A.球面反射鏡 B.薄凸透鏡 C.薄場鏡 D.薄雙膠合物鏡13 .薄雙膠合物鏡置于球面反射鏡球心，光闌與球心重合，則系統(tǒng)彗差最小可以為（D）。A. 0.4B. 0.25C.D. 014 .場景置于系統(tǒng)中，除產(chǎn)生場曲外，還可產(chǎn)生（ D ）。A.球差B.彗差C像散D.畸變15 .厚透鏡的場曲公式為（C ）。A. SivJ2 （- -）B. Siv J2（1 -）n -1 ar2n r2rlC. Siv J2UJnr1D. SivJ,2n(-n -1 r2I)16

4、.波像差就是實際波面與理想波面之間的A.光程差B.幾何像差C.離焦量（AD距離）。差17 .在進行目鏡光學系統(tǒng)設計時，應 （D ）。A.正追光線B.倒追光線C.從中間向兩側進行光線追跡D.從兩側向中間進行光線追跡18 .顯微鏡常采用的一種照明方式是，將光源通過聚光鏡成像在物平面上，稱之為（ D ）。A.反射式照明B透射式照明C.克勒照明D.臨界照明19 .下列軟件中不屬于光學設計軟件的是（ C ）。A. ZEMAX軟件軟件 C. Lensview軟件 V軟件20 .低倍顯微物鏡的光闌位置（ A ）。A.與物鏡重合B.與目鏡重合C.與中間像面重合D.位于物鏡后方焦平面處二、填空題（本大題 14小

5、題。每空1分，共20分）請在每小題的空格中填上正確答案。錯填、不填均無分。21 .單個折射球面的三對無球差點位置是球心處、頂點處、齊明點。22 .在表示畸變時，通常采用相畸變，其表達公式為q”一-100%y23 .一雙膠合薄透鏡組，若 Ci 0,則Cii 0。24 .七種初級像差中，僅與孔徑光闌大小有關的單色像差是球差 。25 .一雙膠合透鏡光焦度為正，在透鏡組中的正透鏡采用冕牌 玻璃,透鏡負透鏡采用 火石 玻璃。26 .密接薄雙膠合系統(tǒng)，為消除色差，兩透鏡光焦度應分別滿足公式1 、1227 .一同心彎月鏡在空氣中，其前后節(jié)點在其兩面的公共球心處、,其前后主點在其西面的公共球心處28 .對于玻

6、璃等折射材料，除折射率的參數(shù)外，還有一重要參數(shù)為 阿貝常數(shù)其公式為DnD 1nF nC29 .若光闌與相接觸薄透鏡系統(tǒng)重合時，可消除的單色像差為畸變 。30 .球差在像面上的體現(xiàn)形式是 圓形的。31 .在球差的級數(shù)展開形式中，常數(shù)項的值為 0。32 .復消色物鏡是指在透鏡的 0.707hm位置處，將 二級洋譜 校正為0。EFF33 .對F光和C光校正了色差后，相對于 D光的二級光譜公式為_ Lfcd 0.00052f34 .在ZEMAX光學設計軟件中，描述焦距的操作數(shù)為三、名詞解釋(本大題共 5小題。每小題2分，共10分)35 .像差：實際光學系統(tǒng)所成的像和近軸區(qū)所成的像之間的差異稱為像差。評

7、分標準：主要意思正確得236 .子午場曲：某一視場的子午像點相對于高斯像面的距離稱為子午像面彎曲， 簡稱子午場曲。評分標準：答對主要意思得2分。37 .二級光譜：如果光學系統(tǒng)已對兩種色光校正了位置色差，這兩種色光的公共像點相對于第三種色光的像點位置仍有差異，該差異稱為二級光譜。評分標準：答對主要意思得2分。38 .色球差：F光的球差和C光的球差之差，稱為色球差，該差值也等于邊緣光和 近軸光色差之差。評分標準：答對得2分。39 .漸暈：軸外點成像光束的寬度較軸上點成像光束的寬度要小，造成像平面邊緣部分照度要比像平面中心部分照度低的現(xiàn)象，稱為漸暈。四、簡答題(本大題共 6小題。每小題 5分，共30

8、分)40 . 一物體的峰-谷比(peak to valley)是0.23 ,問是否滿足 Rayleigh條件一物體的峰-谷比(peak to valley)是0.23 ,問是否滿足Rayleigh條件答：滿足Rayleigh條件，因為根據(jù)Rayleigh判斷，實際波面和參考波面之間的最大波像差(峰谷比)不超過 時，此波面可看作是無缺陷的成像質量較好。41 .在七種幾何像差中，僅與孔徑有關的像差有哪些僅與視場有關的像差有哪些與視場和孔徑都有關系的又有哪些僅與孔徑有關的像差有：球差、位置色差；僅與視場有關的像差有：像散、場曲、 畸變、倍率色差；與視場和孔徑都有關系的有：彗差42 . 一物體置于折射

9、球面的球心處，其像在哪放大倍率多少若物在球面頂點，其像又在何位置放大倍率多少1 一像分別在球心處和頂點處，放大倍率分別為一和1。n43 .什么是焦深，若像面向前或向后離焦半倍焦深，引起的波像差多大(1)實際像點無論在高斯像點之前或之后l。范圍內(nèi)，波像差都不會超過1/4波長，所以把2l。定義為焦深，即2l。一2n u(2)引起的波像差為 /4。44 .近視眼應佩戴何種透鏡加以矯正為什么應佩戴凹透鏡加以矯正，使光線經(jīng)過水晶體后發(fā)散，重新匯聚到視網(wǎng)膜上。45 .在對稱式光學系統(tǒng)中，當1時，哪幾種初級像差可以得到自動校正其它初級像差有何特性垂軸像差：彗差、畸變、倍率色差均為 0。軸向像差：球差、像散、

10、場曲、位置色差均為半部系統(tǒng)相應像差的兩倍。五、綜合應用題(本大題共2小題。每小題10分，共20分)46.設計一齊明透鏡，第一面曲率半徑ri95mm ,物點位于第一面曲率中心處，第二球面滿足啟明條件，若該透鏡厚度 d 5mm,折射率n 1.5,該透鏡位于空氣中，求(1)該透鏡第二面的曲率半徑；(2)該啟明透鏡的垂軸放大率。(1)根據(jù)題意得，物點發(fā)出光線經(jīng)第一面后按直線傳播，相對于第二面，其物no no.距I295 5100mm ,根據(jù)齊明條件I2 一2 r2100mm ,可得n260mm(2) I2 又上萬 25 ( 60)150mm由垂軸放大率公式業(yè)，得n21n In 2I2n 2l21.5I

11、2-1002.25,則該透鏡的垂軸放大率1 21.547. 一個光學系統(tǒng)，已知其只包含初級和二級球差，更高級的球差可忽略不計。已知該系統(tǒng)的邊光球差為Lm 0,帶光球差為L07070.015,求：1)分別求出和帶光線的球差；2)寫出邊緣光的初級和高級球差。1) LA1()2 A2()4 ,根據(jù)公式將Lm 0及L07070.015代入，得到hmhmA 0.06, A2 0.06 由此可求得：L0.50.01125及 L0.850.012032)邊緣光的初級球差為，邊緣光的高級球差為。光學系統(tǒng)設計（二）參考答案及評分標準一、單項選擇題（本大題共 20小題。每小題1分，共20分）題號1 1-56-10

12、11-1516-20答案:ABADBBADCA DABCBABDAC二、填空題（本大題12小題。每空1分，共20分）21 .小22 .色差、色差、場曲彗差、畸變、倍率色差25 .小、&帶光27.相等、相反、629畸變:131畸變、彗差32 .平行平板三、名詞解釋（本大題共5小題。每小題2分，共10分）33 .光程差：某種介質折射率與光在該介質中通過的幾何路程的乘積，稱為光在該介質中通過的光程，兩束光光程之差稱為光程差。評分標準：答對主要意思得2分。34 .弧矢場曲：某一視場的弧矢像點相對于高斯像面的距離稱為弧矢像面彎曲， 簡稱弧矢場曲。評分標準：答對主要意思得2分。35 .波像差：波像

13、差就是實際波面和理想波面之間的光程差。評分標準：主要意思正確得2分。36 .焦深：由于實際像點在高斯像點前后 I。范圍以內(nèi)，波像差不超過1/4波長,故把2 l0定義為焦深，即2 1° -2 。n u評分標準：主要意思正確得2分。37 .等暈條件：軸外點具有與軸上點相同的成像缺陷，稱之為等暈成像，欲達到 這樣的要求，則光學系統(tǒng)必須滿足等暈條件。評分標準：答對主要意思得2分。四、簡答題（本大題共 6小題。每小題5分，共30分）38 .若弧矢彗差Ks 0 ,是否滿足等暈成像若此時 L 0,是否滿足正弦條件 為什么答：1）滿足等暈成像,由于SC 叢 0,無正弦差，滿足等暈條件; y2）滿足正

14、弦條件，若此時 L 0,則nysinU nysinU ,滿足正弦條件評分標準：第一問答案正確得1分，理由解釋正確得2分；第二問答案正確得1 分，理由解釋正確1分。39 .什么是二級光譜對F光和C光校正系統(tǒng)色差后，相對于 D光，其二級光譜 與焦距有何關系答：1)當在帶孔徑對F光和C光校正了位置色差，它們和光軸的公共交點并不和D光帶孔徑光線和光軸的交點重合，其偏差稱為二級光譜。2) L FCD 0.00052 f評分標準：第一問答出大意得 3分；第二問答案正確得2分。40 .場鏡可產(chǎn)生哪些初級像差簡述平面反射鏡的像差特性答：場鏡可校正場曲和畸變；平面反射鏡不產(chǎn)生任何像差。評分標準：第一問中每種像差

15、答案正確得 2分；第二問答案正確得1分。41 . 一同心彎月鏡在空氣中，具前后節(jié)點在那其前后主點在哪答：其前后節(jié)點及主點均在其兩個面的公共球心處。評分標準：前后節(jié)點答案正確得 3分，前后主點答案正確得2分。42 .對于只包含初級和二級球差的光學系統(tǒng)，當對邊緣孔徑校正了球差之后，其 最佳焦點位置在何處答：其最佳焦點位置在-L0707處。4.評分標準：答出公式得5分。43 .試寫出五種初級像差的賽得和數(shù)的表達公式。答：Siluni(i i)(i u)SnSi(iz/i)SiiiSii 乜Si(iz/i)2SivJ2(n n)/(nnr)iSv(Siii Siv)Oz/i)評分標準：每個表達公式1分

16、，共5分。五、計算題(每題10分，共20分)44 .設計一個f' 100mm的雙膠合物鏡。選用K9 ( n0 1.5163, 0 64.1)和F7(n° 1.636, 0 35.36 )玻璃制作，使色差為零。問：(1)正透鏡用何種玻璃； 負透鏡用何種玻璃(2)正負透鏡的光焦度各應多少(3)物鏡二級光譜有多大(4) 若1r2 ,求三個面曲率半徑。解：(1)正透鏡用冕牌玻璃，負透鏡用火石玻璃。(2)1 10.023120.0123(3)物鏡二級光譜為：0.00052 f0.052mm(4)依據(jù)公式(n 1)( 12),可求得1r2 43.82mm, r3 287.3mm評分標準：

17、第一問中每個答案正確各得 1分, 結果正確各得1分，第三問答案正確得1分,第二問中每個公式正確各得1分,第四問每半徑結果正確各得 1分。如果一個光學系統(tǒng)的初級子午彗差等于焦寬()，則 SII應等于多少 n u2)如果一個光學系統(tǒng)的初級球差等于焦深(2),則 SI應等于多少 n u解：由KT2n u1Sii可知:n uSii23評分標準:- 22n uSi-2可知:n uSi第一問與第二問中每個公式正確各得3分，結果正確各得2分。1分，共20分）請將其代碼填寫在題后的括號內(nèi)。錯選、光學系統(tǒng)設計（三）一、單項選擇題（本大題共 20小題。每小題 在每小題列出的四個備選項中只有一個是正確的， 多選或未

18、選均無分。1.系統(tǒng)的像散為零，則系統(tǒng)的子午場曲值D )。A.大于零B.小于零2.雙膠合薄透鏡組，如果位置色差校正為零,A.大于零B.小于零D.無法判斷 則倍率色差值為D.無法判斷)°3.下列像差中，對孔徑光闌的大小和位置均有影響的是A.球差B.C.像散和場曲D.畸變4.除球心和頂點外，第三對無球差點的物方截距為, n nA.Lrn n n,B. Lr C. Ln5.下列像差中，屬于軸外點細光束像差的是A.球差B.子午彗差C.子午場曲(Anrn)。D.畸變D.6.瑞利判據(jù)表明，焦深是實際像點在高斯像點前后一定范圍內(nèi)時，波像差不會超過(C1A.一21B. 一31C.一4D.7.對于目視光

19、學系統(tǒng)，介質材料的阿貝常數(shù)定義為5(A )。八nD 10A. DB. DnF nCnD 1C.nD 1D.nD 1nFnCnF nCnF nC8 . K9玻璃和ZF6玻璃屬于（A.冕牌玻璃和火石玻璃C均屬火石玻璃B.火石玻璃和冕牌玻璃D.均屬冕牌玻璃9 .在ZEMAX軟件中進行顯微物鏡鏡設計，輸入視場數(shù)據(jù)時，應選擇C. Paraxial Image HeightD. Real Image Height)°A. Angle ( Deg) B. Object Height10 .在ZEMAX軟件中表示傳遞函數(shù)的是下列的哪個縮寫圖標11 .下列各鏡頭中，在進行設計時，應采用正追光線的是（B

20、）。A.惠更斯目鏡B.望遠物鏡C.顯微物鏡D冉斯登目鏡12 . 一般的負透鏡產(chǎn)生的場曲值為（ B ）。A.正值B.負值C.零D.無法判斷13 . 一激光擴束器應主要校正的像差是（ C ）。A.色差B.彗差C.球差D.畸變14 .所有的反射鏡均不需校正（ D ）。A.場曲B.畸變C.球差D.色差15 .對于一軸外物點，一般光學系統(tǒng)在像面上的各種像差綜合的結果是（ D）。A.圓形的彌散斑B.不規(guī)則形狀的單色彌散斑C彩色的彌散斑D.不規(guī)則形狀的彩色彌散斑16 .與弧矢平面相互垂直的平面叫作（A ）。A.子午平面B.高斯像面C.離焦平面D.主平面17 .下列軟件中，如今較為常用的光學設計軟件是（C ）

21、。軟件 軟件 軟件 軟件18 .光學傳遞函數(shù)的橫坐標是（ B ）。A.波長數(shù)B.線對數(shù)/毫米C傳遞函數(shù)值D.長度單位19 .星點法檢驗光學系統(tǒng)成像質量的缺陷是（B ）。A.不方便進行，步驟復雜B.屬主觀檢驗方法，不能量化C屬客觀檢測方法，但精度低D.計算復雜，應用不便20.按照道威判斷，顯微鏡的分辨率公式為（ AA.0.5B.0.61NANAC.140D.120DD二、填空題（本大題11小題。每空1分，共20分）請在每小題的空格中填上正確答案。錯填、不填均無分。21.一齊明透鏡，第一面曲率半徑ri -95mm ,物點位于第一面曲率中心處，第二面滿足齊明條件。若該透鏡厚度 d=5mm,折射率n=

22、,位于空氣中，則第二面半徑為 -60mm該齊明透鏡的垂軸放大倍率為 。22. 一個完全對稱式光學系統(tǒng)，若垂軸放大率1,則軸向像差為系統(tǒng)半部像差的一2ff。23 .若一個光學系統(tǒng)的畸變可以寫做Ay = Ey3, A Z= 0,則其相對畸變q Ey 2。24 .消場曲的方法主要有 使用彎月形厚透鏡、系統(tǒng)中正負透鏡分離、正負透鏡分別選 用較高和較低折射率的材料、將像面做成曲面補償場曲等。25 .反射棱鏡用于平行光路中，相當于平行平板,各像差值均等于 零。26 .在七種幾何像差中，不影響成像的清晰度的是畸變,僅與孔徑有關的像差是 球差 、位置色差。 ' ' 27 .在軸外彳t差 y t

23、gU特性曲線中，若一圓滑曲線關于y軸完全對稱，則系統(tǒng)的細光束子午場曲xt 028 .只含初級和二級球差的望遠物鏡，校正球差后，使邊緣光球差Lm 0,其邊緣帶高級球差為0.5mm,則L 0.707,為使波像差最小，離焦后其最佳像面應位于理想像點 前 側 毫米處。29 .反射棱鏡處于會聚光路中，除 場曲,其它像差均存在。30 .波像差的參考波面是理想球面波,波像差的大小在出瞳 處度量。31 .相對孔徑是F數(shù)的 倒數(shù) 。三、名詞解釋（本大題共 5小題。每小題2分，共10分）32 .齊明點： 對于單個折射球面，當物距滿足 L 上上r時，像距為L 工r , nn此時不產(chǎn)生球差值，稱該對共腕點為不暈點或齊

24、明點。33 .正弦差：正弦差是軸外小視場成像的寬光束的不對稱性的量度，具表達公式為SC KS。 y34 .匹茲伐爾場曲：理想的平面物體所產(chǎn)生的理想像為有一定彎曲程度的曲面，稱為匹茲伐爾像面，或匹茲萬像面，該像面的場曲值稱為匹茲伐爾場曲或匹茲萬 場曲。35 .離焦：為了獲得最佳像面，將實際像面沿理想像面向前或向后移動一定距離 的過程稱為離焦。36 .余弦定律：光學系統(tǒng)對無限接近的兩點成完善像的條件稱為余弦條件，具表達公式為n cos n cos C。四、簡答題(本大題共 6小題。每小題 5分，共30分)37 .孔徑光闌的直徑對畸變是否有影響為什么答：孔徑光闌的直徑對畸變沒有影響， 其位置對畸變有

25、影響，因為畸變是主光線 像差，而主光線僅與入瞳中心有關，與入瞳大小無關。38 .在系統(tǒng)中加入場鏡，是否會對像的大小和方向產(chǎn)生影響為什么答：因為物點與像點重合在場鏡平面，所以 1 ,像的大小和方向均不發(fā)生改變。像差方面除場曲和畸變外，其余像差為零。39 .在光學系統(tǒng)的近軸區(qū)是否存在位置色差，為什么答：在光學系統(tǒng)近軸區(qū)仍存在初級位置色差。因為即使在光學系統(tǒng)的近軸區(qū)，F(xiàn)光與C光的理想像點在光軸上并不重合，其差值稱為初級位置色差。40 .什么是正弦條件和赫歇爾條件它們有什么關系說明了什么答：正弦條件是垂軸小線段能夠完善成像的條件，具表達公式為nysinU n y sinU ;而赫歇爾條件是沿軸小線段能

26、夠完善成像的條件，具表達公式為nysinU nysinU。它們的表達公式相互矛盾，說明不能夠同時滿足，即 22不存在一個光學系統(tǒng)能夠對整個空間完善成像。41 .當光學系統(tǒng)僅存在初級彗差時，其成像光束形狀如何有何特點答：彗差形狀類似于彗星狀，故名彗差。當系統(tǒng)僅存在初級彗差時，有如下特點：(1)子午彗差是弧矢彗差的3倍，即Kt 3Ks；(2)彗差輪廓相切于兩條夾角為60度的直線；(3)彗差頂點處能量較為集中，越往外能量越渙散。42 .消像差譜線的選擇有何原則答：應對接收器最敏感的譜線消單色像差， 對接收器能接受的波段范圍兩邊緣附 近的譜線校正色差。五、綜合應用題（本大題共 2小題。每小題10分，共

27、20分）43.一雙膠合望遠物鏡，f100mm, -D 1:5 ,若只含初級球差和二級像差，邊緣帶球差為零0。707帶三個面的球差分布系數(shù)分別為：123Si：求：1）該物鏡的初級球差有多大2）若最大球差允許不大于 6倍焦深，物鏡的球差是否超差3）物鏡的二級光譜有多大解：1）SI 0.001784； u tanu D/2f 0.1；初級球差為Si0.0892 ；2n u2）光學系統(tǒng)帶的球差為：lmAi（）2 Ai（）4 0.5A1 0.25Ai0.25Aihmhm初級球差為 0.0892=0.5Ai ,所以可求得A= 0.1784,6倍焦深-二迎羅 6 0.3276mm, lm0.0446 0.3

28、276,故未超差n u 20.123)二級光譜為：0.00052 f 0.00052 100mm 0.052mm44.在球面反射鏡的球心處放一彎月薄透鏡，其兩半徑相等，光闌與薄透鏡重合，系統(tǒng)對無 限遠物體成像，試分析該光學系統(tǒng)的像差特性。答：1）對于彎月鏡，1SIV 0光闌與薄透鏡重合Sv Cii 02Siii J20CI h2 /0剩余Si、Sii(n 1)( 12) (n 1)(1 2)0122）對于球面反射鏡，本身無色差，即 CI CII 0光闌處于球心 SIISIIISv 0 ,剩余SI、SIV3）系統(tǒng)像差情況：可使彎月鏡和球面反射鏡的球差相互補償，保證系統(tǒng)的SI 0,同時 SIIIS

29、v CI CII 0,僅剩余 SII JW, SIV 2J2/r光學系統(tǒng)設計(四 )一、單項選擇題 (本大題共 20 小題。每小題 1 分，共 20 分)在每小題列出的四個備選項中只有一個是正確的，請將其代碼填寫在題后的括號內(nèi)。錯選、多選或未選均無分。1 .假定物體AB在有限距離處，且 AB=-y,當孔徑光闌在單個薄正透鏡的右側時，產(chǎn)生倍率 色差的符號為 ( A ) 。A.大于零B.小于零C.等于零D.無法判斷2 ZEMAX 軟件的傳遞函數(shù)曲線中，不同顏色的曲線表示不同的 ( B )。A.波長B.視場C孔徑 D.像面位置3 一個僅有像散的光學系統(tǒng)，小“”形圖案置于光軸上，則在該物的子午像面，外

30、圓輪廓成像 ( C )。A.模糊B.與十字叉線成像，情況一樣C.清晰D.無法判斷4 軸外物點通過有像散的光學系統(tǒng)成像時，在該像點的子午像面，形成的焦線( B ) 。A.在子午面內(nèi)B.在弧矢面內(nèi)C以銳角傾斜于子午面D.無法判斷5 人眼的視網(wǎng)膜呈現(xiàn)一定程度的彎曲，可以補償一定的( C )。A.球差B.子午彗差C.場曲D.畸變6 一普通正透鏡，對邊緣光校正了球差，為使波像差最小化，應離焦的方向是( A )。A.沿軸向左B.沿軸向右C.垂軸向上D.垂軸向下7 .介質材料ZF2的阿貝常數(shù)為，n 1.6727,則nF nc ( C )。A.B. 0.0902C.D.8 .在球差曲線圖中，如果 F光、C光、

31、D光曲線相交于帶，說明該物鏡 ( C )。A.為無球差物鏡 B.為消色差物鏡 C.為復消色物鏡 D.為無場曲物鏡9 .在ZEMAX軟件中進行望遠物鏡鏡設計，輸入孔徑數(shù)據(jù)時，應選擇(B )。A. Object Space NA B. Entrance Pupil Diameter c. Object cone Angle D. Angle ( Deg)10 在 ZEMAX 軟件中表示自動優(yōu)化的是下列的哪個縮寫圖標( B ) 。11 對于小像差光學系統(tǒng)，正弦差允限為( D )。A. Sc 0.25 B. Sc 0.00025 c. Sc 0.025 D.Sc 0.002512 球差曲線與坐標軸所圍

32、面積(考慮正負)越小，則 ( B )。A.波像差越大B.波像差越小C.與波像差大小無關D.無法判斷13 在顯微鏡的應用中，蓋波片產(chǎn)生的像差，下列選項論述正確的是( c)。A. 不產(chǎn)生任何像差B. 僅產(chǎn)生球差和彗差c. 除場曲外其它像差均存在D. 僅產(chǎn)生場曲，無其它像差14 魚眼透鏡一般視場角都比較大，但所成的像存在嚴重的 ( B ) 。A.場曲B.畸變C.球差D.色差15 雙高斯物鏡是一種對稱式物鏡結構形式，其光闌前透鏡形式為 ( c ) 。A.兩片單透鏡B兩片雙膠合C.一片單透鏡+一個雙膠合D.一個雙膠合+一個單透鏡16 光闌與相接觸的薄透鏡重合時，能夠自動校正 ( A )。A.畸變B.場曲

33、C.球差D.二級光譜17 在子午像差特性曲線中，坐標中心為B z ，如 B 0 位于該點左側，則畸變值為 ( A )。A.正值B.負值cC.令D.無法判斷18 .厚透鏡之所以在校正場曲方面有著較為重要的應用，是因為 （B ）。A.通過改變厚度保持場曲為零B.通過兩面曲率調(diào)節(jié)保持光焦度不變C通過改變厚度保持光焦度不變D.通過兩面曲率調(diào)節(jié)保持場曲為019 .正畸變又稱 （C ）。A.桶形畸變B.錐形畸變C.枕形畸變D.梯形畸變20 .按照瑞利判斷，顯微鏡的分辨率公式為（B）。0.50.61A."NA'B. na140120C.D.二、填空題（本大題 11小題。每空1分，共20分）

34、請在每小題的空格中填上正確答案。錯填、不填均無分。21 .當孔徑光闌設置在球面反射鏡的球心時，七種幾何像差中可以自動消除的是_慧f|、 像散 和 畸變。22 .僅具有初級球差的光束結構是圓 形的,僅具有初級彗差時的光束結構是彗星狀的。，斗，一，一1c23 .球差用賽得和數(shù)表達的形式是L 2 Si 。2n u24 .細光束的子午場曲與細光束弧矢場曲的差稱為 細光束像散。25 .初級色差分為 位置色差 和倍率色差 兩種。26 .若某像差與光闌的位置有關，則表明該像差與 視場 有關,若某像差與光闌的大 小有關則表明該像差與孔徑 有關。27 .已知物距L 20mm,正透鏡厚度d 2mm, n 1.51

35、63,設物體位于第一面球心，則齊明透鏡的兩個半徑分別為 A -20mm .2-13.26mm 或-13.257mm ,像距 L-33.36mm 或-33.3586mm。2,“11、 （n 1）2 d28 .厚透鏡的光焦度公式為（n 1）（ ） （）r1r2nr1 r229 .不暈透鏡又稱齊明透鐐,是利用透鏡的無球差 氏制成的。30 .通常情況下，應在光學系統(tǒng)的初緣帶校正球差,在帶校正位置色31 .對于小視場大孔徑光學系統(tǒng)，應主要考慮球差、正弦差和位置色差三、名詞解釋（本大題共 5小題。每小題2分，共10分）32 .調(diào)制傳遞函數(shù)：由于光學系統(tǒng)像差及衍射等原因，會造成像的對比度低于物的對比度。將像

36、的對比度與物的對比度的比值，稱之為調(diào)制傳遞函數(shù)。33 .賽得和數(shù)：賽得推導出僅有五種獨立的初級像差，即以和數(shù) §、 Sii、Siii、Siv、Sv分別表示初級球差、初級彗差、初級像散、初級場曲、初級畸變，統(tǒng)稱為賽得和數(shù)34 .出瞳距：光學系統(tǒng)最后一個面頂點到系統(tǒng)出瞳之間的距離，稱為出瞳距。 135 .像差容限：根據(jù)瑞利判斷，當系統(tǒng)的最大波像差小于-時，認為系統(tǒng)像質是4完善的，當系統(tǒng)滿足這一要求時，各像差的最大允許值稱為像差容限， 又稱像差 允限。36 .復消色物鏡：校正了系統(tǒng)二級光譜的物鏡，稱為復消色物鏡四、簡答題（本大題共 6小題。每小題 5分，共30分）37 .簡述瑞利判斷和斯托

37、列爾準則，二者有什么關系瑞利判斷：實際波面與參考球面波之間的最大波像差不超過/4時，此波面可看作是無缺陷的。斯托列爾準則：成像衍射斑中心亮度和不存在像差時衍射斑中心亮度之比S.D. 口8時，認為光學系統(tǒng)的成像質量是完善的。這兩個準則是相互一致的，當最大波像差為 /4時，SD.值剛好約等于38 .完全對稱式系統(tǒng)，當1時，垂軸像差與沿軸像差有何特性垂軸像差可以得到自動校正，即彗差、畸變和倍率色差均為零；而沿軸像差 為系統(tǒng)半部像差的2倍，如球差、像散、場曲和位置色差39 .球面反射鏡的焦距與半徑有何關系平行光入射時的球差值是多少焦距與半徑的關系為：f /2,即焦距為球面反射鏡半徑的1/2。以平行光2

38、入射時的或fcS值是h /8 o40 . ZEMAX優(yōu)化函數(shù)中操作數(shù) EFFL代表什么意義它是什么的縮寫代表有效焦距，是 Effective Focal Lengt帕勺縮寫。41 .單個折射球面的無球差（不暈）點有哪些其位置如何無球差共腕點共有三對：1）球心處，L L r ； 2）頂點處，L L 0;3）物距 L （n n）r/n ,像距 L （n n）r/n。42 .密接雙薄透鏡系統(tǒng)，光焦度 已知，若要消位置色差，試確定其光焦度分配對于薄透鏡組，12由于單薄透鏡的初級位置色差系數(shù) Ci h2 / ,所以有1/12/ 20兩方程聯(lián)立，得兩薄透鏡的光焦度分配為1 ，2 -1212五、綜合應用題（

39、本大題共 2小題。每小題10分，共20分）43 .一雙膠合望遠物鏡，其正負透鏡采用的玻璃分別為K9 （ % ,）和ZF2 （%，）。通過對各色光的光線追跡，得到有關數(shù)據(jù)如下表所示：試根據(jù)以下表格，求解：1）色球差 L'fc =2）二級光譜 L 'FCD =3）若系統(tǒng)僅包含初級球差和二級球差，試計算帶孔徑處的高級球差。h/hmlc,Lc/mmIf ,Lf /mmId, Ld /mm01)色球差 Lfc= LfLC=0.079mm 二級光譜L FCD = L F0.707 L d0.707=0.004mm LAi(h/hm)2A2(h/hm)4,已知L0.70797.030 97.

40、009 0.021mm, Lm 97.004 97.0090.005mm,代入球差表達式，得A 0.089,40.094；當h 0.3hm時，得帶孔徑處高級球差為A2(0.3)40.00076mm44 . 一雙分離薄透鏡系統(tǒng)，其主光線與高斯像面交點的高度為9.82mm,相對畸變值為3%,試求理想像高。qyz/y0y0 100% ,已知 y 9.82mm, q 3% ,可得 y0 9.53mmy。光學系統(tǒng)設計（五）一、單項選擇題（本大題共 20小題。每小題 1分，共20分）在每小題列出的四個備選項中只有一個是正確的，請將其代碼填寫在題后的括號內(nèi)。錯選、 多選或未選均無分。1 .對于密接雙薄透鏡系

41、統(tǒng)，要消除二級光譜，兩透鏡介質應滿足（B ）。A.相對色散相同，阿貝常數(shù)相差較小B.相對色散相同，阿貝常數(shù)相差較大C.相對色散相差較大，阿貝常數(shù)相同D.相對色散相差較小，阿貝常數(shù)相同2 .對于球面反射鏡，其初級球差表達公式為 （A ）。D. L 1h2 4)。121 21 2A. L h2 B. L h2C. L h28843 .下列光學系統(tǒng)中屬于大視場大孔徑的光學系統(tǒng)是（DA.顯微物鏡B.望遠物鏡C.目鏡D.照相物鏡4 .場曲之差稱為（ C）。A.球差B.彗差C.像散 D.色差(A )。5 .初級球差與視場無關，與孔徑的平方成A.正比關系B.反比關系C倒數(shù)關系D.相反數(shù)關系6 .下面各像差中

42、能在像面上產(chǎn)生彩色彌散斑的像差有（ D ）。A.球差B.場曲C畸變D.倍率色差7 .不會影響成像清晰度的像差是（C ）。A.二級光譜B.彗差C.畸變D.像散8 .下列光學系統(tǒng)中屬于大視場小孔徑的光學系統(tǒng)是（C ）。A.顯微物鏡B.望遠物鏡C.目鏡D.照相物鏡9 .正弦差屬于小視場的（ B ）。A.球差B.彗差C.畸變 D.色差10 .初級子午彗差和初級弧矢彗差之間的比值為（ A ）。:1: 1C.5: 1: 111 .光闌與相接觸的薄透鏡重合時，能夠自動校正 （A ）。A.畸變B.場曲C.球差D.二級光譜12.在子午像差特性曲線中，坐標中心為Bz ,如Bo位于該點左側，則畸變值為（ A ）。A

43、.正值B.負值C.零D.無法判斷13 .厚透鏡之所以在校正場曲方面有著較為重要的應用，是因為 （ B ）。A.通過改變厚度保持場曲為零B.通過兩面曲率調(diào)節(jié)保持光焦度不變C通過改變厚度保持光焦度不變D.通過兩面曲率調(diào)節(jié)保持場曲為014 .正畸變又稱 （C ）。A.桶形畸變B.錐形畸變C.枕形畸變D.梯形畸變15 .按照瑞利判斷，顯微鏡的分辨率公式為（ B ）。0.50,61140120A.記 B. ' C.萬 D.行16 .與弧矢平面相互垂直的平面叫作（ A）。A.子午平面B.高斯像面C,離焦平面D.主平面17 .下列軟件中，如今較為常用的光學設計軟件是（C ）。軟件 軟件 軟件 軟件1

44、8.光學傳遞函數(shù)的橫坐標是（B )。A.波長數(shù)B.線對數(shù)/毫米C傳遞函數(shù)值D.長度單位19 .星點法檢驗光學系統(tǒng)成像質量的缺陷是（ B ）。A.不方便進行，步驟復雜B.屬主觀檢驗方法，不能量化C屬客觀檢測方法，但精度低D.計算復雜，應用不便20 .波像差就是實際波面與理想波面之間的（ A ）。A.光程差B.幾何像差C.離焦量D距離差二、填空題（本大題 11小題。每空1分，共20分）請在每小題的空格中填上正確答案。錯填、不填均無分。21 .物體位于無窮遠，則對于同一光焦度薄透鏡而言，阿貝常數(shù)值越大，色差越小 。22 .對于激光光學系統(tǒng)， 不需要校正的像差是色差;對于反射鏡系統(tǒng)，不需要校正的像差是

45、 色差 ；對于平行平板，不需要校正的像差是 揚g。23 .螢石在校正二級光譜方面有著非常重要的應用，其參數(shù)為nD1.43385,nF nc 0.00454 ,則其阿貝常數(shù)為 。24 .單個折射球面的三對無球差點位置是 球心處 、頂點處、_ 齊明點處。25 .在表示畸變時，通常采用相對畸變，其表達公式為 。26 .一雙膠合薄透鏡組，若 Ci 0,則Cii 0。27 .在軸外彳t差 y tgU特性曲線中，若一圓滑曲線關于y軸完全對稱，則系統(tǒng)的細光Lm 0,其邊緣帶高級束子午場曲X t 0 o28 .只含初級和二級球差的望遠物鏡，校正球差后，使邊緣光球差球差為0.5mm,則L 0.707,為使波像差

46、最小，離焦后其最佳像面應位于理想 像點 前 側 毫米處。29 .反射棱鏡處于會聚光路中，除場曲 .其它像差均存在。30 .通常情況下，應在光學系統(tǒng)的邊緣帶校正球差,在帶校正位置色31 .完全對稱式光學系統(tǒng)，當1時，可以消除的像差有 彗差、噴3s、 倍率色差 。三、名詞解釋（本大題共 5小題。每小題2分，共10分）32 .像差：像差：實際光學系統(tǒng)所成的像和近軸區(qū)所成的像之間的差異稱為像差33 .二級光譜：二級光譜：如果光學系統(tǒng)已對兩種色光校正了位置色差，這兩種 色光的公共像點相對于第三種色光的像點位置仍有差異，該差異稱為二級光譜I0范圍以內(nèi)，波像差不超過1/4波長,34 .焦深：由于實際像點在高

47、斯像點前后故把2 I。定義為焦深，即2 l35 .正弦差：正弦差是軸外小視場成像的寬光束的不對稱性的量度，其表達公式為KcSC復消色物鏡：校正了系統(tǒng)二級光譜的物鏡，稱為復消色物鏡。y36 .復消色物鏡：四、簡答題（本大題共 6小題。每小題 5分，共30分）37 .簡述瑞利判斷和斯托列爾準則，二者有什么關系瑞利判斷：實際波面與參考球面波之間的最大波像差不超過/4時，此波面可看作是無缺陷的。斯托列爾準則：成像衍射斑中心亮度和不存在像差時衍射斑中心亮度之比SD. 0.8時，認為光學系統(tǒng)的成像質量是完善的。這兩個準則是相互一致的，當最大波像差為/4時，SD.值剛好約等于38 .完全對稱式系統(tǒng)，當1時，

48、垂軸像差與沿軸像差有何特性答：垂軸像差可以得到自動校正，即彗差、畸變和倍率色差均為零；而沿軸像差 為系統(tǒng)半部像差的2倍，如球差、像散、場曲和位置色差。39 .消像差譜線的選擇有何原則應對接收器最敏感的譜線消單色像差，對接收器能接受的波段范圍兩邊緣附近的譜線校正色差。40 . 一物體的峰至比（peak to valley）是0.23 ,問是否滿足 Rayleigh條件滿足Rayleigh條件，因為根據(jù)Rayleigh判斷，實際波面和參考波面之間的最大波像差（峰谷比）不超過 時，此波面可看作是無缺陷的成像質量較好41 .近視眼應佩戴何種透鏡加以矯正為什么應佩戴凹透鏡加以矯正，使光線經(jīng)過水晶體后發(fā)散

49、，重新匯聚到視網(wǎng)膜上。評分標準：42 .密接雙薄透鏡系統(tǒng)，光焦度 已知，若要消位置色差，試確定其光焦度分配對于薄透鏡組，12由于單薄透鏡的初級位置色差系數(shù) Ci h2 / ,所以有 "12/ 2 0兩方程聯(lián)立，得兩薄透鏡的光焦度分配為1 , 2 -1212五、綜合應用題（本大題共2小題。每小題10分，共20分）43. 一雙分離薄透鏡系統(tǒng)，其主光線與高斯像面交點的高度為9.82mm,相對畸變值為3%,試求理想像高。q yz/y。y。y。100%,已知 y 9.82mm, q 3% ,可得 y。 9.53mm44.設計一齊明透鏡，第一面曲率半徑ri95mm ,物點位于第一面曲率中心處，第

50、二球面滿足啟明條件，若該透鏡厚度(1)該透鏡第二面的曲率半徑;d 5mm,折射率n 1.5,該透鏡位于空氣中，求 根據(jù)題意得，物點發(fā)出光線經(jīng)第一面后按直線傳播,相對于第二面，其物距1295 5100mm ,根據(jù)齊明條件l2 n2一n2r2100mm ,可得 r2n260mm(2)該啟明透鏡的垂軸放大率。 n2 n22.5)I2上 (60)n21150mm由垂軸放大率公式1n 2 l2n 2 l21.5I2-1002.25,則該透鏡的垂軸放大率1 21.5阿貝爾數(shù)用來表示什么表示透明物質色散能力的反比例指數(shù)，數(shù)值越小色散現(xiàn)象越厲害。薄透鏡焦距與光焦度的關系薄透鏡焦距的反比就是光焦度。球差以及產(chǎn)生

51、的原因球差是軸上點的單色相差，原因：由于透鏡的球形表面造成的。1/L-1/L =/F1 計算題光學系統(tǒng)的特性參數(shù)孔徑，波長，視場消彗差，彗差為0 有哪幾種情況當光闌位于球心出時,彗差為零滿足齊明條件時，不產(chǎn)生彗差采用對稱式結構可消除或減少彗差。子午平面，弧矢平面的概念子午平面 （tangential plane） ：包含物點和光軸的平面稱子午平面弧矢面 （sagittal surface） ：包含主光線并與子午平面垂直的平面稱弧矢面視場小時，哪幾種像差哪幾種幾何像差大時，幾種像差?。何恢蒙钫也?球差大：場曲 像散 畸變 彗差理解幾種像差所產(chǎn)生的彌散斑球差產(chǎn)生：單色彌散圓斑，位置色差產(chǎn)生：彩

52、色彌散圓斑，彗差、像散、場曲、倍率色差、畸變產(chǎn)生形狀復雜的彌散斑。光學元件產(chǎn)生幾何像差，反射鏡不會，透鏡會，為什么什么是像差像與像的差別像差：實際光學系統(tǒng)所成的像和近軸區(qū)域所成的像的差異。前光線，后光線，上光線，下光線上光線：軸外點發(fā)出通過某孔徑帶上邊緣的光線稱某孔徑帶的上光線下光線：軸外點發(fā)出通過某孔徑帶下邊緣的光線稱某孔徑帶的下光線前光線：軸外點發(fā)出通過某孔徑帶前邊緣的光線稱某孔徑帶的前光線后光線：軸外點發(fā)出通過某孔徑帶后邊緣的光線稱某孔徑帶的后光線單個折射球面有哪幾個位置無球差答：三個位置，頂點，球心，不暈點（齊明點） 。軸上點的像差（兩個）球差、位置色差，周外點的像差（五個）彗差、畸變、像散、場曲、倍率色差，哪些是成彌散斑的彗差、球差、位置色差、倍率色差、畸變、像散、場曲?；兪侵鞴饩€像差，不會影響像的清晰度。一雙膠合薄透鏡組，第一賽得和數(shù)為 0 ，求第二賽得和數(shù)等于多少0什么是漸暈軸外點發(fā)出并充滿入瞳的光束會受到遠離孔闌的透鏡的通光孔徑的限制， 被部分遮攔而不能全部通過光學