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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. B. C. D.
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. B. C. D.
7．对于目视光学系统，介质材料的阿贝常数定义为 ( )。
A. B. C. D.
8．玻璃和玻璃属于 ( )。
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 ( )。
A. Angle（Deg） B. Object Height C. Paraxial Image Height D. Real Image Height
10．在ZEMAX软件中表示传递函数的是下列的哪个缩写图标 ( )。
A.Fie B.Opt C.Spt D.Mtf
11．下列各镜头中，在进行设计时，应采用正追光线的是 ( )。
A.惠更斯目镜 B.望远物镜 C.显微物镜 D.冉斯登目镜
12．一般的负透镜产生的场曲值为 ( )。
A.正值 B.负值 C.零 D.无法判断
13．一激光扩束器应主要校正的像差是 ( )。
A. 色差 B. 彗差 C. 球差 D. 畸变
14．所有的反射镜均不需校正 ( )。
A.场曲 B.畸变 C.球差 D. 色差
15．对于一轴外物点，一般光学系统在像面上的各种像差综合的结果是 ( )。
A.圆形的弥散斑 B.不规则形状的单色弥散斑
C.彩色的弥散斑 D.不规则形状的彩色弥散斑
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．按照道威判断，显微镜的分辨率公式为 ( )。
A. B.
C. D.
二、填空题（本大题11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。
21.一齐明透镜，第一面曲率半径，物点位于第一面曲率中心处，第二面满足齐明条件。若该透镜厚度d=5mm，折射率n=1.5，位于空气中，则第二面半径为 ，该齐明透镜的垂轴放大倍率为 。
22. 一个完全对称式光学系统，若垂轴放大率，则轴向像差为系统半部像差的 。
23. 若一个光学系统的畸变可以写做 Δy = , ΔZ= 0，则其相对畸变 。
24.消场曲的方法主要有 、 、 等。
25.反射棱镜用于平行光路中，相当于 ，各像差值均 零。
26.在七种几何像差中，不影响成像的清晰度的是 ，仅与孔径有关的像差是 、 。
27.在轴外像差特性曲线中，若一圆滑曲线关于轴完全对称，则系统的细光束子午场曲 。
28.只含初级和二级球差的望远物镜，校正球差后，使边缘光球差，其边缘带高级球差为0.5mm，则 ，为使波像差最小，离焦后其最佳像面应位于理想像点 侧 毫米处。
29.反射棱镜处于会聚光路中，除 ，其它像差均存在。
30.波像差的参考波面是 ，波像差的大小在 处度量。
31.相对孔径是F数的 。
三、名词解释（本大题共5 小题。每小题2 分，共 10 分）
32．齐明点：
33．正弦差：
34．匹兹伐尔场曲：
35. 离焦：
36．余弦定律：
四、简答题（本大题共 6 小题。每小题 5 分，共30 分）
37．孔径光阑的直径对畸变是否有影响？为什么？
38．在系统中加入场镜，是否会对像的大小和方向产生影响？为什么？
39．在光学系统的近轴区是否存在位置色差，为什么？
40. 什么是正弦条件和赫歇尔条件？它们有什么关系？说明了什么？
41. 当光学系统仅存在初级彗差时，其成像光束形状如何？有何特点？
42. 消像差谱线的选择有何原则？
五、综合应用题（本大题共 2 小题。每小题10 分，共20分）
43.一双胶合望远物镜，，，若只含初级球差和二级像差，边缘带球差为零0。707带三个面的球差分布系数分别为：
1 2 3
： 0.0100104 -0.0338527 0.0256263
求： 1） 该物镜的初级球差有多大？
2） 若最大球差允许不大于6倍焦深，物镜的球差是否超差？
3） 物镜的二级光谱有多大？

44. 在球面反射镜的球心处放一弯月薄透镜，其两半径相等，光阑与薄透镜重合，系统对无限远物体成像，试分析该光学系统的像差特性。

光学系统设计（三）
参考答案及评分标准
一、单项选择题（本大题共 20小题。每小题 1 分，共 20 分）
题号
1-5
6-10
11-15
16-20
答案
DCBAC
CAABD
BBCDD
ACBBA

二、填空题（本大题11小题。每空1分，共20 分）
21.-60mm、1.5 22.2倍 23.
24.使用弯月形厚透镜、系统中正负透镜分离、正负透镜分别选用较高和较低折射率的材料、将像面做成曲面补偿场曲
25.平行平板、等于 26.畸变、球差、位置色差
27.0 28.-0.125、前、0.09375
29.场曲 30.理想球面波、出瞳
31.倒数

三、名词解释（本大题共5 小题。每小题2 分，共 10 分）
32．齐明点：对于单个折射球面，当物距满足时，像距为，此时不产生球差值，称该对共轭点为不晕点或齐明点。
评分标准：答对主要意思得2分。
33．正弦差：正弦差是轴外小视场成像的宽光束的不对称性的量度，其表达公式为。
评分标准：答对主要意思得2分。
34．匹兹伐尔场曲：理想的平面物体所产生的理想像为有一定弯曲程度的曲面，称为匹兹伐尔像面，或匹兹万像面，该像面的场曲值称为匹兹伐尔场曲或匹兹万场曲。
评分标准：主要意思正确得2分。
35．离焦：为了获得最佳像面，将实际像面沿理想像面向前或向后移动一定距离的过程称为离焦。
评分标准：主要意思正确得2分。
36．余弦定律：光学系统对无限接近的两点成完善像的条件称为余弦条件，其表达公式为。
四、简答题（本大题共 6 小题。每小题 5 分，共30 分）
37．孔径光阑的直径对畸变是否有影响？为什么？
答：孔径光阑的直径对畸变没有影响，其位置对畸变有影响，因为畸变是主光线像差，而主光线仅与入瞳中心有关，与入瞳大小无关。
38．在系统中加入场镜，是否会对像的大小和方向产生影响？为什么？
答：因为物点与像点重合在场镜平面，所以，像的大小和方向均不发生改变。像差方面除场曲和畸变外，其余像差为零。
39．在光学系统的近轴区是否存在位置色差，为什么？
答：在光学系统近轴区仍存在初级位置色差。因为即使在光学系统的近轴区，F光与C光的理想像点在光轴上并不重合，其差值称为初级位置色差。
40. 什么是正弦条件和赫歇尔条件？它们有什么关系？说明了什么？
答：正弦条件是垂轴小线段能够完善成像的条件，其表达公式为；而赫歇尔条件是沿轴小线段能够完善成像的条件，其表达公式为。它们的表达公式相互矛盾，说明不能够同时满足，即不存在一个光学系统能够对整个空间完善成像。

41. 当光学系统仅存在初级彗差时，其成像光束形状如何？有何特点？
答：彗差形状类似于彗星状，故名彗差。当系统仅存在初级彗差时，有如下特点：（1）子午彗差是弧矢彗差的3倍，即；
（2）彗差轮廓相切于两条夹角为60度的直线；
（3）彗差顶点处能量较为集中，越往外能量越涣散。
42. 消像差谱线的选择有何原则？
答：应对接收器最敏感的谱线消单色像差，对接收器能接受的波段范围两边缘附
近的谱线校正色差。

五、计算题（每题10分，共20分）
43.一双胶合望远物镜，，，若只含初级球差和二级像差，
边缘带球差为零0。707带三个面的球差分布系数分别为：
1 2 3
： 0.0100104 -0.0338527 0.0256263
求： 1） 该物镜的初级球差有多大？
2） 若最大球差允许不大于6倍焦深，物镜的球差是否超差？
3） 物镜的二级光谱有多大？
解：1）；；
初级球差为；
2）光学系统0.707带的球差为：
初级球差为=，所以可求得=，
6倍焦深=，，故未超差。
3）二级光谱为：
44. 在球面反射镜的球心处放一弯月薄透镜，其两半径相等，光阑与薄透镜重合，系统对无限远物体成像，试分析该光学系统的像差特性。
答： 1）对于弯月镜， 光阑与薄透镜重合
剩余、
2）对于球面反射镜，本身无色差，即
光阑处于球心，剩余、
3）系统像差情况：可使弯月镜和球面反射镜的球差相互补偿，保证系统的，同时，仅剩余，