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，该笔直为一常数，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、请概述光线与波面的概念，以及几何像差与波像差的概念.
（1）几何光学中把光看作是光线.光波是电磁波，向周围传播，在某一瞬时，其振动相位相同的各点所构成的曲面称为波面.在各向同性介质中，光沿着波面的法线方向传播，可以认为光波波面的法线就是几何光学中的光线.
（2）几何像差是几何光线经过光学系统后的实际光路相对于理想光路个偏离量.波像差是经过光学系统后的实际波面和理想波面之间的偏差.
3、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：垂直于波面的光束（法线集合）经过任意多次反射和折射后，无论折射面和反射面的形状如何，出射光束仍垂直于出射波面，保持光线束仍为法线集合的性质；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：
ａ：点物成点像，即物空间每一点在像空间都有唯一的的点与之对应.
ｂ：物空间每一条线在像空间都有唯一的直线与之相对应.
ｃ：物空间的任一点位于一条直线上，那么在像空间内共轭点必定在该直线的共轭线上.
4、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）.
5、请写出牛顿成像公式和高斯成像公式，及用示意图给出公式中各个参量.
（1）高斯公式：111''
l l f -= 其中l, l’分别是物体相对于系统主点的物距和像距，f ’是系统的有效焦距.
（2）牛顿公式：''x x f f
其中x, x ’分别是物体相对于系统焦点的物距和像距，f, f ’分别是系统的物方和像方有效焦距.
6、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，不同的孔径角的光线交于不同的点，相对于理想像点有不同的偏离，这就是球差.其只与系统的孔径有关.
（2）位置色差： 由于不同的波长在同一介质中的直射率不同，轴上点发出的不同波长的光经过光学系统后会聚在轴上不同的位置，这种现象就是位置色差.
7、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、渐晕光阑和消杂光光阑，其作用分别如下：
（1）孔径光阑：决定轴上点的孔径的大小.
（2）视场光阑：决定光瞳中心的视场角，即限制系统的成像范围.
（3）渐晕光阑：限制轴外点发出的充满孔径光阑的光束，对轴上点的光束没有限制.
（4）消杂光光阑：拦掉一部分系统杂散光，限制它们进入光学系统.
8、何为远心光路？结合作图法，解释远心光路的作用和应用.
（1）远心光路是指系统的物方或者像方主光线和系统个光轴平行的光路，分为物方远心和像方远心.可用于解决测量系统和系统的装调时所产生的对准误差，还可以用于系统之间相匹配时产生的对准误差.
（2）物方远心光路可以解决工具显微镜中由调焦不准使像平面和刻尺平面不重合造成的测量误差，如图（1）所示，当物体由A1由于调焦不准偏移到A2处，相应的A1’和A2’是两次成像的位置，M1M2是刻尺平面，可见由于物方远心的特性，虽然物体调焦不准造成位置偏移后的像平面偏离了刻尺平面，但由于物体偏移前后的主光线在刻尺上的交点不变，所以在刻尺上读取的数据没有发生变化.
图１ 物方远心光路示意图
（2）像方远心光路同样可以解决测距仪器由调焦不准造成的标尺的像不与分划板刻线平面重合造成的读书误差，结构示意图如图２所示.虽然由于调焦不准B1B2的像B1’B2’不与分划板重合，但由于系统具有像方远心的特点，其主光线在分划板上的交点位置不变，即读数M1M2不变，可避免对准误差.
图２像方远心示意图
9、一般光学系统有哪几种像差？并说明产生原因、与视场和孔径的关系，以及校正方法.
（1）有五种单色像差和两种色差.五种单色像差为：球差、彗差、场曲、像散、畸变.两种单色像差为：位置色差和倍率色差.
（2）产生的原因和与视场和孔径的关系.
球差：轴上点发出的光，经过光学系统后随着孔径的不同交于光轴上不同的点，其相对于理想像点的位置为球差.其只与系统的孔径有关和视场无关.
彗差：由轴外点光束关于主光线矢对称造成的像差，对于单个球面彗差一方面由球差引起，另一方面和光阑位置也有关系.彗差和孔径和视场均有关.
像散：是由于轴外点发出的光束经过光学系统后对应的波面为非球面波，它在两个主截面的曲率不同，所以聚焦为子午像点和弧矢像点，而子午像点和弧矢像点之间的位置差即为像散.细光束像散和视场有关和孔径无关，而宽光束像散和孔径和视场均有关.
场曲：由于轴外点发出的光束经光学系统后所成的像面发生弯曲，偏离了高斯像面造成的.它和视场和孔径均有关.
畸变：由于主光线的球差随视场的变化而不同造成的，是实际像高和理想像高之间的偏差，它只和视场有关.
10、简述光学系统成像质量评价方法及其适用性.
常见的光学系统的像质评价方法主要包括以下几种：
（1）斯特列尔判断（中心点亮度）：即用有像差时的衍射图形中最大亮度与无像差时的最大亮度之比来表示系统的成像质量，这个比值称为中心点亮度.当中心点亮度S.D大于或等于0.8时，系统可以认为是完善的.它对于小像差系统的成像质量的评价是一个比较严格可靠的方法.
（2）瑞利判据：实际波面与参考波面之间的最大波像差不超过λ/4时，此实际波面认为是无缺陷的.它适用于小像差系统，如望远镜和显微镜等.可直接用来确定球差、正弦差和位置色差的容限.
（3）分辨率法：能被系统分辨开的两个物点或像点之间的最小距离，称为系统的分辨率或分辨本领.在大像差系统中，如照相物镜，分辨率常作为其像质评价的指标之一.而不适宜用来评价高质量的小像差系统.
（4）点列图：由一点发出的许多光线经过系统后不再集中于一点而是形成一个弥散斑，称为系统的点列图.用点列图的密集程度来评价系统的像质.它是一种评价像质的方便、易行、直观的方法.
（5）边界曲线：用直边物体的像照度变化过程能很方便的表示像清晰度的降低，这个变化过程称为边界条件，当已知边界曲线时，进行微分即可得到像扩散函数.适用于评价大视场物镜的像质，但对进行光学系统设计并不方便，因为不同直接给出剩余像差的关系.
（6）光学传递函数OTF：表征物光波经过光学系统后的位相和对比度的变化，有位相传递函数PTF和调制传递函数MTF 组成.OTF＝MTF×PTF，其中PTF表征物光波经系统后的位相变化，它并不影响像的清晰度.MTF是表征物光波经系统后的对比度的变化，常用来评价系统的成像质量.光学传递函数是目前认为较好的一种像质评价方法，对大像差系统和小像差系统均可适用，是一种有效客观全面的像质评价方法.
此外，还可以采用分析像面照度均匀性、像面衍射能量集中度等方法进行系统的像质评价.
二、计算题
1、如下图所示，透镜L1的焦距f1=60mm ，通光口径D1=30mm ，透镜L2的焦距f2=40mm ，通光口径D2=20mm ，两透镜间距d=40mm.光阑S 位于两透镜之间，离透镜L1的距离为24mm ，其通光口径为15mm.当轴上物点a 到透镜L1的距离60mm 时，请确定此系统的孔径光栏、视场光栏、入射光瞳、出射光瞳.
解： 由高斯公式得：111''l l f -=
所以：11/2*115160604
d du === 1/2*'12.51'1001008
s ds du === 221/2*'301'1201204
l d du === 所以s 为系统光阑，s ’为入瞳
L1，L2相对于入瞳的视场：1531408d
ω=
= 3032808d ω== 所以，L1和L2同为视场光阑
2、用K9（n D =1.5163，v D =64.1）和ZF2（n D =1.6725，v D =32.2）玻璃组合，设计焦距为100毫米、F/4的双胶合消色差望远镜，
（1）写出双胶合物镜消色差的条件.
（2）确定每块胶合透镜的焦距.
（3）估算此消色差望远镜的二级光谱值，并讨论如何校正此二级光谱.
解：
（1）双胶合物镜消色差的条件：
2
210I i C h =??=+= ???∑1212φφυυ 或 0+=1212φφυυ （2）由 0+=1212
φφυυ，+=12φφφ，得 =-1112υφφυυ，=-2212
-υφφυυ， L 1
将已知数据代入，可得 0.026611860.01662333==-1
2φ，φ 即，237.57723()60.15642()f mm f mm ==-1，
（3）部分色散系数：
11111 1.521953-1.516372 0.6927755711.521953-1.513897
F D FD F c n n P n n -===- 22222 1.687480-1.672677 0.7089321711.687480-1.666593F D FD F c n n P n n -=
==- 消色差望远镜的二级光谱值：
'
12'
0.6927755710.7089321711000.050647648
FD FD FCD P P L f -=---=-?=12υυ64.1-32.2
校正此二级光谱的方法：由上面计算可知，对于一定焦距的双胶合消色差物镜，其二级光谱与物镜的参数无关，完全有两块玻璃的相对色散系数和阿贝数差值决定，所以我们应该选择相对色散系数相同，而阿贝数相差很大的两块玻璃.
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。
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
总复习 第一章几何光学的基本定律返回内容提要 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)，由费马原理导出折射定律和反射定律(实、虚)物空间、像空间概念 完善成像条件(等光程条件)及特例 第二章球面与球面系统返回内容提要 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返回内容提要
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返回内容提要 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返回内容提要 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返回内容提要 本章重点在于光能有关概念、单位和像面照度计算。 辐射能通量，光通量，光谱光视效率，发光效率 发光强度，光照度，光出射度，光亮度的概念、单位及其关系 光束经反射、折射后亮度的变化，经光学系统的光能损失 ， 通过光学系统的光通量，像面照度 总之,
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
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 30 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10 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 保持系统的共轴性。 12、有效地提高显微镜分辨率的途径是提高数值孔径和减小波长。 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小。 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、 12、 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？
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
第二章 P47 1（题目见书） 解：（1）运用大L 公式解该问题：对于第一条光线，11300,2L U =-=-时： 11111130083.220 sin sin sin(2)0.1607,9.247583.220L r I U I r ---= =-== 111111sin sin 0.16070.0992, 5.69361.6199 n I I I n ''= =?== ' 1111129.2475 5.6936 1.5539,sin 0.0271U U I I U '''=+-=-+-== 11111sin 0.0992 83.22083.220387.8481sin 0.0271 r I L r mm U ''=+ =+?=' 运用转面公式： 21121387.84812385.8481, 1.5539L L d U U ''=-=-== = 222222385.848126.271 sin sin sin1.55390.3709,21.772626.271L r I U I r --= === 22 22 2 1.6199 sin sin 0.37090.3927,23.12061.5302 n I I I n ''==?== ' 2 22221.553921.772623.12060.2059,sin 0.0036U U I I U '''=+-=+-== 222 22sin 0.3927 26.27126.2712892sin 0.0036 r I L r mm U ''=+=+?=' 32 232289262886,0.2059L L d U U ''=-=-== = 3333332886(87.123)sin sin 0.00360.1229,7.056787.123L r I U I r ---= =?=-=- - 33 33 3 1.5302 sin sin (0.1229)0.1881,10.83971 n I I I n ''==?-=-=- ' 3 33330.2059(7.0567)(10.8397) 3.9889,sin 0.0696U U I I U '''=+-=+---==
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》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
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 ?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?1? ?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，它和透镜1之间的距离为d1?20；光阑3口径为20mm，它和透镜2之间的距离d2? 30。物点A的位置L1? ?200，试确定该光组中，哪一个光孔是孔径光阑，哪一个是视场光阑？（20分）
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
刘陇黔和张益珍主编的《眼视光学应用光学》试图为眼视光学专业学生学习专业课程奠定相关光学基础。其内容包括：几何光学的基本原理、平面镜和棱镜系统、球面系统、理想光学系统、光度学和色度学基础知识、光学系统的光阑和景深、光学系统的像差和典型光学系统。通过对本教材的学习，可为生理光学、视光学器械学、眼镜光学、接触镜学等专业课程打下基础。 编辑本段目录 第一章几何光学的基本原理第一节几何光学的基本概念和基本定律一、发光点和光束二、几何光学的基本定律三、全反射四、光的可逆性原理第二节光波和惠更斯原理一、波面和波线二、惠更斯原理三、波的衍射第三节光程与费马原理一、光程二、费马原理第四节成像一、实像和虚像与实物和虚物二、物与像的共轭性三、物像之间的等光程性习题第二章平面镜和棱镜系统第一节平面镜系统一、平面镜成像二、双平面镜系统成像第二节平行平板系统第三节反射棱镜第四节折射棱镜习题第三章球面系统第一节单球面折射成像一、单球面折射的光路基本公式二、单球面近轴区域折射成像三、单球面折射的光焦度和焦距第二节单折射球面近轴区域的放大率一、横向放大率二、纵向放大率三、角放大率四、物像方不变式第三节共轴球面系统一、共轴球面系统的结构参量二、共轴球面系统过渡公式三、共轴球面系统的拉赫不变量四、共轴球面系统的放大率第四节球面反射镜一、反射镜的物像关系二、放大率习题第四章理想光学系统第一节理想光学系统的性质第二节共轴理想光学系统的基点和基面一、焦点和焦平面二、主点和主平面三、节点和节平面第三节理想光学系统的物像关系一、图解法求物像关系二、解析法求物像关系第四节理想光学系统的放大率一、横向放大率二、纵向放大率三、角放大率四、几对特殊共轭面的放大率第五节理想光学系统的光焦度一、光束的聚散度二、光焦度第六节理想光学系统的组合一、组合光学系统的参数二、组合光学系统的主点和焦点三、组合光学系统的焦点位置公式和焦距公式四、组合光学系统的主点位置公式五、组合光学系统处于空气中的光焦度第七节透镜的基点和焦距一、单折射球面的基点和焦距二、透镜的焦距和基点位置三、位于空气中的透镜的焦距和基点位置第八节厚透镜一、双凸透镜二、双凹透镜三、平凸透镜四、平凹透镜五、正弯月形透镜六、负弯月形透镜七、等厚透镜八、几种玻璃厚透镜的主点第九节薄透镜一、薄透镜的基点和焦距二、薄透镜成像公式三、薄透镜组习题第五章光度学和色度学基础知识第一节光度学的基本概念一、辐射通量二、光通量三、光照度四、光亮度第二节光照度的计算一、被直接照明的物面光照度二、光学系统中像平面的光照度第三节光学系统中的光能损失计算一、透射面的反射损失二、光学材料的吸收损失三、镀金属层反射面的吸收损失第四节色度学基本知识一、光源的颜色特性和物体的光谱特性二、颜色的分类和特性三、颜色的匹配四、格拉斯曼颜色混合定律习题第六章光学系统的光阑和景深第一节光学系统的光阑一、孔径光阑二、视场光阑三、渐晕光阑四、消杂光光阑五、光阑的位置第二节光学系统的景深和焦深一、光学系统的景深二、光学系统的焦深第三节远心光学系统一、物方远心光学系统二、像方远心光学系统习题第七章光学系统的像差第一
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
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)
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。