作业参考答案课件

课堂练习一（第一、二章）一、名词解释：物空间、像空间，共轴球面系统，近轴成像条件，垂轴放大率二、多项选择1、下列各种情况中，经光学元件能完善成象的有＿A、C＿。Ａ.有限大小的物置于平面镜前Ｂ.平行光射向球面反射镜Ｃ.旋转椭球面一焦点处放置一点光源Ｄ.有限大小的物置于薄透镜前２、关于大Ｌ、小ｌ公式组，下列说法中正确的有＿A、C、D＿。Ａ.大Ｌ公式组是严格成立的，小ｌ公式组只有在近轴条件下才适用；Ｂ.大Ｌ公式组是推导小ｌ公式组的中间过程，在光学计算中无实际用途；Ｃ.大Ｌ公式组反映实际光线轨迹情况，小ｌ公式组反映理想成象情况；Ｄ.大Ｌ公式组多用于象差计算和分析，小ｌ公式组多用于求理想象情况。３、下列各情况中，确切满足近轴成象条件的光线有＿B＿。Ａ.有限远轴上物点发出的细光束光线Ｂ.近轴物点发出的小孔径角光线Ｃ.无限远轴上物点发出的宽光束光线Ｄ.宽口径平行光线《工程光学》课堂练习部分参考答案４、用大、小Ｌ公式组进行球面系统光路计算时，其截距过渡公式＿B＿。Ａ.在近轴条件下严格成立，非近轴条件下近似成立；Ｂ.在近轴及非近轴条件下均严格成立。6、平行光轴的近轴光线，经半径为r的球面折射，其像象方截距l’为＿C＿。A.nr/(n’-n)B.-nr/(n’-n)C.n’r/(n’-n)D.-n’r/(n’-n)7、一物点位于球面反射镜前200mm处，成虚象于镜后600mm处，则该球面的曲率半径为＿D＿。A.600mmB.300mmC.-300mmD.-600mm三、正误判断１、()如果分界面为曲面，则入射光线、反射光线和分界面上入射点处的法线三者不在同一平面内。２、()光线由光密射向光疏媒质且入射角等于临界角时，光线全部反射。３、()全反射优于一切镜面反射。４、()实象可以由屏幕、感光乳胶片及光电探测器来接受和记录，不能为人眼所观察。５、()规定光学系统的左右两边分别为物空间和象空间。６、()光学系统的轴向放大率恒为正值。×××√××四、计算1、P.17第6题（）2、P.17第7题（平面后17.43mm处，像高-0.7143

mm。）3、在一张报纸上放一平凸透镜，透镜的厚度为９mm。当平面朝上时，报纸上字的虚象在平面下６mm处，凸面朝上时，字被放大一倍，求该透镜的折射率及球面曲率半径。（n=1.5,r=

-6

mm)4、一个玻璃球直径为400mm，玻璃折射率为1.5，球中有两个小气泡，一个在球心，一个在二分之一半径处。沿两气泡连线方向，在球的两边观察这两个气泡，它们之间的距离为多少？（从左边观察：从右边观察：）

五、设计与思考汽车后视镜通常为球面反射镜，请描述这类反射镜的特点。驾驶时，往往驾驶员更希望水平方向范围更宽，既关注公路轴线附近细节，也需了解远离轴线的情况，请根据这种需求设计更适用的后视镜。（采用变曲率柱面反射镜）

三、作图求像AF′

FH′

H

AF′

FH′

H

AF′

FH′

H

AF′

FH′

H

AF′

FH′

H

A′AF′

FH′

H

A′AF′

FH′

H

A′AF′

FH′

H

A′AF′

FH′

H

AF′

FH′

H

A′AF′

FH′

H

A′AF′

FH′

H

A′HQFF1H1H1’F1’F2F2’H2H2’fF’H’△dQ’F1H1H1’F1’F2F2’H2H2’d用作图法求以下双光组等效系统的基点、基面

四、分析与思考理想光学系统成像是完善的。由第二章知道，实际光学系统在近轴区成像也是完善的。由此可推测：实际光学系统在近轴区应该具备理想光学系统的性质，应该可以找出其主点、焦点和焦距，请分析单个折射球面的情况，将其和理想光学系统统一起来，导出实际参数与理想系统参数间的关系。rn’COn由：

得：rn’COnHH’F-ff’二、计算1、P.42-4已知一薄透镜把物体放大成-3倍投影在屏幕上。当透镜向物体移近18mm时，物体将被放大到-4倍，试求该薄透镜的焦距。

（）2、P.42-7希望得到一个对无限远物体成像的长焦距物镜，焦距

f′=1200mm，物镜第一面顶点到像面的距离(筒长)L=700mm，系统最后一面到像面距离(工作距)为lk′=400mm，按最简单结构的薄透镜考虑，求解系统结构，并画出光路示意图。

（）

3、一系统由三片薄透镜组成，f1′=100mm，f2′=50mm，f3′=-50mm，d1=10mm，d2=10mm，求该系统的等效理想系统的焦距和基点参数。（）三、思考1、如图所示，某一镜头由两组共8片透镜组成，请问用什么方法求该镜头的焦距和基点较为方便。H1H1′

H2H2′

H3H3′

H4H4′

H5H5′

H6H6′

H7H7′

H8H8′

H9H9′

H10H10′

正切法写出每一球面的fi′、fin1

n2n3

n4n5

n6n7

n8

n9

n10n11

课堂练习四（第四章）一、名词解释：镜像和一致像，反射棱镜的棱、脊和主截面，结构常数二、简述

反射棱镜的主要作用有哪些？屋脊棱镜有何特殊作用？

（转像、倒像，折转光轴，加长光轴，缩短仪器尺寸等；在不改变主截面方向的情况下，增加一次反射，便于成一致像）

三、正误判断

1、()平行平板是能成完善象的光学零件。2、()光轴必须和入射面及出射面垂直，这是所有棱镜的设计要求之一。3、()奇数个薄透镜成镜像，偶数个薄透镜成一致像。4、()反射棱镜具有倒(转)像、折转和缩短光轴的作用。╳

╳

╳

╳

四、设计1、显微镜为了观察方便，常引入光轴转向棱镜。现要求光轴方向改变45°。试设计一个反射棱镜(或组合)实现该目的。（可选方案之一为：斯密特屋脊棱镜）2、单镜头反光相机要求平视取景，请设计一由平面镜、棱镜组成的转象系统实现该目的。（可选方案之一为：五角屋脊棱镜）课堂练习五（第五章）一、名词解释：

孔径光阑、入瞳和出瞳，视场光阑，渐晕光阑，景深二、多项选择1、在凸透镜象方焦面上设置一与凸透镜孔径相同的圆形通光孔，则系统的孔径光阑＿＿＿＿。A.是圆孔B.是透镜边框C.不确定，取决于视场大小D.不确定，取决于轴上点位置2、针对简单照相机，＿＿＿＿，景深越大。Ａ.入瞳越小Ｂ.焦距越短Ｃ.被摄物越远D.曝光时间越短三、正误判断1、()轴外点充满入瞳光线必能全部通过孔径光阑。2、()对于整个光学系统，入瞳和出瞳是共轭的。A、B、CD×√五、计算1、一个对无限远物体成像的光学系统由两薄正透镜组成，两透镜焦距分别为f1’＝400mm，f2’＝100mm，通光口直径分别为2Ｄ1＝50mm，2D2＝20mm，光学间隔为零。在Ｆ1(Ｆ2’)处设置一直径为16mm的圆孔光阑，请确定该光学系统的孔径光阑、视场光阑和渐晕光阑，并求解系统的入瞳和出瞳。（物镜—孔径光阑、入瞳，16mm圆孔—视场光阑，渐晕光阑—目镜边框；出瞳直径=12.5mm，出瞳位置：目镜后125mm处。）四、简述

1、光线经折射棱镜折射后，其偏向角与哪些因素有关？

（）2、指出孔径光阑三种以上的作用。

（对景深、像差、分辨率、观察效果、像面光照度等有影响）

3、画出单色仪的光学原理示意图，并简要说明工作原理。

（见教材：P.57）课堂练习六（第七章）一、名词解释：

主光线，第一、二近轴光线，球差，畸变，位置色差二、正误判断１、()正负双胶合透镜的目的一定是为校正球差。

２、()正弦差是一种特殊的彗差。

３、()正弦条件即等晕条件，它是近轴物点与轴上物点具有同等成象缺陷的充分必要条件。４、()产生畸变和倍率色差的根本原因是相同的。５、()由于色差的存在，即使在近轴条件下，复色光成象也是不完善的。６、()照相机镜头中普遍包含的对称型结构，对彗差、畸变和倍率色差有良好的校正作用。×√×××√三、多项选择1、下列各类象差中，与视场有关的是＿＿＿，与孔径有关的是＿＿＿。Ａ.球差Ｂ.彗差Ｃ.畸变Ｄ.位置色差Ｅ.倍率色差2、β＝-1的全对称光学系统常用于消＿＿＿＿象差。Ａ.球差Ｂ.彗差Ｃ.畸变Ｄ.位置色差Ｅ.倍率色差3、一正薄透镜和一负薄透镜粘合成一胶合透镜，从校正象差方面看，可能属于消＿＿＿＿透镜。Ａ.球差Ｂ.彗差Ｃ.畸变Ｄ.位置色差Ｅ.倍率色差

4、小孔径、大视场光学系统一般应校正＿＿＿＿。Ａ.球差Ｂ.彗差Ｃ.畸变Ｄ.位置色差Ｅ.倍率色差5、不影响成象清晰度的象差有＿＿＿＿。Ａ.球差Ｂ.彗差Ｃ.畸变Ｄ.位置色差Ｅ.倍率色差6、在近轴光线条件下仍然存在＿＿＿＿。Ａ.球差Ｂ.彗差Ｃ.畸变Ｄ.位置色差Ｅ.倍率色差BCEBCEADABDDECBCE课堂练习七（第八章）一、名词解释：

远点距和近点距，人眼的调节能力，人眼的分辨率和瞄准精度，视觉放大率，物、目镜的工作距，出瞳距或镜目距二、正误判断1、()目视仪器的出瞳位置和大小应尽可能与人眼接近。

2、()人眼的亮、暗适应是依靠瞳孔大小的改变来完成的。

3、()我国规定普通光学显微镜的机械筒长为一确定长度。4、()非正常眼使用目视仪器必须配戴眼镜。5、()从整体来看，显微镜相当于一个放大镜，因此可使用焦距极短的凸透镜来替代显微镜。×√

×√

×四、计算1、一个人近视程度是-2D，调节范围是8D，求：（1）远点距和近点距分别是多少？(远点距=-0.5米，近点距=-0.1米)

（2）配戴100度的近视镜后，其远点距和近点距又为多少？

(远点距=-1米，近点距=-0.11米)2、由一薄透镜物镜和一薄透镜目镜组成的低倍率显微镜，物镜的通光直径为

16

mm，物镜边框为孔径光阑，β=-3倍，物象共轭距为

180

mm。目镜焦距为

25

mm，求：（1）该显微镜的视觉放大率；(30倍)（2）出瞳的位置和大小。(出瞳直径=2.96mm，位于目镜后29.6mm处)课堂练习八（第八章）一、名词解释：显微、望远物镜的分辨率和有效放大率二、正误判断1、()电子显微镜有很高的放大率是因为它的N.A.极高。2、()测量用的望远镜不宜采用伽利略望远镜结构。

3、()使用望远镜时，只有将物、目镜的光学间隔调到零(即Δ＝０)才能看清远处的物体。4、()望远镜中加入透镜折转系统的目的是改变象的倒正或增加镜筒长度。5、()显微镜和望远镜都属于小视场、大孔径系统，校正像差的难度大致相当。×√

×√

×三、多项选择1、显微物镜的数值孔径决定或影响着显微镜的_________。Ａ.分辨率Ｂ.视觉放大率Ｃ.景深Ｄ.视场2、显微物镜一般属于_________系统，望远物镜一般属于________系统。Ａ.小孔径、小视场Ｂ.小孔径、大视场Ｃ.大孔径、小视场Ｄ.大孔径、大视场3、光学显微镜的最大视觉放大率应为_________数量级。Ａ.101B.102C.103D.104及以上4、人眼直接观察坦克时，在400米处恰能看清坦克上的编号，若要求在2公里也能看清，应使用视觉放大率至少为__________倍的望远镜。Ａ.2Ｂ.5Ｃ.10Ｄ.20CABCDCBC课堂练习九（第八章）一、名词解释：

摄影系统分辨率相对孔径光圈数二、计算

1、一普通光学显微镜，物镜为较薄的普通消色差物镜，光学

参数（β/NA）为4/0.10。使用550nm的光源照明，问：

1）该显微镜的分辨极限是多少？(2.75微米)

2）为充分利用显微镜的分辨能力，目镜的焦距应选为多大？(13.2mm

﹤

fe′﹤26.4mm)

3）该显微镜的分划板约在物镜后多远的位置？(物镜后156mm处)

4）在不更换物镜情况下，可考虑用什么方法提高该显微镜的分辨率？目镜是否应做相应更换？

(采用短波长光斜照明，物与透镜间加入油；目镜放大倍率应增大。)2、电子显微镜利用电子束来成象。假设电子束的波长为１埃，物镜的数值孔径为0.09。问：1）该电子显微镜的最小分辨距是多少？(5.55埃)2）与同样数值孔径的光学显微镜相比，分辨率约提高多少倍？

(约5500倍)3）显微镜的放大率应大致设计为多大？(26万倍～52万倍)3、实验室现有一无镜头的普通光学显微镜，拟将其用来观察晶片表面抛光质量，预计晶片表面划痕的最小线度为1μm。某镜头生产厂家现有如下规格的物、目镜，请你提出选购方案并说明理由。物镜(β/NA)：4/