光信121工程光学考试卷

1、淮 海 工 学 院 13 - 14 学年 第 1 学期 工程光学 试卷(A闭卷)题号一二三四五（1）五（2）五（3）五（4）五（5）总分核分人分值10202510661076100得分一、 判断题（本大题共10小题，每题1分，共10分）（ ）1、光从介质中传播时一定沿直线传播。（ ）2、光从一点传播到另一点，其路迹并不随意，而是沿光程为极 值的路径传播的，即光程为极小、极大或稳定值。（ ）3、无限远点与有限远点的等光程反射面为抛物面。（ ）4、眼球等效一架可调焦可变动光圈的照相光学系统，其物像方 空间焦距相等。（ ）5、凸透镜一定是正透镜，凹透镜一定是负透镜。（ ）6、一束光从一种介质进入另一

2、种介质时，其光亮度不变。（ ）7、单个折射球面构成的系统，物方主点、像方主点都重合于球 面顶点。（ ）8、余弦辐射体是指发光物体在各个方向上的光亮度相同。（ ）9、对同一种均匀介质，不同波长的光对应的折射率不同，其中 红光对应的折射率比蓝光大。（ ）10、显微镜用于测量长度时，在物镜的实像面上放一刻有标尺 的透明分划板，分划板与物镜间距离固定，但物距不一定能 调到使像正好成在分划板上，这样就产生测量误差。解决此 问题的办法是在物镜像方焦面上安放一个视场光阑。2、 选择题（单选，每题2分，共20分）（ ）1、一个物方、像方折射率相同的折射光学系统对实物成像时， 其垂轴放大率 -10，则结论正确的

3、为： A、成正立放大的虚像 B、成倒立缩小的虚像 C、成倒立缩小的实像 D、成正立缩小的实像（ ）2、在光学系统中，下列没有共轭关系的是 A、入瞳和出瞳 B、入窗和出窗 C、物方主点和像方主点 D、物方焦点和像方焦点（ ）3、对于柯勒照明，正确的陈述是 A、光能利用率高 B、照明面的光照度均匀 C、照明系统的出瞳与后接系统的入瞳衔接 D、以上说法都不对（ ）4、在望远系统中加入场镜后，与原系统相比发生变化的量是 A、像方视场角 B、视觉放大率 C、出瞳距 D、出瞳直径（ ）5、倍视觉放大率的望远镜，它的角放大率，垂轴放大率和 轴向放大率的关系为 A、=，=，=2 B、=，=1/，=1/2 C、

4、=1/，=，=1/2 D、=1/，=1/，=2 （ ）6、以下几种初级像差中，当视场很小时就需要考虑的是 A、畸变 B、慧差 C、像散 D、场曲（ ）7、在校正球差时，一般只考虑一、二级球差的影响，当校正边 缘带hm的球差为零时，残余球差的最大值出现在 A、0.85hm 处 B、0.707hm 处 C、0.50hm 处 D、0.25hm处（ ）8、一物体经理想光学系统后成放大的实像，当物体向光学系统 方向移动一微小距离时 A、其像变大 B、垂轴放大率的绝对值变小 C、角放大率的绝对值变大 D、轴向放大率的绝对值变小（ ）9、下列像差中只与孔径角有关的是 A、球差 B、畸变 C、细光束场曲 D、

5、倍率色差（ ）10、在物镜和像面之间加一厚为d折射率为n的平行平板后， 像面位置将 A、向后移动d/n距离 B、向前移动d/n距离 C、向后移动（1-1/n)d距离 D、向前移动(1-1/n)d距离3、 填空题（每空1分，共25分）1、光就其本质而言是一种电磁波，在真空中光波波长范围大致1mm10nm，其中可见光波长范围在 之间，波长 的光称红外光，而波长 的光称紫外光。2、 如图所示为两个透明介质的分界面，折射率分别为n=1、n=1.5，试导出一对有限远共轭点成完善成像的单个折射面的面形方程 。 3、 节点是角放大率等于+1的一对共轭点，若理想光学系统的物方像方焦距分别为f和f ，则以焦点为

6、原点的节点位置xJ= ，xJ= 。4、 光楔顶角为折射率为n，当两光楔主截面平行，两楔角方向相同、相反和反向相同时，出射光线方向如何？其偏向角a= ，b= ，c= 。5、孔径光阑经前面光学系统成的像叫 ，经后面光学系统成的像叫 。视场光阑经前面光学系统成的像叫 ，经后面光学系统成的像叫 。6、望远系统中，若孔径光阑位于物镜像方焦面上称 ，可用来准确测 ；若孔径光阑位于物镜物方焦面上，称 ，可用来准确测 。7、 一面积为1cm2 的余弦平面辐射体，光通量为100lm，则光亮度L= ，平面法向光强度IN= ，光出射度M= 。与平面余弦辐射体正对方向有一平面物，两平面平行相距1m，中心在同一法线轴上

7、，平面物面积10cm2，则平面物上光照度E= 。8、 对于单个折射球面，有三个特殊物点位置不产生球差，他们是（1） ，（2） ，（3） ，称齐明点。9、照相机照相认为物在无限远，胶片曝光量与胶片上照度有关，光圈数F扩大一倍，照度将 倍。四、作图题 （10分）1、用作图法求下面图中物点A的像点A（3分2=6分）2、 画出二次反射直角棱镜的展开图，并写出光轴长度L（2分）3、 图为斯密特屋脊棱镜，设输入为右手坐标系，画出相应的输出坐标系。（2分）5、 计算题（35分）1、（6分）有一光线以300角入射于n=1和n=1.5的平面分界面上，若以入射点为原点，法线从空气指向介质为y轴，界面方向为x轴，写

8、出入射光线A、反射光线A和折射光线A的矢量式。2、 （6分）一平凸透镜，r1=50mm，r2=，d=10mm，n=1.5，一高为5mm的物体垂直光轴放置，离透镜凸面-20mm，求像的位置和像高。3、（10分）一光学系统由两透镜组成，焦距分别为100mm和50mm，相距为20mm，求组合焦距和基点位置，并在图上标出。一物高为10mm，距第一透镜30mm，则求像的位置和像高。4、 一显微镜物镜的垂轴放大倍率=-5x，数值孔径NA=0.2，共轭距L=240mm，物镜框是孔径光阑，目镜焦距f e=25mm。（1） 求显微镜的视觉放大率（2） 求出射光瞳直径（3） 求出射光瞳距离（镜目距）（4） 斜入射

9、光照明时，=0.55m，求目镜的通光孔径。（5） 求物镜通光孔径（6） 设物高2y=4mm，渐晕系数K=50%，求目镜的通光孔径。5、 （6分）一放大镜焦距f =25mm，通光孔径D=20mm，眼睛距放大镜为50mm，像距离眼睛在明视距离250mm，渐晕系数K=50%，试求：（1）视觉放大率；（2）线视场；（3）物体的位置 有关公式 淮 海 工 学 院 13 - 14 学年 第 1 学期 工程光学 试卷(A卷闭卷)答案1、 判断题1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、2、 选择题1、 C 2、D 3、B 4、C 5、B 6、B 7、B 8、A 9、A 10、C3、 填空题

10、1、380760nm 大于760nm 小于400nm2、3、 f f4、 2（n-1) 0 2、-(n-1)5、 入瞳 出瞳 入窗 出窗6、 物方远心光路 物高度 像方远心光路 物距7、 106/=3.18105cd/m2 31.8cd 106lm/m2 31.8lx8、 （1）L=0（L=0，=1）（2）L=r(=L,=n/n), (3)L=(n+n)r/n(L=(n+n)r/n,=n2/n2)9、 缩小1/4倍4、 作图题1、2、3、5、 计算题1、2、3、解：=1+2-d12=1/100+1/50-20/10050=13/500 f=500/13=38.46mm （2分） lF =f(1

11、-d/f1)=38.46(1-20/100)=30.77mm（1分） lH=lF-f=30.77-38.46=-7.69mm （1分） lF=-f(1-d/f2)=-38.46(1-20/50)=-23.08mm （1分） lH=lF-f=-23.08+38.46=15.38mm （1分） 图（1分） l=-(30+15.38)=-45.38mm1/l-1/(-45.38)=1/38.46 ,l=252.21mm （1分） l*2=252.21-7.69=244.5mm （1分） y=ly/l=252.2110/(-45.38)=-55.58mm （1分）4、解：（1）e=250/fe=10，

12、=e=-50x （1分） (2)物镜，l-l=200,l/l=-5, l=-40mm,l=200mm 1/lz-1/(-200-25)=1/25,lz=28.125mm NA=nsinu sinu=0.2 tanu=0.204 孔径光阑口径D=2tanu(-l)=20.20440=16.32mm 出瞳直径D=16.3228.125/225=2.04mm （1分） (3) lz=28.125mm （1分） (4) =0.5/NA=0.50.5510-3/0.2=0.00138mm （1分） (5)D物=D孔=16.32mm （1分） (6)D目/2（200+25）=2/40， D目=22.5mm

13、 （2分） 5、 解：（1） 淮 海 工 学 院 13 - 14 学年 第 1 学期 工程光学 试卷(B闭卷)题号一二三四五（1）五（2）五（3）五（4）五（5）总分核分人分值1020241069696100得分一、判断题（本大题共10小题，每题1分，共10分）（ ）1、物经一光学系统后在某处成一实像，现若在像处放物，则 必在原物处能接收到像。（ ）2、如图为实物点P经光学系统二个面折射成像的光路图，由 于P在折射率n3的空间中，所以P像对应的折射率为n3。（ ）3、平行平板成像时有像散，只有在近轴区以细光束成像时才 成完善像。（ ）4、近视眼的远点在人眼前有限距离处，而远视眼的远点在眼 后有

14、限距离处。（ ）5、相同辐射功率不同波长的光对人眼的视觉灵敏度相同。（ ）6、远处物体通过望远镜系统后所成的像是一个放大的像。（ ）7、在非均匀介质中传播的光线是曲线，并且向折射率大的方 向偏折。（ ）8、单正透镜产生负球差，单负透镜产生正球差，因此它们组 合后可以校正球差。（ ）9、对于一个镜头的物像共轭距必在4f ,)之间，且对给定 共轭距时有两个垂轴放大率1和2，并成倒数关系1=1/2 满足物像交换原则。（ ）10、凸透镜一定是正透镜，凹透镜一定是负透镜。2、 选择题（单选，每题2分共20分）（ ）1、将两个焦距分别为f 1和f 2的已知光组组合在一起，下列 叙述正确的是 A、若f 1和

15、f 2均为正值，则组合后的光组焦距f 为正 B、当光学间隔=0时，组合后光组的光焦度为0 C、当光学间隔增大时，组合后光组的焦距值变大 D、当两光组密接时，组合光组的焦距f =f 1+f 2（ ）2、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、系统的视觉放大率变化 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（ ）3、在用照相机拍摄景物时，要获得较大的景深，应该 A、增大照相系统的入瞳直径 B、将对准平面置于无穷远处 C、选用长焦距镜头 D、增大光圈数（ ）4、一个焦距为50mm的放大镜，眼睛到它的距离为12

16、5mm， 物体经放大镜成像在明视距离处，放大镜的视觉放大率为 A、6 B、5 C、3.5 D、2.5（ ）5、1w的单色钠灯（=0.5893m，V（）=0.80）与多少w 的单色红灯（=0.700m，V（）=0.0041）对人眼的刺激 程度等效。 A、195.12w B、683w C、0.005125w D、0.001464w（ ）6、在物镜和像面之间加一厚为d折射率为n的平行平板后， 像面位置将 A、向后移动d/n距离 B、向前移动d/n距离 C、向后移动（1-1/n)d距离 D、向前移动(1-1/n)d距离（ ）7、要分辨相距500nm的两点， 用500nm波长的可见光斜照 明，可求得所需

17、显微镜的数值孔径NA。若采用40倍的物镜 和15倍的目镜，则观察结果为 A、物镜分辨率未被充分利用 B、有效放大 C、无效放大 D、不确定（ ）8、在望远系统中加入场镜后，与原系统相比有变化的是 A、像方视场角 B、视觉放大率 C、出瞳距 D、出瞳直径（ ）9、倍视觉放大率的望远镜，它的角放大率，垂轴放大率 和轴向放大率的关系为 A、=，=，=2 B、=，=1/，=1/2 C、=1/，=，=1/2 D、=1/，=1/，=2 （ ）10、在校正球差时，一般只考虑一、二级球差的影响，当校正 边缘带hm的球差为零时，残余球差的最大值出现在 A、0.85hm 处 B、0.707hm 处 C、0.50h

18、m 处 D、0.25hm处3、 填空题 （每空1分，共24分）1、 对各向同性正常色散的介质，波长长的红光的折射率 于波长短的紫光的折射率，即光线经介质折射后向折射率 的方向偏折。（填大、小、等于、不变或无关）2、 如图为实物P，经光学系统后最终成虚像P，折射率分别为n1、n2和n3，则虚像P对应的空间折射率为 。3、 一束光线入射于平面镜后反射，若平面镜以通过入射点垂直入射面的轴向某一方向旋转角，则反射光线沿 方向旋转 角。双平面镜的夹角为，入射光线依次在二平面镜各反射一次，则出射光线与原入射光线之间的夹角为 ，与入射角 。4、 限制光束的光学元件边框或带孔的薄金属片叫光阑，按用途可分为 、

19、 、 、 。5、 有一等边三棱镜，钠黄光在棱镜的两个折射面折射后的最小偏向角为38.60，则此时光线的入射角I1= ，该棱镜的折射率n= 。6、 一架照相机，物镜焦距f =70mm，取相对孔径D/f =1/3.5，在对准距离p=3m进行拍摄，人眼极限分辨率为=1，则近景平面位置p2= ，远景平面位置p1= ,景深= 。7、 单色像差有 五种，色差有 二种。8、 轴外物点发出充满孔径的上下光线对经光学系统后的交点不再在物点通过孔径中心的主光线上，交点到主光线的垂轴距离叫 ，交点到高斯像面的轴向距离叫 。轴外物点发出充满孔径的前后光线对经光学系统后的交点与前述上下光线对的交点的轴向距离叫 。 9、

20、 机械补偿式变焦距光学系统，可依靠变倍组的线性轴向移动，补偿组的 移动达到改变系统焦距。对照相或电影摄像可认为x，则变焦比 变倍比。物像平面固定时，各个透镜移动引起的各共轭距变动的代数和为 。 4、 作图题 （10分） 1、用作图法求物点P、物AB的像点P及像AB（3分2=6分） 2、 画出300直角棱镜的展开图，并写出光轴长度（设入射光束孔径D=斜边长/2） （2分）3、 图为五角屋脊棱镜，设输入为右手坐标系，画出相应的输出坐标系。（2分）5、 计算题（36分）1、 （6分）一束平行细光束入射到一半径r=50mm折射率n=1.6的玻璃球上，求其会聚点的位置。如果其凹面镀反射膜，则反射光束又经

21、前表面折射后最终会聚点的位置又在何处？虚实如何？2、 （9分）一等凸厚透镜，n=1.5，r1=100mm，r2= -100mm，d=20mm，试求透镜的焦距和基点位置。如果l1= -500mm，问像在何处？如果平行光入射时，使透镜绕一和光轴垂直的轴转动，而要求像点位置不变，则该轴应装在何处？3、 一开普勒望远镜系统，物镜焦距f o=108mm，通光口径为30mm，目镜的焦距f e=18mm，通光口径为20mm,如果系统中没有视场光阑，问望远镜的最大极限视场角等于多少？渐晕系数K=0.5的视场角等于多少？4、 （9分）为看清1km处相隔30mm的两个点（设1=0.0003rad），若用开普勒望远

22、镜观察，则：（1） 求开普勒望远镜的视觉放大率（2） 若筒长L=110mm，求物镜和目镜的焦距（3） 物镜框是孔径光阑，求出射光瞳距离（4） 为满足工作放大率要求，求物镜的通光孔径（5） 视度调节在5D(屈光度），求目镜的移动量（6） 若物方视场角2=60，求像方视场角（7） 渐晕系数K=50%，求目镜的通光孔径5、 （6分）某摄影镜头f =60mm，F=4，画幅尺寸为2436mm2 ，孔径光阑位于镜头后方15mm处，求：（1） 镜头视场角（2） 入瞳、出瞳的位置和大小（3） F数调至8时，像面光照度变化多少？ 有关公式淮 海 工 学 院 13 - 14 学年 第 1 学期 工程光学 试卷(B闭卷)答案1、 判断题1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 2、 选择题1、 B 2、C 3、D 4、C 5、A 6、C 7、C 8、C 9、B10、B3、 填空题1、 小 大2、 n33、 同一 2 2 无关4、 孔径光阑 视场光阑 渐晕光阑 消杂光光阑5、 300 1.5163 6、 2.875m 3.136m 0.261m7、 球差、慧差（正弦差）、像散、