应用光学期末复习题
辩析
一学生带500度近视镜，则该近视镜的焦距为_________________,
该学生裸眼所能看清的最远距离为_________________。
10.在通常所说的七种像差中，沿轴方向度量的有__ _ 、__ 、__和__ __。
11.在七种初级像差中，宽光束像差有几种？ _______。
12．在带分划板的开普勒望远镜中，是孔径光阑，是视场光阑，若存在渐晕，则是渐晕光阑。13.唯一没有像差的光学零件为（）。
14、当保持入射光线的方向不变，而使平面镜转150角，则反射光线将转动（ 300）角。
15. 一平行细光束经一个球面镜后汇聚于镜前50mm处，则该球面镜的曲率半径等于
（）。
2．理想光学系统中，无限远轴上物点与（）是一对共轭点，而无限远轴上像点的共轭点是（）。3．光线经过夹角为 的双平面镜反射后，出射线与入射线的夹角为（）。
4．光学系统的几何像差可分为（）种，其中（）种为单色像差，（）种为色差。（）是轴上点唯一的单色像差，而（）是主光线像差，只使像产生失真，并不影响像的清晰度。
5．角放大率、轴向放大率和垂轴放大率三者之间的关系为拉赫不变牛顿公式以为坐标原点。
6．转像系统分__ _和_____两大类，其作用是：_
1、偶数个平面反射镜成 ( )，奇数个平面反射镜则成 ( )。单个平面镜绕着和入射面垂直的轴转动α角,反射光线和入射光线之间的夹角将改变 ( )。
2、物方节点与（）共轭，像方焦点与（）共轭，物方焦点与
（）共轭。 3、单个折射球面的主点位在（）；反射球面的焦点位于
（）。4、光学系统的孔径光阑限制（），视场光阑限制（）。在物方远心光路中，孔径光阑位于（）。5、共轴系统中（）放大率等于1的一对共轭面叫主平面，（）放大率等于1的一定共轭面叫节平面，在（）的情况下，主平面与节平面重合。6、轴上像点的像差有（）和（）。
8．在球差、彗差、像散、像面弯曲、畸变、位置色差、倍率色差中，对轴上点成像产生圆形弥散斑的有a. 1 种 b. 2 种 c. 3 种 d. 以上都不对
9 以下几种初级像差中，当视场很小时就要考虑的是a. 畸变 b. 彗差 c. 像散 d. 场曲
7．几何光学所用到的参量有符号规定，下列符号规定中错误的是：（）
（A）沿轴线段，与光线传播方向相同为正。（B）光线与光轴的夹角，顺时针为正。（C）垂轴线段，在光轴以下为负。（D）相邻两折射面间隔，逆光线方向为负。
1、负透镜对（）a. 实物只能成实像 b. 实物只能成虚像 c. 虚物只能成实像 d. 虚物只能成虚像8．阿贝常数是光学玻璃的一个重要参数，对于该参数，正确的是：（）（A）阿贝常数越小，色散越低。（B）阿贝常数越大，色散越低。
（C）阿贝常数越小，热膨胀越低。（D）阿贝常数越大，热膨胀越低。
9．在实际设计光学系统时，常使用初级球差与高级球差相互补的方法，将边缘带（h=h m）的球差校正到零，这时，球差极大值对应的入射高度为：（）
（A）h=0.3h m（B）h=0.5h m（C）h=0.707h m（D）h=0.85h m
10．对一个给定的理想光学系统，系统的轴向放大率（）
（A）是一个常数，与物的位置无关。（B）不是常数，与物的尺寸有关。
（C）不是常数，但仅与是否成实像关。（D）不是常数，与物的位置有关。11．对于理想光学系统，可以用牛顿公式或高斯公式计算成像位置，其中：（）（A）牛顿公式和高斯公式中物和像的位置分别用相对于光学系统主点和焦点来确定。
（B）牛顿公式和高斯公式中物和像的位置分别用相对于光学系统焦点和主点来确定。
（C）牛顿公式和高斯公式中物和像的位置均用相对于光学系统焦点来确定。
（D）牛顿公式和高斯公式中物和像的位置均用相对于光学系统主点来确定。
12．可见光的波长（真空中）范围大约是：（）
（A）3000?~7000?（B）380nm~760 nm （C）380?~760 ?（D）1.0μm~7.0μm
13、以下关于光学系统成像的像差，正确的描述是（）
a. 轴上点成像可能存在的像差有球差和正弦差；
b. 目视光学系统一般对F光（486.1nm）和C光（656.3nm）消色差；
c. 畸变不仅使像的形状失真，而且影响成像的清晰；
d. 对单透镜通过改变其设计参数可以完全校正球差；
14、焦距为200mm的透镜对一无穷远处物体成实像，则像距l′等于 ( )
a. ∞
b. β=-∞
c. β=200mm
d. β=-200mm
15．一个高10mm的实物通过某光学系统成倒立的实像，像高20mm，则成像的垂轴放大率β为（）。
a. β=-2×
b. β=-1/2×
c. β=1/2×
d. β=2×
16．焦距为100mm的凸透镜，其光焦度 为（）
a．0.01mm-1 b. 0.01mm c． 0.02mm-1 d. 0.02mm
17．对显微镜正确描述的是（）
a．显微镜系统的出射光瞳在目镜之前； b.对显微镜的单色像差一般用C光
（656.3nm）来校正；
c．显微镜的数值孔径与其物镜和目镜均有关；d.显微镜的数值孔径越大，景深越小；
18、下面关于光学系统的描述那一项是错误的（）
a.理想光学系统只能将一个实物点成像为一个实像点；
b.理想光学系统能使同心光束保持为同心光束；
c.理想光学系统的物点与像点是一一对应的；
d.理想光学系统的物点与像点之间的所有光线是等光程的；
19、实际光学系统不同于理想的光学系统，就下列的叙述，你认为那一项是错误的（）
a.实际光学系统将物空间的一个点成像为一个弥散斑；
b.实际光学系统的成像总存在像差；
c.实际光学系统的像差是完全可以消除的，从而使物象关系满足高斯公式；
d.理想光学系统是实际光学系统的一个极有价值的近似；
20、下列单色像差中哪一种是主光线像差，只使像产生失真，并不影响像的清晰度 （）
a. 畸变
b. 慧差
c. 像散
d. 场曲
二．问答题
（1）什么叫理想光学系统？
（3）什么是光学系统的渐晕？
（4）孔径光阑和视场光阑有什么区别？
（9）照相物镜的景深与光圈数、相对孔径的关系
（10） 余弦辐射体的特性
（17）显微镜的分辨率跟哪些参数有关？采取什么途径可以提高显微镜的分辨率？
（20）1、简要说明场镜在光路中的安放位置、工作原理及其作用？
答：
场镜一般置于物镜前方光学系统所成像的像面处，使得该像位于场镜的物方主平面上并作为场镜的物，场镜将该物成等大正立的像并位于场镜的像方主平面上，该像又是场镜后方光学系统的物。
场镜的作用是在不改变原有光学系统成像性质的情况下折转轴外光线的路径，从而减小场镜后方光学零件的口径。
（21）为了保证测量精度，测量仪器一般采用什么光路？为什么？
答：为了保证测量精度，测量物镜一般采用物方远心光路。由于采用物方远心光路时，孔径光阑与物镜的像方焦平面重合，无论物体处在什么位置，它们的主光线是重合的，即轴外点成像光束的中心是相同的，这样虽然调焦不准，也不会产生测量误差。
（22）为何在设计望远镜系统时要将孔径光阑置于物镜上？
答：望远镜系统时目视系统，需要与人眼连用。根据光瞳衔接原则，望远镜的出瞳应与人眼的瞳孔衔接，故它应该位于望远目镜之后，一般要求6mm 以上的距离。计算表明，将孔径光阑置于物镜上可以满足对出瞳的位置要求，而且望远镜的物镜、棱镜尺寸最小。
（24）当光学系统孔径增大时，球差是否变化？慧差是否变化？当光学系统视场增大时，球差是否变化？慧差是否变化？
答：孔径增大时，球差增大，彗差增大，视场增大时，球差不变，彗差增大
（25）为什么光楔有色散作用？当光楔顶角为θ时，光楔对F 光和C 光的角色散公式。
答：因为同一角度入射到光楔上的不同波长的单色光，不同波长的单色光有不同的折射率，所以将有不同的偏向角，白光经棱镜后会分解为各种色光，产生色散.
θδ)1(-=F F n ，θδ)1(-=C C n ， 所以 θδδδ)(C F C F n n -=-=
1 完善成像的条件是什么？
表述一：入射波面为球面波时，出射波面也为球面波。
表述二：入射光为同心光束时，出射光亦为同心光束。
表述三：物点A 1及其像点A k ′之间任意两条光路的光程相等。
5 费马原理： 光从一点传播到另一点，其间无论经过多少次折射或反射，其光程为极值，即光是沿光程的极值的路径传播的。
6 光焦度。
三 作图题
1、求实物AB 的像
2、求虚物AB 的像
3、画出虚线框内应放置何种棱镜
4、求棱镜反射后像的坐标系方向
z ’
四．计算题
1．一双胶合物镜，焦距250mm ，第一透镜用K8玻璃(n d =1.51600,v=56.76)，第二透镜用F2
玻璃(n d =1.61294,v=36.98)，求消色差解φ1和φ2。
2置于空气中的两薄凸透镜L 1和L 2的焦距分别为mm f 50'1=，mm f 100'2=，两镜间隔为d =mm 50，试确定该系统的焦点和主平面位置。
解：
mm mm mm mm f f d f f d 1001005050'''2121-=--=--=+-=?
求系统焦点位置：
mm mm
mm mm f f f f F F x F 251005050'
''
11111=-?-=-===?? ()()mm mm
mm mm f f f f F F x F 100100100100''''''22222-=--?-=?--=?-== 即系统物方焦点F 在F 1的右边25mm 处，像方焦点'F 在'2F 的左边100mm 处。
求系统主平面位置：
()()()()mm mm
mm mm f f f f HF f 5010010050''2121-=--?-=?--=?== mm mm
mm mm f f F H f 5010010050'
''''21=-?-=-==? 即系统物方主平面在F 的右边50mm 距离处，像方主平面在'F 的左边50mm 距离处。
屋脊棱镜
3置于空气中的两薄凸透镜L 1和L 2的孔径均为2cm ，L 1的焦距为3cm ，L 2的焦距为2cm ，L 2在L 1之后1.5cm ，对于平行于光轴入射的光线，求系统的孔径光阑、入射光瞳和出射光阑。
解：先求孔径光阑：
L 1通过其前面系统成像就是它本身，设L 2对其前面的光学系统L l 成像为'2L ,则由薄透镜成像公式：
'
11'11f l l =- 代入数据：cm
cm l 315.11'1=-- 则得： cm l 3'-=
'2L 位于L 1右边3cm 处。 由垂轴放大率公式：l
l y y ''==
β 则'2L 的口径大小为： cm cm cm
cm y l l y y 425.132'2'2=?=?=?=β 即'2L 的口径大于L 1 的，由于是平行光入射，则L 1是孔径光阑。
求入瞳：
因孔径光阑对其前面的光学系统成象为入瞳，故L 1又为入瞳。
求出瞳：
出瞳为孔径光阑对其后面的光学系统所成之像，即求L l 对L 2所成之像'1L 。
再由薄透镜成像公式：
'
11'12f l l =-
代入数据：cm
cm l 215.11'1=-- 则得： cm l 6'-= '1L 的口径大小为：
cm cm cm
cm y l l y y 825.162'2'2=?=?=?=β 即出瞳'1L 位于L 2左边6cm 处。口径为8cm 。
4. 有一双平面镜系统，光线以与其中的一个镜面平行入射，经两次反射后，出射光线与另一镜面平行，问二平面镜的夹角为多 少？
5人工照明下阅读时，纸面光亮度应大于10 cd/m2，假定白纸的漫反射系数为0.75，用60w 充气钨丝灯照明，光视效能为15 lm/w ，求当灯泡离纸面距离不大于多少时，才能产生所要求的光亮度（假定纸面与照射光线方向垂直）？
6一氦氖激光器发出波长为632.8nm 的激光束，辐通量为10mW ，发散角θ为1mrad ，发散角与立体角的关系为2πθΩ=。若波长632.8nm 光波的光谱光效率()V λ=0.24，求此激光束的光通量和发光强度。
近轴光学系统 例1.一厚度为200mm的平行平板玻璃（n=1.5）下面放着一直径为1mm的金属片。若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片的最小直径为多少？ 例2.用费马定理证明光的折射定律和反射定律。
例3.如图有两个平面反射镜，M1、M2夹角为α，今在两反射镜之间有一光线以50°角入射，入射到M1的反射镜上，经M1、M2四次反射后，起反射光线与M1平行，求其夹角α。 例4.设计一个在空气中和某种玻璃之间的单个折射表面构成的光学系统，希望物在空气中离表面15.0cm。实像在玻璃中，离表面45.0cm，放大率为2.0。那么玻璃的折射率应为多少？表面的曲率半径为多少？ 例5.直径为100mm的球形玻璃缸，将半面镀银，内有一条鱼在镀银面前25mm处。问缸外的观察者看到几条鱼？位置在何处？相对大小事多少？（水的折射率为4/3)
例6.在一张报纸上放一个平凹透镜，通过镜面看报纸。当平面朝着眼睛时，报纸的虚像在平面下13.3mm处。当凸面朝着眼睛时，报纸的虚像在凸面下14.6mm处。若透镜中央厚度为20mm。求透镜的折射率和凸球面的曲率半径。
例7.一凹球面镜将一实物成一实像，物与像的距离为1m，物高为像高的4倍，求凹面镜的曲率半径。 例8.①一束平行光入射到一半径r=30mm，折射率n=1.5的玻璃球上，求其汇聚点的位置。 ②如果在凸面上镀反射膜，其汇聚点应在何处？③如果凹面镀反射膜，则反射光束在玻璃中的汇聚点在何处？④反射光束经前表面折射后，汇聚点在何处？说明各汇聚点的虚实。(1)
(2) (3) (4) 例9.一直径为400mm，折射率为1.5的玻璃球中有两个小气泡，一个位于球心，另一个在1/2半径处。沿两气泡连线方向在球两边观察，问看到的气泡在何处？如果在水中观察者看到的气泡又在何处？
应用光学试题 一、问答题 1、在几何光学框架内，光的传播规律可归纳为四个基本定律，请分别简述其内容。 （1）光的直线传播定律：在各向同性介质中，光沿直线传播。 （2）光的独立传播定律：从不同的光源发出的光束以不同的方向通过空间某点时，彼此互不影响，各光束独立传播。 （3）反射定律：入射光线、反射光线和投射点法线三者在同一平面内，入射角和反射角二者绝对值相等且符号相反，即入射光和反射光在法线两侧。 （4）折射定律：入射光线、折射光线和投射点法线三者在同一平面内，入射角的正弦与折射角的正弦之比与入射角的大小无关，而与两种介质的性质有关。对一定波长的光线，在一定温度和压力的条件下，该比值为一常数，等于折射光线所在介质的折射率ｎ＇和入射光线所在介质的折射率ｎ之比。 2、何为马吕斯定律？光学系统成完善像的条件是什么？ （1）马吕斯定律：光线在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性；并且入射波面和出射波面对应点之间的光程均为定值。 （2）光学系统成完善像的条件： 光束一致（入射、出射光束均为同心光束）；波面一致（入射、出射波面均为球面波）；物、像点间任意光路的光程相等。 3、何为阿贝不变量和拉赫不变量？它们的物理意义是什么？ （1）阿贝不变量：1111''Q n n r l r l ????=-=- ? ????? ；其物理意义是，近轴区，一折射面的物空间和像空间的一对共轭点的位置是确定的。 （2）拉赫不变量：'''nyu n y u J == ，'''nytgu n y tgu J == ；进入光学系统的总能量是保持不变的（前者针对近轴区而言，后者是对前者的推广，是系统对任意大小物体用任意光束成像的普式）。 4、光学系统对轴上点成像时会存在哪些像差？它们有什么特点？ 会存在球差和位置色差。 （1）球差：轴上点发出的同心光束经过光学系统后，不在是同心光束，不同入射高度（h ）的光线将于光轴于不同的位置，相对近轴像点（理想像点）有不同程度的偏离，这种偏离称轴向球差。轴上点的球差，具有关于光轴对称性，其只与系统的孔径有关。 （2）位置色差： 轴上点两种色光成像位置的差异称位置色差。其轴上物点成像是彩色弥散斑。 5、光学系统中有哪几类光栏？并概述它们的作用？ 光学系统中有孔径光阑、视场光阑和渐晕光阑，其作用分别如下： （1）孔径光阑：限制轴上物点成像光束孔径大小。 （2）视场光阑：限制系统的成像范围。
一、填空题 1、光学系统中物和像具有共轭关系的原因是 。 2、发生全反射的条件是 。 3、 光学系统的三种放大率是 、 、 ，当物像空间的介质的折射率给定后，对于一对给定的共轭面，可提出 种放大率的要求。 4、 理想光学系统中，与像方焦点共轭的物点是 。 5、物镜和目镜焦距分别为mm f 2'=物和mm f 25'=目的显微镜，光学筒长△= 4mm ，则该显微镜的视放大率为 ，物镜的垂轴放大率为 ，目镜的视放大率为 。 6、 某物点发出的光经理想光学系统后对应的最后出射光束是会聚同心光束，则该物点所成的是 (填“实”或“虚”)像。 7、人眼的调节包含 调节和 调节。 8、复杂光学系统中设置场镜的目的是 。 9、要使公共垂面内的光线方向改变60度，则双平面镜夹角应为 度。 10、近轴条件下，折射率为1.4的厚为14mm 的平行玻璃板，其等效空气层厚度为 mm 。
11、设计反射棱镜时，应使其展开后玻璃板的两个表面平行，目的 是。 12、有效地提高显微镜分辨率的途径是。 13、近轴情况下，在空气中看到水中鱼的表观深度要比实际深度。 一、填空题 1、光路是可逆的 2、光从光密媒质射向光疏媒质，且入射角大于临界角I0，其中，sinI0=n2/n1。 3、垂轴放大率；角放大率；轴向放大率；一 4、轴上无穷远的物点 5、－20；－2； 10 6、实 7、视度瞳孔 8、在不影响系统光学特性的的情况下改变成像光束的位置，使后面系统的通光口径不致过大。 9、30 10、10 11、保持系统的共轴性 12、提高数值孔径和减小波长
13、小 二、简答题 1、什么是共轴光学系统、光学系统物空间、像空间？ 答：光学系统以一条公共轴线通过系统各表面的曲率中心，该轴线称为光轴，这样的系统称为共轴光学系统。物体所在的空间称为物空间，像所在的空间称为像空间。 2、如何确定光学系统的视场光阑？ 答：将系统中除孔径光阑以外的所有光阑对其前面所有的光学零件成像到物空间。这些像中，孔径对入瞳中心张角最小的一个像所对应的光阑即为光学系统的视场光阑。 3、共轴光学系统的像差和色差主要有哪些？ 答：像差主要有：球差、慧差（子午慧差、弧矢慧差）、像散、场曲、畸变；色差主要有：轴向色差（位置色差）、倍率色差。 4、对目视光学仪器的共同要求是什么？ 答：视放大率| | 应大于1； 通过仪器后出射光束应为平行光束，即成像在无限远，使人眼相当观察无限远物体，处于自然放松无调节状态。 5、什么叫理想光学系统？ 答：在物像空间均为均匀透明介质的条件下，物像空间符合“点对应点、直线
说明：以下内容是由我个人整理的北京理工大学应用光学考研专业 课历年真题中的问答题部分的一些题目，仅供需要的同学参考。由 于时间当时较紧，有些地方可能会有错误。其中每个问题后【】里 面的数字代表考试中出现的次数。 1. 什么叫做“理想光学系统”?共轴理想光学系统还具有那些性质？【2】 物象空间符合“点对应点，直线对应直线，平面对应平面“成像关系的光学系统称为“理想光学系统”。 性质: （1）位于光轴上的物点其像点一定位于光轴上。 （2）位于过光轴某一截面的物点，其像点也在该平面内。 （3）过光轴的任意截面的成像性质都相同。 （4）垂直于光轴的同一平面的物所成的像，其几何形状与物完全相似。 （5）位于垂直于光轴的同一平面内共轭像面也垂直于光轴 （6）如果已知两对共轭面位置和放大率；或者一对共轭面的位置和放大率，以及轴上两对共轭点的位置，则其他一切像点都可以随之确定。 2. 什么叫做“目视光学仪器的视度调节？什么叫近视眼?什么叫远视眼？对于近视眼和远视眼应该分别如何调节？【2】为了使目视光学仪器能够适应各种不同视力人的使用，可以改变目镜的前后位置，使仪器所成的像不在无限远处，而是位于目镜的前方或后方的一定距离上，以适应近视或远视的需要，这就是“目视光学仪器的视度调节”。 只能看到有限远物体的眼睛叫近视眼；近视距离在明视距离之外的眼睛叫远视眼。近视眼戴负透镜，远视眼带正透镜。 对于近视眼，目镜向前调节；对于远视眼，目镜应向后调节。
3. 什么时棱镜的展开？在应用棱镜展开时，为了使棱镜和共轴球面系统组合后仍能保持共轴球面系统的特性，棱镜的结构必须满足哪两个要求？【4】 把棱镜的主截面沿着它的反射面展开，取消棱镜 d 反射，以平行玻璃板的折射代替零件折射的方法称作“棱镜的展开”。 要求： (1) 棱镜展开后入射面和出射面平行 (2) 如果棱镜位于会聚光束中，则光轴必须和棱镜的入射面和出射面垂直。 4. 什么叫“孔径光阑”？什么叫“视场光阑”？ “孔径光阑”：限制进入光学系统成像光束孔径的光阑。 “视场光阑”：限制成像范围的光阑。 5. 通过望远镜时人眼的主观光亮度与人眼直接观察时有什么区别?【3】 当观察发光点时，通过望远镜观察人眼的主观光亮度增加。 当观察发光面时，通过望远镜观察人眼的主观光亮度降低。6. 什么叫做“子午面”？什么叫做“弧矢面”？ 由主光线和光轴决定的平面称为子午面 过主光线而且与子午面垂直的平面称为弧矢面 7. 什么叫光亮度？什么叫光出射度？二者描述的发光特性有什么不同？ 光亮度：发光面在给定方向上单位投影面积，单位立体角内的光通量。 光出射度：发光面单位面积上的光通量 不同点：光亮度表征了发光表面不同位置，不同方向上的发光特性，而光出射度只表征了不同位置的发光特性，而与发光方向无关。 8. 照相物镜在没有渐晕的条件下，轴外点的光照度与轴上点
应用光学习题. 第一章 : 几何光学基本原理 ( 理论学时： 4 学时 ) ?讨论题：几何光学和物理光学有什么区别它们研究什么内容 ?思考题：汽车驾驶室两侧和马路转弯处安装的反光镜为什么要做成凸面，而不做成平面 ?一束光由玻璃（ n= ）进入水（ n= ），若以45 ° 角入射，试求折射角。 ?证明光线通过二表面平行的玻璃板时，出射光线与入射光线永远平行。 ?为了从坦克内部观察外界目标，需要在坦克壁上开一个孔。假定坦克壁厚为 200mm ，孔宽为 120mm ，在孔内部安装一块折射率为 n= 的玻璃，厚度与装甲厚度相同，问在允许观察者眼睛左右移动的条件下，能看到外界多大的角度范围 ?一个等边三角棱镜，若入射光线和出射光线对棱镜对称，出射光线对入射光线的偏转角为40 °，求该棱镜材料的折射率。 ?构成透镜的两表面的球心相互重合的透镜称为同心透镜，同心透镜对光束起发散作用还是会聚作用?共轴理想光学系统具有哪些成像性质 第二章 : 共轴球面系统的物像关系 ( 理论学时： 10 学时，实验学时： 2 学时 ) ?讨论题：对于一个共轴理想光学系统，如果物平面倾斜于光轴，问其像的几何形状是否与物相似为什么 ?思考题：符合规则有什么用处为什么应用光学要定义符合规则 ?有一放映机，使用一个凹面反光镜进行聚光照明，光源经过反光镜以后成像在投影物平面上。光源高为 10mm ，投影物高为 40mm ，要求光源像高等于物高，反光镜离投影物平面距离为 600mm ，求该反光镜的曲率半径等于多少 ?试用作图法求位于凹的反光镜前的物体所成的像。物体分别位于球心之外，球心和焦点之间，焦点和球面顶点之间三个不同的位置。 ?试用作图法对位于空气中的正透镜（）分别对下列物距： 求像平面位置。
（操作性实验） 课程名称：应用光学 实验题目：薄透镜焦距测量和光学系统基点测量 指导教师： 班级：学号：学生姓名： 一、实验目的 1.学会调节光学系统共轴。 2.掌握薄透镜焦距的常用测定方法。 3.研究透镜成像的规律。 4.学习测定光具组基点和焦距的方法 二、仪器用具 1、光源（包括LED，毛玻璃等） 2、干板架 3、目标板 4、待测透镜（Φ50.0，f75.0mm） 5、反射镜 6、二维调节透镜/反射镜支架 7、白屏 8、节点器（含两Φ40透镜，f 200和f 350） 三、基本原理
1.自准直法测焦距 如下图所示，若物体AB 正好处在透镜L 的前焦面处，那么物体上各点发出的光经过透镜后，变成不同方向的平行光，经透镜后方的反射镜M 把平行光反射回来，反射光经过透镜后，成一倒立的与原物大小相同的实象B A ''，像B A ''位于原物平面处。即成像于该透镜的前焦面上。此时物与透镜之间的距离就是透镜的焦距f ，它的大小可用刻度尺直接测量出来。 图1.2 自准直法测会聚透镜焦距原理图 2. 二次成像法测焦距 由透镜两次成像求焦距方法如下： 图1.3 透镜两次成像原理图 当物体与白屏的距离f l 4>时，保持其相对位置不变，则会聚透镜置于物体与白屏之间，可以找到两个位置，在白屏上都能看到清晰的像．如上图所示，透镜两位置之间的距离的绝对值为d ，运用物像的共扼对称性质，容易证明： l d l f 42 2-=' 上式表明：只要测出d 和l ，就可以算出f '．由于是通过透镜两次成像而求得的f '，这种方法称为二次成像法或贝塞尔法．这种方法中不须考虑透镜本身的厚度，因此用这种方法测出的焦距一般较为准确． 3.主面和主点 若将物体垂直于系统的光轴，放置在第一主点H 处，则必成一个与物体同样 L M
武汉理工大学考试试题纸（A卷） 课程名称应用光学专业班级0501～03 题号一二三四五六七八九十总分 题分 备注:学生不得在试题纸上答题(含填空题、选择题等客观题 一、选择题（每题 1 分，共 5 分） 1．发生全反射现象的必要前提是： A)光线由光疏介质到光密介质传播B) 光线由光密介质到光疏介质传播 C)光线在均匀介质中传播D) 以上情况都可能产生 2．周视照相机可以拍摄大视场景物，其利用的： A)节点的性质B)主点的性质C)焦点的性质D)以上答案都正确 3．在望远镜的视度调节中，为适应近视人群，应采取的是： A)使物镜远离目镜B)使目镜远离物镜C)使目镜靠近物镜D)应同时调节物镜和目镜 4．棱镜系统中加入屋脊面，其作用是： A 改变光轴的方向B)改变主截面内像的方向C)改变垂轴于主截面方向上像的方向D)以上都正确5．光学系统中场镜的作用是： A)改变成像光束的位置B)减小目镜的尺寸C)不改变像的成像性质D)以上都正确 二、填空题（每题 2 分，共 10 分） 1．显微镜中的光学筒长指的是（）2．光学系统中像方顶截距是（）3．用波像差评价系统成像质量的瑞利准则是（）4．望远系统中物镜的相对孔径是（）
5．棱镜的转动定理是（） 三、简答题（共 20 分） 1．什么叫孔径光阑它和入瞳和出瞳的关系是什么（4 分） 2．什么叫视场光阑它和入窗和出窗的关系是什么（4 分） 3．几何像差主要包括哪几种（4 分） 4. 什么叫远心光路其光路特点是什么（4 分）
四、分析作图题（共 25 分） 1.已知正光组的F 和F’，求轴上点 A 的像，要求用五种方法。（8 分） 2. 已知透镜的焦距公式为f ' nr1，l ' H f ' n 1d ， l H f ' n 1d ， r d nr nr ) ( n 1) r 2 r 分析双凹透镜的基点位置，并画出 FFL、BFL 和 EFL 的位置。（9 分） 3.判断下列系统的成像方向，并画出光路走向（8 分） （a）（b） 五、计算题（共 35 分） 1．由已知f150mm，f2150mm的两个薄透镜组成的光学系统，对一实物成一放大 4 倍的实像，并 且第一透镜的放大率12，试求：1.两透镜的间隔；2.物像之间的距离；3.保持物面位置不变，移动 第一透镜至何处时，仍能在原像面位置得到物体的清晰像与此相应的垂铀放大率为多大（15 分）
第五章 1.光阑的基本概念 光学系统中限制成像光束的元件称为光阑 2.视场光阑 决定物平面上或物空间中成像范围大小的光阑 3.入窗、出窗及其求解方法 入窗：视场光阑经它前面的光学元件在系统的物空间所成的像，称为系统的入射窗，简称为入窗。入窗限制了物方空间的成像范围，即物方视场 出窗：视场光阑通过它后面的光学元件在系统的像空间所成的像，称为系统的出射窗，简称为出窗。出窗限制了像方空间的成像范围，即像方视场 孔径光阑为无限小时： 将系统除孔径光阑外的所有光阑都经前面的光学元件成像到系统的物空间去，其中对入瞳中心张角最小的那个光阑的像即为系统的入窗，与之共轭的即为视场光阑。 将系统中除孔径光阑外的所有光阑都经它后面的光学元件成像到系统的像空间去，对出瞳中心张角最小的那个即为出窗，与之共轭的即为视场光阑。 4.孔径光阑-------P89 孔径光阑：限制轴上物点成像光束立体角。 孔径光阑决定了轴上点发出的平面光束的立体角，所以又叫做有效光阑。 5.入瞳 入瞳：又称入射光瞳，是系统的孔径光阑通过在它前面的光学系统在物空间的像。 入瞳限制了轴上点物方孔径角的大小。即它决定了能进入系统的最大光束孔径，它也是物面上各点发出的成像光束进入系统的公共入口。 6.出瞳 出瞳：也称出射光瞳，是系统的孔径光阑经它后面的光学元件在像空间成的像。 出瞳决定了轴上像点的像方孔径角的大小。即它决定了成像光束在像空间的最大孔径，它是系统成像光束的公共出口。
7.三种经典光学系统的光阑 （1）照相系统的光阑 孔径光阑的位置对选择光束的作用 就限制轴上点的光束宽度而言，孔径光阑位于A或者A'的 位置，情况并无差别。 对轴外点的成像光束来说，孔径光阑的位置不同，参与成像 的轴外光束不一样，轴外光束通过透镜L的部位也不一样， 需要透过全部成像光束的透镜口径大小也就不一样。 光阑位置的变动可以影响轴外点的像质。从这个意义上来说，孔径光阑的位置是由轴外光束的要求决定的。 实际光学系统中 为了缩小光学零件的外形尺寸，实际光学系统的视场边缘一 般都有一定的渐晕。 有渐晕时，斜光束的宽度不单由孔径光阑的口径确定，而且 还与其余光学零件或光阑的口径有关 （2）望远系统 a)双目望远镜 为了保证斜光束的通过，它所要求的各个光学零件的尺 寸不仅和光束口径有关，而且和所选取的成像光束的位 置有关。 分划镜框就起到了照相机中底片框的作用，限制了系统 的视场，它就是系统的“视场光阑” 无论是轴上像点或者是轴外像点，成像光束的口径都是 由物镜框确定的。 物镜框就是系统的“孔径光阑”。 b)周视瞄准镜 为了确定系统中其它光学零件的尺寸，必须选择轴外点 成像光束的位置，也就是确定入瞳或孔径光阑的位置。 取道威棱镜的通光口径等于轴向光束的口径，则道威棱 镜就起着孔径光阑的作用。 孔径光阑像的位置不确定的情形下，可以直接根据光束 位置来确定出瞳位置。 周视瞄准镜，斜光束宽度小于轴向光束口径，存在渐晕。 系统的出瞳距离就等于出射主光线和光轴交点到系统最
第一章例题 1．P20习题1（部分）：已知真空中的光速c=3í108m/s,求光在火石玻璃（n=1.65）和加拿大树胶（n=1.526）中的光速。 解：根据折射率与光速的关系 v c n = 可求得 火石玻璃 )/(10818.165 .11038 8 11s m n c v ?=?== 加拿大树胶 )/(10966.1526 .110388 22s m n c v ?=?== 3．P20习题5， 解：设水中一点A 发出的光线射到水面。 若入射角为I 0（sinI 0=n 空/ n 水 ），则光线沿水面掠射；据光路可逆性，即与水面趋于平行的光线在水面折射进入水中一点A ，其折射角为I 0（临界角）。 故以水中一点A 为锥顶，半顶角为I 0 的 圆锥范围内，水面上的光线可以射到A 点（入射角不同）。因此，游泳者向上仰 望，不能感觉整个水面都是明亮的，而只 能看到一个明亮的圆，圆的大小与游泳者 所在处水深有关，如图示。满足水与空 气分界面的临界角为 75.033 .11 sin 0== I 即 '36480?=I ， 若水深为H ，则明亮圆的半径 R = H tgI 0 4. ( P20习题7 ) 解：依题意作图如图按等光程条件有： ''''1OA n O G n MA n GM n ?+?=?+? 即 .1)100(5.112 2 1+=+-?++O G y x x O G
所以 x y x -=+-?150)100(5.122 两边平方得 222)150(])100[(25.2x y x -=+- 2223002250025.245022500x x y x x +-=++- 025.225.115022=++-y x x 0120101822=-+x x y ——此即所求分界面的表达式。 第二章例题 1．（P53习题1）一玻璃棒（n =1.5），长500mm ，两端面为半球面，半径分别为50mm 和100mm ，一箭头高1mm ，垂直位于左端球面顶点之前200mm 处的轴线上，如图所示。试求： 1）箭头经玻璃棒成像后的像距为多少？ 2）整个玻璃棒的垂轴放大率为多少？ 解：依题意作图如图示。 分析：已知玻璃棒的结构 参数：两端面的半径、间 隔和玻璃棒材料的折射率 n ，以及物体的位置和大小， 求经玻璃棒之后所成像的位置和大小。解决这一问题可以采用近轴光学基本公式（2.13）和（2.15），即单个球面物像位置关系式和物像大小关系式，逐面进行计算。 1）首先计算物体（箭头）经第一球面所成像的位置： 据公式（2.13）有 1111111'''r n n l n l n -=- ， 将数据代入得 50 1 5.12001'5.11-=--l 解得 )(300 '1mm l =； 以第一球面所成的像作为第二球面的物，根据转面公式（2.5）可求出第二面物距 )(200500300'12mm d l l -=-=-= 对第二球面应用公式（2.13）得 2222222'''r n n l n l n -=- 即 100 5 .112005.1'12--=--l
中 国 海 洋 大 学 命 题 专 用 纸 (首页) 2005-2006学年第 二 学期 试题名称: 应用光学 A 课程号： 共 2 页 第 1 页 专业年级__物理学2003_____ 学号___________ 姓名____________ 考试日期（考生填写）_______年____月__日 分数_________ 一．简答题（15分）（写在答卷纸上） 1．（5分）物理光学研究什么内容？几何光学研究什么内容？ 2．（5分）什么是场镜？场镜的作用是什么（要求写出两种作用）？ 3．（5分）写出轴外点的五种单色像差的名称。 二．作图题（15分）(画在试卷上) 4．（５分）已知焦点F 和F ’和节点J 和J ’（见图2），求物方主点H 和像方主点H ’ 。 5．（10分）应用达夫棱镜的周视瞄准仪示意图(见图1)，分别标出A 、B 、C 、D 点光的坐标方向。 J F ’ F J ’ 图2 z y x A B C D 图1
授课教师 李颖命题教师或命题负责人 签字李颖 院系负责人 签字 年月日 注：请命题人标明每道考题的考分值。 中国海洋大学命题专用纸（附页） 2005-2006学年第二学期试题名称: 应用光学课程号：共 2 页第 2 页
三．计算题（70分） 6．（10分）某被照明目标，其反射率为ρ=，在该目标前15m距离处有一200W的照明灯，各向均匀发光，光视效能（发光效率）为30lm/W，被照明面法线方向与照明方向的夹角为0度。 求：（1）该照明灯的总光通量；（2）被照明目标处的光照度；（3）该目标视为全扩散表面时的光亮度。 7．（10分）显微镜目镜视角放大率为Γe=10，物镜垂轴放大率为β=-2，NA=，物镜共轭距为180mm，物镜框为孔径光阑，求：（1）显微镜总放大率，总焦距。（2）求出瞳的位置和大小。8．（15分）一个空间探测系统（可视为薄透镜），其相对孔径为1:，要求将10km处直径为２ｍ的物体成像在1/2英寸的探测器靶面上，物体所成像在探测器靶面上为内接圆，问此系统的焦距应该为多少？口径为多少？所对应的最大物方视场角是多少？（一英寸等于毫米，探测器靶面长与宽之比为４:3） 9．（10分）有一个薄透镜组，焦距为100mm，通过口径为20mm，利用它使无限远物体成像，像的直径为10mm，在距离透镜组50mm处加入一个五角棱镜（棱镜的玻璃折射率为，透镜展开长度为L=，D为棱镜第一面上的通光口径），求棱镜的入射面和出射面的口径，通过棱镜后的像面位置。 10．（15分，A、B任选） A．有一个焦距为50mm的放大镜，直径D=40mm，人眼（指瞳孔）离放大镜20mm来观看位于物方焦平面上的物体，瞳孔直径为4mm。求系统的孔径光阑，入瞳和出瞳的位置和大小，并求系统无渐晕时的线视场范围。 B．有一开普勒望远镜，视放大率Γ=8，物方视场角2ω=8?，出瞳直径为6mm，物镜和目镜之间的距离为180mm，假定孔径光阑与物镜框重合，系统无渐晕，求（1）物镜焦距，目镜焦距；（2）物镜口径和目镜口径；（3）出瞳距离。 11．（10分，要求用矩阵法求解）有一个正薄透镜焦距为8cm，位于另一个焦距为－12cm的负薄透镜左边6cm处，假如物高3cm，位于正透镜左边的24cm处，求像的位置和大小。 四．附加题（10分） 12．谈谈你对《应用光学》课程教学和课程建设的设想和建议。
应用光学习题及答案 武汉理工大学考试试题纸(A卷) 课程名称应用光学专业班级0501～03 题号一二三四五六七八九十总分 题分 备注:学生不得在试题纸上答题(含填空题、选择题等客观题 一、选择题(每题1分,共5分) 1.发生全反射现象的必要前提就是: A)光线由光疏介质到光密介质传播B) 光线由光密介质到光疏介质传播 C)光线在均匀介质中传播D) 以上情况都可能产生 2.周视照相机可以拍摄大视场景物,其利用的: A)节点的性质B)主点的性质C)焦点的性质D)以上答案都正确 3.在望远镜的视度调节中,为适应近视人群,应采取的就是: A)使物镜远离目镜B)使目镜远离物镜C)使目镜靠近物镜D)应同时调节物镜与目镜 4.棱镜系统中加入屋脊面,其作用就是: A 改变光轴的方向B)改变主截面内像的方向C)改变垂轴于主截面方向上像的方向D)以上都正确 5.光学系统中场镜的作用就是: A)改变成像光束的位置B)减小目镜的尺寸C)不改变像的成像性质D)以上都正确 二、填空题(每题2分,共10分) 1.显微镜中的光学筒长指的就是() 2.光学系统中像方顶截距就是() 3.用波像差评价系统成像质量的瑞利准则就是() 4.望远系统中物镜的相对孔径就是() 5.棱镜的转动定理就是() 三、简答题(共20分) 1.什么叫孔径光阑？它与入瞳与出瞳的关系就是什么？(4 分) 2.什么叫视场光阑？它与入窗与出窗的关系就是什么？(4 分) 3.几何像差主要包括哪几种？(4 分) 4、什么叫远心光路？其光路特点就是什么？(4 分)
应用光学习题及答案 四、分析作图题(共25分) 1、已知正光组的F与F’,求轴上点A的像,要求用五种方法。(8分) 2 、已知透镜的焦距公式为f '= nr1 , l 'H= -f ' n -1 d , l H = - f ' n -1 d , ? r d ? nr nr ( n -1 ) ? n( 1 - ) + ( n -1) ? ? r2 r 2 ? 分析双凹透镜的基点位置,并画出FFL、BFL与EFL的位置。(9分) 3 、判断下列系统的成像方向,并画出光路走向(8分) (a)(b) 五、计算题(共35分) 1.由已知f1'=50mm,f2' = -150mm的两个薄透镜组成的光学系统,对一实物成一放大 4 倍的实像,并 且第一透镜的放大率β1= -2? ,试求:1、两透镜的间隔;2、物像之间的距离;3、保持物面位置不变,移动第一透镜至何处时,仍能在原像面位置得到物体的清晰像？与此相应的垂铀放大率为多大?(15分) 2.已知一光学系统由三个零件组成,透镜1: f1'= -f1=100 ,口径D1=40 ;透镜2: f2' = -f2=120 ,口径D2 =30 ,它与透镜1之间的距离为d1=20 ;光阑3口径为20mm,它与透镜2之间的距离d2=30。物点A 的位置L1= -200 ,试确定该光组中,哪一个光孔就是孔径光阑,哪一个就是视场光阑？(20分)
《应用光学》课程导学 一、课程构成及学分要求 《应用光学》课程主要由三部分构成：48（64）学时的理论教学（3或4学分）、16学时的实验教学（0.5学分）、为期二周的课程设计（2学分）。 二、学生应具备的前期基本知识 在学习本门课程之前学生应具备前期基本知识：物理光学、大学物理、高等数学、平面几何、立体几何等课程的相关知识。 三、学习方法 1．课前预习、课后复习； 2．独立认真完成课后作业； 3．课堂注意听讲，及时记录课堂笔记； 4．在教材基础上，参看多本辅助教材及习题集。 四、课程学习的主要目标 1．掌握经典的几何光学的理论内容； 2．了解部分像差理论的基本思想； 3．掌握典型的光学系统的基本原理及设计方法。 五、授课对象 课程适用于光电信息工程专业、测控技术与仪器专业、生物医学工程专业、信息对抗技术专业、探测制导与控制技术专业及其相近专业等，课程面向大学本科学生第五学期开设。 六、教学内容及组织形式 1、理论课程教学内容 《应用光学》课程理论教学内容共计48学时，其内容主要由三部分构成：几何光学、像差理论、光学系统。 （1）几何光学 应用光学既是一门理论学科又是一门应用性学科，其研究对像是光。从本质上讲光是电磁波，光的传播就是波面的传播。但仅用波面的观点来讨论光经透镜或光学系统时的传播规律和成像问题将会造成计算和处理上的很大困难。但如果把光源或物体看成是由许多点构成，并把这种点发出的光抽象成像几何线一样的光线，则只要按照光线的传播来研究点经光学系统的成像问题就会变得简单而实用。我们将这种撇开光的波动本质，仅以光的粒子性为基础来研究光的传播和成像问题的光学学科分支称为几何光学。几何光学仅仅是一种对真实情况的近似处理方法，尽管如此，按此方法所解决的有关光学系统的成像、计算、设计等方面
一、填空 1． 球面透镜的像差共有_____种，其中色差有两种，分别是____ _、 。 2． 球面透镜共有 种镜片形式，其中正球面透镜有 、 、 ，三种镜片形式， 型有利于消除像差。 3． 一显微镜物镜筒上标有“16×”字样，在目镜筒上标有“20×”字样，其分别 表示 和 ； 该显微镜的视放大倍数是 。 4. 、 、 是表征颜色属性的三个变量。 5. 柱镜+10.0DC ×30和柱镜-5.0DC ×120密接组合，其交替球柱式 为 、 ；联合后的球柱镜的正轴和负轴分别是 、 。 6. 视场光阑是光学系统中对光束的 起限制作用的光阑，其在系统像空间的共轭像称作 。 二、判断题 （ ）1． 晴朗的天空呈现蓝色，是由于阳光发生了瑞利散射。 （ ）2． 散光镜片球面面靠近眼的为内散片。 （ ）3． 景深是指能在影像平面上获得清晰像的物空间深度。 （ ）4. 目视光学系统的出射光线一般是平行光束。 （ ）5. 完全偏振光是振动方向单一光。 （ ）6. 正视眼的屈光力比近视眼的屈光力大。 三、计算题 1．有一简约眼如图所示，已知角膜的曲率半径 5.6r mm ，眼内屈光介质的折射 率约为1.33，试求： （1）此简约眼的屈光力。 （2）一物体位于眼前5m 处，当眼不调节时所成理想像的位置。 2．一透镜前表面两主子午线方向分别沿水平和竖直方向，用镜度表测得水平方向的屈光力为-2.0D ；竖直方向的屈光力为-3.0D ；该透镜的另一面各方向上的屈光力均相等为+3.0D ，写出该透镜的屈光力表达式。 3. 由折射率为1.5的材料制成负柱镜，柱面轴向沿竖直方向，其最小曲率半径为0.2 m ，写出该柱面透镜的表示；并求出60°方向上的屈光力。 o
应用光学习题解答13 年
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 一、填空题 1、光学系统中物和像具有共轭关系的原因是 。 2、发生全反射的条件是 。 3、 光学系统的三种放大率是 、 、 ，当物像空间的介质 的折射率给定后，对于一对给定的共轭面，可提出 种放大率的要求。 4、 理想光学系统中，与像方焦点共轭的物点是 。 5、物镜和目镜焦距分别为mm f 2'=物和mm f 25'=目的显微镜，光学筒长△= 4mm ，则该显微镜的视放大率为 ，物镜的垂轴放大率为 ，目镜的视放大率为 。 6、 某物点发出的光经理想光学系统后对应的最后出射光束是会聚同心光 束，则该物点所成的是 (填“实”或“虚”)像。 7、人眼的调节包含 调节和 调节。 8、复杂光学系统中设置场镜的目的是 。 9、要使公共垂面内的光线方向改变60度，则双平面镜夹角应为 度。 10、近轴条件下，折射率为1.4的厚为14mm 的平行玻璃板，其等效空气层厚度为 mm 。
11、设计反射棱镜时，应使其展开后玻璃板的两个表面平行，目的 是。 12、有效地提高显微镜分辨率的途径是。 13、近轴情况下，在空气中看到水中鱼的表观深度要比实际深度。 一、填空题 1、光路是可逆的 2、光从光密媒质射向光疏媒质，且入射角大于临界角I0，其中， sinI0=n2/n1。 3、垂轴放大率；角放大率；轴向放大率；一 4、轴上无穷远的物点 5、－20；－2； 10 6、实 7、视度瞳孔 8、在不影响系统光学特性的的情况下改变成像光束的位置，使后面系统的通光口径不致过大。 9、30 10、10 11、保持系统的共轴性 12、提高数值孔径和减小波长 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
1、 一束光由玻璃（n=1.5）进入水（n=1.33），若以45°角入射，试求折射角。（52.6°） 2、 一薄透镜焦距为200mm ，一物体位于透镜前300nm ，求像的位置和垂轴放大率。 （`600,2l mm β==-） 3、 一组合系统由薄正透镜（前）和薄负透镜（后）组成，1`20f mm =，2`20f mm =-， 两透镜之间的距离10d mm =，当一物体位于正透镜前方100mm 处，求组合系统的垂轴放大率和像的位置。（可用两种方法解）。（2`60,1l mm β==-） 4、 一双凸薄透镜的两表面半径分别为1250,50r mm r mm ==-，求该透镜位于空气中和浸 入水（0 1.33n =）中的焦距分别为多少？（透镜材料折射率n=1.5） （`50f mm =空，`195.6f mm =水） 5、 符号规则标注 6、 作图求物像：掌握第二章作业里作图题 7、 棱镜成像方向的判断。 8、 一凹球面反射镜浸没在水中，物在镜前300mm ，像在像前90mm ，求球面反射镜的曲率 半径和焦距。（138.46,`69.23r mm f f mm =-==-） 9、 有一正薄透镜对某一物体成实像时，像高为物高的一半；若将物体向透镜移近100mm 时，则所得的实像与物大小相同，求透镜的焦距。（`100f mm =） 10、 已知显微镜的视放大率为-300，目镜的焦距为20mm ，求显微镜物镜的倍率。假定 人眼的视角分辨率为60``,问使用该显微镜观察时，能分辨的两物点的最小距离等于多少？（24,0.00024mm βσ=-=） 11、 用两个焦距都是50mm 的正透镜组成一个10倍的显微镜，问目镜的倍率，物镜的 倍率以及物镜和目镜之间的间隔为多少？ 12、 有一焦距为150mm 的望远物镜，其口径为10mm ，像的直径为20mm 。在物镜后 方80mm 处放置一直角棱镜（n1.5），假如系统没有渐晕，求棱镜入射表面的通光口径及像平面离开棱镜出射表面的距离。（D=29.33，l`=50.44mm ） 13、 6倍双目望远镜系统中，物镜焦距为108mm ，物镜口径为30mm ，目镜口径为20mm ， 如果系统中没有视场光阑，问该望远镜最大极限视场角等于多少？渐晕系数K D =0.5时 的视场角等于多少？（max 0.5211.33,29.08ωω==o o ） （理解） 14、 7倍望远系统，视场28ω=o ，目镜焦距为25mm ，出瞳直径为5mm ，假定无渐晕，求孔径光阑、入瞳、出瞳位置，物镜和目镜的口径，视场光阑口径/位置。 （理解） （D 视阑=24.5，`28.58z l mm =，D 物镜=35mm ） 图见下图。
光学遥感卫星影像云检测方法及应用 光学遥感卫星影像广泛应用于导航定位、农业调查、环境保护、防灾减灾、海洋开发、城镇化研究等领域,但并非所有影像都可满足信息智能化处理的要求,其中一个很重要的因素就是云层的覆盖。云层不仅对地面场景形成了遮挡,还会在一定程度上改变影像的光谱和纹理信息,给遥感影像产品制作中的多个环节造成诸多不利。 基于上述背景和国内外相关研究现状,确立本文的研究内容,即研究针对光学遥感卫星影像的精确、自动、快速云检测方法,以及云检测结果在光学遥感影像产品制作各环节中的应用。本文研究的最终目的在于提取海量光学遥感卫星影像中的有效、优质信息,提高影像的利用率,为后续高精度影像地图制作和信息化智能处理提供数据支持。 具体地,本文研究内容和对应的研究结论如下:1、研究了单幅光学遥感卫星影像快速自动云检测方法。使用高斯混合模型对影像直方图进行自动拟合,通过分析高斯混合模型中各分量的参数特征和临近关系,自适应地计算云与晴空之间的亮度阈值,然后通过形态学运算与分析,消除阈值分割结果中的噪声,并优化调整云的轮廓,填充小面积云缝,使云区趋于连通的整体。 实验结果表明,此方法在大部分情况下检测准确,可定性识别无云影像或得到含云影像的云掩模。方法适应性强、效率高,不需要辅助信息和人工干预,可满足海量卫星影像自动化质量控制等工作的需要,同时也为后续方法提供初始云检测结果。 2、研究了基于视觉显著性分析的云与高亮度人工目标区分方法。使用自适应二维Gabor滤波器提取高分辨率光学遥感卫星影像上人工目标特有的直线边
缘特征,作为视觉显著性的主要测度,在此基础上提取特征显著区域,实现了高分辨率光学遥感影像上人工目标的自动识别,进而实现了云与高亮度人工目标的区分。 将该方法与高斯混合模型阈值分析方法和形态学优化整合策略相结合,实现了大部分场景(不包括积雪)下光学遥感卫星影像的精确云检测。3、研究了公众地理数据辅助的云与高亮度自然地表区分方法。 通过地理坐标将光学遥感影像与可公开下载获取的公众地理数据相关联,直接判断光学遥感卫星影像上某一位置是否为积雪、冰原等高亮度地表,或者通过差异分析的方式定性识别影像中的不变场景,将它们否定为云,实现云与高亮度 自然地表的区分。将该方法与高斯混合模型阈值选取方法、视觉显著性分析方法和形态学优化整合策略相结合,实现了任意场景下光学遥感卫星影像精确云检测。 4、研究了多视角光学遥感卫星影像云检测方法。以多视角成像的像对为研究对象,利用云层高度特征引起的投影视差,将多视角像对中的晴空场景看作不 变的背景,将云层看作变化的、运动的目标,通过像对间的差异分析,辅之以亮度分析和形态学优化整合,实现了精确、高效的云与晴空场景的区分。 相对于基于单幅影像的云检测方法,该方法更有效地解决了对影像中冰雪、建筑物等高亮度似云目标的误判;更准确地识别了无云场景;更有效地避免了对 小面积云和薄云的漏检;更精确地提取了云的轮廓。5、分析了云层对遥感影像处理过程中辐射校正、几何纠正、合成影像制作、数字地表模型制作等环节造成的不同影响,分别选择了对应的云检测策略,对光学遥感影像产品制作过程进行优化,更好地提取了海量影像中的有效、优质信息,提高了影像的利用率。
报告 (操作性实验) 课程名称:应用光学 实验题目:薄透镜焦距测量与光学系统基点测量 指导教师： 班级：学号：学生姓名: 一、实验目得 1、学会调节光学系统共轴。 ２、掌握薄透镜焦距得常用测定方法。 ３、研究透镜成像得规律。 ４、学习测定光具组基点与焦距得方法 二、仪器用具 １、光源(包括LED,毛玻璃等) 2、干板架 3、目标板 4、待测透镜(Φ5０、０，f7 5、0mm) 5、反射镜 ６、二维调节透镜/反射镜支架 7、白屏 8、节点器(含两Φ40透镜,ｆ200与f ３50) 三、基本原理 1、自准直法测焦距如下图所示,若物体正好处在透镜Ｌ得前焦面处,那么物体上各点发出得光经过透镜后,变成不同方向得平行光，经透镜后方得反射镜 M把平行光反射回来,反射光经过透镜后，成一倒立得与原物大小相同得实象,像
位于原物平面处。即成像于该透镜得前焦面上。此时物与透镜之间得距离就就是透镜得焦距,它得大小可用刻度尺直接测量出来。 L M 图1、2 自准直法测会聚透镜焦距原理图 2、二次成像法测焦距 由透镜两次成像求焦距方法如下: 图1、3 透镜两次成像原理图 当物体与白屏得距离时,保持其相对位置不变,则会聚透镜置于物体与白屏之间,可以找到两个位置,在白屏上都能瞧到清晰得像.如上图所示,透镜两位置之间得距离得绝对值为，运用物像得共扼对称性质，容易证明： 上式表明:只要测出与,就可以算出.由于就是通过透镜两次成像而求得得，这种方法称为二次成像法或贝塞尔法．这种方法中不须考虑透镜本身得厚度,因此用这种方法测出得焦距一般较为准确． ３、主面与主点 若将物体垂直于系统得光轴,放置在第一主点Ｈ处,则必成一个与物体同样大小得正立得像于第二主点H'处,即主点就是横向放大率β＝＋１得一对共轭点。过主点垂直于光轴得平面,分别称为第一与第二主面,如图１中得MH与M'Ｈ＇。 ４、节点与节面 节点就是角放大率γ=+1得一对共轭点。入射光线(或其延长线)通过第一节点
1、光学系统中物和像具有共轭关系的原因是 。 2、发生全反射的条件是 。 3、 光学系统的三种放大率是 、 、 ，当物像空间的介质的折射率给定后，对于一对给定的共轭面，可提出 种放大率的要求。 4、 理想光学系统中，与像方焦点共轭的物点是 。 5、物镜和目镜焦距分别为mm f 2'=物和mm f 25'=目的显微镜，光学筒长△= 4mm ，则该显微镜的视放大率为 ，物镜的垂轴放大率为 ，目镜的视放大率为 。 6、 某物点发出的光经理想光学系统后对应的最后出射光束是会聚同心光束，则该物点所成的是 (填“实”或“虚”)像。 7、人眼的调节包含 调节和 调节。 8、复杂光学系统中设置场镜的目的是 。 9、要使公共垂面内的光线方向改变60度，则双平面镜夹角应为 度。 10、近轴条件下，折射率为的厚为14mm 的平行玻璃板，其等效空气层厚度为 mm 。 11、设计反射棱镜时，应使其展开后玻璃板的两个表面平行，目的是 。 12、有效地提高显微镜分辨率的途径是 。 13、近轴情况下，在空气中看到水中鱼的表观深度要比实际深度 。
1、光路是可逆的 2、光从光密媒质射向光疏媒质，且入射角大于临界角I 0，其中，sinI =n 2 /n 1 。 3、垂轴放大率；角放大率；轴向放大率；一 4、轴上无穷远的物点 5、－20；－2； 10 6、实 7、视度瞳孔 8、在不影响系统光学特性的的情况下改变成像光束的位置，使后面系统的通光口径不致过大。 9、30 10、10 11、保持系统的共轴性 12、提高数值孔径和减小波长 13、小 二、简答题 1、什么是共轴光学系统、光学系统物空间、像空间 答：光学系统以一条公共轴线通过系统各表面的曲率中心，该轴线称为光轴，这样的系统称为共轴光学系统。物体所在的空间称为物空间，像所在的空间称为像空间。 2、如何确定光学系统的视场光阑 答：将系统中除孔径光阑以外的所有光阑对其前面所有的光学零件成像到物空