研究生课程考试答题纸
课程类别：学位课选修课
研究生学号：
研究生姓名：
学生类别：博士硕士
工程硕士进修生
考试时间：
光学元件设计与Zemax
1.单镜片
设计要求：设计一个F/4单镜片，其焦距为100mm，在可见光波段使用，用肖特(Schott) BK7或国产K9玻璃来作。
像差要求：波像差小于100中心波长。
2.双胶合透镜
设计要求：设计一个F/4双胶合透镜，其焦距为100mm，在可见光波段使用，用肖特BK7/ F2或国产K9/F4玻璃组合来实现。
像差要求：对C\D\F三种色光波像差均小于5个波长，焦点弥散斑小于10微米。
3.5X激光扩束镜
设计要求：分别设计两个用于He-Ne(632.8nm)和固体激光器（532nm）的激光扩束镜，扩束倍率5X，入瞳直径3mm，出瞳直径15mm，用同一牌号玻璃完成，镜片尽可能的少，系统总长度小于100mm，入射和出射均为准直平行光。
4.50mm标准镜头
可参照Cooke的三片结构，设计一个F/5焦距50mm的标准镜头，应用于可见光波段。
成像要求：在视场30°内的3种色光的波像差均小于2个波长，MFT大于0.3/30lp,畸变小于1%.
5.放大镜头
可参考双高斯结构（也可选用其他结构），设计一个用于光电检测的放大镜头，物像共扼距140mm，像面CCD尺寸（1024x1024，单个像素为）,被检测物面为平面矩形（3mm×3mm），使用波长532nm。
成像要求：全视场内MFT大于0.5/40lp, 波像差小于2个波长，畸变小于0.5%.
景观设计原理复习题 一、判断正误题 1.种植灌木的斜坡为防止水土流失，必须保持10％的最大坡度，而草坪地区为避免出现积水，就需有不小于1％的坡度。调节地表排水和引导水流方向，乃是园址地形设计的重要而又不可分割的部分。（对） 2. 改造后的地形等高线应随手用短线(虚线)表示，原地形由平面等高线在平面图上用实线表示。土地表面所出现的任何变动或改造都称之为“地形改造”。（错） 3.在山脊的顶部可顺等高线布置建筑、停车场。（对） 4.下列坡度表示方法是不正确的：（错） 5对于一个面积为10公顷的公园来说，下面等高线画法都是正确的：（错）
6下面2张图中的地形标注都是正确的（对） 7.大规模散布的停车场、建筑和娱乐设施最适合安置在平坦地形上。（对） 8.丹.凯利是“哈佛三杰”中的成员之一，是现代风景园林设计的领军人物。在作品的米勒花园中，他将建筑周边的花园作为建筑的补充，规则式种植也采用了建筑设计的方法。（对）9.在风水上，河流的凸岸被称为“汭位”。而凹岸被称作“反弓水”，在较小的河流转弯处，这里通常做为城市、建筑选址或者造公园和湿地，而码头最佳的选址应该是凸岸。（错）10.孤植又叫单植，对孤植树木的要求是：姿态优美、色彩鲜明、体形略大、寿命长而有特色。常种植于出入口；大片草坪、花坛中心；小庭院的一角与山石相互成景之处。（对）11.古人绘画中两株树为通像，但又有顾盼、俯仰、向背、去就、争让等动势对比，因此既有对比又有调和。（对） 12.树群的栽植地标高，最好比外围的草地或道路低出一些，最好能形成四面倾斜的凹地，以利排水。同时在构图上也显得突出一些。（错） 13.城市公园绿地设计中可以增加许多商店、咖啡馆、游戏厅等服务设施。（错） 14.在居住区景观设计中，可以在距离建筑3米左右的距离种植大乔木。（错） 15.园林中建筑通常使用伸出的建筑柱廊、平台等，形成室内外过度空间，以便达到建筑和室外环境的相互交融。（对） 16.芥子园画谱中说：“五株既熟，则千株万株可以类推，交搭巧妙，在此转关”。其基本关键，乃在调和中要求对比和差异，差异太大时又要求调和。所以株数愈少，柄种愈不能多用，株数慢侵增多时，树种可以慢慢增多。（对） 17.为完成一系列设计目的，而在园址上进行地形的改造是非常必要的：(1)建造合理的排水系统；(2)地形改造后的园址应适应这些因素如：建筑物、道路、停车场，娱乐场所等等；(3)
摘要 摘要：设计三片库克照相物镜，给出三片镜子的结构参数按照设计要求合理设计。近轴光路追迹求出设计系统的焦距和后焦距。然后利用zemax光学设计软件仿真验证设计结果。 关键词：照相物镜；光学设计 设计要求： 设计要求：采用三片库克（cookie）结构，D/f=1/5，半像面尺寸：18mm 半视场角：20°设计波长：0.486um、0.587um、0.656um，口径D：10mm 计算：系统焦距f，，后焦距（BFL） 第一章绪论 我们设计光学系统采用光线模型方法，即利用几何光学和光学工程中涉及到的基本方法、基本公式设计三片库克照相物镜。利用光线模型设计光学系统是非常重要的方法。曾经有位美国学者在回答有关光线和波动理论应用问题时，睿智的说;“你用光线理论设计照相机镜头，尽管是近视理论，但你用一个星期可以完成；然而你若用衍射理论设计照相机镜头，虽然你用的理论很严格，也去你一辈子才能设计出一个镜头。”可见用几何光学和工程光学中的光线模型设计光学系统是多么的重要。而近轴光线的追迹公式又是利用光线理论设计光学系统的基础。 根据近轴光学公式的性质，它只能适用于近轴区域，但是实际使用的光学仪器，无论是成像物体的大小，或者由一物点发出的成像光束都要超出近轴区域。 这样看来，研究近轴光学似乎没有很大的实际意义。但是事实上近轴光学的应用并不仅限于近轴区域内，对于超出近轴区域的物体，仍然可以使用近轴光学公式来计算平面的位置和像的大小。也就是说把近轴光学公式扩大应用到任意空间。对于近轴区域以外的物体，应用近轴光学公式计算出来的像也是很有意义的： 第一，作为衡量实际光学系统成像质量的标准。根据共轴理想光学系统的成像性质：一个物点对应一个像点；垂直于光轴的共轭面上放大率相同。如果实际共轴球面系统的成像符合理想则该理想像的位置和大小必然和用近轴光学公式计算所得结果相同。因为它们代表了实际近轴光线的像面位置和放大率。如果光学系统成像不符合理想，当然就不会和近轴光学公式计算出的结果一致。二者间的差异显然就是该实际光学系统的成像性质和理想像间的误差。也就是说，可以用它作为衡量该实际光学系统成像质量的指标。因此，通常我们把用近轴光学公式计算出来的像，称为实际光学系统的理想像。 第二，用它近似地表示实际光学系统所成像的位置和大小。在设计光学系统或者分析光学系统的工作原理时，往往首先需要近似地确定像的位置的大小。能够满足实际使用要求的光学系统，它所成的像应该近似地符合理想。也就是说，它所成的像应该是比较清晰的，并且物像大体是相似的。所以，可以用近轴光学公式计算出来的理想像的位置和大小，近似地代表实际光学系统所成像的位置和大小。由此可见近轴光学系统具有重要的实际意义，它在今后的研究光学系统的成像原理时经常用到。
光学系统设计（一） 参考答案及评分标准 20 分） 二、填空题（本大题14小题。每空1分，共20 分） 21.球心处、顶点处、齐明点处（r n n n L '+=） 22.%100y y y q z ?''-'=' 23.0 24.球差 25.冕牌、火石 26.?ννν?2111-=、?ννν?2 122--= 27.两面的公共球心处、两面的公共球心处 28.阿贝常数、C F D D n n 1n --= ν 29.畸变 30.圆 31.0 32.二级光谱 33.f 00052.0L FCD '='? 34.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。 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。 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） 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0.25λ时，此波面可看作是无缺陷的成像质量较好。 评分标准：答对主要意思得5分。 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 评分标准：第一问中每个答案正确得1分，第二问中每个答案正确得0.5分，第三问中每个答案正确得1分。 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n 1和1。 评分标准：两位置答对各得1分，第一个放大倍率答对得2分，第二个得1分。 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'?0l 范围内，波像差都不会超过1/4 波长，所以把'02l 定义为焦深，即20u n l 2''='λ （2）引起的波像差为4/λ。 评分标准：第一问答对大意得3分，第二问答案正确得2分。 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。 评分标准：答对大意得5分。 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。 评分标准：第一问每个答案正确得1分，共3分；第二问每个答案正确得0.5分，共2分。 五、计算题（每题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100m m 595l 2-=--=，根据齐明条件100mm r n n n l 22 222-='+=，可得
高考物理光学知识点之几何光学经典测试题含答案 一、选择题 1．如果把光导纤维聚成束，使纤维在两端排列的相对位置一样，图像就可以从一端传到另一端，如图所示．在医学上，光导纤维可以制成内窥镜，用来检查人体胃、肠、气管等器官的内部．内窥镜有两组光导纤维，一组用来把光输送到人体内部，另一组用来进行观察．光在光导纤维中的传输利用了( ) A ．光的全反射 B ．光的衍射 C ．光的干涉 D ．光的折射 2．半径为R 的玻璃半圆柱体，截面如图所示，圆心为O ，两束平行单色光沿截面射向圆柱面，方向与底面垂直，∠AOB ＝60°，若玻璃对此单色光的折射率n ＝3，则两条光线经柱面和底面折射后的交点与O 点的距离为（ ） A ．3R B ．2R C ． 2R D ．R 3．如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球，则（ ） A ．小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球 B ．小球所发的光能从水面任何区域射出 C ．小球所发的光从水中进入空气后频率变大 D ．小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大 4．如图所示的四种情景中，属于光的折射的是（ ）． A ． B ．
C．D． 5．两束不同频率的平行单色光。、从空气射入水中，发生了如图所示的折射现象（a>）。下列结论中正确的是（） A．光束的频率比光束低 B．在水中的传播速度，光束比小 C．水对光束的折射率比水对光束的折射率小 D．若光束从水中射向空气，则光束的临界角比光束的临界角大 6．有一束波长为6×10－7m的单色光从空气射入某种透明介质，入射角为45°，折射角为30°，则 A．介质的折射率是 2 B．这束光在介质中传播的速度是1.5×108m／s C．这束光的频率是5×1014Hz D．这束光发生全反射的临界角是30° 7．如图所示，O1O2是半圆柱形玻璃体的对称面和纸面的交线，A、B是关于O1O2轴等距且平行的两束不同单色细光束，从玻璃体右方射出后的光路如图所示，MN是垂直于O1O2放置的光屏，沿O1O2方向不断左右移动光屏，可在屏上得到一个光斑P,根据该光路图，下列说法正确的是（） A．在该玻璃体中，A光比B光的运动时间长 B．光电效应实验时，用A光比B光更容易发生 C．A光的频率比B光的频率高 D．用同一装置做双缝干涉实验时A光产生的条纹间距比B光的大 8．明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一
景观设计原理复习题 一、判断正误题，共30分(每题1分，共30题) 1．种植灌木的斜坡为防止水土流失，必须保持10％的最大坡度，而草坪地区为避免出现积水，就需有不小于1％的坡度。调节地表排水和引导水流方向，乃是园址地形设计的重要而又不可分割的部分。( ) 2．改造后的地形等高线应随手用短线(虚线)表示，原地形由平面等高线在平面图上用实线表示。土地表面所出现的任何变动或改造都称之为“地形改造”。( ) 3．在山脊的顶部可顺等高线布置建筑、停车场。( ) 4．下列坡度表示方法是不正确的：( ) 5.对于一个面积为10公顷的公园来说，下面等高线画法都是正确的。 6.大规模散步的停车场、建筑和娱乐设施最值和安置在平坦地形上。（） 7. 丹．凯利是“哈佛三杰”中的成员之一，是现代风景园林设计的领军人物。在作品的米勒花园中，他将建筑周边的花园作为建筑的补充，规则式种植也采用了建筑设计的方法。( )
8．在风水上，河流的凸岸被称为“油位”。而凹岸被称作“反弓水”，在较小的河流转弯处，这里通常做为城市、建筑选址或者造公园和湿地，而码头最佳的选址应该是凸岸。( ) 9．孤植又叫单植，对孤植树木的要求是：姿态优美、色彩鲜明、体形略大、寿命长而有特色。常种植于出入口；大片草坪、花坛中心；小庭院的一角与山石相互成景之处。( ) 10.下面2张图中的等高线标注都是正确的：
11.下图表达的意思是正确的：
12．古人绘画中两株树为通像，但又有顾盼、俯仰、向背、去就、争让等动势对比，因此既有对比又有调和。( ) 13．树群的栽植地标高，最好比外围的草地或道路低出一些，最好能形成四面倾斜的凹地，以利排水。同时在构图上也显得突山一些。( ) 14．城市公园绿地设计中可以增加许多商店、咖啡馆、游戏厅等服务设施。( ) 15．在居住区景观设计中，可以在距离建筑3米左右的距离种植大乔木。( ) 16．园林中建筑通常使用伸出的建筑柱廊、平台等，形成室内外过度空间，以便达到建筑和室外环境的相互交融。( ) 17．芥子园画谱中说：“五株既熟，则千株万株可以类推，交搭巧妙，在此转关”。其基本关键，乃在调和中要求对比和差异，差异太大时又要求调和。所以株数愈少，柄种愈不能多用，株数慢侵增多时，树种可以慢慢增多。( ) 18．为完成一系列设计目的，而在园址上进行地形的改造是非常必要的：(1)建造合理的排水系统：(2)地形改造后的园址应适应这些因素如：建筑物、道路、停车场，娱乐场所等等； (3)创造出具有美学价值，悦人眼目的地平面。( ) 19．0％～1％(过于平坦)：这种比例的斜坡总的说来排水性差。除了适宜作为受保护的潮湿地外，几乎不适宜作室外空间利用和使用 功能的开发。1％的坡度最好让其成为一片开阔地或是一片保护区，在这些区域偶尔出现的积水，不会带来任何副作用。( ) 20.作为人行道来说，15％的坡度为最大极限坡度。( ) 21．在建筑庭院设计中，各设计要素沿空间周边布局，可以使空间显得过大，通常是不合适的做法：而在空间中心安置实体，会使空间显得紧凑一些，通常是合理的。( ) 22．静态的水面在城市中多用于独处思考，安静的场所。图书馆、美术馆、会议室附近。比较大的水面分布在公园、郊区，供假目的 人们游玩。( ) ’ 23．喷泉通常成为集合式庭院中的重要景物，，宜以几何式水池配置。在自然式的水池中，有很多大型喷泉存在，有的以涌泉的形式出 现。( ) 24．台阶可以在道路尽头充当焦点物，或醒目的物体。台阶的这一功能能够提供目标的引导和引人注目。如果我们再与植物平¨墒体配 合起来设计，台阶的这一功能就能进一步得到强化。( ) ‘ 25．在无限制的空间如广场中，台阶能够创造出图案，犹如曲折的等高线。这些图案在阳光的照耀下生动明快。( ) 26．在城市道路绿地是设计中，种植设计通常以自然是布局为主。( ) 27．建筑于环境的渗透的方法中，除了大面积开窗以外，通常建筑伸出柱廊、平台等，形成室内外过度空间。( ) 28．在中国古典园林设计中，厅、堂是居住建筑中对正房的称呼。堂往往成封闭院落布局，只是正面开设门窗，它是园主人起居之所， 也可作为家庭举行庆典的场所。( ) 29．在中国古典园林设计中，厅堂与叠山分居水池之南北，依惯例总是坐南朝北。北望是全山最主要的景观面，通常是水池和池北叠
光学设计软件介绍 ZEMAX是美国焦点软件公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算Sequential及Non-Sequential的软件。版本等级有SE：标准版，XE：完整版，EE：专业版（可运算Non-Sequential），是将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。ZEMAX的主要特色：分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP, *.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt；优化：表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用；公差分析：表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义；报表输出：多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。 CODE V是Optical Research Associates推出的大型光学设计软件，功能非常强大，价格相当昂贵CODE V提供了用户可能用到的各种像质分析手段。除了常用的三级像差、垂轴像差、波像差、点列图、点扩展函数、光学传递函数外，软件中还包括了五级像差系数、高斯光束追迹、衍射光束传播、能量分布曲线、部分相干照明、偏振影响分析、透过率计算、一维物体成像模拟等多种独有的分析计算功能。是世界上应用的最广泛的光学设计和分析软件，近三十多年来，Code V进行了一系列的改进和创新，包括：变焦结构优化和分析；环境热量分析；MTF和RMS波阵面基础公差分析；用户自定义优化；干涉和光学校正、准直；非连续建模；矢量衍射计算包括了偏振；全球综合优化光学设计方法。 CODE V是美国著名的Optical Research Associates（ORA?）公司研制的具有国际领先水平的大型光学工程软件。自1963年起，该公司属下数十名工程技术人员已在CODE V程序的研制中投入了40余年的心血，使其成为世界上分析功能最全、优化功能最强的光学软件，为各国政府及军方研究部门、著名大学和各大光学公司广泛采用1994年，ORA公司聘请北京理工大学光电工程系为其中国服务中心。与国际上其它商业性光学软件相比，CODE V的优越性突出地表现在以下几个方面： 1．CODE V可以分析优化各种非对称非常规复杂光学系统。这类系统可带有三维偏心或倾斜的元件；各类特殊光学面如衍射光栅、全息或二元光学面、复杂非球面、以及用户自己定义的面型；梯度折射率材料和阵列透镜等等。程序的非顺序面光线追迹功能可以方便地
光学六类经典题型 光学包括几何光学和光的本性两部分。几何光学历来是高考的重点，但近几年考试要求有所调整，对该部分的考查，以定性和半定量为主，更注重对物理规律的理解和对物理现象、物理情景分析能力的考查。有两点应引起重视：一是对实际生活中常见的光 反射和折射现象的认识，二是作光路图问题。光的本性是高考的必考内容，一般难度不大，以识记、理解为主，常见的题型是选择题。“考课本”、“不回避陈题”是本部分高考试题的特点。 根据多年对高考命题规律的研究，笔者总结了6类经典题型，以供读者参考。 1 光的直线传播 例1(2004年广西卷) 如图l所示，一路灯距地面的高度为h，身高为l 的人以速度v匀速行走． (1)试证明人头顶的影子做匀速运动； (2)求人影长度随时间的变化率。
解析(1)设t＝0时刻，人位于路灯的正下方O处，在时刻t，人走到S 处，根据题意有 OS＝vt ① 过路灯P和人头顶的直线与地面的交点M 为t时刻人头顶影子的位置，如图l所示，OM 为头顶影子到0点的距离．由几何关系，有 解式①、②得。因OM 与时间t成正比，故人头顶的影子做匀速运动。 (2)由图l可知，在时刻t，人影的长度为SM，由几何关系，有 SM=OM－OS ③ 由式①～③得 因此影长SM与时间t成正比，影长随时间的变化率。 点评有关物影运动问题的分析方法：(1)根据光的直线传播规律和题设条件分别画出物和影在零时刻和任一时刻的情景图—光路图；(2)从运动物体(光源或障碍物)的运动状态入手，根据运动规律，写出物体的运动方程，即位移的表达式；(3)根据几何关系(如相似三角形)求出影子的位移表达式；(4)通过分析影子的位移表达式，确定影子的运动性质，求出影子运动的速度等物理量。
实验一：单镜头设计(Singlet) 实验目的： 1、学习如何启用Zemax 2、学习如何输入波长（wavelength）、镜头数据（lens data） 3、学习如何察看系统性能（optical performance），如ray fan，OPD，点列图（spot diagrams）， MTF等。 4、学习如何定义thickness solve以及变量（variables） 5、学习如何进行优化设计（optimization） 实验仪器：微机、zemax光学设计软件 实验步骤： 1、设计一个孔径为F/4的单镜头，物在光轴上，其焦距（focal length）为100mm，波长为可见光， 用BK7玻璃为材料。 2、首先运行ZEMAX，将出现ZEMAX的主页，然后点击lens data editor(LDE)。什么是LDE呢？它是你要 的工作场所，在LDE的扩展页上，可以输入选用的玻璃，镜片的radius，thickness，大小，位置等。 3、然后输入波长，在主菜单的system下，点击wavelengths，弹出波长数据对话框wavelength data，键入你 要的波长，在第一行输入0.486，它是以microns为单位，此为氢原子的F-line光谱。在第二、三行键入 0.587及0.656，然后在primary wavelength上点在0.587的位置，primary wavelength主要是用来计算光学 系统在近轴光学近似(paraxial optics，即first-order optics)下的几个主要参数，如focal length，magnification，pupil sizes等。 4、确定透镜的孔径大小。既然指定要F/4的透镜，所谓的F/#是什么呢？F/#就是光由无限远入射所形成的 effective focal length F跟paraxial entrance pupil的直径的比值。所以现在我们需要的aperture就是100/4=25(mm)。于是从system menu上选general data，aperture type里选择entrance pupil，在apervalue 上键入25，然后点击ok。 5、回到LDE，可以看到3个不同的surface，依序为OBJ，STO及IMA。OBJ就是发光物，即光源，STO 即孔径光阑aperture stop的意思，STO不一定就是光照过来所遇到的第一个透镜，你在设计一组光学系统时，STO可选在任一透镜上，通常第一面镜就是STO，若不是如此，则可在STO这一栏上按鼠标，可前后加入你要的镜片，于是STO就不是落在第一个透镜上了。而IMA就是imagine plane，即成像平面。回到我们的singlet，我们需要4个面(surface)，于是点击IMA栏，选取insert，就在STO后面再插入一个镜片，编号为2，通常OBJ为0，STO为1，而IMA为3。 6、输入镜片的材质为BK7。在STO行中的glass栏上，直接键入BK7即可。 7、孔径的大小为25mm，则第一镜面合理的thickness为4，在STO行中的thickness栏上直接键入4。Zemax 的默认单位是mm 8、确定第1及第2镜面的曲率半径，在此分别选为100及-100，凡是圆心在镜面之右边为正值，反之为负 值。再令第2面镜的thickness为100。 9、现在数据已大致输入完毕。如何检验你的设计是否达到要求呢？选analysis中的fans，然后选择其中的 Ray Aberration，将会出现如图1-1所示的TRANSVERSE RAY FAN PLOT。
显微物镜光学参数要求为：β=2?，NA =0.1，共轭距离为195mm 。 1）根据几何光学计算相应参数； 2）运用初级像差理论进行光学系统初始结构计算； 3）使用光学设计软件对初始结构进行优化，要求视场角o 5±； 4）根据系统的特点列出优化后结构的主要像差分析； 5）计算优化后结构的二级光谱色差。 一、显微物镜的基本参数计算 为有效控制显微镜的共轭距离，显微镜设计时，一般总是逆光路设计，即按1/β进行设计。该显微物镜视场小，孔径不大，只需要校正球差、正弦差和位置色差。因此，采用双胶合物镜。 '''' 1 2 195111l l l l l l f β==- -=-= 解，得 ''6513043.33l l f ==-= 正向光路 根据 '' ' J nuy n u y == sin NA n u = 在近轴情况下 NA nu = ' 2y y β== 由此可求解 ''' 0.05NA n u == 由此可知逆向光路的数值孔径 综上，该显微物镜的基本参数为 NA 'f 'l l 0.05 43.33 65 130- 二、求解初始基本结构
1）确定基本像差参量 根据校正要求，令'0L δ=、'0SC =、' 0FC L ?=，即 0C S S S I ∏ I ===∑∑∑，即 43332220 00 z C S h P S h h P Jh W S h C φφφφI I ∏ I ===+===∑∑∑ 解，得 0P W C I === 将其规化到无穷远 11sin 0.1NA n u ==，11n = 则 11sin 0.1/2u U β=?=-，11 6.5h l u mm =?= 规化孔径角为 110.1 20.3333071 6.543.33 u u h φ-== =-? 由公式 () ()() 21141522P P W u W W u μμ∞∞ =++++=++可求得规化后的基本像差参量 代入可得 0.36560.8832 P W ∞∞ ==- 2）选择玻璃组合 取冕牌玻璃在前 得 ( ) 2 00.850.1 0.155792P P W ∞ ∞ =-+=- 根据0P 和C I ，查表选取相近的玻璃组合为BaK7-ZF3，其参数为 Bak7:56,5688.111==v n ZF3:5.29,7172.122==v n 0010.11520, 4.295252, 2.113207P Q ?=-=-= 2.397505A =， 1.698752K = 3）求形状系数Q
姓名：伍征义 学号：20100030333 软件课程设计 题目：定焦镜头的技术指标：焦距：28f mm '=，相对孔径/1/3.5D f '=，图像传感器为CCD ，像素为1200×960，像元为3.8 3.8m m μμ?。在可见光波段设计(取d 、F 、C 三种色光，d 为主波长)。 设计要求：镜片数小于10片，焦距280.2f mm mm '=±，中心相对照度大于65%，轴上点100/lp mm 的MTF 值在0.3以上，轴外0.707视场100/lp mm 的MTF 值在0.15以上，最大畸变＜3.5%。 1. 透镜结构参数，视场、孔径等光学特性参数： System/Prescription Data GENERAL LENS DATA: Surfaces : 12 Stop : 6 系统光圈 : 入瞳直径 = 8 Glass Catalogs : SCHOTT Ray Aiming : Off 变迹 : 均衡,统一的, 因子 = 0.00000E+000 有效的焦点长度 : 27.99988 (系统温度和压力在空气中) 有效的焦点长度 : 27.99988 (在像空间)
Back Focal Length : 17.50113 统计轨迹 : 40.24 图像空间F/# : 3.499984 离轴工作面F/# : 3.499984 工作面F/# : 3.498717 Image Space NA : 0.141422 物空间 NA : 4e-010 光阑半径 : 2.446456 离轴像高 : 2.923143 近轴放大率 : 0 入瞳直径 : 8 入瞳区域 : 17.94058 入瞳直径 : 9.552972 入瞳直径区域 : -33.40412 Field Type : Angle in degrees 最大视场 : 5.96 主光波长 : 0.5875618 镜头单位 : 毫米 角度放大率 : 0.8374358 Fields : 7 Field Type: Angle in degrees # X-Value Y-Value Weight 1 0.000000 0.000000 1.000000 2 0.000000 3.440000 1.000000 3 0.000000 4.860000 1.000000 4 0.000000 5.960000 1.000000 5 0.000000 -5.960000 1.000000 6 0.000000 -4.860000 1.000000 7 0.000000 -3.440000 1.000000 Vignetting Factors # VDX VDY VCX VCY VAN 1 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 2 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 3 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 4 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 5 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 6 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 7 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 Wavelengths : 3 Units: 祄 # Value Weight
光学系统设计（Zemax初学手册） 蔡长青 ISUAL 计画团队 国立成功大学物理系 （第一版，1999年7月29日） 前言 整个中华卫星二号“红色精灵”科学酬载计画，其量测仪器基本上是个光学仪器。所以光学系统的分析乃至于设计与测试是整个酬载发展重要一环。 这份初学手册提供初学者使用软体作光学系统设计练习，整个需要Zemax光学系统设计软体。它基本上是Zemax使用手册中tutorial的中文翻译，由蔡长青同学完成，并在Zemax E. E. 7.0上测试过。由于蔡长青同学不在参与“红色精灵”计画，所以改由黄晓龙同学接手进行校稿与独立检验，整个内容已在Zemax E. E. 8.0版上测试过。我们希望藉此初学手册（共有七个习作）与后续更多的习作与文件，使团队成员对光学系统设计有进一步的掌握。（陈志隆注） (回内容纲目) 习作一：单镜片(Singlet) 你将学到：启用Zemax，如何键入wavelength，lens data，产生ray fan，OPD，spot diagrams，定义thickness solve以及variables，执行简单光学设计最佳化。 设想你要设计一个F/4单镜片在光轴上使用，其focal length 为100mm，在可见光谱下，用BK7镜片来作。 首先叫出ZEMAX的lens data editor(LDE)，什么是LDE呢？它是你要的工作场所，譬如你决定要用何种镜片，几个镜片，镜片的radius，thickness，大小，位置……等。 然后选取你要的光，在主选单system下，圈出wavelengths，依喜好键入你要的波长，同时可选用不同的波长等。现在在第一列键入0.486，以microns为单位，此为氢原子的F-line 光谱。在第二、三列键入0.587及0.656，然后在primary wavelength上点在0.486的位置，primary wavelength主要是用来计算光学系统在近轴光学近似(paraxial optics，即first-order optics)下的几个主要参数，如focal length，magnification，pupil sizes等。 再来我们要决定透镜的孔径有多大。既然指定要F/4的透镜，所谓的F/#是什么呢？F/#就是光由无限远入射所形成的effective focal length F跟paraxial entrance pupil的直径的比值。所以现在我们需要的aperture就是100/4=25(mm)。于是从system menu上选general data，在aper value上键入25，而aperture type被default为Entrance Pupil diameter。也就是说，entrance pupil的大小就是aperture的大小。 回到LDE，可以看到3个不同的surface，依序为OBJ，STO及IMA。OBJ就是发光物，即光源，STO即aperture stop的意思，STO不一定就是光照过来所遇到的第一个透镜，你在设计一组光学系统时，STO可选在任一透镜上，通常第一面镜就是STO，若不是如此，则可在STO这一栏上按滑鼠，可前后加入你要的镜片，于是STO就不是落在第一个透镜上了。而IMA就是imagine plane，即成像平面。回到我们的singlet，我们需要4个面 (surface)，于是在STO栏上，选取insert cifter，就在STO后面再插入一个镜片，编号为2，通常OBJ 为0，STO为1，而IMA为3。 再来如何输入镜片的材质为BK7。在STO列中的glass栏上，直接打上BK7即可。又
十七、几何光学 在同一均匀介质中 沿直线传播 （影的形成、小孔成像等） 光的反射定律 光的反射 分类（镜面反射、漫反射） 光 平面镜成像特点（等大、对称） 光的折射定律（r i n sin sin ） 光从一种介质 光的折射 棱镜（出射光线向底面偏折） 进入另一种介质 色散（白光色散后七种单色光） 定义及条件（由光密介质进入光疏介质、 入射角大于临界角） 全反射 临界角（C ＝arcsin n 1） 全反射棱镜（光线可以改变900、1800） 1、光的直线传播 ⑴光源：能够自行发光的物体叫光源。光源发光过程是其他形式能(如电能、化学能、原子核能等)转化为光能的过程。 ⑵光线：研究光的传播时，用来表示光的行进方向的直线称光线。实际上光线并不存在，而是对实际存在的一束很窄光束的几何抽象。 光束：是一束光，具有能量。有三种光束，即会聚光束，平行光束和发散光束。 ⑶光的直线传播定律：光在均匀、各向同性介质中沿直线传播。如小孔成像、影、日食、月食等都是直线传播的例证。 ⑷光的传播速度：光在真空中的传播速度c =3×108m ／s ，光在介质中的速度小于光在真空中的速度。 一、知识网络 二、画龙点睛 概念
⑸影：光线被不透明的物体挡住，在不透明物体后面所形成的暗区称为影。影可分为本影和半影，在本影区内完全看不到光源发出的光，在半影区内只能看到部分光源发出的光。如果光源是点光源，则只能在不透明物体后面形成本影；若不是点光源，则在不透明物体后面同时形成本影和半影。 影的大小决定于点光源、物体和光屏的相对位置。 如图A 所示，在光屏AB 上，BC 部分所有光线都照射不到叫做本影，在AB 、CD 区域部分光线照射不到叫做半影。 A B 如图B 所示，地球表面上月球的本影区域可 以看到日全食，在地球上月球的半影区域，可 以看到日偏食。如图C 所示，如地球与月亮距 离足够远，在A 区可看到日环食. C 例题：如图所示，在A 点有一个小球，紧靠小球的左方有一个点光源S 。现将小球从A 点正对着竖直墙平抛出去，打到竖直墙之前，小球在点光源照射下的影子在墙上的运动是 A.匀速直线运动 B.自由落体运动 C.变加速直线运动 D.匀减速直线运动 解析：小球抛出后做平抛运动，时间t 后水平位移是vt ，竖直位移是h =21gt 2，根据相似形知识可以由比例求得t t v gl x ∝=2，因此影子在墙上的运动是匀速运动。 例题： 古希腊某地理学家通过长期观测，发现6月21日正午时刻， 在北半球A 城阳光与铅直方向成7.50角下射．而在 A 城正南方,与A 城地面距离为L 的B 城 ，阳光恰好沿铅直方向下射．射到地球的太 阳光可视为平行光，如图所示．据此他估算出了地球的半径．试写出 估算地球半径的表达式R = . 解析：太阳光平行射向地球，在B 城阳光恰好沿铅直方向下射，所以，由题意可知过AB 两地的地球半径间的夹角是 7.50，即AB 圆弧所对应的圆心角就是7.50。如图所示，A 、B
按自然状况的不同，将自然划分为不同的类型： ?1）第一自然为原始状况的大自然 ? 中国园林沿着自然式的形式发展 ?2）第二自然为农业生产状况下的自然 ? 西方理想中的天堂是适合农业生产的富裕的土地， 是模仿第二自然开始的，是经过人类耕种、改造后的自然，是几何式的自然，因而西方园林是沿着几何式的道路开始英国：乡间田园，18世纪中产阶级性格和教养，气候 阿拉伯世界：干旱劳作的艰辛和对富足、慵懒的羡慕 2）珍视水的作用和树木的遮荫；园内成排种植庭荫树，园子中心一般是矩形的水池，池中养鱼并种植水生植物，池边有凉亭。 3）园林是规则式的，并有明显的中轴线。 古埃及园林派克玛拉（Pekhmara ）平面图 2）园林是几何式的，中央有水池、雕塑，栽植花卉，四周环以柱廊，为以后的柱廊式园林的发展打下了基础； 3）神庙附近的圣林中有剧场、竞技场、小径、凉亭、柱廊等，成为公众活动的场所。 用栏杆、挡土墙和台阶来维护和联系各台地。 2）园中一系列带有柱廊的建筑围绕着一些庭院，每组庭院相对独立。 3）水是造景的重要要素，在园中、室内或是敞厅中都有水的应用，如养鱼池、水井和喷泉。 4）精美的石刻、常绿植物如意大利松、紫杉也是造园的重要要素。 5）园林是规则式的。 或喷泉 位于罗马的中世纪庭院圣保罗.巴西利卡 葡萄牙维多利亚圣玛利亚修道院光与影、建筑与绿地形成鲜明对比 一个幽静的庭院，人们无法预知下一个空间的形态，这如同让人渐渐地步入一个天方夜谭的场景。 2）水作为阿拉伯文化中生命的象征与冥想之源，在庭院中扮演重要的角色。它们常常以十字形水渠的形式出现，代表天堂中水、酒、乳、蜜四条河流。 3）建筑与花园中的各种装饰变化细腻，特别是瓷砖与马赛克饰面色彩华丽，精致而堂皇。 2）尽管园林是几何形的，有些还是中轴对称的，但是尺度宜人，郁郁葱葱，非常亲切。 3）在轴线及其两侧布置美丽的绿篱花坛、变化多端的喷泉和瀑布、常绿树以及各种石造的阶梯、露台、水池、雕塑、建筑及栏杆。 意大利文艺复兴花园朗特 意大利台地园 意大利巴洛克花园加佐尼 和谐。 2）宫殿高高在上，建筑的轴线一直延伸至园外的森林之中。轴线两侧或轴线上布置有大花坛、林荫道、水池、喷泉、雕像、修剪成各种几何形体的造型植物。 3）园林的外围是森林，浓浓的绿荫成为整个园林的背景。在森林与园林之间，布置一些由绿篱围合的不同风格的小花园。 4）整个园林宁静而开阔，统一中又富有变化，显得富丽堂皇、雄伟壮观。 维康府邸全景 维康府邸 凡尔赛花园 索园 1673 丢勒里花园—卢浮宫 ? 奥地利 维也纳 宣布隆宫 ? 德国 夏尔洛腾堡 1708 ? 德国 苏维兹因根庄园 ? 俄国 彼得宫 1709 ? 圆明园 海晏堂 1760 英国的造园，加之中国园林文化的影响，英国出现了自然风景园。以起伏开阔的草地、自然曲折的湖岸、成片成丛自然生长的树木为要素构成了一种园林。 14 世纪，黑死病 16世纪，海上霸权 中国 ? ? 对称原则的束缚中解脱出来
选择题（每题2分，共30分） 1、一项优秀的景观园林作品，首先要依据进行规划设计。 2、纽约中央公园的设计者是 3、在确定园林布局形式时，首先依据 4、“园林巧于因借，精在体宜”源自 5、以下园林景观工程规划中，体现“因地制宜，巧于因借”原则的是 6、静态空间的最佳视域是：垂直视角和水平视角°。 7、公园的散步道宽度一般为 8、位于园林轴线及风景线端点的景物主景。 9、综合性公园的功能分区一般可分为安静休息区、文化娱乐区、儿童活动区、体育活动区、服务设施和园务管理区。 10、在园林布局中要做到“主题鲜明，主景突出”的方法有 11、园林中作为孤植树必须具备的条件是姿态优美。 12、居住区绿地由以下几部分组成:公共绿地、道路绿地、专用绿地和宅旁与庭院绿化。 13、园林景观规划设计中，在规划之前首先确定。 14、最适宜的公园园路系统是 15、地表的竖向特征和要素是 17 墨封丹是的自然风景式园林。 18外部空间中的活动归纳为三种基本类型， 19对景观的感受，人们的信息来源，最主要的是 20Landscape Architect”是由（）首次提出的。 21景物高度与场地宽度之间良好的尺度关系 22不属于地形的功能作用的是 23凯文．林奇提出的城市空间景观五要素不包括、 24、市级综合性公园的服务半径一般为）。 25、下列园林树种选择上体现了园林布局在时间上的规定性的有 26、动态水景具有吸引、收聚游人视线的作用，往往成为园林空间中的 27、居住区绿化环境设计中，关于绿地面积的确定，以下哪一项不正确？（） A、道路绿地面积计算，以道路红线内规划的绿地面积为准 B、开敞型院落组团绿地，至少应有一个面向小区路，或向建筑控制线宽度不小于10m的组团路敞开 C、宅旁（宅间）绿地计算，距房屋墙脚1.5m起算，对围墙等算到墙脚
高考物理光学知识点之几何光学经典测试题及答案解析(3) 一、选择题 1．已知单色光a的频率低于单色光b的频率，则（） A．通过同一玻璃三棱镜时，单色光a的偏折程度小 B．从同种玻璃射入空气发生全反射时，单色光a的临界角小 C．通过同一装置发生双缝干涉，用单色光a照射时相邻亮纹间距小 D．照射同一金属发生光电效应，用单色光a照射时光电子的最大初动能大 2．如图所示，一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的a、b、c三束单色光。比较a、b、c三束光，可知() A．当它们在真空中传播时，a光的速度最大 B．当它们在玻璃中传播时，c光的速度最大 C．若它们都从玻璃射向空气，c光发生全反射的临界角最大 D．若它们都能使某种金属产生光电效应，c光照射出的光电子最大初动能最大 3．频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后，其光路如图所示，下列说法正确的是() A．单色光1的波长小于单色光2的波长 B．在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度 C．单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间 D．单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角4．图示为一直角棱镜的横截面，。一平行细光束从O点沿垂直于bc面的方向射入棱镜。已知棱镜材料的折射率n=，若不考试原入射光在bc面上的反射光，则有光线（） A．从ab面射出 B．从ac面射出 C．从bc面射出，且与bc面斜交 D．从bc面射出，且与bc面垂直 5．两束不同频率的平行单色光。、从空气射入水中，发生了如图所示的折射现象
（a>）。下列结论中正确的是（） A．光束的频率比光束低 B．在水中的传播速度，光束比小 C．水对光束的折射率比水对光束的折射率小 D．若光束从水中射向空气，则光束的临界角比光束的临界角大 6．一束单色光由玻璃斜射向空气，下列说法正确的是 A．波长一定变长 B．频率一定变小 C．传播速度一定变小 D．一定发生全反射现象 7．有一束波长为6×10－7m的单色光从空气射入某种透明介质，入射角为45°，折射角为30°，则 A．介质的折射率是 2 B．这束光在介质中传播的速度是1.5×108m／s C．这束光的频率是5×1014Hz D．这束光发生全反射的临界角是30° 8．a、b两种单色光以相同的入射角从半圆形玻璃砖的圆心O射向空气，其光路如图所示．下列说法正确的是（） A．a光由玻璃射向空气发生全反射时的临界角较小 B．该玻璃对a光的折射率较小 C．b光的光子能量较小 D．b光在该玻璃中传播的速度较大 9．如图所示，为观察门外情况，居家防盗门一般都会在门上开一小圆孔.假定门的厚度为a=8cm，孔的直径为d=6cm，孔内安装一块折射率n=1.44的玻璃，厚度可]的厚度相同，已知sin37°=0.6，cos37°=0.8.则