2025年大学光学工程（光学设计）技能测试题

2025年大学光学工程（光学设计）技能测试题

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共30分）答题要求：本卷共6题，每题5分。每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确答案的序号填在题后的括号内。1.以下哪种光学系统可以有效减小像差？（）A.简单透镜系统B.复杂折射系统C.反射式光学系统D.干涉仪光学系统答案：B2.光学设计中，对于成像质量影响最大的像差是（）A.球差B.彗差C.像散D.色差答案：A3.在设计长焦镜头时，主要需要考虑的因素不包括（）A.焦距的精确控制B.大光圈的设计C.色差的校正D.体积的小型化答案：D4.以下哪种材料在光学设计中常用于制造高折射率镜片？（）A.玻璃B.塑料C.晶体D.陶瓷答案：C5.光学系统的分辨率主要取决于（）A.透镜的焦距B.光圈的大小C.像差的校正程度D.探测器的性能答案：C6.设计广角镜头时，为了减小畸变，通常采用（）A.对称式结构B.非对称式结构C.胶合镜片结构D.浮动镜片结构答案：A第II卷（非选择题共70分）二、填空题（共20分）答题要求：本大题共5小题，每空2分。请在横线上填写正确答案。1.光学设计中常用的像差校正方法有______和______。答案：光学补偿法、机械补偿法2.对于光学系统的色差校正，主要包括校正______色差和______色差。答案：轴向、垂轴3.光学系统的F数定义为______与______的比值。答案：焦距、入瞳直径4.设计光学系统时，需要考虑的环境因素包括______、______等。答案：温度、湿度5.常用的光学设计软件有______和______。答案：Zemax、CodeV三、简答题（共20分）答题要求：本大题共2小题，每题10分。简要回答问题。1.简述光学设计中球差的概念及其对成像质量的影响。答案：球差是指轴上物点发出的同心光束，经光学系统后，不再是同心光束，不同孔径的光线交光轴于不同位置，相对近轴像点有不同程度的偏离。球差会使成像模糊，降低像的清晰度，尤其在大孔径光学系统中影响更为明显，导致像的边缘出现模糊和变形等问题。2.说明光学设计中如何进行像差的平衡与优化。答案：通过合理选择光学材料、镜片的曲率半径、镜片的组合方式等。利用光学补偿法或机械补偿法来校正像差。调整各个像差之间的关系，使它们相互补偿，达到最佳的成像质量。同时，借助光学设计软件进行模拟和分析，不断优化设计参数，以实现像差的平衡与优化。四、材料分析题（共15分）答题要求：阅读以下材料，回答问题。材料：在设计一款用于天文观测的光学望远镜时，需要考虑诸多因素。该望远镜要求具有高分辨率，能够清晰观测遥远天体的细节。同时，要尽量减小色差和球差对成像的影响。在材料选择上，既要考虑光学性能，又要兼顾成本和重量。1.针对该望远镜的设计要求，应优先考虑哪种像差的校正？为什么？（5分）答案：应优先考虑球差的校正。因为对于天文观测的光学望远镜，高分辨率至关重要，球差会严重影响成像的清晰度，导致观测到的天体细节模糊，所以优先校正球差能最大程度提高望远镜的观测性能。2.在材料选择方面，你认为哪些材料可能适合该望远镜？说明理由。（5分）答案：一些光学玻璃材料可能适合。如冕牌玻璃，它具有较好的光学均匀性和较低的色散，能在一定程度上满足减小色差的要求，同时相对成本较低。晶体材料如氟化钙等也可考虑，其具有高折射率、低色散等优点，能更好地校正像差，但成本可能较高。综合考虑成本和重量等因素，可根据实际情况选择合适的材料组合。3.为了实现高分辨率，除了校正像差，还可以采取哪些措施？（5分）答案：可以增大望远镜的口径，口径越大，收集的光线越多，分辨率越高。采用高精度的加工和装配工艺，确保光学元件的精度，减少因制造误差带来的影响。优化望远镜的结构设计，减少外界振动等因素对观测效果的干扰。使用高质量的探测器，提高对微弱光线的探测能力和成像质量。五、设计计算题（共15分）答题要求：根据题目所给条件进行光学系统的设计计算。设计一个简单的放大镜光学系统，要求放大倍数为5倍。已知物距为100mm，求该放大镜的焦距。答案：根据放大镜放大倍数公式M=-s'/s（其中M为放大倍数，s'为像距，s为物距），已知M=5，s=100mm，则像距s'=-M×s=-5×100=-500mm。再根据薄透镜成像公式1/f=1/s+1/s'，