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应用光学_浙江大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.在7种初级像差中，宽光束像差有几种(请填写阿拉伯数字，不要有中文字)参考答案:22.显微镜的视觉放大率总是垂轴放大率参考答案:错误3.在放大镜和眼睛组成的光学系统中，渐晕光阑是参考答案:放大镜4.若水面下200mm处有一发光点，水的折射率为4/3，求我们在水面上能看到被该发光点照亮的范围(圆直径)有多大？参考答案:453.56mm5.某200度的近视眼配了300度的近视眼镜，当戴上眼镜观察很远的物体时，物体成像于参考答案:比近视眼的远点更近6.用显微镜观察时，先用10倍物镜调好，再换40倍物镜观察，以下说法正确的是参考答案:景深变小_工作距离变短7.光学系统的透过率和以下因素有关参考答案:反射面的反射率_透射面是否镀增透膜_材料的内部吸收8.已知单组转像透镜到分划板的距离是125mm，目镜的焦距是25mm，则出瞳位置是参考答案:目镜之后30mm9.孔径光阑位于光学系统的像方焦平面上，构成哪方什么系统？参考答案:物方远心10.光学系统中其他参数不变，仅放大倍率变为原来的2倍，则像面中心的照度参考答案:是原来的1/4倍11.已知照相物镜的焦距为35mm，像面尺寸为24mmx36mm，求最大的半视场角W。
参考答案:31.72度12.负透镜可以对虚物成实像参考答案:正确13.一双400度的近视眼，其远点在什么位置？矫正时应佩戴何种眼镜？焦距多大？参考答案:远点在眼前250mm处，戴负透镜，焦距-250mm14.以下光学系统中，对实物一定成虚像的是参考答案:负薄透镜_平行平板15.用玻璃棱镜实现分光，要使红光和蓝光更加分开，应选用阿贝常数更大的玻璃。
参考答案:错误16.有一束直径为5mm的平行光束，通过以下哪种光学系统可变成半径为20mm的平行光束？参考答案:8倍的伽利略望远镜，目镜朝着入射光_8倍的开普勒望远镜，目镜朝着入射光17.要使光圈数每改变一档，当曝光时间不变时曝光量正好以2倍或1/2倍变化，摄影物镜的光圈数从小到大应该是以多少为公比排列？参考答案:根号218.要使用一个焦距为35mm的透镜A和一个焦距为-50mm的透镜B组合成为焦距为35mm的光学系统，要求工作距离大于40mm，应当采用何种方式？参考答案:透镜B在前，透镜A在后，二者分离19.某10倍的显微镜物镜看成是一薄透镜，共轭距为190mm，求焦距和工作距离。
总复习点击右键下载总复习和部分习题内容提要1. 第一章 2. 第二章 3. 第三章 4. 第四章 5. 第五章 6. 第六章 7. 第七章 8. 第八章几何光学的基本定律球面和球面系统平面和平面系统理想光学系统光学系统中的光束限制光能及其计算典型光学系统像差概论9. 第十章 波像差与像质评价 10. (光线的光路计算与光学自动设计请读者通过实际编程和设计体会) 11. 需要注意的问题 12. 几个重要的图第一章 几何光学的基本定律有关光传播路径的定律是本章的主要问题。
折射定律(光学不变量)及其矢量形式反射定律(是折射定律当时的特殊情况)费马原理(极端光程定律) (实、虚)物空间、像空间概念 完善成像条件(等光程条件)及特例，由费马原理导出折射定律和反射定律第二章 球面与球面系统球面系统仅对细小平面以细光束成完善像基本公式：阿贝不变量放大率及其关系：拉氏不变量反射球面的有关公式由可得。
第三章 平面与平面系统平面镜成镜像夹角为 α 的双平面镜的二次像特征 平行平板引起的轴向位移反射棱镜的展开，结构常数，棱镜转像系统折射棱镜的最小偏角，光楔与双光楔关键问题：坐标系判断，奇次反射成像像，偶次反射成一致像，并考虑屋脊的作用。
第四章 理想光学系统主点、主平面，焦点、焦平面，节点、节平面的概念高斯公式与牛顿公式：当时化为，并有三种放大率，，拉氏不变量，，厚透镜：看成两光组组合。
＋＋组合：间隔小时为正光焦度，增大后可变成望远镜，间隔更大时为负光焦度。
－－组合：总是负光焦度 ＋－组合：可得到长焦距短工作距离、短焦距长工作距离系统，其中负弯月形透镜可在间隔增大时变 成望远镜，间隔更大时为正光焦度。
第五章光学系统中的光束限制本部分应与典型光学系统部分相结合进行复习。
孔阑，入瞳，出瞳；视阑，入窗，出窗；孔径角、视场角及其作用 拦光，渐晕，渐晕光阑 系统可能存在二个渐晕光阑，一个拦下光线，一个拦上光线 对准平面，景像平面，远景平面，近景平面，景深 物方（像方）远心光路——物方（像方）主光线平行于光轴第六章 光能及其计算本章重点在于光能有关概念、单位和像面照度计算。
1.引言1.1 设计背景现代科学技术中，以典型精密透镜、反射镜、棱镜等及其组合为关键部件的大口径光电系统的应用越来越广泛。
光学系统设计就是了解光学现象产生的条件，观察实验现象，将理论知识形象化、具体化，启迪思维，激发创造的过程。
在不考虑衍射效应的情况下，通过测量光学参数，掌握基本光学实验技术和技巧，根据使用条件，来决定满足使用要求的各种数据，决定光学系统的性能参数、外形尺寸和各光组的结构参数等。
即根据高斯公式、牛顿公式等对望远镜的外形尺寸等参数的基本计算、像差的设计以及转像系统的设计。
设计符合课程要求的开普勒式望远镜。
光学课程设计过程分为四个阶段：外形尺寸的计算、初始结构计算、像差的校正和平衡以及成像质量评价。
了解光学系统的光学特性、光学系统的设计过程。
初级像差理论与像差的校正和平衡方法，像质评价与像差公差，光学系统结构参数的求解方法。
望远镜物镜的设计特点、常常用目镜的形式和相差分析。
望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学器件，能把远处的物体很小的张角按一定倍率放大，使之在像空间具有较大的张角，使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变得清晰可辨。
所以，望远镜是天文和地面观测不可或缺的工具。
它是一种通过物镜和目镜使入射的平行光束仍保持平行出射的光学系统。
1.2 设计目的设计目的及意义：运用应用光学知识，了解望远镜工作原理的基础上，完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转向系统的简易或设计原理。
了解光学设计中的PW法基本原理2.望远镜介绍2.1 望远镜种类广义上的望远镜不仅仅包括工作在可见光波段的光学望远镜，还包括射电，红外，紫外，X射线，甚至γ射线望远镜。
我们探讨的只限于光学望远镜。
根据物镜的种类可以分为三种：①折射望远镜折射望远镜的物镜由透镜或透镜组组成。
早期物镜为单片结构，色差和球差严重，使得观看到的天体带有彩色的光斑。
为了减少色差，人们拼命增大物镜的焦距。
直到19世纪末，人们发明了由两块折射率不同的玻璃分别制成凸透镜和凹透镜，再组合起来的复合消色差物镜，才使得这场长度竞赛得到终止。
当前位置：第七章典型光学系统－望远镜与转像系统本章要点望远镜与转像系统1. 望远镜的成像原理与放大率2. 望远镜的分辨率与正常放大率3. 望远镜的瞄准精度4. 望远镜的主观亮度5. 望远镜的光束限制6. 望远镜的物镜和目镜，视度调节7. 望远镜的棱镜转像系统、单组透镜转像系统和双组透镜转像，场镜的作用8. 光学系统外形尺寸计算（含棱镜展开及空气平板法）引言典型光学系统包括眼睛放大镜显微镜望远镜摄影系统投影与放映系统§ 7-4 望远镜与转像系统•望远镜的成像原理•望远镜的放大率望远镜是目视光学系统，其放大率为视觉放大率：可见，当物镜的焦距大于目镜的焦距时视觉放大。
筒长。
当目镜焦距一定时，视觉放大率大要求物镜焦距长，导致筒长增大。
当像方视场角一定时，放大率越大物方视场越小。
出瞳要与眼瞳匹配，当放大率大时入瞳增大导致镜筒增大。
•望远镜的分辨率与正常放大率望远镜的正常放大率应使望远镜能分辨的眼睛也能分辨。
光学仪器的极限分辨角为，要求（眼睛的极限分辨角）得即为正常放大率。
此时出瞳与眼瞳相当。
•望远镜的瞄准精度因为望远镜有视觉放大作用，如果眼睛直接观察时的瞄准精度为，则通过望远镜观察时的瞄准精度为。
想一想：实际上望远镜的放大率不一定都是正常放大率，针对不同的用途应如何选择其大小？•望远镜的主观亮度主观亮度指眼睛观察到的像的明亮程度。
望远镜的主观亮度对点光源和扩展光源具有不同的特征。
1.点光源：指引起视网膜上一个细胞感应的光源，这时感觉到的明亮程度取决于光通量。
设点光源发光强度为，观察距离为，是眼睛的透过率，是望远镜的透过率。
眼睛直接观察时接收的光通量为眼睛通过望远镜观察时接收的光通量为①当，进入望远镜的光通量全部进入眼瞳②当，进入望远镜的光通量全部进入眼瞳③当，进入望远镜的光通量不全进入眼瞳应取，有所以，高倍望远镜具有增大点光源主观亮度的作用。
当望远镜入瞳一定时，随倍数增大出瞳逐渐减小，至出瞳与眼瞳相当时，继续增大放大倍数不再影响主观亮度。
我们身边有哪些光学仪器与系统？•什么是光学？--- 研究有关光的本质及其规律的科学物理光学几何光学生理光学量子光学研究光的波动本质研究光线传输及成像研究人身的光学现象研究光的量子性•应用光学课程包括哪些主要内容？几何光学像差理论典型光学系统光学系统设计• 几何光学--- 研究光线经光学系统的传播而成像，主要目的是根据技术条件设计出符合要求的光学系统。
•像差理论--- 成像并不理想，产生缺陷有误差( 如哈哈镜)•典型光学系统---- 最常用的或以往的设计出的光学系统的特点眼睛2) 显微镜3) 望远系统4) 摄影系统5) 放映系统没有万能的光学系统•设计光学系统---- 了解技术条件。
使设计出的光学系统能满足这些技术条件。
如观察范围。
画面大小。
光线波长。
倍数。
体积和照明条件。
•实验很重要哦光组成像特性光组焦距测量材料参数测量典型光学系统•您想发挥自己的智慧、展示自己的个性与才华吗？请参加光学系统CAD要编个程序使用国际通用软件要与同学合作看谁干得更好答辩评分习题：一次~ 二次/ 章第一章几何光学的基本定律本章要点：1. 发光点、波面、光线、光束2. 光的直线传播定律、光的独立传播定律、反射定律和折射定律及其矢量形式3. 全反射及临界角4. 光程与极端光程定律（费马原理）5. 光轴、顶点、共轴光学系统和非共轴光学系统6. 实物（像）点、虚物（像）点、实物（像）空间、虚物（像）空间7. 完善成像条件§1-1 发光点、波面、光线、光束返回本章要点发光点---- 本身发光或被照明的物点。
既无大小又无体积但能辐射能量的几何点。
对于光学系统来说，把一个物体看成由许多物点组成，把这些物点都看成几何点( 发光点) 。
把不论多大的物体均看作许多几何点组成。
研究每一个几何点的成像。
进而得到物体的成像规律。
当然这种点是不存在的，是简化了的概念。
一个实际的光源总有一定大小才能携带能量，但在计算时，一个光源按其大小与作用距离相比很小便可认为是几何点。
物体位于明视距离处对人眼的张角放大镜的工作原理250mm,r=−两块密接透镜构成的放大镜显微镜物镜物平面到像平面的距离称为共轭距。
各国生产的通用显微物镜的共轭距离大约为190mm 左右。
我国适用于远视眼的视度调节适用于近视眼的视度调节F eF F eF满足齐焦要求：调换物镜后，不需再调焦就能看到像——物镜共轭距不变加反射棱镜、平行平板镜的焦面上，然后通过目镜成像在无限远供人眼观察。
无限筒长显微镜：被观察物体通过物镜以后，成在无限远，在物镜的后面，另有一固定不变的镜筒透镜(我国规定焦距250mm)，再把像成在目镜的焦面上。
7.3 望远镜§7.3.1 望远镜的工作原理望远镜系统的结构望远镜中的轴外光束走向'tan 'o y f ω=−视角放大率：'tan 'f ω望远镜系统中平行于光轴的光线(a)开普勒望远镜系统和(b)伽利略望远镜系统(a)(b)两类望远镜系统中的轴外光束走向开普勒式望远系统加入场镜的系统=1:2.8照相镜头可变光圈孔径光阑探测器视场光阑−UU′聚光镜显微物镜光源物面孔径光阑孔径光阑可变，调节进入显微物镜的能量，调节入射至显微物镜的光束孔径角，与显微物镜的数值孔径相匹配。
其缺点是光源亮度的不均匀性将直接反映在物面上。
双目望远镜系统望远镜系统简化出瞳距望远镜系统简化'30mmD D =Γ=''tan 8mmo y f ω=−='5mmD =光阑位置D 物D 分D 目l z '01.22d λ=艾里斑Airy disk2)实验系统相同，所用光波波长愈短则艾里斑愈小；U ′刚能分辩的两个像点min0.15≈角距离时人眼还2mm视觉细胞的直径，约5μm U′显微物镜的分辨率'σβσ=显微镜的几何景深2''x u δ≈Δ⋅弥散斑。
\本科实验报告课程名称：应用光学实验*名：***学部：信息学部系：光电信息工程学系专业：信息工程（光电系）学号：**********指导教师：***2012年5 月11 日实验报告课程名称： 应用光学实验 指导老师 岑兆丰 成绩：__________________ 实验名称：典型光学系统实验 实验类型： 设计 同组学生姓名： 乐海滨,王祎乐 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求深入理解显微镜系统、望远镜系统光学特性及基本公式； 掌握显微镜系统、望远镜系统光学特性的测量原理和方法。
二、实验内容和原理(1)望远镜特性的测定测定望远镜的入瞳直径D 、出瞳直径D ’和出瞳距；测定望远镜的视觉放大率Γ；测定望远镜的物方视场角，像方视场角；测定望远镜的最小分辨角φ。
对于望远镜系统来说，任意位置物体的放大率是常数，此值由物镜焦距和目镜焦距确定，其视觉放大率可表示为(2) 显微镜视场及显微物镜放大率的测定 显微物镜的放大率是指横向放大率式中 y ——标准玻璃刻尺上一对刻线的距离（物）（格值0.01mm ）；y ′——由测微目镜所刻得的像高。
(3)显微物镜数值孔径的测定 显微物镜的数值孔径为,其中n 为物方介质的折射率，u 为物方半孔径角。
若在空气中n=1,则。
数值孔径通常用数值孔径计来测定，数值孔径计的结构如图5示，其主要元专业： 光电信息工程姓名： 龚晨晟 学号： 3100100986 日期：2012年5月11日地点：紫金港东四605件是一块不太厚的玻璃半圆柱体，沿直径方向的侧面是与上表面成45度角的斜面，从侧面入射的光线在斜面上全反射，上表面上有两组刻度沿圆周排列。
其外圈刻度为数值孔径（即角度的正弦值），内圈刻度为相应的角度值，以度为单位。
半圆柱体上表面的圆心附近φ8mm范围内镀铝，铝面上有透光狭缝（3），底座（1）上装有一金属框（4），它可绕圆柱轴线转动，金属框的侧面装有一片乳白玻璃（6），上面刻有叉丝，可以通过狭缝（3）看到十字线的反射像。
《应用光学》课程编号：******课程名称：应用光学学分：4 学时:64 (其中实验学时：8)先修课程：大学物理一、目的与任务应用光学是电子科学与技术（光电子方向）、光信息科学与技术和测控技术与仪器等专业的技术基础课。
它主要是要让学生学习几何光学、典型光学仪器原理、光度学等的基础理论和方法。
本课程的主要任务是学习几何光学的基本理论及其应用，学习近轴光学、光度学、平面镜棱镜系统的理论与计算方法，学习典型光学仪器的基本原理，培养学生设计光电仪器的初步设计能力。
二、教学内容及学时分配理论教学部分（56学时）第一章:几何光学基本原理(4学时)1.光波和光线2.几何光学基本定律3.折射率和光速4.光路可逆和全反射5.光学系统类别和成像的概念6.理想像和理想光学系统第二章:共轴球面系统的物像关系(14学时)1.共轴球面系统中的光路计算公式2.符号规则3.球面近轴范围内的成像性质和近轴光路计算公式4.近轴光学的基本公式和它的实际意义5.共轴理想光学系统的基点——主平面和焦点6.单个折射球面的主平面和焦点7.共轴球面系统主平面和焦点位置的计算8.用作图法求光学系统的理想像9.理想光学系统的物像关系式10.光学系统的放大率11.物像空间不变式12.物方焦距和像方焦距的关系13.节平面和节点14.无限物体理想像高的计算公式15.理想光学系统的组合16.理想光学系统中的光路计算公式17.单透镜的主面和焦点位置的计算公式第三章:眼睛的目视光学系统(7学时)1.人眼的光学特性2.放大镜和显微镜的工作原理3.望远镜的工作原理4.眼睛的缺陷和目视光学仪器的视度调节5.空间深度感觉和双眼立体视觉6.双眼观察仪器第四章:平面镜棱镜系统(9学时)1.平面镜棱镜系统在光学仪器中的应用2.平面镜的成像性质3.平面镜的旋转及其应用4.棱镜和棱镜的展开5.屋脊面和屋脊棱镜6.平行玻璃板的成像性质和棱镜的外形尺寸计算7.确定平面镜棱镜系统成像方向的方法8.共轴球面系统和平面镜棱镜系统的组合第五章:光学系统中成像光束的选择(5学时)1.光阑及其作用2.望远系统中成像光束的选择3.显微镜中的光束限制和远心光路4.场镜的特性及其应用5.空间物体成像的清晰深度——景深第六章:辐射度学和光度学基础(10学时)1.立体角的意义和它在光度学中的应用2.辐射度学中的基本量3.人眼的视见函数4.光度学中的基本量5.光照度公式和发光强度的余弦定律6.全扩散表面的光亮度7.光学系统中光束的光亮度8.像平面的光照度9.照相物镜像平面的光照度和光圈数10.人眼的主观光亮度11.通过望远镜观察时的主观光亮度12.光学系统中光能损失的计算13.投影仪的作用及其类别15.投影系统中的光能计算第七章:光学系统成像质量评价(7学时)1.介质的色散和光学系统的色差2.轴上像点的单色像差——球差3.轴外像点的单色像差4.几何像点的曲线表示5.用波像差评价光学系统的成像质量6.理想光学系统的分辨率7.各类光学系统分辨率的表示方法8.光学传递函数9.用光学传递函数评价系统的像质实验教学部分 (8学时)（1）光线成像实验（2学时）（2）目视光学仪器原理实验（2学时）（3）光具座演示几何像差实验（2学时）（4）计算机演示波像差和光学传递函数实验（2学时）三、考核与成绩评定考核：本课程为中英文双语教学，采用全英文命题，统一阅卷，教研组集体复查,严把质量关。
课程的重点、难点及解决办法1.几何光学符号规则用解析几何的思想理解，并通过练习熟练掌握。
2.共轴球面系统成像概念与特征，近轴光成像基本规律通过与实际光成像比较，理解近轴光成像基本规律，并通过练习熟练掌握。
3.平面镜、棱镜与棱镜系统及其坐标变换这部分需要有较强的立体思维，而仅画出主截面的平面图局限较大。
教师采用三维动画演示棱镜的立体图像，上课时携带实物让学生观察，再加上实验教学，让学生通过反复观察理解。
4.理想光学系统成像原理与特征，基点和基面、焦距、光焦度、放大率，光学系统的组合及作图求解本部分基于理想光学系统的原始定义理解各种概念，并通过多种形式的作图求解、计算求解，结合光组组合实验、光组组合方案设计研究型教学等方法帮助学生理解，并提供机会让理解角度独特的学生与大家交流。
在课外进行的研究型教学中要求学生针对一个有明确应用目标的光学系统自行查阅资料，进行方案设计。
对于经交流讨论确有创意并具备可行性的方案，教师还提供条件帮助实施，有的纳入大学生科研训练计划。
这种研究型教学具有一定的探索性，有利于培养学生创造性解决问题的能力。
5.光学系统中的孔径光阑、视场光阑、渐晕光阑及其作用，光学系统的景深，远心光路仔细分析轴上点、轴外点发出的光通过有限光孔的光传输过程，并举生活中的类似例子说明“公共入口”、“公共出口”等概念。
结合摄影说明景深，结合测量和液晶投影理解远心光路。
6.光度学概念，成像系统像面照度的影响因素与辐射理论相对比，指出光度学概念和原理的若干特点，结合孔径、视场的概念理解光度学物理量传输过程以及像面照度的影响因素。
7.眼睛与立体视觉、放大镜、显微镜与照明系统、望远镜与转像系统、摄影与投影光学系统的光路原理、放大率、光瞳匹配（有照明系统的照明均匀性）、分辨率、外形尺寸计算通过多个原理图动画、典型光学系统实验、外形尺寸计算实例与多种类型的计算习题强化对典型光学系统成像原理的理解，将放大镜、显微镜、望远镜、照相机等实物带入课堂，通过观察理解放大率、光瞳匹配等概念。
应用光学之望远镜的工作原理望远镜是用来观察无限远目标的仪器，根据目视光学仪器的共同要求，仪器应出射平行光，成像在无限远，这样望远镜应该是一个将无限远目标成像在无限远的无焦系统。
对于无限远目标，通过一定焦距的透镜组，将成像在透镜组的像方焦平面上，再加一目镜，使上述透镜组的像方焦平面与目镜物方焦平面重合，这种组合就实现了把无限远目标成像到无限远的目的，如图1所示。
图1望远镜是扩大人眼对远距离目标观察的视觉能力的，它必须要起到扩大视角和对仪器的张角ω的作用。
由于物体位在无限远，同一目标对人眼的张角ω眼（望远镜的物方视场角）完全可以认为是相等的，即ω=ω，从图 2可以看眼到，物体通过整个系统成像后，对人眼的张角就等于仪器的像方视场角ω′，，按照视放大率的定义，对望远系统可以写出即ω′=ω仪根据无限远物的理想像高公式和无限远像的物高公式，对于物镜和目镜分别有而且代入望远镜的视放大率公式得从上式可以看出，望远镜的视放大率在数值上等于物镜焦距与目镜焦距之比，只要物镜焦距大于目镜焦距，就扩大了视角，起到了望远的作用。
要提高望远镜的视放大率，就必须加大物镜的焦距或减小目镜的焦距。
而且，Γ可正可负，它与物镜、目镜焦距的符号有关，Γ为负时，ω′与ω反号，通过望远系统观察的是倒立的像。
一个望远系统应该由物镜和目镜两组构成，物镜的像方焦平面应与目镜的物方焦平面重合，且物镜焦距在数值上应大于目镜焦距。
这样，就把无限远物成像在无限远，并扩大了视角。
正是由于望远系统的这种构成方式，使望远系统具有一般光学系统并不具备的特点。
图2从图2看出，ω是入射光束和光轴的夹角，ω′是出射光束和光轴的夹角，二者正切之比是角放大率γ ,显然，望远系统的视放大率Γ与角放大率γ相等。
按照角放大率定义，它是一对共轭面的成像性质，但在望远系统中，入射光和出射光都是平行光束，倾斜入射的平行光束中任意一条入射光线的出射光线和光轴的夹角都是相同的，即角放大率为定值，与共轭面的位置无关。
