应用光学试题及答案
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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。
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。 J F’ F J’
图2 z y x
A
B
CD
图1 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=0.1，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e=10，物镜垂轴放大率为=-2，NA=0.1，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1:1.2，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25.4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1.5，透镜展开长度为L=3.414D，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=8，物方视场角2=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。
中 国 海 洋 大 学 试 题 答 案
2005-2006学年第 二 学期 试题名称: 应用光学
一．简答题（15分）
1．（5分）物理光学研究什么内容？几何光学研究什么内容？
物理光学：研究光的本性，并根据光的本性来研究各种物理现象。
几何光学：研究光的传播规律和传播现象，几何光学中采用光线理论。
2．（5分）什么是场镜？场镜的作用是什么（要求写出两种作用）？
场镜：和像平面重合或者和像平面很靠近的透镜，场镜只改变成像光束位置，不影响系统的光学性质。
作用：降低主光线在后面系统上的透射高度；
改变出瞳距离；
承担一定放大作用。
3．（5分）写出轴外点的五种单色像差的名称。
球差，彗差，像散，场曲，畸变
二．作图题（15分）
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’ 。
J F’ F J’
图2 H 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。
备注： 不重复扣分
三．计算题（70分）
6．（10分）某被照明目标，其反射率为=0.1，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。
（1）lmke600020030 4分
2cos2IlIE E=2.12lx 4分
（2）2068.0mcdEL 2分
7．（10分）显微镜目镜视角放大率为e=10，物镜垂轴放大率为=-2，NA=0.1，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。 z y x
A
B
CD
图1 z y x
z y x z y x
z y x （1）总放大率：20102e
总焦距mmf5.12250' 5分
（2）目镜焦距：mmfe2510250'
''111efss，mms145，mms2.30'
500'DNA， mmD5.2' 5分
8．（15分）一个空间探测系统（可视为薄透镜），其相对孔径为1:1.2，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25.4毫米，探测器靶面长与宽之比为４:3）
探测器靶面尺寸即像的直径为：0.5×25.4×0.6=7.62mm
放大率：00381.0200062.7'hh 5分
mll1.38101000381.03'
由高斯公式：''111fll 得 mf96.37' 6分
由2.11'fD 得 mmD63.31 2分
最大物方视场角：rad43102101022 2分
（备注：若忽略l1，mmDmf75.31,1.38'）
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1.5，透镜展开长度为L=3.414D，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。
棱镜第一面的通光口径为 15210201D
五角棱镜展开以后的平行玻璃板厚度为
21.5115414.3414.3DL 4分
平行平板的相当空气层的厚度为：
14.345.121.51nLe
通过棱镜后像平面离开棱镜出射表面的距离为：
86.1514.345050'2el 4分
棱镜出射表面的通过口径为：
586.1110086.15)1020(102D 2分
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。
（1）瞳孔通过放大镜所成的像A’B’
由高斯公式，50,20'fl，mml3100'
A’B’的高度为：mmyllyy320'' 5分
2513100503/20212tg
放大镜在系统最前面
525040211tg
所以瞳孔为孔径光阑，放大镜为渐晕光阑。入瞳即为A’B’，位于放大镜后100/3mm处，口径为20/3mm，出瞳即为瞳孔。 5分
（2）无渐晕的线视场范围
如图示，M与B’的连线恰好通过放大镜下边缘时，系统无渐晕 由几何关系知
403202''OMBA 推出 OM=20mm 5分
所以系统无渐晕的线视场范围为40mm
B．有一开普勒望远镜，视放大率=8，物方视场角2=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。
（1）1808''''eoeoffff
mmfmmfeo20160'' 5分
（2）出瞳直径D’=6mm
入瞳直径D=6×8=48mm
目镜口径：17mm.31180tg42D'目D 5分
（3）mmfle20180'
由高斯公式，得出瞳距离mml5.22' 5分
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。
选定物像所在的平面为两参考平面，设像到副透镜的距离为s’，则系统成像矩阵为：
10111011011101101'1'2'sftfsI 5分
其中6,24,12,8'2'1tsff
DCBAssI1104212104225'
其中B=0，得s’=12cm
垂轴放大率11,1DD
