光学设计与CAD
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.0.707 视场 B. 0.5 视场 C. 0.3 视场 D. 0.85
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 C.F 光和C 光近轴光球差之差
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 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 &下列光学系统中属于大视场小孔径的光学系统是 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
（
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.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 A.厚凸透镜B.平行平板 C.球面反射镜
D. 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. 13 .薄双胶合物镜置于球面反射镜球心，光阑与球心重合， （D
A. 0.4
B. 0.25
C. 0.1 14.场景置于系统中，除产生场曲外， 像散 C 视场 （A ）。 B. 边缘光和近轴光球差之差
D. F 光和C 光近轴光色差之差 （ 不晕透镜
薄双胶合物镜 则系统彗差最小可以为 A.球差 B.彗差 C. 15. 厚透镜的场曲公式为 A. S |v J 2—（丄 n -1 r 1 C. S iv 心』 n 「1 D. 0 还可产生
D.畸变 ( 丄) 「2
丄) r 2
B. D. S |V
S |V 16. 波像差就是实际波面与理想波面之间的 A.光程差 B.几何像差 C. 离焦量 17.
在进行目镜光学系统设计时，应 （D
J 2T 丄 n 「2 J 2亠(丄
n -1 r 2 (A )。
D.距离差 )。
丄) r i 丄)
r i
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_ L FCD 0.00052f
34.在ZEMA ）光学设计软件中，描述焦距的操作数为 三、名词解释（本大题共 5小题。每小题2分，共10分）
A.正追光线
B.
C.从中间向两侧进行光线追迹
18. 显微镜常采用的一种照明方式是， A.反射式照明 B.透射式照明 19. 下列软件中不属于光学设计软件的是 A. ZEMAX 软件 B.OSLO 20. 低倍显微物镜的光阑位置 A.与物镜重合
B. C.与中间像面重合 D. 倒追光线
D.
从两侧向中间进行光线追迹
将光源通过聚光镜成像在物平面上， 称之为（ C. 克勒照明 D.临界照明 （C ）。 软件 C. Le nsview
软件 D.CODE V 软件 （A ）。 与目镜重合 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、齐明点 22.在表示畸变时，通常米用相对畸变，其表达公式为 23. 一双胶合薄透镜组，若 C I 0，则C II 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
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 O 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 D n D 1。 n F n c 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 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 ____________ 32.复消色物镜是指在透镜的
0.707h m 位置处，将
畸变 。 二级光谱
校正为0。
EFFL
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。
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0.23，问是否满足 Rayleigh 条件？ 一物体的峰-谷比
(peak to valley )是0.23，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？
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？
像分别在球心处和顶点处，放大倍率分别为
1
和1。
n
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?
(1)实际像点无论在高斯像点之前或之后 l o 范围内，波像差都不会超过1/4
波长，所以把21。定义为焦深，即2l 0
—2
n U
(2)引起的波像差为 /4。
44.近视眼应佩戴何种透镜加以矫正？为什么？
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。
差有何特性？
垂轴像差：彗差、畸变、倍率色差均为
45.在对称式光学系统中，当
1时，哪几种初级像差可以得到自动校正？其它初级像
46.设计一齐明透镜，第一面曲率半径 r 1 95mim ，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 d 5mm ， (1)该透镜第二面的曲率半径；
折射率n 1.5，该透镜位于空气中，求 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。
10分，共20分)
五、综合应用题(本大题共2小题。每小题
(2)该启明透镜的垂轴放大率。
(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
)边缘光的初级球差为-0.06，边缘光的高级球差为0.06。
距l 2
95 5
100mm ， 根据齐明条件l 2
__ r 2 100mm ，可得
n 2
「2 60mim (2)
门2 门2
----------------- r 2
n 2
2.5 1 (60)
150mm 由垂轴放大率公式 丛，得
n I
1 1
1.5
n 2l 2
2
—:- n
2]
?
I.5I 2 -100
2.25 ,则该透镜的垂轴放大率
1 2
1.5
47. 一个光学系统，已知其只包含初级和二级球差 系统的边光球差为 L m 0，0.707带光球差为 ,更高级的球差可忽略不计。已知该
L 0707
O.O 15，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。
1)
)2 A 2(_h )4，根据公式将
L m
h m
0及 L O 7O7 0.015代入，得到
0.06，A 0.06 由此可求得：L 0.5
0.01125及 L O .85 0.01203
光学系统设计（二） 参考答案及评分标准
、单项选择题（本大题共20小题。每小题1分，共20分）
二、填空题（本大题12小题。每空1分，共20分） 21. 小
22. 色差、色差、场曲 23.95.56
24. 彗差、畸变、倍率色差 25. 小、大 26.0.707 带光
27.相等、相反 28.4、6 29.畸变 30.3^
31. 畸变、彗差 32. 平行平板
三、名词解释（本大题共5小题。每小题2分，共10分） 33. 光程差：某种介质折射率与光在该介质中通过的几何路程的乘积， 称为光在 该介质中通过的光程，两束光光程之差称为光程差。 评分标准：答对主要意思得2分。
34. 弧矢场曲：某一视场的弧矢像点相对于高斯像面的距离称为弧矢像面弯曲， 简称弧矢场曲。
评分标准：答对主要意思得2分。
35. 波像差：波像差就是实际波面和理想波面之间的光程差。 评分标准：主要意思正确得2分。 36. 焦深：由于实际像点在高斯像点前后 1。
范围以内，波像差不超过1/4波长,
2
n U
评分标准：主要意思正确得2分。
37.等晕条件：轴外点具有与轴上点相同的成像缺陷，称之为等晕成像，欲达到 这样的要求，则光学系统必须满足等晕条件。 评分标准：答对主要意思得2分。
简答题（本大题共6小题。每小题5分，共30分） 若弧矢彗差K s 0，是否满足等晕成像？若此时 L 0，是否满足正弦条 为什么？ 2）满足正弦条件，若此时
L 评分标准：第一问答案正确得 分，理由解释正确1分。 39 ?什么是二级光谱？对F 光
故把2 l o 定义为焦深，即2丨0
四、 38.
答: 1）满足等晕成像，由于SC K
0，无正弦差，满足等晕条件； y
0，贝U nysinU n y sinU ，满足正弦条件。 1分，理由解释正确得2分；第二问答案正确得1
答：1)当在带孔径对F 光和C 光校正了位置色差，它们和光轴的公共交点并不 和D 光带孔径光线和光轴的交点重合，其偏差称为二级光谱。
2) L FCD 0.00052 f
评分标准：第一问答出大意得3分；第二问答案正确得2分。 40. 场镜可产生哪些初级像差？简述平面反射镜的像差特性？
答：场镜可校正场曲和畸变；平面反射镜不产生任何像差。
评分标准：第一问中每种像差答案正确得 2分；第二问答案正确得1分。
41. 一同心弯月镜在空气中，其前后节点在那？其前后主点在哪？ 答：其前后节点及主点均在其两个面的公共球心处。
评分标准：前后节点答案正确得 3分，前后主点答案正确得2分。
42. 对于只包含初级和二级球差的光学系统， 当对边缘孔径校正了球差之后，其 最佳焦点位置在何处？ 评分标准：答出公式得
43. 试写出五种初级像
差的赛得和数的表达公式。 评分标准：第一问中每个答案正确各得 1分，第二问中每个公式正确各得1分, 结果正确各得1分，第三问答案正确得1分，第四问每答：其最佳焦点位置在
—L 0.707
处。
4
5分。
答： S |
S ill luni(i i )(i u)
S U
S ii .
i S i (i z /i)2
S |i
S iv
S i (i z /i) 2
J (n n)/(nnr)
S V
(S III
S iv )(i z /i)
评分标准：每个表达公式1分，共5分。 五、计算题(每题10分，共20分) 44.设计一个f' 100mm 的双胶合物镜。 选用K9 (no (n 0 1.636, 0 35.36 )玻璃制作，使色差为零。问： 负透镜用何种玻璃？ ( 2)正负透镜的光焦度各应多少？ 大？ (4)若「1 「2，求三个面曲率半径。 解：(1)正透镜用冕牌玻璃，负透镜用火石玻璃。
(2)
1 ——
0.023
1 2
(3) 物镜二级光谱为：0.00052 f 0.052mm
(4)
依据公式 (n 1)( 1 2)，可求得「
1.5163, 0 64.1 )和 F7 (1)正透镜用何种玻璃； (3)物镜二级光谱有多 「2 43.82mm, r 3
287.3mm
(——)，则 S"应等于多少？
n u
2) 如果一个光学系统的初级球差等于焦深( 解：由K T
3 2n u
1 7
2 2n u
S II S I
——可知:
n u
S ii S I
—2 )，则
S l 应等于多少？
n u %
光学设计cad简答题
1.2光学系统有哪些特性参数和结构参数？ 特性参数：（1）物距L（2）物高y或视场角ω（3）物方孔径角正弦sinU或光速孔径角h（4）孔径光阑或入瞳位置（5）渐晕系数或系统中每一个的通光半径 结构参数：每个曲面的面行参数（r，K，a4，a6，a8，a10）、各面顶点间距（d）、每种介质对指定波长的折射率（n）、入射光线的位置和方向 1.3轴上像点有哪几种几何像差？ 轴向色差和球差 1.4列举几种主要的轴外子午单色像差。 子午场曲、子午慧差、轴外子午球差 1.5什么是波像差？什么是点列图？它们分别适用于评价何种光学系统的成像质量？ 波像差：实际波面和理想波面之间的光程差作为衡量该像点质量的指标。适用单色像点的成像。 点列图：对于实际的光学系统，由于存在像差，一个物点发出的所有光线通过这个光学系统以后，其像面交点是一弥散的散斑。适用大像差系统 2.1叙述光学自动设计的数学模型。 把函数表示成自变量的幂级数，根据需要和可能，选到一定的幂次，然后通过实验或数值计算的方法，求出若干抽样点的函数值，列出足够数量的方程式，求解出幂级数的系数，这样，函数的幂级数形式即可确定。像差自动校正过程，给出一个原始系统，线性近似，逐次渐进。 2.2适应法和阻尼最小二乘法光学自动设计方法各有什么特点，它们之间有什么区别？ 适应法：参加校正的像差个数m必须小于或等于自变量个数n，参加校正的像差不能相关，可以控制单个独立的几何像差，对设计者要求较高，需要掌握像差理论 阻尼最小二乘法：不直接求解像差线性方程组，把各种像差残量的平方和构成一个评价函数Φ。通过求评价函数的极小值解，使像差残量逐步减小，达到校正像差的目的。它对参加校正的像差数m没有限制。 区别：适应法求出的解严格满足像差线性方程组的每个方程式；如果m>n或者两者像差相关，像差线性方程组就无法求解，校正就要中断。 3.1序列和非序列光线追迹各有什么特点？ 序列光线追迹主要用于传统的成像系统设计。以面作为对象，光线从物平面开始，按照表面的先后顺序进行追迹，对每个面只计算一次。光线追迹速度很快。 非序列光线追迹主要用于需考虑散射和杂散光情况下，非成像系统或复杂形状的物体。 以物体作为对象，光线按照物理规则，沿着自然可实现的路径进行追迹。计算时每一物体的位置由全局坐标确定。非序列光线追迹对光线传播进行更为细节的分析，计算速度较慢。 3.2叙述采用光学自动设计软件进行光学系统设计的基本流程。 （1）建立光学系统模型： 系统特性参输入：孔径、视场的设定、波长的设定 初始结构输入：表面数量及序号、面行、表面结构参数输入 （2）像质评价 （3）优化：设置评价函数和优化操作数、设置优化变量、进行优化 （4）公差分析：公差数据设置、执行公差分析 3.3Zemax软件采用了什么优化算法？ 构造评价函数：最小二乘法、正交下降法（非序列光学系统）4.1什么叫做第一辅助光线？什么叫做第二辅助光线？ 第一辅助光线：由轴上物点A发出，经过孔径边缘的光线AQ 第二辅助光线：由视场边缘的轴外点B发出经过孔径光阑中心O的光线BP 4.2薄透镜组有哪些像差特性？ 一个薄透镜组只能校正两种出击单色像差。光瞳位置对像差影响：球差与光瞳位置无关；慧差、像散与光瞳位置有关；光瞳与薄透镜组重合时，像散为一个与透镜组结构无关的常数，此时畸变等于零；薄透镜组的Petzval场曲近似为一与结构无关的常量。 4.3单透镜的像差特性参数与结构参数有什么关系? 与玻璃的折射率n，单透镜的形状Q有关。不能消色差 4.4如何进行双胶合透镜组结构参数的求解？ 4.5举例说明满足光学系统消除场曲条件（Petzval）的几种结构形式。 正、负光焦度远离的薄透镜系统和弯月形厚透镜 5.1望远物镜有什么光学特性和像差特性？ 相对孔径不大，视场较小。 轴向边缘球差，轴向色差和边缘孔径的正弦差不用校正到零而是等于指定值。 6.1显微物镜有什么光学特性和像差特性？ 焦距短，视场小。相对孔径大。 球差、轴向色差、正弦差，以及孔径高级像差。 6.2显微物镜有哪些主要类型？各有什么特点？ 消色差物镜：只校正轴上点的球差和轴向色差、正弦差，不校正二级光谱色差。 复消色差物镜：要求校正二级光谱色差。 平像场物镜：要求校正场曲、像散、垂轴色差等各种轴外像差。 平面场复消色差物镜：和平像场物镜相似，还要校正二级光谱色差。 7.1目镜设计有什么特点？ 焦距短、相对孔径比较小、视场角大、入瞳和出瞳远离透镜组 目镜的结构一般比较复杂；像差校正以轴外像差为主；场曲一般不进行校正；最重要的是校正像散、垂轴色差；在目镜和物镜尽可能独立校正像差的前提下，进一步考虑它们之间的像差补偿关系；采
工程光学设计
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。
初中光学综合测试题含答案
初中物理光学综合测试卷 一、选择题：（共24分，每小题2分，1、2题为双选,其余为单选） 1、下列叙述中用到了与图1所示物理规律相同的是( ) A．“海市蜃楼” B.“杯弓蛇影” C.“凿壁偷光” D.“立竿见影” 2、关于以下四种光学仪器的成像情况说法正确的是( ) A.放大镜成正立放大的实像 B.照相机成倒立缩小的实像 C.潜望镜成正立等大的虚像 D.幻灯机成正立放大的实像 3、晚上，在桌面上铺一张白纸，把一小块平面镜放在纸上，让 手电筒的光正对着平面镜照射，如图2所示，则从侧面看去：（）图1 A．镜子比较亮，它发生了镜面反射 B．镜子比较暗，它发生了镜面反射 C．白纸比较亮，它发生了镜面反射 D．白纸比较暗，它发生了漫反射 4、夜晚，人经过高挂的路灯下，其影长变化是（） A．变长 B.变短 C.先短后长 D.先长后短图2 6、光从空气斜射向水面发生折射时，图3所示的光路图中正确的是( ) 图3 7、潜水员在水中看见岸上的“景物”实质是( ) A. 景物的虚像，像在景物的上方 B. 景物的实像，像在景物的下方 C. 景物的实像，像在景物的上方 D.景物的虚像，像在最物的下方 8、如图4所示，小明家的小猫在平面镜前欣赏自己的全身像，此时它所看到的全身像应是图中的（） 图4 图5 9、如右上图5所示有束光线射入杯底形成光斑，逐渐往杯中加水，光斑将（） A、向右移动 B、向左移动 C、不动 D、无法确定 11、图6所示的四种现象中,由于光的折射形成的是( ) 图6
二、填空题（共30分，每空1分） 13、都说景德镇瑶里风光很美“鱼在天上飞，鸟在水里游”，这美景奇观中的“鱼”是由于 光的形成的像；“鸟”是由于光的形成的像。 14、1997年3月9日，在我国漠河地区出 现了“日全食”现象，图7中表示日 全食对太阳、地球、月球的位置，则 图中的A是，B是。 这是由于形成的。图7 15、太阳发出的光到达地球需要500s，地球与太阳间的距离约为km。 16、如图8所示，将一块厚玻璃放在一支铅笔上，看上去铅笔似乎被分 成了三段，这是光的现象。 17、一条光线垂直射向平面镜，反射光线与入射光线 的夹角是度，若保持光的传播方向不变， 而将平面镜沿逆时针方向转动20°角,则反射光线 又与入射光线的夹角是度。图8 19、丹丹同学身高1.5m，站在平面镜前3m处，她的像到镜面的距离为_______m，像高是 m；若将一块和平面镜一般大的木板放在镜子后1m处如图10所示，这时她_______（填“能”或“不能”）在镜中看到自己的像。若她以0.5m/s的速度向平面镜靠近，则像相对于人的速度为m/s，像的大小（填变大、变小或不变）。 图10 图11 20、图11为光从玻璃斜射人空气的光路图,由图可知，反射角是度，折射角是 度。 三、作图或简答题（共18分，每小题2分） 23、平面镜反射光的方向如图14所示，请你在图上作出入射光线并标明入射角的 大小。 24、根据平面镜成像的特点画出图15中物体AB在平面镜MN中所成的像。 25、如图16所示，AB是由点光源S发出的一条入射光线，CD是由S发出的另一条入射光 线的反射光线，请在图中画出点光源S的位置。 图14 图15 图16 26、如图17所示，太阳光与水平面成60度角，要利用平面镜使太阳光沿竖直方向照亮井底，
用zemax设计光学显微镜光学系统设计实验报告
课 程 设 计 光学显微镜设计 设计题目 学 号 专业班级 指导教师 学生姓名 测量显微镜
根据学号得到自己设计内容的数据要求： 1.目镜放大率10(即焦距25） 2.目镜最后一面到物面距离110 3.对准精度1.2微米 按照实验步骤，先计算好外形尺寸。然后根据数据要求选取目镜与物镜。 我先做物镜。因为这个镜片比较少。按物镜放大率选好物镜后，将参数输入。简单优化，得到比较接近自己要求的物镜。 然后做目镜，同样的做法，这个按照焦距选目镜，将参数输入。将曲率半径设为可变量，调入默认的优化函数进行优化。发现“优化不了”，所有参数均没有变化。而且发现把光源放在“焦点”位置，目镜出射的不是平行光。我百思不得其解。开始认为镜头库的参数可能有问题。最后我问老师，老师解释，那个所谓的“焦点”其实不是焦点，我错误的把“焦点”到目镜第一个面的距离当成了焦距。这个目镜是有一定厚度的，不能简单等效成薄透镜。焦点到节点的距离才是焦距。经过老师指点后，我尝试调节光源到目镜第一面的距离，想得到出射平行光，从而找到焦点。但这个寻找是很费力气的，事倍功半。老师建议我把目镜的参数倒着顺序输入参数。然后用平行光入射，然后可以轻松找到焦点。 但是，按照这个方法，倒着输入参数，把光源放在无限
远的地方（平行光入射），发现光线是发散的。不解。还是按照原来的方法。把光源放在目镜焦点上，尽量使之出射平行光。然后把它与优化好的物镜拼接起来。后来，加入理想透镜（会聚平行光线），加以优化。 还有一个问题，就是选物镜的时候，发现放大倍率符合了自己的需求，但工作距离与共轭距，不符合自己的要求。这个问题在课堂上问过老师，后来经老师指点，通过总体缩放解决。 物镜参数及优化函数
(完整word版)光学设计cad试题(五)
光学系统设计(五) 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．对于密接双薄透镜系统，要消除二级光谱，两透镜介质应满足 ( )。 A.相对色散相同，阿贝常数相差较小 B.相对色散相同，阿贝常数相差较大 C.相对色散相差较大，阿贝常数相同 D.相对色散相差较小，阿贝常数相同 2．对于球面反射镜，其初级球差表达公式为 ( )。 A.?δ2h 81 L =' B. ?δ2h 81 L -=' C. ?δ2h 41L =' D. ?δ2h 41 L -=' 3．下列光学系统中属于大视场大孔径的光学系统是 ( )。 A.显微物镜 B.望远物镜 C.目镜 D. 照相物镜 4．场曲之差称为 ( )。 A.球差 B. 彗差 C. 像散 D. 色差 5．初级球差与视场无关，与孔径的平方成 ( )。 A.正比关系 B.反比关系 C.倒数关系 D.相反数关系 6．下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像差有( )。 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 ( )。 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 ( )。 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 ( )。 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.3：1 B.4：1 C.5：1 D.2：1 11．光阑与相接触的薄透镜重合时，能够自动校正 ( )。 A.畸变 B.场曲 C.球差 D.二级光谱 12．在子午像差特性曲线中，坐标中心为z B '，如0B '位于该点左侧，则畸变值为 ( )。 A.正值 B.负值 C.零 D.无法判断 13．厚透镜之所以在校正场曲方面有着较为重要的应用，是因为 ( )。 A.通过改变厚度保持场曲为零 B.通过两面曲率调节保持光焦度不变 C.通过改变厚度保持光焦度不变 D.通过两面曲率调节保持场曲为0 14．正畸变又称 ( )。 A.桶形畸变 B.锥形畸变 C.枕形畸变 D.梯形畸变 15．按照瑞利判断，显微镜的分辨率公式为 ( )。 A.NA 5.0λσ= B. NA 61.0λσ= C.D 014''=? D. D 012' '=? 16．与弧矢平面相互垂直的平面叫作 ( )。 A.子午平面 B.高斯像面 C.离焦平面 D.主平面 17．下列软件中，如今较为常用的光学设计软件是 ( )。 A.abr 软件 B.OPD88软件 C.ZEMAX 软件 D.AutoCAD 软件 18．光学传递函数的横坐标是 ( )。 A.波长数 B.线对数/毫米 C.传递函数值 D.长度单位 19．星点法检验光学系统成像质量的缺陷是 ( )。 A.不方便进行，步骤复杂 B.属主观检验方法，不能量化 C.属客观检测方法，但精度低 D.计算复杂，应用不便 20．波像差就是实际波面与理想波面之间的 ( )。 A.光程差 B.几何像差 C.离焦量 D.距离差 二、填空题（本大题11小题。每空1分，共20 分）
(整理)各种光学设计软件介绍-学习光学必备-peter.
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
测控仪器设计__总复习题和考试题
测控仪器设计试题库 一、填空题 1.仪器误差的来源有原理误差、制造误差和运行误差。 2、动态偏移误差和动态重复性误差在时域表征动态测量仪器的瞬态和稳态响应精度，，分别代表了动态仪器响应的和。 3.表征测量结果稳定地接近真值的程度的是正确度 4.测控仪器的设计六大原则是阿贝原则、变形最小原则、测量链最短原则、坐标系基准统一原则、精度匹配原则、经济原则。 5.温度的变化可能引起电器参数的改变及仪器特性的改变，引起温度灵敏度飘 移和温度零点飘移。 6.在设计中，采用包括补偿调整、校正环节等技术措施，则往往能在提高仪器精度和改善仪器性能方面收到良好的效果。 7.造型设计中常用的几何形状的尺寸比例：黄金比例、均方根比例、和中间值比例。 8.标准量的细分方法有光学机械细分法、光电细分法。 9、仪器中的支承件包括基座、立柱、机柜、机箱等。它起着联接和支承仪器的机、光、电等各部分零件和部件的作用，其结构特点结构尺寸较大，结构比较复杂。 10、导轨是稳定和灵活传递直线运动的部件，起着确保运动精度及部件间相互位置精度的作用。其由运动导轨（动导轨）和支承导轨（静导轨）组成。 11、导轨种类很多，按照导轨面之间的摩擦性质可分为：滑动摩擦导轨、滚动导轨、静压导轨、弹性摩擦导轨。 12、在微位移机构中，微工作台的驱动方法有步进电动机直流电动机同步电动机测速电动机。 13、测控仪器中的光电系统的组成 14、光电系统的设计主要是研究中的核心技术的设计问题。 15、直接检测系统：相干检测系统： 16、在光电系统设计时，针对所设计的光电系统的特点，遵守一些重要的设计原则。 17、光电系统的核心是光学变换与光电变换，因而光电系统的光学部分与电子部分的匹配是十分重要的。这些匹配包括、。匹配的核心是如何正常选择光电检测器件。 18、照明的种类、、、。 19. 光电系统中的光学部分与电子部分的匹配十分重要，这些匹配包括光谱匹配、、。 二、简答 1、名词术语解释：灵敏度与鉴别力；示值范围与测量范围；估读误差与读数误差；分度值与分辨力 极限示值界限内的一组数。极限示值界限内的一组数。极限示值界限内的一组
光学设计cad试题五
光学系统设计(五) 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就是正确的,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.对于密接双薄透镜系统,要消除二级光谱,两透镜介质应满足 ( )。 A 、相对色散相同,阿贝常数相差较小 B 、相对色散相同,阿贝常数相差较大 C 、相对色散相差较大,阿贝常数相同 D 、相对色散相差较小,阿贝常数相同 2.对于球面反射镜,其初级球差表达公式为 ( )。 A 、?δ2h 81L =' B 、 ?δ2h 81L -=' C 、 ?δ2h 41L =' D 、 ?δ2h 4 1L -=' 3.下列光学系统中属于大视场大孔径的光学系统就是 ( )。 A 、显微物镜 B 、望远物镜 C 、目镜 D 、 照相物镜 4.场曲之差称为 ( )。 A 、球差 B 、 彗差 C 、 像散 D 、 色差 5.初级球差与视场无关,与孔径的平方成 ( )。 A 、正比关系 B 、反比关系 C 、倒数关系 D 、相反数关系 6.下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像差有( )。 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就是 ( )。 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就是 ( )。 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 ( )。 A 、球差 B 、 彗差 C 、 畸变 D 、 色差 10.初级子午彗差与初级弧矢彗差之间的比值为 ( )。 A 、3:1 B 、4:1 C 、5:1 D 、2:1 11.光阑与相接触的薄透镜重合时,能够自动校正 ( )。 A 、畸变 B 、场曲 C 、球差 D 、二级光谱 12.在子午像差特性曲线中,坐标中心为z B ',如0B '位于该点左侧,则畸变值为 ( )。 A 、正值 B 、负值 C 、零 D 、无法判断 13.厚透镜之所以在校正场曲方面有着较为重要的应用,就是因为 ( )。 A 、通过改变厚度保持场曲为零 B 、通过两面曲率调节保持光焦度不变 C 、通过改变厚度保持光焦度不变 D 、通过两面曲率调节保持场曲为0 14.正畸变又称 ( )。 A 、桶形畸变 B 、锥形畸变 C 、枕形畸变 D 、梯形畸变 15.按照瑞利判断,显微镜的分辨率公式为 ( )。 A 、NA 5.0λσ= B 、 NA 61.0λσ= C 、 D 014''=? D 、 D 012''=? 16.与弧矢平面相互垂直的平面叫作 ( )。 A 、子午平面 B 、高斯像面 C 、离焦平面 D 、主平面 17.下列软件中,如今较为常用的光学设计软件就是 ( )。 A 、abr 软件 B 、OPD88软件 C 、ZEMAX 软件 D 、AutoCAD 软件 18.光学传递函数的横坐标就是 ( )。 A 、波长数 B 、线对数/毫米 C 、传递函数值 D 、长度单位 19.星点法检验光学系统成像质量的缺陷就是 ( )。 A 、不方便进行,步骤复杂 B 、属主观检验方法,不能量化 C 、属客观检测方法,但精度低 D 、计算复杂,应用不便 20.波像差就就是实际波面与理想波面之间的 ( )。 A 、光程差 B 、几何像差 C 、离焦量 D 、距离差
光学设计与CAD
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.0.707 视场 B. 0.5 视场 C. 0.3 视场 D. 0.85 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 C.F 光和C 光近轴光球差之差 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 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 &下列光学系统中属于大视场小孔径的光学系统是 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 （ 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.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 A.厚凸透镜B.平行平板 C.球面反射镜 D. 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. 13 .薄双胶合物镜置于球面反射镜球心，光阑与球心重合， （D A. 0.4 B. 0.25 C. 0.1 14.场景置于系统中，除产生场曲外， 像散 C 视场 （A ）。 B. 边缘光和近轴光球差之差 D. F 光和C 光近轴光色差之差 （ 不晕透镜 薄双胶合物镜 则系统彗差最小可以为 A.球差 B.彗差 C. 15. 厚透镜的场曲公式为 A. S |v J 2—（丄 n -1 r 1 C. S iv 心』 n 「1 D. 0 还可产生 D.畸变 ( 丄) 「2 丄) r 2 B. D. S |V S |V 16. 波像差就是实际波面与理想波面之间的 A.光程差 B.几何像差 C. 离焦量 17. 在进行目镜光学系统设计时，应 （D J 2T 丄 n 「2 J 2亠(丄 n -1 r 2 (A )。 D.距离差 )。 丄) r i 丄) r i
光学设计cad答案
光学系统设计(三) 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．系统的像散为零，则系统的子午场曲值( )。 A.大于零 B.小于零 C.等于零 D.无法判断 2．双胶合薄透镜组，如果位置色差校正为零，则倍率色差值为 ( )。 A.大于零 B.小于零 C.等于零 D.无法判断 3．下列像差中，对孔径光阑的大小和位置均有影响的是( )。 A.球差 B. 彗差 C. 像散和场曲 D.畸变 4．除球心和顶点外，第三对无球差点的物方截距为 ( ) 。 A.r n n n L '+= B. r n n n L ''+= C. r n n n L '-= D. r n n n L ''-= 5．下列像差中，属于轴外点细光束像差的是( )。 A.球差 B.子午彗差 C.子午场曲 D.畸变 6．瑞利判据表明，焦深是实际像点在高斯像点前后一定范围内时，波像差不会超过 ( )。 A.λ21 B. λ31 C. λ41 D. λ51 7．对于目视光学系统，介质材料的阿贝常数定义为 ( )。 A.C F D D n n 1n --=ν B. C F D D n n 1n ++=ν C. C F D D n n 1n -+=ν D. C F D D n n 1n +-=ν 8．9K 玻璃和6ZF 玻璃属于 ( )。 A.冕牌玻璃和火石玻璃 B.火石玻璃和冕牌玻璃 C.均属火石玻璃 D.均属冕牌玻璃 9．在ZEMAX 软件中进行显微物镜镜设计，输入视场数据时，应选择 ( )。
初中物理竞赛测试题 声学与光学 附答案
初中物理竞赛测试题: 声学与光学（附答案） 一、选择题 1、有一种自行车尾灯设计得很巧妙。当后面汽车的灯光以任何方向射到尾灯时，它都能把光钱“反向射回”。下图是4种尾灯的剖面示意图，其中用于反光的镜面具有不同的形状。能产生上述效果的镜面是( ) A B C D 2、图4中画的是王小刚同学的眼镜，从眼镜判断，他的眼睛( ) A．是远视眼。 B．是近视眼。 C．视力正常，眼镜是太阳镜。 D．一只眼视力基本正常，另一只是近视眼。 3、这张试卷是白纸上印有黑字，每个人都看得特别清楚。我们之所以能看清楚这些字的主要原因是( ) A．白纸和黑字分别发出了不同颜色的光进入眼睛。 B．白光照到试卷上，白纸和黑字分别反射出白光和黑光进入眼睛。 C．白光照到试卷上，白纸仅射出白光进入眼睛，而黑字不反光。 D．黑字比白纸反射光的本领强。 4、一种手电筒上所有的聚光小电珠如图2所示，其前端相当于一个玻璃制成的凸透镜，灯丝（可看作一个点光源）发出的光通过它出射时，出射光束（图中实线所示）比无此透镜时的光束（图中虚线所示）要窄，即它可减小光束的发散，有聚光功能。在这种小电珠中，灯丝应位于( ) A．凸透镜的焦点以内。 B．凸透镜的一倍焦距和两倍焦距之间。 C．凸透镜的焦点处。 D．凸透镜的两倍焦距处。 5、为了防盗，在门上装上一个“猫眼”，使屋内的人能看清屋外的人是一个正立缩小的像，屋外面的人却看不清屋内的人，则“猫眼”应该是：( ) A．凸镜B．凹镜 C．凹透镜D．凸透镜 6、在暗室的红灯下看一张白纸和白纸上的红字，得到的感觉是：( ) A．纸是白色的，字能看清楚 B．纸是白色的，字看不清楚 C．纸是红色的，字能看清楚 D．纸是红色的，字看不清楚 7、在没有任何其他光照的情况下，舞台追光灯发出的绿光照在穿白上衣、红裙子的演员身上，观众看到她( ) A．全身呈绿色。C．上衣呈绿色，裙子呈紫色。 B．上衣呈绿色，裙子不变色。D．上衣呈绿色，裙子呈黑色。 8、往保温瓶里灌开水的过程中，听声音就能判断壶里水位的高低，因为( )
显微镜系统设计实验报告
光学系统设计实验报告 设计题目：测量显微镜光学系统 专业班级：光信息08-1班 学生姓名： 学号： 指导老师：
一实验目的 1.了解光学系统设计的基本步骤，学会基本外形尺寸的计算。 2.熟悉ZEMAX软件的操作，了解操作要领，学会应用基本的相差 评价函数并进行优化。 二、实验器材 ZEMAX软件、相关实验指导书 三、设计要求 1）设计说明书和镜头文件。镜头文件包括物镜镜头文件、目镜镜头文件和光学系统镜头文件。 2）部分技术参数选择： ①目镜放大率10 ②沿光轴,目镜最后一面到物面沿光轴的几何距离280毫米 ③对工件实边缘的对准精度为2.2微米 ④其它参数自定 3）其他要求 ①视场大小自定，尽可能大些，一般达到商用仪器的一半。 ②可以不加棱镜。如加棱镜，折转角大小自定。棱镜可以按照等效玻璃板处理。 ③可以对物镜和目镜进行整体优化或独立优化。 ④可以加上CCD。 四、具体设计 1.系统结构设计思路 1)系统结构框图
物体经物镜所成的放大的实像与分划板重合，两者一同经目镜成一放大的虚像。棱镜的型式为斯米特屋脊棱镜，它能使系统成正像，并且使光路转折45°角，以便于观察和瞄准（此处可以不加设计）。为避免景深影响瞄准精度，物镜系统采用物方远心光路，即孔径光阑位于物镜像方焦面上。 （图1 显微镜系统结构图） 2)等效光路原理图
（图2 显微镜无光轴偏转的等效光路图） 2.外形尺寸计算 1)首先绘出光学系统的等效光路原理图。如图所示，首先将棱镜作为等效空气平板处理。 2)求实际放大率。系统的有效放大率由系统的瞄准精度决定。用米字形虚线瞄准被测件轮廓，得系统有效放大率 由于工具显微镜一般要求有较大的工作距和物方线视场，又要求共轭距不能太长，因而工具显微镜的实际放大率和物镜的放大率均不宜过大。取实际放大率为 3)求数值孔径 4)求物镜和目镜的放大率 目镜的放大率 物镜的放大率 5)求目镜的焦距 ? -=Γ30102.02 .21.500055 .061.061.0 nsinU ≈??===δλk NA 3 -=ΓΓ =e β?=Γ10e mm f e e 25250 =Γ= '? ≥?=≥ Γ222 .21.55 .725.72δk
光学cad答案二
光学系统设计(二) 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．当入瞳在单个折射球面（0>r ）的球心右侧时，产生子午彗差是 ( )。 A.正值 B .负值 C.零 D.无法判断 2．假定物位于有限距离处，大小为-y ，当入瞳在单正透镜的左侧时，产生畸变的是 ( )。 A.正值 B .负值 C.零 D.无法判断 3．下列各条件中，描述垂轴小线段完善成像的条件是 ( )。 A.正弦条件 B. 余弦条件 C. 等晕条件 D. 赫歇尔条件 4．边缘光和近轴光色差之差称为 ( ) 。 A.球差 B. 位置色差 C. 二级光谱 D. 色球差 5．下列像差中需要校正二级光谱的是 ( )。 A.低倍显微物镜 B.长焦距平行光管物镜 C.望远物镜 D.照相物镜 6．对于密接双薄透镜系统，要消除二级光谱，两透镜介质应满足 ( )。 A.相对色散相同，阿贝常数相差较小 B.相对色散相同，阿贝常数相差较大 C.相对色散相差较大，阿贝常数相同 D.相对色散相差较小，阿贝常数相同 7．对于球面反射镜，其初级球差表达公式为 ( )。 A.?δ2h 81L =' B. ?δ2h 81L -=' C. ?δ2h 41L =' D. ?δ2h 4 1L -=' 8．下列光学系统中属于大视场大孔径的光学系统是 ( )。 A.显微物镜 B.望远物镜 C.目镜 D. 照相物镜 9．场曲之差称为 ( )。 A.球差 B. 彗差 C. 像散 D. 色差 10．初级球差与视场无关，与孔径的平方成 ( )。 A.正比关系 B.反比关系 C.倒数关系 D.相反数关系 11．场镜除产生场曲外，还会产生 ( )。 A.球差 B.彗差 C.像散 D.畸变 12．普通的正透镜产生的场曲值为 ( )。 A.正值 B.负值 C.零 D.无法判断 13．弯月形厚透镜的介质折射率为1.5，若要自身消除色差，1r 与2r 的差值应满足 ( )。 A. 76d .0r r 21=- B. 56d .0r r 21=- C. 38d .0r r 21=- D. 47d .0r r 21=- 14．求得波像差的参考点是 ( )。 A.折射面球心 B.折射面顶点 C.高斯像点 D.最佳离焦像点 15．对仅包含初级和二级球差的光学系统校正了边缘光球差后，其最佳焦点位置( )。 A. 在高斯像点7h .0L 41'δ处 B. 在高斯像点7h .0L 43'δ处 C. 在高斯像点7h .0L 41'-δ处 D. 在高斯像点7h .0L 4 3'-δ处 16．与子午平面相互垂直的平面叫作 ( )。 A.弧矢平面 B.高斯像面 C.离焦平面 D.主平面 17．在五种初级单色像差中，与孔径和视场均有关系的像差为 ( )。
课程名称现代光学设计方法-北京理工大学研究生院
课程名称：现代光学设计方法 一、课程编码：0400013 课内学时：32学分：2 二、适用专业：仪器科学与技术各专业，光学工程专业，物理电子学专业 三、先修课程：应用光学，物理光学，光学测量，光学工艺等。 四、教学目的： 通过本课程的学习，使研究生： 1、了解现代光学系统像质评价所采用的方法，了解几何像差、垂轴像差、波像差、点列图、包围圆能量、光学传递函数等常用像质评价指标的概念和特点，掌握用Zemax软件中相应功能的使用方法； 2、了解光学自动设计的原理，了解适应法和阻尼最小二乘法两种自动优化方法的原理和特点，掌握用Zemax软件中自动优化功能的使用方法； 3、了解公差分析与计算的原理，掌握常用光学系统公差分析与计算的方法，掌握用Zemax软件中公差分析计算功能的使用方法； 4、学习经典光学系统的设计方法，了解变焦距系统的原理和设计方法，掌握用Zemax 软件中相应功能设计光学系统的方法； 5、学习空间光学系统、红外光学系统、非球面光学系统等现代典型光学系统的特点和设计方法。 五、教学方式： 课堂讲授，材料自学与课堂讨论，穿插设计实例分析。 六、教学主要内容及对学生的要求： 1光学系统像质评价方法4学时 1.1光学系统的坐标系统、结构参数和特性参数 1.2检测阶段的像质评价指标——星点检验 1.3检测阶段的像质评价指标——分辨率测量 1.4几何像差的定义及其计算 1.5垂轴像差的概念及其计算 1.6几何像差计算程序ABR的输入数据与输出结果 1.7几何像差及垂轴像差的图形输出 1.8用波像差评价光学系统的成像质量 1.9光学传递函数 1.10点列图 1.11包围圆能量 2光学自动设计方法4学时 2.1阻尼最小二乘法光学自动设计程序 2.2光学自动设计的全局优化 2.3适应法光学自动设计程序 2.4典型光学设计软件介绍 3公差分析与计算4学时 3.1公差设计中的评价函数 3.2光学公差的概率关系 3.3公差设计中的随机模拟检验
光学实验报告 (一步彩虹全息)
光学设计性实验报告（一步彩虹全息） 姓名： 学号： 学院：物理学院
一步彩虹全息 摘要彩虹全息是用激光记录全息图, 是用白光再现单色或彩色像的一种全息技术。彩虹全息术的关键之处是在成像光路( 即记录光路) 中加入一狭缝, 这样在干板上也会留下狭缝的像。本文研究了一步彩虹全息图的记录和再现景象的基本原理、一步彩虹全息图与普通全息图的区别和联系、一步彩虹全息的实验光路图，探讨了拍摄一步彩虹全息图的技术要求和注意事项，指出了一步彩虹全息图的制作要点, 得出了影响拍摄效果的佳狭缝宽度、最佳狭缝位置及曝光时间对彩虹全息图再现像的影响。 关键词：一步彩虹全息；狭缝；再现 1 光学实验必须要严密，尽可能地减少实验所产生的误差； 2 实验仪器 防震全息台激光器分束镜成像透镜狭缝干板架光学元件架若干干板备件盒洗像设备一套线绳辅助棒扩束镜2个反射镜2个 3 实验原理 3.1 像面全息图 像面全息图的拍摄是用成像系统使物体成像在全息底板上，在引入一束与之相干的参考光束，即成像面全息图，它可用白光再现。再现象点的位置随波长而变化，其变化量取决于物体到全息平面的距离。 像面全息图的像（或物）位于全息图平面上，再现像也位于全息图上，只是看起来颜色有变化。因此在白光照射下，会因观察角度不同呈现的颜色亦不同。 3.2 彩虹全息的本质 彩虹全息的本质是要在观察者与物体的再现象之间形成一狭缝像，使观察者通过狭缝像来看物体的像，以实现白光再现单色像。若观察者的眼睛在狭缝像附近沿垂直于狭缝的方向移动,将看到颜色按波长顺序变化的再现像。若观察者的眼睛位于狭缝像后方适当位置, 由于狭缝对视场的限制, 通过某一波长所对应的狭缝只能看到再现像的某一条带, 其色彩与该波长对应, 并且狭缝像在空间是连
光学全息照相实验报告
光学全息照相实验报告
实验II 光学全息照相 光学全息照相是利用光波的干涉现象，以干涉条纹的形式，把被摄物表面光波的振幅和位相信息记录下来，它是记录光波全部信息的一种有效手段。这种物理思想早在1948年伽柏（D.Gabor）即就已提出来了，但直到1960年，随着激光器的出现，获得了单色性和相干性极好的光源时,才使光学全息照相技术的研究和应用得到迅速地发展。光学全息照相在精密计量、无损检测、遥感测控、信息存储和处理、生物医学等方面的应用日益广泛，另外还相应出现了微波全息，X光全息和超声全息等新技术，全息技术已发展成为科学技术上的一个新领域。 本实验通过对三维物体进行全息照相并再现其立体图像，了解全息照相的基本原理及特点，学习拍摄方法和操作技术，为进一步学习和开拓应用这一技术奠定基础。 实验目的
了解光学全息照相的基本原理和主要特点； 学习静态光学全息照相的实验技术； 观察和分析全息全图的成像特性。 仪器用具 全息台、He —Ne 激光器及电源、分束镜、全反射镜、扩束透镜、曝光定时器、全息感光底版等。 基本原理 全息照片的拍摄 全息照相是利用光的干涉原理将光波的振幅和相位信息同时记录在感光板上的过程.相干光波可以是平面波也可以是球面波，现以平面波为例说明全息照片拍摄的原理。如图1所示，一列波函数为t i ae y πυ21=、振幅为a 、频率为υ、波长为λ 的平面单色光波作为参考光垂直入射到感光板上。另一列同频率、波函数为t i r T t i Be be y πυλπ222==??? ??-的相 干平面单色光波从物体出发，称为物光，以入射角θ同时入射到感光板上，物光与参考光产生干涉，在感光板上形成的光强分布为 ax ab b a I cos 222++= (1)
工程光学--期末考试试题
测控专业--工程光学--期末考试试题 一、项选择题（每小题2分，共20分） 1一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 A．－100mm B．－50mm C．50mm D．100mm 2．一个照相物镜能分辨的最靠近的两直线 在感光底片上的距离为2μm，则该照相物镜的 分辨率为： A． 2μm； B． 0.5线/μm； C． 50 线/mm； D． 500线/mm； 3．一个发光强度为I的点光源悬挂于桌面上方2米处，则桌面上的最大光照度为 A．I/4 B．I/2 C．2I D． 4I 4．对显微镜系统正确的描述是 A. 显微镜系统的出射光瞳在目镜之前； B. 对显微镜的单色像差一般用C光(656.3nm)来校正； C、显微镜的数值孔径与其物镜和目镜均有关； D. 显微镜的数值孔径越大，景深越小; 5．焦距为100mm的凸薄透镜，其光焦度Φ为： A．0.01mm-1；B．0.01mm；C．0.02mm-1；
D．0.02mm； 6．以下关于光学系统成像的像差，正确的描述是 A. 轴上物点成像可能存在的像差有球差和正弦差; B. 目视光学系统一般对F光（486.1nm）和C光(656.3nm) 消色差 C. 畸变不仅使像的形状失真，而且影响成像的清晰 D. 对单正透镜通过改变其设计参数可以完全校正球差 7．焦距为200mm的透镜对一无穷远处物体成实像，则像距等于： A．∞； B．-∞； C．200mm； D．–200mm； 8．一个高10mm的实物通过某光学系统成倒立实像，像高20mm， 则成像的垂轴放大率β为 A．β=－2× B．β=－1/2× C．β=1/2× D．β=2× 9．一个平面光波可以表示为，则该平面波 所在传播介质的折射率是： A． 0.65； B． 1.5； C． 1.54； D． 1.65； 10．强度为I的自然光通过起偏器后，出射光是 A. 强度为I的线偏振光; B．.强度为I/2的线偏振光; C．强度为I的自然光; D．强度为I/2的自然光; 二.填空题（每小题2分，共10分） 1．一束强度为I、振动方向沿铅垂方向的线偏振光通过一个检偏 器后，透过光的强度为I/2，则检偏器透光轴与铅垂方向的夹角为