光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)答案

1、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（三）參考答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)一、單項(xiàng)選擇題（本大題共 20 小題。每小題 1 分，共 20 分）題號(hào)1-56-1011-1516-20答案DCBACCAABDBBCDDACBBA二、填空題（本大題 11小題。每空 1分，共20 分）21.-60mm、1.522.2 倍23. Ey 224使用彎月形厚透鏡、系統(tǒng)中正負(fù)透鏡分離、正負(fù)透鏡分別選用較高和較低折 射率的材料、將像面做成曲面補(bǔ)償場(chǎng)曲評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：4個(gè)待選答案答出3個(gè)即可，每空大意正確得1分，共5分。平行平板、等于畸變、球差、位置色差27.0-0.125、前、0.09375場(chǎng)曲理想球面波、出瞳倒數(shù) 三、名詞解釋（本大題共5 小題。每小題

2、2 分，共 10 分）齊明點(diǎn)：對(duì)于單個(gè)折射球面，當(dāng)物距滿足l = n + nn此時(shí)不產(chǎn)生球差值，稱該對(duì)共軛點(diǎn)為不暈點(diǎn)或齊明點(diǎn)。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：答對(duì)主要意思得2分。正弦差：正弦差是軸外小視場(chǎng)成像的寬光束的不對(duì)稱性的量度，其表達(dá)公式為 SC S。y評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：答對(duì)主要意思得2分。匹茲伐爾場(chǎng)曲：理想的平面物體所產(chǎn)生的理想像為有一定彎曲程度的曲面， 稱為匹茲伐爾像面，或匹茲萬像面，該像面的場(chǎng)曲值稱為匹茲伐爾場(chǎng)曲或匹茲萬 場(chǎng)曲。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：主要意思正確得2分。離焦：為了獲得最佳像面，將實(shí)際像面沿理想像面向前或向后移動(dòng)一定距離 的過程稱為離焦。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：主要意思正確得2分。余弦定律：光學(xué)系統(tǒng)對(duì)無限接近的兩點(diǎn)成完善像

3、的條件稱為余弦條件，其表 達(dá)公式為n 耳 cos 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：答對(duì)主要意思得2分。四、簡(jiǎn)答題（本大題共 6 小題。每小題 5 分，共 30 分）孔徑光闌的直徑對(duì)畸變是否有影響？為什么？ 答：孔徑光闌的直徑對(duì)畸變沒有影響，其位置對(duì)畸變有影響，因?yàn)榛兪侵鞴饩€ 像差，而主光線僅與入瞳中心有關(guān)，與入瞳大小無關(guān)。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：答出主要意思得 5 分。 38在系統(tǒng)中加入場(chǎng)鏡，是否會(huì)對(duì)像的大小和方向產(chǎn)生影響？為什么？ 答：因?yàn)槲稂c(diǎn)與像點(diǎn)重合在場(chǎng)鏡平面，所以P = 1，像的大小和方向均不發(fā)生改 變。像差方面除場(chǎng)曲和畸變外，其余像差為零。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：結(jié)論正確得 3 分，原因解釋大意正確得 2 分。 39在光學(xué)系統(tǒng)的近

4、軸區(qū)是否存在位置色差，為什么？ 答：在光學(xué)系統(tǒng)近軸區(qū)仍存在初級(jí)位置色差。因?yàn)榧词乖诠鈱W(xué)系統(tǒng)的近軸區(qū)， F 光與 C 光的理想像點(diǎn)在光軸上并不重合，其差值稱為初級(jí)位置色差。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：結(jié)論正確得 2 分，原因解釋大意正確得 3 分。什么是正弦條件和赫歇爾條件？它們有什么關(guān)系？說明了什么？答： 正弦條件是垂軸小線段能夠完善成像的條件， 其表達(dá)公式為 nysinU = n y，sin U ；而赫歇爾條件是沿軸小線段能夠完善成像的條件，其表達(dá)公 式為nysin U = nysin U。它們的表達(dá)公式相互矛盾，說明不能夠同時(shí)滿足，即 22不存在一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)能夠?qū)φ麄€(gè)空間完善成像。 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：兩個(gè)條件分別解

5、釋正確得各 2 分，結(jié)論大意正確得 1 分。當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)僅存在初級(jí)彗差時(shí)，其成像光束形狀如何？有何特點(diǎn)？ 答：彗差形狀類似于彗星狀，故名彗差。當(dāng)系統(tǒng)僅存在初級(jí)彗差時(shí)，有如下特點(diǎn)：（1）子午彗差是弧矢彗差的3倍，即K = 3K ；TS（2）彗差輪廓相切于兩條夾角為 60 度的直線；（3）彗差頂點(diǎn)處能量較為集中，越往外能量越渙散。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：答出形狀得2分， 3條特點(diǎn)每條1分。消像差譜線的選擇有何原則？ 答：應(yīng)對(duì)接收器最敏感的譜線消單色像差，對(duì)接收器能接受的波段范圍兩邊緣附 近的譜線校正色差。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：消單色像差原則正確得2分，消色像差原則正確得3分。五、計(jì)算題（每題 10分，共20分）43. 一雙膠

6、合望遠(yuǎn)物鏡，f = 100 mm， = 1:5，若只含初級(jí)球差和二級(jí)像差, f邊緣帶球差為零 0。 707 帶三個(gè)面的球差分布系數(shù)分別為：123SI： 0.0100104-0.03385270.0256263求： 1） 該物鏡的初級(jí)球差有多大？2）若最大球差允許不大于 6倍焦深，物鏡的球差是否超差？3）物鏡的二級(jí)光譜有多大？解：1）工 S i = 0.001784 ； u * tan u = D /2 f = 0.1 ；初級(jí)球差為一-S = -0.0892 ；2 n u 2 I2）光學(xué)系統(tǒng) 0.707 帶的球差為： TOC o 1-5 h z hh51= A ()2 A ()4 = 0.5 A

7、 0.25 A = 0.25 Am1 h1 h111mm初級(jí)球差為0.0892 =0.5A，所以可求得A = 0.1784，116 倍焦深 但 =546 nm x 6 = 0.3276 mm，51=- 0.0446 0.3276，故未超差。 nu20.12m3)二級(jí)光譜為： 0.00052 f = 0.00052 x 100 mm = 0.052 mm 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：第一問中公式正確得2分，結(jié)果正確得1分；第二問中球差公式正確 得1分，焦深公式正確得1分，A結(jié)果及最終結(jié)論正確各得1分；第三問公式 正確得2分，結(jié)果正確得1分。 對(duì)于球面反射鏡，本身無色差，即 光闌處于球心對(duì)于球面反射鏡，本身無色差，即光闌處于球心n S = S = S = 0，剩余系統(tǒng)像差情況：可使彎月鏡和球面反射鏡的球差相互補(bǔ)償，保證系統(tǒng)的S = 0，同時(shí)S = S = C = C = 0，僅剩余S = JW， S = 2J2/r 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：彎月鏡像差特性論述正確得4分，球面反射鏡像差特性正確得4分, 最終結(jié)論正確得 2 分。答： 1)對(duì)于彎月鏡， r =答： 1)對(duì)于彎月鏡， r =r nS =0 光闌與