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光学设计笔试题目及答案一、选择题（每题2分，共10分）1. 光学设计中，透镜的焦距指的是（）。
A. 透镜中心到成像平面的距离B. 透镜中心到焦点的距离C. 透镜边缘到成像平面的距离D. 透镜边缘到焦点的距离答案：B2. 以下哪个参数不是描述透镜性能的主要参数？（）A. 焦距B. 口径C. 重量D. 材料答案：C3. 在光学设计中，色差是指（）。
A. 透镜的重量B. 透镜的厚度C. 不同波长的光经过透镜后成像位置不同D. 透镜的折射率答案：C4. 以下哪个不是光学设计中的像差类型？（）A. 球差B. 色差C. 像散D. 折射率答案：D5. 光学设计软件通常用于（）。
A. 计算透镜的重量B. 模拟光学系统的成像质量C. 测量透镜的折射率D. 制造透镜答案：B二、填空题（每题2分，共10分）1. 光学设计中的像差包括球差、色差、______、______等。
答案：像散、场曲2. 光学设计中，透镜的______是指透镜对光线的聚焦能力。
答案：焦距3. 光学设计软件通常包括______、______、优化算法等功能。
答案：光线追迹、光学系统建模4. 在光学设计中，______是指透镜对不同波长光的折射能力不同，导致成像质量下降。
答案：色差5. 光学设计中，______是指透镜对光线的汇聚或发散作用。
答案：折射三、简答题（每题5分，共20分）1. 简述光学设计中像差产生的原因及其对成像质量的影响。
答案：像差产生的原因主要是由于透镜对不同波长的光折射能力不同，以及透镜形状的非完美性。
像差会导致成像模糊、颜色分离、边缘模糊等问题，从而影响成像质量。
2. 在光学设计中，如何减少色差？答案：减少色差可以通过使用不同折射率的透镜材料、使用非球面透镜、采用复合透镜组等方式来实现。
3. 光学设计软件在设计过程中扮演什么角色？答案：光学设计软件在设计过程中扮演着模拟、分析和优化光学系统的角色，它可以帮助设计师预测和评估光学系统的性能，从而指导实际的光学系统设计。
1、设计一套测量材料透过率的光电测试自动装置，要求消除光源的不稳定性因素的影响。
⑴绘出工作原理图。
⑵绘出原理框图。
⑶说明工作原理。
答：⑴工作原理图⑵原理框图⑶说明工作原理：①在装上被测样品4之前，光屏处于最大吸收位置，并使二通道的输出光通量相等，处于平衡状态。
②当插入被测样品之后，测量通道的光通量减少。
此时若移动光屏改变透过率值使光屏上透过增大恰好等于被测样品的吸收值，这就可以使二个通道重新达到平衡。
③光屏的移动由与之相连的指针机构9显示，指针的位置和不同被测样品的透过率相对应。
④这样，光屏或指针的位置就是被测透过率的量度值，并在二通道的输出光通量相等时读出。
2、主动红外报警电路如图所示，分析它的工作原理？答：当光信号被阻挡时，光敏三极管处于截止状态，光敏三极管的集电极为高电平，即三极管基极为高电平，三极管饱和导通，三极管的集电极为低电平，驱动继电器J工作，使开关闭合，电路形成回路，晶闸管控制端有效，晶闸管导通，报警器正常工作。
S为复位键。
当有光信号时，光敏三极管处于导通状态，光敏三极管的集电极为低电平，即三极管基极为低电平，三极管截止，三极管的集电极为高电平，驱动继电器不工作，开关保持断开状态，晶闸管控制端无效，报警器不工作。
3、照明灯的光控原理图如图所示，分析工作原理。
答：二极管D和电容C组成半波整流滤波电路，为光电控制电路提供直流电源；电阻R、光敏电阻和继电器绕组组成测光与控制电路；继电器常闭触头构成执行电路，它控制照明灯的开关。
光敏电阻在有强光照时（白天），电阻值降低，通过光敏电阻的电流增大，继电器工作，常闭触头断开，路灯熄灭。
当弱光照时，光敏电阻的电阻值很大，电路中的电流很小，而不足以驱动继电器工作，常闭触头保持，路灯点亮。
4、设计一台有合作目标的光电测距装置。
说明工作原理。
相位式测距半导体激光器作辐射源A ，若在激光器供电电路中外加谐波电压U 0就能得到接近正弦的辐射光波，其初始相位和激励电压U 0相同。
光学设计期末考试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 光学设计中，用于描述光束聚焦能力的参数是（）。
A. 焦距B. 光斑直径C. 光束质量D. 光束发散角2. 以下哪个不是光学系统的基本特性？（）A. 分辨率B. 放大倍数C. 色差D. 重量3. 在光学系统中，色差的类型不包括（）。
A. 球面色差B. 色差C. 色差D. 色差4. 光学系统中，为了校正色差，通常采用的光学元件是（）。
A. 透镜B. 反射镜C. 棱镜D. 滤光片5. 光学系统中，用于校正球面像差的常用方法是（）。
A. 使用非球面透镜C. 使用滤光片D. 使用棱镜6. 在光学设计中，用于描述成像质量的参数是（）。
A. 分辨率B. 放大倍数C. 色差D. 焦距7. 光学设计中，用于计算光学系统的像差的方法是（）。
A. 几何光学法B. 波动光学法C. 干涉光学法D. 衍射光学法8. 以下哪个不是光学设计软件的名称？（）A. ZemaxB. Code VC. MATLABD. Photoshop9. 光学设计中，用于描述光学系统成像能力的参数是（）。
A. 分辨率B. 放大倍数C. 色差D. 焦距10. 光学系统中，用于校正畸变的常用方法是（）。
A. 使用非球面透镜B. 使用反射镜D. 使用棱镜二、填空题（每空2分，共20分）11. 光学设计中，焦距是指从____到____的距离。
12. 光学系统中，色差的类型包括____和____。
13. 光学设计中，分辨率是指光学系统能够分辨的____。
14. 光学设计软件Zemax主要用于____。
15. 光学系统中，畸变是指成像时____和____的不一致。
16. 光学设计中，放大倍数是指成像系统成像的____与____的比值。
17. 光学设计中，非球面透镜主要用于校正____。
18. 光学设计软件Code V主要用于____。
19. 光学设计中，干涉光学法用于计算光学系统的____。
20. 光学系统中，衍射光学法用于研究光的____。
一、填空1、光的折射定律（1） （2）2、发生全反射的条件为（1） （2）3、费马原理4、用垂轴放大率判断物、像虚实关系方法：当β>0时 β<0时5、物、像位置相对于光学系统的 来确定的称为牛顿公式，相对于光学系统的 来确定的称为高斯公式，如已知光学系统的物、像方的介质折射率分别为n 及n`，则理想光学系统中两焦距间的关系为6、光学系统的垂轴放大率β、轴向放大率α及角放大率γ之间的关系为7、一光学系统由焦距分别为：`,`,2211f f f f 和的两光组组成，两光组间光学间隔为∆=21`F F ，则组合系统的物、像方焦距分别为8、平面反射镜成像的垂轴放大率为 ，物像位置关系为 ，如果反射镜转过α角，则反射光线方向改变9、限制进入光学系统的成像光束口径的光阑称为 ，限制成像范围的光阑称为 ， 经前面光组在光学系统物空间所成像称为 ，经后面光组在光学系统的像空间所成的像称为 ，主光线是指过 中心的光线10、单色光成像会产生性质不同的五种像差，分别为 ，白光产生的色差有两种，即1、厦门大学《工程光学》课程试卷物理与机电学院机电系三年级测控/机电专业主考教师：张建寰 试卷类型：（试卷）二、计算题1、 一厚度为200mm 的平行平板玻璃，n=1.5，其下面放一直径为1mm 的金属片，若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片最小直径为多少？2、 一束平行光束入射到一半径为r=30mm ，折射率n=1.5的玻璃球上，球的一半镀反射层，光从未镀侧入射，求平行光束的会聚点位置，并判断像的虚实。
3、 一光学系统由两薄透镜组组成，焦距分别为mm d mm f mm f 350,50,10021===，一物位于离第一透镜250mm 处，求光学系统所成像位置及垂轴放大率。
4、 如图所示的光学测微系统，光学透镜的焦距为`f ，当聚焦光斑在标尺上刻度为y 时，试推导其测量微小角位移原理。
光学工程基础考试试题
1. （10分）请简要描述光学工程的定义和应用领域。
2. （15分）请解释以下术语：
a) 反射率
b) 折射率
c) 散射
d) 光程差
e) 像差
3. （20分）光学薄膜是光学器件中的重要组成部分。
请简要说明光学薄膜的制备方法，并列举几种常见的光学薄膜材料及其应用。
4. （25分）请解释以下光学元件的工作原理和应用：
a) 凸透镜
b) 平面镜
c) 光栅
d) 偏振器
e) 相位调制器
5. （15分）在光学传输中，有时会遇到衍射现象。
请简述衍射的基本原理，并说明它在光学工程中的应用。
6. （15分）请解释光学干涉的基本原理，并提供一个实际应用的例子。
7. （约300字）请简要概述光学系统设计的基本步骤和方法，以及需要考虑的关键因素。
8. （约500字）请结合实际案例，描述光学工程在现代科技中的重要应用，并讨论其对社会进步和发展的影响。
考试结束。
（注意：本试卷共计3000字，每题总分均已标明。
请在规定时间内完成试题，准备好交卷。
祝你好运！）。
光学方向综合考试试卷含答案（A卷）一、填空题（共15分，每空1分）1、LED的自发性的发光是由（ 电子 ）和（ 空穴 ）复合而产生的；2、获得白光LED的两个途径：（ 荧光粉转换白光LED）和（多芯片混合发出白光）；3、常规照明灯具的布置可分为（ 单侧布置 ）、（ 双侧交错布置 ）、（ 双侧对称布置 ）、（ 中心对称布置 ）和（ 横向悬索布置 ）等五种基本方式；4、光是电磁波的一种,人的肉眼能见到的光的范围是（ 380 ）nm到（ 760 ）nm.5、LED的英文全名（ light emitting diode ）6、大功率LED光源散热基板包括（ 金属基散热 ）与（ 陶瓷散热基板 ）两种7、不为专门目的设计的灯具称为（ 通用 ）灯具。
二、选择题（共15分，每题3分）1、二次光学设计目前主要分为（ A ）、（ B ）以及（ C ）等几种方式A、散射式B、聚光式C、两者混合式D、全反射式2、灯具出口平均亮度≤20×103cd/m2，直接眩光限制等级为Ⅱ级，直接开敞型灯具的最小遮光角应为（ A ）。
A. 10°B. 15°C. 20°D. 25°3、GBJ133—1990《民用建筑照明设计标准》规定，直接眩光限制质量等级可按眩光程度分为（ B ）。
A. 二级B. 三级C. 四级D. 五级4、GB 50034—1992《工业企业照明设计标准》中，工作场所作业面上的照度标准值按（B ）确定。
A. 工作要求B. 视觉作业特性及分级C. 甲方要求D. 视觉作业特性。
9、相同发光效率的白炽灯和LED灯,在点亮的情况下,LED灯要比白炽灯节能( D )A:30% B:50% C:70% D:80%10、LED作为汽车的刹车灯是因为 ( C )A:体积小 B:色彩鲜艳 C:反应速度快 D:省电11、以下哪种不是发光二极管的优点 ( B )A:体积小 B:色彩丰富 C:节能 D:单颗亮度高三、判断题（共10分，每题1分）1、眼睛肿的杆状细胞不能区别颜色；（ √ ）2、人们工作状态不受照明条件的影响；（ × ）3、玻璃是一种在凝固时基本不结晶的无机熔融物；（ √ ）4、目前大功率LED 多采用表贴（SMT）的封装结构；（ √ ）5、N 型半导体则是掺杂了施主杂质的半导体材料；（ √ ）6、LED用的都是间接帯隙材料；（ × ）7、添加反光杯能从根本上解决折射式LED聚光效率低的问题；（ × ）8、色温越偏蓝，色温越高（冷），偏红则色温越低（暖）；（ √ ）9、在CIE图中，x代表蓝色，y代表绿色，z代表红色，且x＋y＋z＝1。
光学设计与光学系统考试试题一、选择题1. 光学系统的主要组成部分是：A. 光源、光学元件、光检测器B. 光源、光学元件、光束转换器C. 光源、光束转换器、光检测器D. 光源、光束转换器、光学元件2. 光学设计中，光学元件的主要功能是：A. 发光B. 收光C. 分光D. 合光3. 光学元件的表面质量通常使用以下参数来描述：A. 球差、像散、像差B. 发散角、收敛角、折射率C. 曲率、溶解度、透明度D. 平整度、波纹度、表面质量4. 光学系统的焦距与光线的角度关系可以用以下公式表示：A. f = 1 / (n-1)B. f = 1 / (n*sin(θ))C. f = n * (sin(θ))D. f = (n-1) / (α)5. 光线通过球面透镜的折射公式为：A. n1*sin(θ1) = n2*sin(θ2)B. n1*sin(θ1) = n2*sin(θ2) + dC. n1*cos(θ1) = n2*cos(θ2)D. n1*cos(θ1) = n2*cos(θ2) + d二、填空题1. 设平行光束垂直入射到折射率为1.5的透镜上，透镜的曲率半径为10 cm，则透镜的焦距为_________。
2. 双凸透镜的两个球面的曲率半径为R1和R2，透镜的折射率为n，透镜的焦距与两个球面的曲率半径满足以下关系：_________。
三、计算题1. 设在光学系统中，光线由折射率为1.52的介质入射到折射率为1.36的介质中，入射角为30°，求折射角。
2. 设凸透镜的焦距为20 cm，物距为40 cm，求像距和放大率。
四、综合题1. 现有一具有两个球面的双凹透镜，其中一个球面的曲率半径为20 cm，另一个球面的曲率半径为30 cm。
透镜的折射率为1.5。
请计算该透镜的焦距，并给出该透镜的光路图。
2. 利用光学设计软件，设计一个具有折射率为1.5的透镜系统，要求透镜系统的焦距为50 cm，且系统的物距为30 cm。
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 ( 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
8．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. )r 1r 1
(1-n n
J S 212
IV -= B. )r 1
r 1(n 1n J S 1
22
IV --= C. )r 1r 1
(n 1
n J S 212IV --= D. )r 1
r 1(1-n n J S 1
22IV -=
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 ( B )。
A.正追光线
B.倒追光线
C.从中间向两侧进行光线追迹
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，将光源通过聚光镜成像在物平面上，称之为(
D )。
A.反射式照明 B.透射式照明 C.克勒照明 D.临界照明
19．下列软件中不属于光学设计软件的是 ( C )。
A. ZEMAX 软件
B.OSLO 软件
C. Lensview 软件
D.CODE V 软件
20．低倍显微物镜的光阑位置 ( A )。
A. 与物镜重合
B. 与目镜重合
C. 与中间像面重合
D. 位于物镜后方焦平面处
二、填空题（本大题14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.单个折射球面的三对无球差点位置是 球心处 、 顶点处 、 齐明处 。
22.在表示畸变时，通常采用相对畸变，其表达公式为。
23.一双胶合薄透镜组，若0C I =，则=II C 0 。
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 。
25.一双胶合透镜光焦度为正，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。
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。
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m 707h .0位置处，将 二级光谱 校正为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。
34.在ZEMAX 光学设计软件中，描述焦距的操作数为 EFFL 。
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
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
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，该差异称为二级光谱
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
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）
40．一物体的峰-谷比（peak to valley ）是λ23.0，问是否满足Rayleigh 条件？
答：满足Rayleigh 条件，因为根据Rayleigh 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 答：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 答：像分别在球心处和顶点处，放大倍率分别为 1/n 和1
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？
答：（1）实际像点无论在高斯像点之前或之后范围内，波像差都不会超过1/4 波长，所以把 定义为焦深，即
（2）引起的波像差为λ/4。
44. 近视眼应佩戴何种透镜加以矫正为什么
答：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-=β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
答：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95m m r 1-=，物点位于第一面曲率中心处，第二球面满足启明条件，若该透镜厚度5mm d =，折射率5.1n =，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。
解：（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，其物距l 2=-95-5=-100mm 根据齐明条件l 2=(n 2+n 2*)r 2/ n 2
可得：r 2=60mm
（2）l 2*=(n 2+n 2`)r 2/ n 2*=2.5/1*(-60)=-150mm
由垂轴放大率公式得β1=1/1.5、β2=2.25
故β=β1β2=1.5
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0='m
L δ，0.707带光球差为015.00707-='L δ，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。
