应用光学知识点
第一章几何光学基本定律与成像概念
1、波面：某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面成为波阵面，简称波面。光的传播即为光波波阵面的传播。
2、光束：与波面对应的所有光线的集合。
3、波面分类：
a)平面波：对应相互平行的光线束（平行光束）
b)球面波：对应相较于球面波球心的光束（同心光束）
c)非球面波
4、全反射发生条件：
a)光线从光密介质向光疏介质入射
b)入射角大于临界角
5、光程：光在介质中传播的几何路程l与所在介质的折射率n的乘积s。光程等于同一时间内光在真空中所走的几何路程。
6、费马原理：光从一点传播到另一点，期间无论经过多少次折射和反射，其光程为极值。
7、马吕斯定律：光线束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，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。
8、完善像：
a)一个被照明物体每个物点发出一个球面波，如果该球面波经过光学系统后仍为一球
面波，那么对应光束仍为同心光束，则称该同心光束的中心为物点经过光学系统后
的完善像点。
b)每个物点的完善像点的集合就是完善像。
c)物体所在空间称为物空间，像所在空间称为像空间。
10、完善成像条件：
a)入射波面为球面波时，出射波面也为球面波。
b)或入射光为同心光束时，出射光也为同心光束。
c)或物点A1及其像点之间任意两条光路的光程相等。
11、物像虚实：几个光学系统组合在一起时，前一系统形成的虚像应看成当前系统的实物。
12、子午面：物点和光轴的截面。
13、决定光线位置的两个参量：
a)物方截距：曲面顶点到光线与光轴交点A的距离，用L表示。
b)物方孔径角：入射光线与光轴的夹角，用U表示。
14、符号规则
a)沿轴线段：以折射面顶点为原点，由顶点到光线与光轴交点或球心的方向于光线传
播方向相同时取证，相反取负
b)垂轴线段：以光轴为基准，在光轴上方为正，下方为负。
c)夹角：
i.优先级：光轴》光线》法线。
ii.由优先级高的以锐角方向转向优先级低的。
iii.顺时针为正，逆时针为负。
15、球差：单个折射球面对轴上物点成像是不完善的。球差是固有缺陷。
16、高斯像：轴上物点在近轴区以细光束成像是完善的，这个像称为高斯像。
a)通过高斯像点且垂直于光轴的平面称为高斯像面。
b)这样一对构成物象关系的点称为共轭点。
17、阿贝不变量Q ：物空间与像空间的阿贝不变量相等，仅随共轭点的位置而变。Q l
r n l r n =-=-)11()'11(' 18、垂轴放大率β：β为像的大小与物体大小之比
a) l
n nl ''y y'==β 由此可知，垂轴放大率仅取决于共轭面位置，在一堆共轭面上，β为常数，故像与物相似。
b) 成像特性：
i. β>0，成正像，虚实相反；β<0，成倒像，虚实相同。
ii. |β|>1，成放大的像，反之成缩小的像。
19、轴向放大率α：物点沿光轴做微笑移动dl 时，引起的像点移动量dl'与物点移动量之比。
a) 222''''βαn
n l n nl dl dl === b) 折射球面的轴向发达率恒为正
20、角放大率：在近轴区内，一对共轭光线与光轴的夹角u'与u 的比值，用γ表示。
a) β
γ1'''n n l l u u === b) 角放大率表示折射球面将光束变宽或变细的能力
c) 角放大率只与共轭点的位置有关，与孔径角无关
21、三个放大率的关系：ββ
βαγ==''2n n n n 22、由'
''''u n nu l n nl y y ===β得J y u n nuy =='''。该式表明实际光学系统在近轴区成像时，在物象共轭面内，物体大小y 、成像光束的孔径角u 和物体所在材质折射率n 的乘积为一常数。该常数J 称为拉格朗日-赫姆霍兹不变量，简称拉赫不变量。
23、球面反射镜的情况：
a) 物像位置关系：r
l l 21'1=+ b) 成像放大率： β
γβαβ1'''''222
-==-=-==-==u u l
l dl dl l
l y y c) 球面镜的拉兹不变量：''y u uy J -==
24、共轴球面系统过渡公式
a) i i i d l l -=+'1 '1i i i i u d h h -=+
第二章 理想光学系统
1、理想光学系统：将一般仅在光学系统近轴区存在的完善成像，拓展成在任意大的空间中以任意宽的光束都成完善像的理想模型。性质：
a) 位于光轴上的物点对应的共轭像点也必然位于光轴上；位于过光轴的某一个截面内的物点对应的共轭像点必位于该平面的共轭像面内；过光轴的任意截面成像性质都是相同的。
b) 垂直于光轴的平面物所称的共轭平面像的几何形状完全与物相似。
c) 如果已知两对共轭面的位置和放大率，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，则其他一切物点的像点都可以根据这些已知的共轭面和共轭点来表示。这些已知的共轭面和共轭点分别称为共轴系统的“基面”和“基点”。
2、无限远轴上物点和它对应的像点F'
a) 无限远轴上物点发出的光线都与光轴平行
b) 无限远轴上物点的像点F'称为像方焦点。过F'作垂直于光轴的平面，称为像方焦平面。
c) 将入射光线(平行于光轴的)与出射光线反向延长，则两光线必交于一点，设此点为Q'，过Q'作垂直于光轴的平面交光轴于H'，则H'称为像方主点，Q'H'平面称为像方主平面，从主点H'到焦点F'的距离称为像方焦距，用'f 表示。'tan 'U h f = d) 将入射光线与出射光线(平行于光轴的)反向延长，则两光线必交于一点，设此点为Q ，过Q 作垂直于光轴的平面交光轴于H ，则H'称为物方主点，QH 平面称为物方主平面，从主点H 到焦点F 的距离称为物方焦距，用'f 表示。U
h f tan = 3、图解法求像
a) 已知一个理想光学系统的主点（主面）和焦点的位置，利用光线通过他们之后的性质，对物空间给定的点、线、面，通过画图追踪典型光线求出像的方法。
b) 平行于光轴入射的光线，经过系统后过像方焦点。
c) 过物方焦点的光线，经过系统后平行于光轴。
d) 倾斜于光轴入射的平行光束经过系统后交于像方焦平面上一点。
e) 自物方焦平面上发出的光束经系统后成倾斜于光轴的平行光束。
f) 共轭光线在主面上的投射高度相等。
4、解析法求像
a) 牛顿公式：物和像的位置相对于光学系统的焦点来确定，以物点到物方焦点距离为物距，用x 表示；以像点到像方焦点距离为像距，用x'表示。正负号以响应焦点为原点确定
i. 公式：''ff xx =； 垂轴放大率：'
''f x x f y y -=-==β b) 高斯公式：以l 表示物点到物方主点的距离，以'l 表示像点到像方主点的距离；正负以相应主点为原点确定
i. 公式：1''=+l f l f 垂轴放大率：l
l f f y y '''-==β
5、多光组组成的理想光学系统的成像
a) 光组：一个光学系统可由一个或几个部件组成，每个部件可以由一个或几个透镜组
成，这些部件被称为光组。
b) 过渡公式：前一光组的像即为后一光组的物，两光组的相互位置以距离1
21'd H H =（前一光组的像方主点到后一光组的物方主点）表示。
c) 过渡关系：1121
12''?-=-=x x d l l 其中1?表示第一光组像方焦点到第二光组物方焦点的距
离，称为焦点间隔或光学间隔。正负以前一光组像方焦点为原点确定。
d) 过渡公式一般形式：1
111
1'''+----+-=??-=-=i i i i i i i i i i f f d x x d l l
6、理想光学系统两焦距之间的关系
a) 由'tan 'tan U l h U l ==或'tan )''(tan )(U f x U f x +=+代入)'/(y y f x -=和
)/'(''y y f x -=得 't a n ''t a n U y f U fy -=（近轴区中：'''u y f fyu -=）
b) 用'''u y f fyu -=和拉兹公式'''u y n nyu =比较得n
n f f ''-=。 c) 若光学系统中包括反射面，两焦距间的关系由反射面个数决定：
n n f f k ')1('1+-= d) 理想光学系统的拉兹公式：'tan ''tan U y n U ny =
7、理想光学系统的放大率
a) 轴向放大率
i. dl
dl dx dx ''==α，微分牛顿公式得：0''=+dx x xdx 即x x '-=α ii. 代入牛顿公式的垂轴放大率公式l
l f f y y '''-==β得22''ββαn n f f =-= b) 角放大率:代入拉兹公式得：β
γ1'tan 'tan n n U U == c) 理想光学系统的三种放大率之间关系式：βαγ=
d) 光学系统的节点
i. 光学系统中角放大率等于?
+1的一堆共轭点称为节点。若物像空间戒指相同则βγ1
=，进一步当1=β时，即考虑共轭面为主平面时，1=γ，此时主点即
为节点。物理意义：过节点(此处为主点)的入射光线经过系统后出射方向不变。
ii. 物像方空间折射率不等时，角放大率1=γ的物像共轭点不再与主点重合，而
是'f x J =和f x J ='。
e) 一对节点、一对主点、一对焦点，统称光学系统的基点。
8、用平行光管测定焦距
a) 一束与光轴成ω角入射的平行光束经系统以后会聚于焦平面上的一点，即无限远
轴外物点的像，像高y'是由这束平行光束中过节点的光线决定的，如果被测系统放在空气中，则主点与节点重合，得：ωtan ''f y -=。
b) 只要给被测系统提供一与光轴倾斜成已知角度ω的平行光束，测出其在焦平面上的像高，就可算出焦距。公式：''12y y
f f = 9、光焦度：通常用φ表示像方焦距的倒数，'
1f =Φ。双光组情况下：2121d ΦΦ-Φ+Φ=Φ。当两光学系统主平面间距离为零是，即在密接薄镜组情况下有：21Φ+Φ=Φ。表示密接薄镜组总光焦度是两个薄透镜光焦度之和。
10、筒长：由物镜顶点到像面的距离。 工作距：由系统最后一面到像面的距离。
11、双光组分析：
a) 平行于光轴入射的光线，通过第一个系统后，通过'1F ，再通过第二个系统后与光
轴焦点即为组合系统的像方焦点'F 。因此'1F 和'F 共轭，应用牛顿公式得'2F 到'
F 的距离?-
=''22f f x F ，'F x 原点为'2F 。与此相似：1F 到F 的距离?
='11f f x F 。 b) 像方焦距：?-='''21f f f 物方焦距：?=21f f f 。 c) 212
1'')(f f d f f d +-=?-?+=（焦距距离）主平面距离 代入上式得：'
''''1'1212122f f d f f f f f --=当两系统处于同种介质中时，22'f f -=，有'
''1'1'12121f f d f f f -+=，令'1f =φ，得2121φφφφφd -+=当主平面距离为零，即密接薄镜组情况下：21φφφ+=。
12、多光组组合计算
a) 追迹一条投射高度为1h 的平行于光轴光线，出射光线的孔径角'k U ，则
'
t a n '1k U h f =
b) 组合系统的正切算法：'tan '
tan 'tan 11k k k k k k k k U d h h f h U U -==
=++
13、望远镜系统：'''12f f y y -==β '
'1
21f f -==βγ a) 视角放大率：远处物体经系统所成的像对眼睛张角'ω的正切与该物体直接对眼睛
张角ω正切之比：γω
ω==Γtan 'tan 14、显微镜系统：视角放大率'
'tan 'tan 21f f L ?-==Γωω 15、透镜：
a) 透镜是由两个折射面包围一种透明介质所形成的光学零件。光焦度为正值称为正透
镜，负值称为负透镜。
b) 焦距公式：]
)1()()[1('''122121d n r r n n r nr f f f f -+--=?-=-= c) 当0→d 时))(1(21ρρ--=Φn 表明：薄透镜光学性质仅由焦距或光焦度决定。
第三章 平面与平面系统
1、平面镜成像
a) 它是唯一能成完善像的最简单的光学元件，即物体上任一点发出的同心光束经过平
面镜后仍为同心光束。
b) 实物成虚像，虚物成实像。
2、平面镜旋转和测微小角度和位移
a) 平面镜转动α角时，反射光线转动αθ2=角
b) 若平面镜转动是由测杆移动引起，设测杆与光轴距离为a ，测杆移动量为x ，则
a x /tan =≈θθ，得反射点移动距离Kx a f y ==)/'2(，其中a f K /'2=为光学杠杆放大倍数。
3、双平面镜成像：出射光线与入射光线的夹角和入射角无关，只取决于双面镜夹角。
4、平行平板：由两个相互平行的折射平面构成的光学元件。（分划板、测微平板、保护玻璃）
a) 侧向位移：)'
cos cos 1(sin 111I n I I d T -=? b) 轴向位移：)tan 'tan 1()'cos cos 1('1
111I I d I n I d L -=-
=?
5、平行平板等效系统 近轴区轴向位移)11('n d l -=? 等效位移： n d l l -=''12
6、反射棱镜：将一个或多个反射面磨制在同一块玻璃上形成的光学元件。工作面之间的交线称为棱镜的棱，垂直于棱的平面称为主截面，又称光轴截面。
7、棱镜系统成像方向判断
a) ''z O 坐标轴和光轴的初涉方向一致。
b) 垂直于主截面的坐标轴''y O 视屋脊面个数定，奇数则与物坐标轴Oy 方向相反，偶
数个则相同。
c) 平行于主截面的坐标轴''x O 的方向视反射面个数决定，若物坐标系为右手坐标，
反射面为偶数个时''x O 按右手坐标系确定，奇数时按左右坐标系确定。
8、棱镜的展开：用一等小玻璃平板来取代光线在反射棱镜两折射面之间的光路。
a) 方法：在棱镜主截面内，按反射面的顺序，以反射面与主截面的交线为轴，依次做
（棱镜的）镜像。
b) 等效平行平板厚度L 与棱镜口径D 关系：KD L =。其中K 为棱镜的结构参数。
9、折射棱镜：光线光路对称于折射棱镜时，偏向角取最小值：2
sin )(21sin
αδαn m =+ 10、光楔：折射角很小的折射棱镜。偏向角：αδ)1(-=n 。
第四章 光学系统中的光阑与光束限制
1、光阑
a) 孔径光阑：限制轴上物点孔径角或成像光束宽度、并有选择轴外物点成像光束位置
作用的光阑。光瞳：孔径光阑的像。经前面光学系统所成像称为入射光瞳（入瞳）；经后面系统所成像称为出射光瞳（出瞳）。
b) 视场光阑：限定成像范围的光阑。与孔径光阑类似，视场光阑经前后光学系统所成
像分别称为入射窗（入窗）和出射窗（出窗）。
2、照相系统中的光阑
a) 渐晕：像面边缘部分比像面中心暗的现象。
b) 渐晕系数：轴向光束口径D ，视场角为ω的轴外光束在子午截面内光束宽度为ωD ，
则ωD 与D 之比称为渐晕系数，用ωK 表示。
3、望远镜系统
a) 为什么选物镜框为孔径光缆：物镜的通光口径无论在何种光阑位置下都是最大的，
出瞳距'z l 相差不大，且能满足预定要求。所以选择使物镜口径最小的光阑位置，即将物镜框作为系统的孔径光阑。
第五章 光度学和色度学基础
1、辐射量
a) 辐射能e Q ：以电磁波形式发射、传输或接收的能量。单位：焦耳（J ）
b) 辐通量e Φ：单位时间内发射、传输或接收的辐射能称之为辐通量。dt dQ e e =
Φ（瓦特W ）
c) 辐出度e M ：辐射源单位发射面积发出的辐通量。dA
d M
e e Φ=（瓦特每平方米2/m W ）
d) 辐照度e E ：辐射源单位受照面积接收的辐通量。dA
d E
e e Φ=（瓦特每平方米2/m W ） e) 辐强度e I ：点辐射源向各方向发出的辐射，在某一方向，在元立体角Ωd 内发出的
辐通量为e d Φ，则辐强度为ΩΦ=
d d I
e e （瓦特每球面度sr W /） f) 辐亮度e L ：表征具有有限尺寸辐射源辐通量的空间分布。元面积为dA 的辐射面，
在和表面法线N 成θ角方向，在元立体角Ωd 内发出的辐通量为e d Φ，则辐亮度为Ω
Φ=dAd d L e e θcos （瓦特每球面度平方米） 2、光学量
a) 光通量v Φ：标度可见光对人眼的视觉刺激程度的量，单位：流明（lm ） b) 光出射度v M ：光源单位发射面积发出的光通量。dA
d M v v Φ=（流明每平方米2/m lm ）
c) 光照度v E ：光源单位受照面积接收的光通量。dA d E v v Φ=
（勒克斯lx ，流明每平方米2/m lm ）
d) 发光强度v I ：点光源向各方向发出的可见光，在某一方向，在元立体角Ωd 内发出
的光通量为v d Φ，则发光强度为Ω
Φ=d d I v v （坎德拉cd ） e) 光亮度e L ：表征具有有限尺寸发光体发出的可见光的空间分布。元面积为dA 的辐
射面，在和表面法线N 成θ角方向，在元立体角Ωd 内发出的光通量为v d Φ，则光亮度为dA
I dAd d L v v v θθcos cos =ΩΦ=
（坎德拉每平方米2/m cd ） 3、点光源在被照表面上的照度θcos 2r I E = 4、
应用光学习题解答13年
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
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？ 答：光学系统以一条公共轴线通过系统各表面的曲率中心，该轴线称为光轴，这样的系统称为共轴光学系统。物体所在的空间称为物空间，像所在的空间称为像空间。 2、如何确定光学系统的视场光阑？ 答：将系统中除孔径光阑以外的所有光阑对其前面所有的光学零件成像到物空间。这些像中，孔径对入瞳中心张角最小的一个像所对应的光阑即为光学系统的视场光阑。 3、共轴光学系统的像差和色差主要有哪些？ 答：像差主要有：球差、慧差（子午慧差、弧矢慧差）、像散、场曲、畸变；色差主要有：轴向色差（位置色差）、倍率色差。 4、对目视光学仪器的共同要求是什么？ 答：视放大率| | 应大于1； 通过仪器后出射光束应为平行光束，即成像在无限远，使人眼相当观察无限远物体，处于自然放松无调节状态。 5、什么叫理想光学系统？ 答：在物像空间均为均匀透明介质的条件下，物像空间符合“点对应点、直线
应用光学例题
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) r 2 r 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f150mm，f2150mm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12，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）
应用光学简答题
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。
应用光学习题
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。
最新应用光学习题50398
应用光学习题50398
一、填空题 1、光学系统中物和像具有共轭关系的原因是光路可逆。 2、发生全反射的条件是光从光密媒质射向光疏媒质，且入射角大于临界角 I 0，其中，sinI =n 2 /n 1 。 3、光学系统的三种放大率是垂轴放大率、角放大率、轴向放大率，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，可提出一种放大率的要求。 4、理想光学系统中，与像方焦点共轭的物点是轴上无穷远的物 点。 5、物镜和目镜焦距分别为?Skip Record If...?和?Skip Record If...?的显微镜，光学筒长△= 4mm，则该显微镜的视放大率为－20 ，物镜的垂轴放大率为－2 ，目镜的视放大率为 10 。 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，则该物点所成的是实 (填“实”或“虚”)像。 7、人眼的调节包含视度调节和瞳孔调节。 8、复杂光学系统中设置场镜的目的是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、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。14．用垂轴放大率判断物、像虚实关系方法：当β>0时物像虚实相反β<0时物像虚实相同。
15．平面反射镜成像的垂轴放大率为 1 ，物像位置关系为镜像，如果反射镜转过α角，则反射光线方向改变 2α。 二、简答题 1、几何光学的基本定律及其内容是什么？ 答：几何光学的基本定律是直线传播定律、独立传播定律、反射定律和折射定律。 直线传播定律：光线在均匀透明介质中按直线传播。 独立传播定律：不同光源的光在通过介质某点时互不影响。 反射定律：反射光线位于入射面内；反射角等于入射角； 折射定律：折射光线位于入射面内；入射角和折射角正弦之比，对两种一定的介质来说，是一个和入射角无关的常数?Skip Record If...?。 2、如何区分实物空间、虚物空间以及实像空间和虚像空间？是否可按照空间位置来划分物空间和像空间？ 答：实物空间：光学系统第一个曲面前的空间。虚物空间：光学系统第一个曲面后的空间。实像空间：光学系统最后一个曲面后的空间。虚像空间：光学系统最后一个曲面前的空间。物空间和像空间在空间都是可以无限扩展的，不能按照空间进行划分。 3、什么是共轴光学系统、光学系统物空间、像空间？ 答：光学系统以一条公共轴线通过系统各表面的曲率中心，该轴线称为光轴，这样的系统称为共轴光学系统。物体所在的空间称为物空间，像所在的空间称为像空间。 4、什么叫理想光学系统？ 答：在物像空间均为均匀透明介质的条件下，物像空间符合“点对应点、直线对应直线、平面对应平面”的光学系统称为理想光学系统。 5、理想光学系统的基点和基面有哪些？其特性如何？
应用光学期末复习题课件资料
一学生带500度近视镜，则该近视镜的焦距为_________________, 该学生裸眼所能看清的最远距离为_________________。 10.在通常所说的七种像差中，沿轴方向度量的有__ _ 、__ 、__和__ __。 11.在七种初级像差中，宽光束像差有几种？ _______。 12．在带分划板的开普勒望远镜中，是孔径光阑，是视场光阑，若存在渐晕，则是渐晕光阑。13.唯一没有像差的光学零件为（）。 14、当保持入射光线的方向不变，而使平面镜转150角，则反射光线将转动（ 300）角。 15. 一平行细光束经一个球面镜后汇聚于镜前50mm处，则该球面镜的曲率半径等于（）。 2．理想光学系统中，无限远轴上物点与（）是一对共轭点，而无限远轴上像点的共轭点是（）。3．光线经过夹角为 的双平面镜反射后，出射线与入射线的夹角为（）。 4．光学系统的几何像差可分为（）种，其中（）种为单色像差，（）种为色差。（）是轴上点唯一的单色像差，而（）是主光线像差，只使像产生失真，并不影响像的清晰度。 5．角放大率、轴向放大率和垂轴放大率三者之间的关系为拉赫不变牛顿公式以为坐标原点。6．转像系统分__ _和_____两大类，其作用是：_ 1、偶数个平面反射镜成 ( )，奇数个平面反射镜则成 ( )。单个平面镜绕着和入射面垂直的轴转动α角,反射光线和入射光线之间的夹角将改变 ( )。 2、物方节点与（）共轭，像方焦点与（）共轭，物方焦点与（）共轭。 3、单个折射球面的主点位在（）；反射球面的焦点位于（）。 4、光学系统的孔径光阑限制（），视场光阑限制（）。在物方远心光路中，孔径光阑位于（）。 5、共轴系统中（）放大率等于1的一对共轭面叫主平面，（）放大率等于1的一定共轭面叫节平面，在（）的情况下，主平面与节平面重合。 6、轴上像点的像差有（）和（）。 8．在球差、彗差、像散、像面弯曲、畸变、位置色差、倍率色差中，对轴上点成像产生圆形弥散斑的有a. 1 种 b. 2 种 c. 3 种 d. 以上都不对 9 以下几种初级像差中，当视场很小时就要考虑的是a. 畸变 b. 彗差 c. 像散 d. 场曲 7．几何光学所用到的参量有符号规定，下列符号规定中错误的是：（） （A）沿轴线段，与光线传播方向相同为正。（B）光线与光轴的夹角，顺时针为正。 （C）垂轴线段，在光轴以下为负。（D）相邻两折射面间隔，逆光线方向为负。 1、负透镜对（）a. 实物只能成实像 b. 实物只能成虚像 c. 虚物只能成实像 d. 虚物只能成虚像8．阿贝常数是光学玻璃的一个重要参数，对于该参数，正确的是：（） （A）阿贝常数越小，色散越低。（B）阿贝常数越大，色散越低。 （C）阿贝常数越小，热膨胀越低。（D）阿贝常数越大，热膨胀越低。 9．在实际设计光学系统时，常使用初级球差与高级球差相互补的方法，将边缘带（h=h m）的球差校正到零，这时，球差极大值对应的入射高度为：（） （A）h=0.3h m（B）h=0.5h m（C）h=0.707h m（D）h=0.85h m 10．对一个给定的理想光学系统，系统的轴向放大率（） （A）是一个常数，与物的位置无关。（B）不是常数，与物的尺寸有关。 （C）不是常数，但仅与是否成实像关。（D）不是常数，与物的位置有关。 11．对于理想光学系统，可以用牛顿公式或高斯公式计算成像位置，其中：（）（A）牛顿公式和高斯公式中物和像的位置分别用相对于光学系统主点和焦点来确定。
应用光学复习-1
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
应用光学试题及答案
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。
应用光学总复习与习题解答.
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》第一章例题
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
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2005-2006学年第二学期试题名称: 应用光学B 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（20分）（写在答卷纸上） 1．（5分）简述费马原理。 2．（5分）光学系统的孔径光阑和视场光阑能否合一，为什么？ 3．（5分）写出轴外点的五种单色像差的名称。 4．（5分）什么是物方远心光路，举例说明其作用。 二．作图题（15分）(画在试卷上) 5．（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’。 6．（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。 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。 J F’F J’ 图2 z y x A B C D 图1
2005-2006学年第 二 学期 试题名称: 应用光学 B 课程号： 共 2 页 第 2 页 三．计算题（65分） 7．（15分）有一个功率为200W ，发光效率为15lm/W 的灯泡，在其下方2m 处放置一个直径为 3m 的圆桌，求圆桌中心和边缘处的光照度。 8．（15分）一个空间探测系统（可视为薄透镜），其相对孔径为1:1.2，要求将10km 处直径为２ ｍ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25.4毫米，探测器靶面长与宽之比为４:3） 9．（15分）已知望远镜物镜mm f 1000' 1=，口径mm D 501=，目镜mm f 200' 2=，口径 mm D 202=，物镜目镜间距mm d 1200=，在其共同的焦平面上放置一个直径mm D 163=的光栏，求此系统对∞远物的入瞳，出瞳，入窗，出窗的位置和大小，及物象方视场角的大小。 10．（20分）有一个由f1’=100mm, f2’=-50mm 两个薄透镜组成的摄远型望远物镜，要求由第一组 透镜到组合系统像方焦点的距离与系统的组合焦距之比为1:1.5，求两透镜之间的距离d 应为多大？组合焦距等于多少？如果将上述系统用来对10m 远的物平面成像，用移动第二组透镜的方法，使像平面位于移动前组合系统的像方焦平面上，问透镜组移动的方向和距离。
应用光学各章知识点归纳复习整理
第一章 几何光学基本定律与成像概念 波面：某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面，简称波面。光的传播即为光波波阵面的传播，与波面对应的法线束就是光束。 波前：某一瞬间波动所到达的位置。 光线的四个传播定律： 1）直线传播定律：在各向同性的均匀透明介质中，光沿直线传播，相关自然现象有：日月食，小孔成像等。 2）独立传播定律：从不同的光源发出的互相独立的光线以不同方向相交于空间介质中的某点时彼此不影响，各光线独立传播。 3）反射定律：入射光线、法线和反射光线在同一平面内，入射光线和反射光线在法线的两侧，反射角等于入射角。 4）折射定律：入射光线、法线和折射光线在同一平面内；入射光线和折射光线在法线的两侧，入射角和折射角正弦之比等于折射光线所在的介质与入射光线所在的介质的折射率之比，即n n I I ''sin sin 光路可逆：光沿着原来的反射（折射）光线的方向射到媒质表面，必定会逆着原来的入射方向反射（折射）出媒质的性质。 光程：光在介质中传播的几何路程S 和介质折射率n 的乘积。 各向同性介质：光学介质的光学性质不随方向而改变。 各向异性介质：单晶体（双折射现象） 马吕斯定律：光束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，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。 费马原理：光总是沿光程为极小，极大，或常量的路径传播。 全反射临界角：1 2arcsin n n C 全反射条件： 1）光线从光密介质向光疏介质入射。 2）入射角大于临界角。 共轴光学系统：光学系统中各个光学元件表面曲率中心在一条直线上。 物点/像点：物/像光束的交点。 实物/实像点：实际光线的汇聚点。 虚物/虚像点：由光线延长线构成的成像点。 共轭：物经过光学系统后与像的对应关系。（A ，A ’的对称性） 完善成像：任何一个物点发出的全部光线，通过光学系统后，仍然聚交于同一点。每一个物点都对应唯一的像点。 理想成像条件：物点和像点之间所有光线为等光程。
应用光学期末复习题辩析教案资料
应用光学期末复习题 辩析
一学生带500度近视镜，则该近视镜的焦距为_________________, 该学生裸眼所能看清的最远距离为_________________。 10.在通常所说的七种像差中，沿轴方向度量的有__ _ 、__ 、__和__ __。 11.在七种初级像差中，宽光束像差有几种？ _______。 12．在带分划板的开普勒望远镜中，是孔径光阑，是视场光阑，若存在渐晕，则是渐晕光阑。13.唯一没有像差的光学零件为（）。 14、当保持入射光线的方向不变，而使平面镜转150角，则反射光线将转动（ 300）角。 15. 一平行细光束经一个球面镜后汇聚于镜前50mm处，则该球面镜的曲率半径等于 （）。 2．理想光学系统中，无限远轴上物点与（）是一对共轭点，而无限远轴上像点的共轭点是（）。3．光线经过夹角为 的双平面镜反射后，出射线与入射线的夹角为（）。 4．光学系统的几何像差可分为（）种，其中（）种为单色像差，（）种为色差。（）是轴上点唯一的单色像差，而（）是主光线像差，只使像产生失真，并不影响像的清晰度。 5．角放大率、轴向放大率和垂轴放大率三者之间的关系为拉赫不变牛顿公式以为坐标原点。 6．转像系统分__ _和_____两大类，其作用是：_ 1、偶数个平面反射镜成 ( )，奇数个平面反射镜则成 ( )。单个平面镜绕着和入射面垂直的轴转动α角,反射光线和入射光线之间的夹角将改变 ( )。 2、物方节点与（）共轭，像方焦点与（）共轭，物方焦点与 （）共轭。 3、单个折射球面的主点位在（）；反射球面的焦点位于 （）。4、光学系统的孔径光阑限制（），视场光阑限制（）。在物方远心光路中，孔径光阑位于（）。5、共轴系统中（）放大率等于1的一对共轭面叫主平面，（）放大率等于1的一定共轭面叫节平面，在（）的情况下，主平面与节平面重合。6、轴上像点的像差有（）和（）。 8．在球差、彗差、像散、像面弯曲、畸变、位置色差、倍率色差中，对轴上点成像产生圆形弥散斑的有a. 1 种 b. 2 种 c. 3 种 d. 以上都不对 9 以下几种初级像差中，当视场很小时就要考虑的是a. 畸变 b. 彗差 c. 像散 d. 场曲 7．几何光学所用到的参量有符号规定，下列符号规定中错误的是：（） （A）沿轴线段，与光线传播方向相同为正。（B）光线与光轴的夹角，顺时针为正。（C）垂轴线段，在光轴以下为负。（D）相邻两折射面间隔，逆光线方向为负。 1、负透镜对（）a. 实物只能成实像 b. 实物只能成虚像 c. 虚物只能成实像 d. 虚物只能成虚像8．阿贝常数是光学玻璃的一个重要参数，对于该参数，正确的是：（）（A）阿贝常数越小，色散越低。（B）阿贝常数越大，色散越低。
应用光学试题
东莞理工学院（本科）试卷 2013 --2014 学年第 2 学期 《 应用光学 》清考试卷 开课单位： 电子工程学院 ，考试形式：开卷，允许带 计算器 入场 一、选择题（共12分 每题 2 1. 当一远视眼通过带分划板的望远镜观察远处物体时，应使 ( ) A. 物镜远离分划板 B. 物镜靠近分划板 C . 目镜远离分划板 D. 目镜靠近分划板 2. 负透镜对 ( ) A. 实物只能成实像 B. 实物只能成虚像 C. 虚物只能成实像 D. 虚物只能成虚像 3. 200 度的近视眼，应配戴的眼镜的焦距为 ( ) A. 200mm B. 500mm C . -500mm D. –200mm 4. 拍摄人像艺术照，为突出主要人物，应选用哪种镜头 ( ) A. 焦距大，F 数与对准距离小 B. 对准距离与F 数大，焦距小 C. 对准距离与焦距大，F 数小 D. 对准距离小、焦距与F 数大 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 6．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 二、填空题（共12分 每题2分） 1、发光强度的单位是（ ），光通量的单位是（ ），光照度的单位 是（ ），光亮度的单位是（ ）。
2、几何像差主要有七种，它们是（），（），（），（），（），（），（），其中（）不影响像的清晰度。 3、激光的准直系统实际上是一个（）。 4、最常用的共轴系统的基点是（），光学系统中角放大率等于1的一对共轭点称为（）。 5、光学系统的三种放大率是。 6、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。 三、简答题（共12分每题4分） 1、简述孔径光阑位置在目视光学系统和投影计量光学系统中的安放原则。 2、简述何谓“像方远心光路”，举例说明在什么时候使用该光路。
应用光学复习提纲-超详细复习过程
《应用光学》总复习提纲 第一章 ★1、光的反射定律、折射定律 I 1 = R 1 ；n 1 sinI 1 =n 2 sinI 2 2、绝对折射率 介质对真空的折射率。 通常把空气的绝对折射率取作1，而把介质对空气的折射率作为“绝对折射率”。 ★3、光路可逆定理 假定某一条光线，沿着一定的路线，由A传播到B。反过来，如果在B点沿着相反的方向投射一条光线，则此反向光线仍沿原路返回，从B传播到A。 ★4、全反射 光线入射到两种介质的分界面时，通常都会发生折射与反射。但在一定条件下，入射到介质上的光会全部反射回原来的介质中，没有折射光产生，这种现象称为光的全反射现象。 发生全反射的条件可归结为: （1）光线从光密介质射向光疏介质； （2）入射角大于临界角。 (什么是临界角？) ★5、正、负透镜的形状及其作用 正透镜：中心比边缘厚度大，起会聚作用。负透镜：中心比边缘厚度小，起发散作用。 ★7、物、像共轭 对于某一光学系统来说，某一位置上的物会在一个相应的位置成一个清晰的像，物与像是一一对应的，这种关系称为物与像的共轭。 例1：一束光由玻璃（n=1.5）进入水中(n=l.33)，若以45°角入射，试求折射角。 解：n1sinI1=n2sinI2 n1=1.5; n2=l.33; I1=45°代入上式得I2=52.6° 折射角为52.6° 第二章 ★1、符号规则； 2、大L公式和小l公式 ★3、单个折射球面物像位置公式
例：一凹球面反射镜浸没在水中，物在镜 前300mm 处，像在镜前90mm 处，求球面反射镜 的曲率半径。 n ′l ′－n l =n ′－n r l =-300mm ，l ′=-90mm 求得r=-138.46mm 由公式解：由于凹球镜浸没在水中，因此有n ′=-n=n 水 ★4 例：已知一个光学系统的结构参数：r = 36.48mm ； n=1；n ′=1.5163；l = -240mm ；y=20mm ；可求 出：l ′=151.838mm ，求垂轴放大率β与像的大小 y ′。11518380417215163240041722083448nl'..n'l .() y'y ..mm ββ?===-?-=?=-?=-解：解：★=1的一对共轭面即为主平面。其物平★4、像方焦点、像方焦距、 物方焦点、物方焦距 物点位于无限远时，它的像点位于F ′处，F ′称为“像方焦点”。 从像方主点H ’到像方焦点F ’之间的距离称为像方焦距。 物方焦点、物方焦距…… 5、单个折射球面的物方焦距公式 6、单个折射球面的像方焦距公式 7、物方焦距和像方焦距的关系 nr f n'n =--n'r f 'n'n =-f 'n f n '=-
应用光学试题
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