光学设计与CAD机械制造CAD机械制造CAD.pdf

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1、光学系统设计（一）一、单项选择题（本大题共 20 小题。每小题 1 分，共 20 分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是正确的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。1.主光线与光轴所确定的平面叫做（B）。A.弧矢平面 B.子午平面 C.焦平面 D.像平面 2.共轴球面系统中，轴上点像差有（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通常情况下观察像差时，除 0 视场和边缘视场外，还应注意的一个视场为（A）。A.0.707 视场 B.0.5 视场 C.0.3 视场 D.0.85 视场 4.F 光边缘光球差与 C 光边缘光球差之差也等于（

2、A）。A.边缘光和近轴光色差之差 B.边缘光和近轴光球差之差 C.F 光和 C 光近轴光球差之差 D.F 光和 C 光近轴光色差之差 5.望远镜的放大率是指（D）。A.垂轴放大率 B.轴向放大率 C.角放大率 D.视觉放大率 6.下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像差有（D）。A.球差 B.场曲 C.畸变 D.倍率色差 7.不会影响成像清晰度的像差是（C）。A.二级光谱 B.彗差 C.畸变 D.像散&下列光学系统中属于大视场小孔径的光学系统是（C）。A.显微物镜 B.望远物镜 C.目镜 D.照相物镜 9.正弦差属于小视场的（B）。A.球差 B.彗差 C.畸变 D.色差 10初级子午彗差和初

3、级弧矢彗差之间的比值为 （A）。A.3:1 B.4:1 C.5:1 D.2:1 11下列光学元件中，任何情况下都不会产生场曲的是 （B）。A.厚凸透镜 B.平行平板 C.球面反射镜 D.不晕透镜 12.下面光学元件中不产生色差的是（A）。A.球面反射镜 B.薄凸透镜 C.薄场镜 D.薄双胶合物镜 13薄双胶合物镜置于球面反射镜球心，光阑与球心重合，则系统彗差最小可以为（D）A.0.4 B.0.25 C.0.1 D.0 14.场景置于系统中，除产生场曲外，还可产生（D）。A.球差 B.彗差 C.像散 D.畸变 15.厚透镜的场曲公式为（C）。A.S|v 二 J2 n1 J B.S|V 二 nJ1

4、 J n-1*r2 n r2 r1 2 n-1 1 1 2 n 1 1 C.SIV 口 J()D.SIV-:J(-)n r1 n-1 r2 r1 16.波像差就是实际波面与理想波面之间的(A)。A.光程差 B 几何像差 C.离焦量 D.距离差 17.在进行目镜光学系统设计时，应（D）A.正追光线 B.倒追光线 代码填写在题后的括号内错选多选或未选均无分主光线与光轴所确定的平面叫做弧矢平面子午平面焦平面像平面共轴球面系统中轴上点像差有球差和彗差球差和倍率色差球差和位置色差彗差和倍率色差通常情况下观察像差时除视场差也等于边缘光和近轴光球差之差光和光近轴光球差之差光和光近轴光色差之差望远镜的放大率是

5、指垂轴放大率轴向放大率角放大率视觉放大率差有下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像球差场曲畸变倍率色差不会响成像清物镜正弦差属于小视场的球差彗差畸变色差初级子午彗差和初级弧矢彗差之间的比值为下列光学元件中任何情况下都不会产生场曲的是不晕透镜厚凸透镜平行平板球面反射镜下面光学元件中不产生色差的是球面反射镜薄凸透镜薄场将光源通过聚光镜成像在物平面上，称之为（C.克勒照明 D.临界照明（C）。软件 C.Le nsview 软件 D.CODE V 软件（A）。与目镜重合 位于物镜后方焦平面处 每空 1 分，共 20 分）22.在表示畸变时，通常采用相对畸变，其表达公式为 C.从中间向两侧进行光线追迹

6、 D.从两侧向中间进行光线追迹 18.显微镜常采用的一种照明方式是，A.反射式照明 B.透射式照明 19.下列软件中不属于光学设计软件的是 A.ZEMAX 软件 B.OSLO 20.低倍显微物镜的光阑位置 A.与物镜重合 B.C.与中间像面重合 D.二、填空题（本大题 14 小题。请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。21.单个折射球面的三对无球差点位置是 球心处、顶点处、齐明点 F F q 二 yz _y 100%y，23.双胶合溥透镜组，若 C|=o,贝y CH=_ 0_ o 24.七种初级像差中，仅与孔径光阑大小有关的单色像差是 _ 球差 _ o 25.一双胶合透镜光焦度为正

7、，在透镜组中的正透镜采用 _ 冕牌 _ 玻璃，透镜 组中的 负透镜采用 _ 火石 _ 玻璃。26.密接薄双胶合系统，为消除色差，两透镜光焦度应分别满足公式、比_十2 笃=：1 2 27.一同心弯月镜在空气中，其前后节点在其 两面的公共球心处、,其前后主点在其两面 的公共球心处 28.对于玻璃等折射材料，除折射率的参数外，还有一重要参数为 阿贝常数 其公式为D 29.若光阑与相接触薄透镜系统重合时，可消除的单色像差为 畸变 30.球差在像面上的体现形式是 圆 形的。31.在球差的级数展开形式中，常数项的值为 _ 0 _。32.复消色物镜是指在透镜的 _ 0.707hm位置处，将 二级光谱 校正为

8、 0。33.对 F 光和 C 光校正了色差后，相对于 D 光的二级光谱公式为_ ALFCD=000052f 代码填写在题后的括号内错选多选或未选均无分主光线与光轴所确定的平面叫做弧矢平面子午平面焦平面像平面共轴球面系统中轴上点像差有球差和彗差球差和倍率色差球差和位置色差彗差和倍率色差通常情况下观察像差时除视场差也等于边缘光和近轴光球差之差光和光近轴光球差之差光和光近轴光色差之差望远镜的放大率是指垂轴放大率轴向放大率角放大率视觉放大率差有下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像球差场曲畸变倍率色差不会响成像清物镜正弦差属于小视场的球差彗差畸变色差初级子午彗差和初级弧矢彗差之间的比值为下列光学元件

9、中任何情况下都不会产生场曲的是不晕透镜厚凸透镜平行平板球面反射镜下面光学元件中不产生色差的是球面反射镜薄凸透镜薄场34.在 ZEMAX 光学设计软件中，描述焦距的操作数为 _ EFFI _。三、名词解释（本大题共 5 小题。每小题 2 分，共 10 分）35.像差：实际光学系统所成的像和近轴区所成的像之间的差异称为像差 评分标准：主要意思正确得 2 分。36.子午场曲：某一视场的子午像点相对于高斯像面的距离称为子午像面弯曲，简称子午场曲。评分标准：答对主要意思得 2 分。37.二级光谱：如果光学系统已对两种色光校正了位置色差，这两种色光的公共 像点相对于第三种色光的像点位置仍有差异，该差异称为

10、二级光谱。评分标准：答对主要意思得 2 分。38.色球差：F 光的球差和 C 光的球差之差，称为色球差，该差值也等于边缘光 和近轴光色差之差。评分标准：答对得 2 分。39.渐晕：轴外点成像光束的宽度较轴上点成像光束的宽度要小，造成像平面边 缘部分照度要比像平面中心部分照度低的现象，称为渐晕。四、简答题(本大题共 6 小题。每小题 5 分，共 30 分)40.物体的峰-谷比(peak to valley)是0.23，问是否满足 Rayleigh 条件？一物体的峰-谷比(peak to valley)是 0.23，问是否满足 Rayleigh 条件？答:满足 Rayleigh条件，因为根据 Ra

11、yleigh 判断，实际波面和参考波面之间的 最大波像差(峰谷比)不超过0.25 时，此波面可看作是无缺陷的成像质量较好。41.在七种几何像差中，仅与孔径有关的像差有哪些？仅与视场有关的像差有哪些？与视场 和孔径都有关系的又有哪些？仅与孔径有关的像差有：球差、位置色差；仅与视场有关的像差有：像散、场曲、畸变、倍率色差；与视场和孔径都有关系的有：彗差 42.一物体置于折射球面的球心处，其像在哪？放大倍率多少？若物在球面顶点，其像又在 何位置？放大倍率多少？像分别在球心处和顶点处，放大倍率分别为-和 1。n 43.什么是焦深，若像面向前或向后离焦半倍焦深，引起的波像差多大？(1)实际像点无论在高斯

12、像点之前或之后 厶 10范围内，波像差都不会超过 1/4 波长，所以把 21。定义为焦深，即2l。二一 n u(2)引起的波像差为/4。44.近视眼应佩戴何种透镜加以矫正？为什么？应佩戴凹透镜加以矫正，使光线经过水晶体后发散，重新汇聚到视网膜上。45.在对称式光学系统中，当-1时，哪几种初级像差可以得到自动校正？其它初级像 差有何特性？代码填写在题后的括号内错选多选或未选均无分主光线与光轴所确定的平面叫做弧矢平面子午平面焦平面像平面共轴球面系统中轴上点像差有球差和彗差球差和倍率色差球差和位置色差彗差和倍率色差通常情况下观察像差时除视场差也等于边缘光和近轴光球差之差光和光近轴光球差之差光和光近轴

13、光色差之差望远镜的放大率是指垂轴放大率轴向放大率角放大率视觉放大率差有下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像球差场曲畸变倍率色差不会响成像清物镜正弦差属于小视场的球差彗差畸变色差初级子午彗差和初级弧矢彗差之间的比值为下列光学元件中任何情况下都不会产生场曲的是不晕透镜厚凸透镜平行平板球面反射镜下面光学元件中不产生色差的是球面反射镜薄凸透镜薄场垂轴像差：彗差、畸变、倍率色差均为 0。轴向像差：球差、像散、场曲、位置色差均为半部系统相应像差的两倍。五、综合应用题(本大题共 2 小题。每小题 10 分，共 20 分)46.设计一齐明透镜，第一面曲率半径 片=-95mm，物点位于第一面曲率中心处，第二

14、球 面满足启明条件，若该透镜厚度 d=5mm，折射率n=1.5，该透镜位于空气中，求(1)该透镜第二面的曲率半径；(2)该启明透镜的垂轴放大率。（1）根据题意得，物点发出光线经第一面后按直线传播，相对于第二面，其物 n +n；距 12-95 5=-lOOnmn，根据齐明条件 12 r2=一 100mm，可得 门2 r2=-60 mm（2）12=-r2（_60）=_150mm由垂轴放大率公式，得 n；1 nl U 1，匚2.25，贝q该透镜的垂轴放大率，2=1.5 1.5 n2I2-100 47.一个光学系统，已知其只包含初级和二级球差，更高级的球差可忽略不计。已知该 系统的边光球差为丄m=0，

15、0.707 带光球差为X070-0.015，求：1）分别求出 0.5 和 0.85 带光线的球差；2）写出边缘光的初级和高级球差。1）、L=A1（上）2*A2（上）4，根据公式将、Lm=0及、丄0707 一 0.015代入，得到 hm hm A 0.06，A2-0.06 由此可求得：、L0.5=-0.01125及 丄0.85=0.01203 2）边缘光的初级球差为-0.06，边缘光的高级球差为 0.06代码填写在题后的括号内错选多选或未选均无分主光线与光轴所确定的平面叫做弧矢平面子午平面焦平面像平面共轴球面系统中轴上点像差有球差和彗差球差和倍率色差球差和位置色差彗差和倍率色差通常情况下观察像差

16、时除视场差也等于边缘光和近轴光球差之差光和光近轴光球差之差光和光近轴光色差之差望远镜的放大率是指垂轴放大率轴向放大率角放大率视觉放大率差有下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像球差场曲畸变倍率色差不会响成像清物镜正弦差属于小视场的球差彗差畸变色差初级子午彗差和初级弧矢彗差之间的比值为下列光学元件中任何情况下都不会产生场曲的是不晕透镜厚凸透镜平行平板球面反射镜下面光学元件中不产生色差的是球面反射镜薄凸透镜薄场光学系统设计（二）参考答案及评分标准、单项选择题（本大题共 20 小题。每小题 1 分，共 20 分）题号 1-5 6-10 11-15 16-20 答案 PABADB BADCA：DAB

17、CB:ABDAC 二、填 空 题（本 大 题1 2小 题。每 空1分，共2 0 分）21.小 22.色差、色差、场曲 23.95.56 24.彗差、畸变、倍率色差 25.小、大 26.0.707 带光 27.相等、相反 28.4、6 29.畸变 30.3:1 31.畸变、彗差 32.平行平板 三、名词解释（本大题共 5 小题。每小题 2 分，共 10 分）33.光程差：某种介质折射率与光在该介质中通过的几何路程的乘积，称为光在 该介质中通过的光程，两束光光程之差称为光程差。评分标准：答对主要意思得 2 分。34.弧矢场曲：某一视场的弧矢像点相对于高斯像面的距离称为弧矢像面弯曲，简称弧矢场曲。评

18、分标准：答对主要意思得 2 分。35.波像差：波像差就是实际波面和理想波面之间的光程差。评分标准：主要意思正确得 2 分。36.焦深：由于实际像点在咼斯像点前后讥范围以内，波像差不超过 1/4 波长，故把2月。定义为焦深，即2讥。n u 评分标准：主要意思正确得 2 分。37.等晕条件：轴外点具有与轴上点相同的成像缺陷，称之为等晕成像，欲达到 这样的要求，则光学系统必须满足等晕条件。评分标准：答对主要意思得 2 分。四、简答题（本大题共 6 小题。每小题 5 分，共 30 分）38.若弧矢彗差Ks=0，是否满足等晕成像？若此时、丄=0，是否满足正弦条 件？为什么？K*答：1）满足等晕成像，由于

19、 SC=-=0，无正弦差，满足等晕条件；y 2）满足正弦条件，若此时 丄“，则nysinU=n y sinU，满足正弦条件。评分标准：第一问答案正确得 1 分，理由解释正确得 2 分；第二问答案正确得 1 分，理由代码填写在题后的括号内错选多选或未选均无分主光线与光轴所确定的平面叫做弧矢平面子午平面焦平面像平面共轴球面系统中轴上点像差有球差和彗差球差和倍率色差球差和位置色差彗差和倍率色差通常情况下观察像差时除视场差也等于边缘光和近轴光球差之差光和光近轴光球差之差光和光近轴光色差之差望远镜的放大率是指垂轴放大率轴向放大率角放大率视觉放大率差有下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像球差场曲畸变倍

20、率色差不会响成像清物镜正弦差属于小视场的球差彗差畸变色差初级子午彗差和初级弧矢彗差之间的比值为下列光学元件中任何情况下都不会产生场曲的是不晕透镜厚凸透镜平行平板球面反射镜下面光学元件中不产生色差的是球面反射镜薄凸透镜薄场解释正确 1 分。39.什么是二级光谱？对 F 光和 C 光校正系统色差后，相对于 D 光，其二级光谱 与焦距有何关系？答：1)当在带孔径对 F 光和 C 光校正了位置色差，它们和光轴的公共交点并不 和 D 光带孔径光线和光轴的交点重合，其偏差称为二级光谱。2)：LFCD=0.00052 f 评分标准：第一问答出大意得 3 分；第二问答案正确得 2 分。40.场镜可产生哪些初级

21、像差？简述平面反射镜的像差特性？答：场镜可校正场曲和畸变；平面反射镜不产生任何像差。评分标准：第一问中每种像差答案正确得 2 分；第二问答案正确得 1 分。41.一同心弯月镜在空气中，其前后节点在那？其前后主点在哪？答：其前后节点及主点均在其两个面的公共球心处。评分标准：前后节点答案正确得 3 分，前后主点答案正确得 2 分。42.对于只包含初级和二级球差的光学系统，当对边缘孔径校正了球差之后，其 最佳焦点位置在何处？答：其最佳焦点位置在-6LJ707处。4 评分标准：答出公式得 5 分。43.试写出五种初级像差的赛得和数的表达公式。答：二、luni(i-i)(i-u)、SII 二 S,iz/

22、i)、%八 SII 匕八 SI(iz/i)2、SIV 八 J2(n n)/(nn r)i SV 八(Sm SiV)(iz/i)评分标准：每个表达公式 1 分，共 5 分。五、计算题(每题 10 分，共 20 分)44.设计一个f=100mm的双胶合物镜。选用 K9(n0=1.5163八0=64.1)和 F7(n。=1.636*=35.36)玻璃制作，使色差为零。问：(1)正透镜用何种玻璃；负透镜用何种玻璃？(2)正负透镜的光焦度各应多少？(3)物镜二级光谱有多 大？(4)若1二-D，求三个面曲率半径。解：(1)正透镜用冕牌玻璃，负透镜用火石玻璃。(2)：I=门=0.023 1 2 (3)物镜二

23、级光谱为：0.00052 r-0.052mm(4)依据公式：-(n-1)(叫-2)，可求得 A-r2 二 43.82mm,r3 二 287.3mm 评分标准：第一问中每个答案正确各得 1 分，第二问中每个公式正确各得 1 分，结果正确各得 1 分，第三问答案正确得 1 分，第四问每半径结果正确各得 1 分。45.1)如果一个光学系统的初级子午彗差等于焦宽(.)，则 SII应等于多少？n u 2)如果一个光学系统的初级球差等于焦深(2)，则瓦 SI应等于多少？n u 代码填写在题后的括号内错选多选或未选均无分主光线与光轴所确定的平面叫做弧矢平面子午平面焦平面像平面共轴球面系统中轴上点像差有球差和

24、彗差球差和倍率色差球差和位置色差彗差和倍率色差通常情况下观察像差时除视场差也等于边缘光和近轴光球差之差光和光近轴光球差之差光和光近轴光色差之差望远镜的放大率是指垂轴放大率轴向放大率角放大率视觉放大率差有下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像球差场曲畸变倍率色差不会响成像清物镜正弦差属于小视场的球差彗差畸变色差初级子午彗差和初级弧矢彗差之间的比值为下列光学元件中任何情况下都不会产生场曲的是不晕透镜厚凸透镜平行平板球面反射镜下面光学元件中不产生色差的是球面反射镜薄凸透镜薄场解：由 KT J SII 二一.可知：SI23 2n u n u 3 1&由 L 叮 SI=i 可知：7 SI=-2 2n

25、u n u 评分标准：第一问与第二问中每个公式正确各得 3 分，结果正确各得 2 分代码填写在题后的括号内错选多选或未选均无分主光线与光轴所确定的平面叫做弧矢平面子午平面焦平面像平面共轴球面系统中轴上点像差有球差和彗差球差和倍率色差球差和位置色差彗差和倍率色差通常情况下观察像差时除视场差也等于边缘光和近轴光球差之差光和光近轴光球差之差光和光近轴光色差之差望远镜的放大率是指垂轴放大率轴向放大率角放大率视觉放大率差有下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像球差场曲畸变倍率色差不会响成像清物镜正弦差属于小视场的球差彗差畸变色差初级子午彗差和初级弧矢彗差之间的比值为下列光学元件中任何情况下都不会产生场

26、曲的是不晕透镜厚凸透镜平行平板球面反射镜下面光学元件中不产生色差的是球面反射镜薄凸透镜薄场多选或未选均无分。1 系统的像散为零，则系统的子午场曲值 A.大于零 B.小于零 C.等于零 2 双胶合薄透镜组，如果位置色差校正为零，A.大于零 B.小于零 C.等于零 3.下列像差中，对子午彗 D）D.无法判断 则倍率色差值为 D.无法判断（C.子午场曲(A)n-n r n）D.畸变 D.,n n L r r n 焦深是实际像点在高斯像点前后一定范围内时，1、c 1、c.3 4 介质材料的阿贝常数定义为 波像差不会超过（C）D.1 一扎 5(A)A.“nF nc B.D C.nF nc n 1 D.n

27、F 一 nc n -1 D 二 nF nc 火石玻璃和冕牌玻璃 均属冕牌玻璃 A.Angle(Deg)B.Object Height C.Paraxial Image Height D.Real Image（B）D.冉斯登目镜 光学系统设计（三）一、单项选择题（本大题共 20 小题。每小题 1 分，共 20 分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是正确的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、&K9玻璃和ZF6玻璃属于（A.冕牌玻璃和火石玻璃 B.C.均属火石玻璃 D.9.在 ZEMAM 件中进行显微物镜镜设计，输入视场数据时，应选择Height 10.在 ZEMA 漱件中表示传递函数的是下列的

28、哪个缩写图标（D）A.Fie B.Opt C.Spt D.Mtf 11.下列各镜头中，在进行设计时，应采用正追光线的是 A.惠更斯目镜 B.望远物镜 C.显微物镜 12.一般的负透镜产生的场曲值为（B）A.正值 B.负值 C.零 D.无法判断 13.一激光扩束器应主要校正的像差是 (C)A.色差 B.彗差 C.球差 D.畸变 14.所有的反射镜均不需校正（D)A.场曲 B.畸变 C.球差 D.色差 15.对于一轴外物点，一般光学系统在像面上的各种像差综合的结果是（D）A.圆形的弥散斑 B.不规则形状的单色弥散斑 代码填写在题后的括号内错选多选或未选均无分主光线与光轴所确定的平面叫做弧矢平面子午

29、平面焦平面像平面共轴球面系统中轴上点像差有球差和彗差球差和倍率色差球差和位置色差彗差和倍率色差通常情况下观察像差时除视场差也等于边缘光和近轴光球差之差光和光近轴光球差之差光和光近轴光色差之差望远镜的放大率是指垂轴放大率轴向放大率角放大率视觉放大率差有下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像球差场曲畸变倍率色差不会响成像清物镜正弦差属于小视场的球差彗差畸变色差初级子午彗差和初级弧矢彗差之间的比值为下列光学元件中任何情况下都不会产生场曲的是不晕透镜厚凸透镜平行平板球面反射镜下面光学元件中不产生色差的是球面反射镜薄凸透镜薄场C.彩色的弥散斑 D.不规则形状的彩色弥散斑 16.与弧矢平面相互垂直的平面

30、叫作（A）A.子午平面 B.高斯像面 C.离焦平面 D.主平面 17.下列软件中，如今较为常用的光学设计软件是（C）A.abr 软件 B.OPD88 软件 C.ZEMAX 软件 D.AutoCAD 软件 18.光学传递函数的横坐标是（B）。A.波长数 B.线对数/毫米 C.传递函数值 D.长度单位 19星点法检验光学系统成像质量的缺陷是 （B）。A.不方便进行，步骤复杂 B.属主观检验方法，不能量化 C.属客观检测方法，但精度低 D.计算复杂，应用不便 20.按照道威判断，显微镜的分辨率公式为（A）。0.5扎 0.61-A.；B.ZT 7 NA NA C 小 140”120 C D.D D 二

31、、填空题（本大题 11 小题。每空 1 分，共 20 分）请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。21.一齐明透镜，第一面曲率半径 r-95mm，物点位于第一面曲率中心处，第二面满足 齐明条件。若该透镜厚度 d=5mm 折射率 n=1.5，位于空气中，则第二面半径为 _-60mm _，该齐明透镜的垂轴放大倍率为 _ 1.5 _。22.一个完全对称式光学系统，若垂轴放大率 =1，则轴向像差为系统半部像差的 _2 倍 _。23.若一个光学系统的畸变可以写做 y=Ey 3,Z=0,则其相对畸变 Ey 2。24.消场曲的方法主要有使用弯月形厚透镜、系统中正负透镜分离、正负透镜分别 选用较高和

32、较低折射率的材料、将像面做成曲面补偿场曲 等。25.反射棱镜用于平行光路中，相当于 平行平板，各像差值均 等于 _零。26.在七种几何像差中，不影响成像的清卩 _ 畸变 _,仅与孔径有关的像差 是 _ 球差 _、_ 位置色差 _。27.在轴外像差：ytgU 特性曲线中，若一圆滑曲线关于 ：y轴完全对称，则系统的细光 束子午场曲 xt _0 _。28.只含初级和二级球差的望远物镜，校正球差后，使边缘光球差、丄m=0，其边缘带高级 球差为 0.5mm,则丄077二-0.125 ，为使波像差最小，离焦后其最佳像面应位于 理想像点 _ 前 侧0.09375 _ 毫米处。29.反射棱镜处于会聚光路中，除

33、 _ 场曲 _，其它像差均存在。30.波像差的参考波面是 _ 理想球面波 _，波像差的大小在 出瞳处度量。31.相对孔径是 F 数的 _ 倒数_。三、名词解释（本大题共 5 小题。每小题 2 分，共 10 分）32.齐明点：对于单个折射球面，当物距满足L=一 r时，像距为LJ r,n n 此时不产生球差值，称该对共轭点为不晕点或齐明点。33.正弦差：正弦差是轴外小视场成像的宽光束的不对称性的量度，其表达公式 为 SC。代码填写在题后的括号内错选多选或未选均无分主光线与光轴所确定的平面叫做弧矢平面子午平面焦平面像平面共轴球面系统中轴上点像差有球差和彗差球差和倍率色差球差和位置色差彗差和倍率色差通

34、常情况下观察像差时除视场差也等于边缘光和近轴光球差之差光和光近轴光球差之差光和光近轴光色差之差望远镜的放大率是指垂轴放大率轴向放大率角放大率视觉放大率差有下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像球差场曲畸变倍率色差不会响成像清物镜正弦差属于小视场的球差彗差畸变色差初级子午彗差和初级弧矢彗差之间的比值为下列光学元件中任何情况下都不会产生场曲的是不晕透镜厚凸透镜平行平板球面反射镜下面光学元件中不产生色差的是球面反射镜薄凸透镜薄场y 34.匹兹伐尔场曲：理想的平面物体所产生的理想像为有一定弯曲程度的曲面，称为匹兹伐尔像面，或匹兹万像面，该像面的场曲值称为匹兹伐尔场曲或匹兹万 场曲。35.离焦：为了获

35、得最佳像面，将实际像面沿理想像面向前或向后移动一定距离 的过程称为离焦。36.余弦定律：光学系统对无限接近的两点成完善像的条件称为余弦条件，其表 达公式为 n cos；-n Cos=C。四、简答题（本大题共 6 小题。每小题 5 分，共 30 分）37.孔径光阑的直径对畸变是否有影响？为什么？答：孔径光阑的直径对畸变没有影响，其位置对畸变有影响，因为畸变是主光线 像差，而主光线仅与入瞳中心有关，与入瞳大小无关。38.在系统中加入场镜，是否会对像的大小和方向产生影响？为什么？答：因为物点与像点重合在场镜平面，所以 1，像的大小和方向均不发生改 变。像差方面除场曲和畸变外，其余像差为零。39.在光

36、学系统的近轴区是否存在位置色差，为什么？答：在光学系统近轴区仍存在初级位置色差。因为即使在光学系统的近轴区，F 光与 C 光的理想像点在光轴上并不重合，其差值称为初级位置色差。40.什么是正弦条件和赫歇尔条件？它们有什么关系？说明了什么？答：正弦条件是垂轴小线段能够完善成像的条件，其表达公式为 nysinU n y sinU;而赫歇尔条件是沿轴小线段能够完善成像的条件，其表达公 U U 式为nysin二ny sin 一。它们的表达公式相互矛盾，说明不能够同时满足，即 2 2 不存在一个光学系统能够对整个空间完善成像。41.当光学系统仅存在初级彗差时，其成像光束形状如何？有何特点？答：彗差形状类

37、似于彗星状，故名彗差。当系统仅存在初级彗差时，有如下特点：（1）子午彗差是弧矢彗差的 3 倍，即KT 3KS；（2）彗差轮廓相切于两条夹角为 60 度的直线；（3）彗差顶点处能量较为集中，越往外能量越涣散。42.消像差谱线的选择有何原则？答：应对接收器最敏感的谱线消单色像差，对接收器能接受的波段范围两边缘附 近的谱线校正色差。五、综合应用题（本大题共 2 小题。每小题 10 分，共 20 分）43.一双胶合望远物镜，f=100mm，=1:5，若只含初级球差和二级像差，边缘带球 差为零 0。707 带三个面的球差分布系数分别为：1 2 3 SI:0.0100104-0.0338527 0.025

38、6263 求：1）该物镜的初级球差有多大？2）若最大球差允许不大于 6 倍焦深，物镜的球差是否超差？3）物镜的二级光谱有多大？代码填写在题后的括号内错选多选或未选均无分主光线与光轴所确定的平面叫做弧矢平面子午平面焦平面像平面共轴球面系统中轴上点像差有球差和彗差球差和倍率色差球差和位置色差彗差和倍率色差通常情况下观察像差时除视场差也等于边缘光和近轴光球差之差光和光近轴光球差之差光和光近轴光色差之差望远镜的放大率是指垂轴放大率轴向放大率角放大率视觉放大率差有下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像球差场曲畸变倍率色差不会响成像清物镜正弦差属于小视场的球差彗差畸变色差初级子午彗差和初级弧矢彗差之间的

39、比值为下列光学元件中任何情况下都不会产生场曲的是不晕透镜厚凸透镜平行平板球面反射镜下面光学元件中不产生色差的是球面反射镜薄凸透镜薄场解：1）、s=0.001784；u：tan u：=D/2 f：=0.1;1 初级球差为 一 SI 一0.0892;2n u 2）光学系统 0.707 带的球差为：h 2 h 4 Im=片（）-A（）=0.5A1-0.25A1=0.25 A hm hm 代码填写在题后的括号内错选多选或未选均无分主光线与光轴所确定的平面叫做弧矢平面子午平面焦平面像平面共轴球面系统中轴上点像差有球差和彗差球差和倍率色差球差和位置色差彗差和倍率色差通常情况下观察像差时除视场差也等于边缘光

40、和近轴光球差之差光和光近轴光球差之差光和光近轴光色差之差望远镜的放大率是指垂轴放大率轴向放大率角放大率视觉放大率差有下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像球差场曲畸变倍率色差不会响成像清物镜正弦差属于小视场的球差彗差畸变色差初级子午彗差和初级弧矢彗差之间的比值为下列光学元件中任何情况下都不会产生场曲的是不晕透镜厚凸透镜平行平板球面反射镜下面光学元件中不产生色差的是球面反射镜薄凸透镜薄场 初级球差为-0.0892=0.5Ai，所以可求得 A=0.1784,6 倍焦深=546rm 6=0.3276mm,m 二-0.0446：0.3276,故未超差。nU，0.1 3）二 级光谱为：0.00052

41、f=0.00052 100mm=0.052mm 44.在球面反射镜的球心处放一弯月薄透镜，其两半径相等，光阑与薄透镜重合，系统对无 限远物体成像，试分析该光学系统的像差特性。答：1）对于弯月镜，ri r2=SIV=0 光阑与薄透镜重合二.SV=6=0 Sin=J =o 2 剩余 S|、Sii G=h2 叭=0 2）对于球面反射镜，本身无色差，即 CC|=0 光阑处于球心=SII SIII SV 0，剩余S、SIV 3）系统像差情况：可使弯月镜和球面反射镜的球差相互补偿，保证系统的 S=0，同时 Si”=SV=C|=CH=0，仅剩余 S|=JW，SIV=2J/r代码填写在题后的括号内错选多选或未

42、选均无分主光线与光轴所确定的平面叫做弧矢平面子午平面焦平面像平面共轴球面系统中轴上点像差有球差和彗差球差和倍率色差球差和位置色差彗差和倍率色差通常情况下观察像差时除视场差也等于边缘光和近轴光球差之差光和光近轴光球差之差光和光近轴光色差之差望远镜的放大率是指垂轴放大率轴向放大率角放大率视觉放大率差有下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像球差场曲畸变倍率色差不会响成像清物镜正弦差属于小视场的球差彗差畸变色差初级子午彗差和初级弧矢彗差之间的比值为下列光学元件中任何情况下都不会产生场曲的是不晕透镜厚凸透镜平行平板球面反射镜下面光学元件中不产生色差的是球面反射镜薄凸透镜薄场9.在 ZEMAX 软件中进

43、行望远物镜镜设计，输入孔径数据时，应选择 A.Object Space NA B.Entrance Pupil Diameter C.（Deg）10.在 ZEMA 漱件中表示自动优化的是下列的哪个缩写图标 A.Fie B.Opt C.Spt D.Mtf 11.对于小像差光学系统，正弦差允限为（D）。A.SC 岂-0.25 B.SC 七0.00025 SC 乞-0.0025 12球差曲线与坐标轴所围面积（考虑正负）越小，则 I Object C.B D.(B)。Cone An gle SC 七-0.025）。无法判断 An gle D.光学系统设计（四）一、单项选择题（本大题共 20 小题。每小

44、题 1 分，共 20 分）在每小题列出 的四个备选项 中只有一个是 正确的，请将 其代码填写在 题后的括号内。错选、多选或未选均无分。1 假定物体 AB 在有限距离处，且 AB=-y，当孔径光阑在单个薄正透镜的右侧时，产生倍率 色差的符号为（A）。A.大于零 B.小于零 C.等于零 D.无法判断 2.ZEMA 漱件的传递函数曲线中，不同颜色的曲线表示不同的（B）。A.波长 B.视场 C.孔径 D.像面位置 3.一个仅有像散的光学系统，小“二”形图案置于光轴上，则在该物的子午像面，外圆轮 廓成像（C）。A 模糊 B.与十字叉线成像情况一样 C.清晰 D.无法判断 4.轴外物点通过有像散的光学系统

45、成像时，在该像点的子午像面，形成的焦线（B）。A.在子午面内 B.在弧矢面内 C.以锐角倾斜于子午面 D.无法判断 5人眼的视网膜呈现一定程度的弯曲，可以补偿一定的 （C）。A.球差 B.子午彗差 C.场曲 D.畸变 6.普通正透镜，对边缘光校正了球差，为使波像差最小化，应离焦的方向是（A）。A.沿轴向左 B.沿轴向右 C.垂轴向上 D.垂轴向下 7.介质材料 ZF2 的阿贝常数为 32.17,n=1.6727，贝 y nF-nc二（C）。A.0.902 B.0.0902 C.0.0209 D.0.209&在球差曲线图中，如果 F 光、C 光、D 光曲线相交于 0.707 带，说明该物镜（C）

46、。A.为无球差物镜 B.为消色差物镜 C.为复消色物镜 D.为无场曲物镜 13.在显微镜的应用中，盖波片产生的像差，下列选项论述正确的是（C）A.不产生任何像差 B.仅产生球差和彗差 C.除场曲外其它像差均存在 D.仅产生场曲，无其它像差 14.鱼眼透镜一般视场角都比较大，但所成的像存在严重的（B）。A.场曲 B.畸变 C.球差 D.色差 15.双高斯物镜是一种对称式物镜结构形式，其光阑前透镜形式为（C）。代码填写在题后的括号内错选多选或未选均无分主光线与光轴所确定的平面叫做弧矢平面子午平面焦平面像平面共轴球面系统中轴上点像差有球差和彗差球差和倍率色差球差和位置色差彗差和倍率色差通常情况下观察

47、像差时除视场差也等于边缘光和近轴光球差之差光和光近轴光球差之差光和光近轴光色差之差望远镜的放大率是指垂轴放大率轴向放大率角放大率视觉放大率差有下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像球差场曲畸变倍率色差不会响成像清物镜正弦差属于小视场的球差彗差畸变色差初级子午彗差和初级弧矢彗差之间的比值为下列光学元件中任何情况下都不会产生场曲的是不晕透镜厚凸透镜平行平板球面反射镜下面光学元件中不产生色差的是球面反射镜薄凸透镜薄场A.两片单透镜 B.两片双胶合 C.一片单透镜+个双胶合 D.一个双胶合+个单透镜 16.光阑与相接触的薄透镜重合时，能够自动校正（A）。A.畸变 B.场曲 C.球差 D.二级光谱 1

48、7在子午像差特性曲线中，坐标中心为Bz，如B0位于该点左侧，则畸变值为（A）A.正值 B.负值 C.零 D.无法判断 代码填写在题后的括号内错选多选或未选均无分主光线与光轴所确定的平面叫做弧矢平面子午平面焦平面像平面共轴球面系统中轴上点像差有球差和彗差球差和倍率色差球差和位置色差彗差和倍率色差通常情况下观察像差时除视场差也等于边缘光和近轴光球差之差光和光近轴光球差之差光和光近轴光色差之差望远镜的放大率是指垂轴放大率轴向放大率角放大率视觉放大率差有下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像球差场曲畸变倍率色差不会响成像清物镜正弦差属于小视场的球差彗差畸变色差初级子午彗差和初级弧矢彗差之间的比值为下

49、列光学元件中任何情况下都不会产生场曲的是不晕透镜厚凸透镜平行平板球面反射镜下面光学元件中不产生色差的是球面反射镜薄凸透镜薄场B.通过两面曲率调节保持光焦度不变 D.1)(n_ 1)2 d 2 n r1r2 18.厚透镜之所以在校正场曲方面有着较为重要的应用，是因为 A.通过改变厚度保持场曲为零 C.通过改变厚度保持光焦度不变 19.正畸变又称（C）。A.桶形畸变 B.锥形畸变 C.枕形畸变 D.梯形畸变 20.按照瑞利判断，显微镜的分辨率公式为（B)。0.5扎 0.61-A.；B.ZT 7 NA NA C 小 140”120 C D.D D 二、填空题（本大题 11 小题。每空 1 分，共 2

50、0 分）请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。21.当孔径光阑设置在球面反射镜的球心时，七种几何像差中可以自动消除的是 _慧 差 _、_ 像散 _ 和 _ 畸变 _。22.仅具有初级球差的光束结构是 圆_形的，仅具有初级彗差时的光束结构是 彗星 状的。1 23.球差用赛得和数表达的形式是、丄丄-一 、SI。2n2 1 24.细光束的子午场曲与细光束弧矢场曲的差称为 _ 细光束像散 _。25.初级色差分为 _ 位置色差 _ 和 _ 倍率色差 _ 两种。26.若某像差与光阑的位置有关，则表明该像差与 _视场 _ 有关，若某像差与光阑的大 小有关则表明该像差与_孔径 _ 有关。27.已知