仪器光学复习题.docx
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仪器光学复习题
仪器光学
复习题
一、何谓拉氏不变量？
在已知视场角和孔径光线在入瞳高度时，怎样表述拉氏不变量？
2
二、简述拉氏不变量在计算空间信息量，设计照明系统，光能传递，高速摄影等方面都有哪些应用？
2
三、画出光学简图并用公式说明什么是正弦条件？
什么是赫歇尔条件？
讨论二者能否同时满足？
2
四、画图说明何谓物象交换原则？
它在讨论变焦光学系统换根解时有什么应用？
（分析换根思想、原理） 3
五、在正组补偿变焦系统中，为什么采取向上取段？
画出正组补偿系统中采用换根解时的组元运动关系图。
4
六、何谓光学补偿法？
画出下列各系统的稳定像点个数。
4
七、解释概念 5
八、简述用三种方法求光学传递函数的途径和公式，并标明各量的物理意义。
5
九、解释低对比分辨率法和特征频率法的概念。
如一个成象过程有N个环节组成，且每个环节的调制传递函数分别为
，（j=1～N），物的调制度M物，问怎样求出象的调制度M象？
6
十、写出棱镜光谱仪和光栅光谱仪的波长分辨本领表达式，并说明其中各量的物理意义？
7
十一、在星体相机成像时，若考虑影响象点尺寸的主要因素是 7
十二、解释高速摄影的含义，画出棱镜补偿相机的工作原理简图，并说明旋转棱镜象差？
7
十三、用马吕斯定律如何导出拉氏不变量？
8
十四、摄影系统的底片尺寸为100×100mm2,快门曝光时间为0.01秒，需要曝光量为0.1勒克司秒，系统透过率为
，对于亮度为0.1照提的目标，能够成光度方面满意的象，问这种系统能传递的象元素最多是多少？
（波长
） 9
十五、正弦条件适用的范围是大视场还是小视场，大孔径还是小孔径，为什么？
9
十六、讨论设计总长1000，工作距100，倍率50的显微摄影物镜的可能性?
10
十七、设计
=25～250，正组补偿，－
向上取段的高斯解，求出其二级光谱值（用普通玻璃） 12
十八、望远摄远物镜的倍率如何考虑？
14
十九、求出光学系统当光瞳为方孔时，理想的MTF曲线（取规化情况下方孔边长为2） 15
二十、棱镜色散的表达式是什么？
棱镜利用率的意义是什么？
16
二十一、色散棱镜产生的谱线弯曲如何计算？
弯曲趋势怎样？
为什么？
16
二十二、平面衍射光栅色散的谱线弯曲如何计算？
弯曲趋势怎样？
为什么？
16
二十三、凹面光栅方程一般表达式如何？
16
二十四、如何把迈克尔逊干涉仪改造成付立叶干涉光度计？
17
二十五、光谱仪成像系统设计时一般如何考虑象差校正？
17
二十六、拉氏不变量为2mm的光学系统，对波长λ=5000
的光源，能传递的象元素是多少？
18
二十七、已知一望远镜物镜的焦距为196mm，若二级光谱控制在1倍焦深的数量级以内，能实现的最大相对孔径是多少？
（按C、e、F波段） 18
二十八、求有衍射无象差情况下规化空间频率S=1.5时的实际空间频率，假设光学系统相对孔径为1/5，使用波长λ=0.5μm。
18
二十九、已知星体相机通光孔径D=140mm,
=500mm， 19
三十、如何用特征频率法评价电视摄影物镜成像质量？
20
三十一、讨论中心遮拦时的理想光学系统MTF变化情况及原因？
（用画图证明即可） 20
三十二、用特征频率法如何评价投影光学系统成像质量？
20
一、何谓拉氏不变量？
在已知视场角和孔径光线在入瞳高度时，怎样表述拉氏不变量？
答：
①在同轴光学系统中，成像的物高
、光束孔径角u和所在介质的折射率n三者之积是一个常数，称之为拉氏不变量
其意义是:
在同轴系统的近轴区存在一个对整个系统的空间不变量，无论在系统中的任一空间都成立。
②
二、简述拉氏不变量在计算空间信息量，设计照明系统，光能传递，高速摄影等方面都有哪些应用？
答：
①计算空间信息量，可以由下式决定
视场（立体角）
光瞳尺寸（面积）
或视场（面积）
光瞳尺寸（立体角）
公式的实际意义是拉氏不变量的平方
②设计照明系统时，要求：
照明系统的拉氏不变量
③光能计算公式：
④在转镜式高速摄影机中，总的信息量
三、画出光学简图并用公式说明什么是正弦条件？
什么是赫歇尔条件？
讨论二者能否同时满足？
答：
①正弦条件--
②赫歇尔条件---
二者不能同时满足：
把二者条件的左边相比得：
同理二条件的右边相比得：
若同时满足，则
，即
一般是不可能的。
四、画图说明何谓物象交换原则？
它在讨论变焦光学系统换根解时有什么应用？
（分析换根思想、原理）
答：
当
时,
及
都能完善成象，此时A是
物象距交换的，说明透镜成象时是满足物象交换原则的。
对应一条变倍曲线，有两条补偿曲线，这是根据物象交换原则得出的。
当二补偿曲线有公共切点时，就可以实现平滑换根，这样可实现以最小的组元移动来得到最大变倍（即最快变焦）。
五、在正组补偿变焦系统中，为什么采取向上取段？
画出正组补偿系统中采用换根解时的组元运动关系图。
答：
在正组补偿中，变倍组元与补偿组元的运动曲线如下图所示：
所以此段倍率同时增加
变倍组：
从1
2
补偿组：
从A
B
所以此段倍率增加不大
变倍组：
从2
3
补偿组：
从B
C
所以，为了使
同趋势变化，提高变倍速率，故在正组补偿变焦系统中，采取向上取段。
六、何谓光学补偿法？
画出下列各系统的稳定像点个数。
1
②
③
④
答：
不用凸轮而用简单的透镜运动来达到象面稳定的系统，物象交换原则就是简单的光学补偿法。
1
②
③
④
七、解释概念
1截止频率：
对比度刚好下降为零时所对应的空间频率
2规化频率：
式中:
—实际空间频率
—孔径角，
—波长，
折射率
？
对应
3调制度：
八、简述用三种方法求光学传递函数的途径和公式，并标明各量的物理意义。
答：
①自相关法
途径：
r,d,n
算出波差w（x,y）
算出光瞳函数f（x.y）
自相关积分得OTF
公式：
式中：
—光瞳透过率函数（在光瞳内取1，在光瞳外取0）
—波象差，可光程计算得出
2两次F氏变换法：
途径：
r,d,n
算出波差w（x,y）
算出光瞳函数f（x.y）
付氏逆变换得扩散函数
付氏变换得OTF
公式：
式中:
---光瞳坐标
---象面坐标
---二维空间频率
③点列图法
途径：
r,d,n
算空间光线得垂轴象差（
）
画出点列图
即得扩散函数
作数值积分
得
公式：
式中：
—一维象面坐标
—一维空间频率
九、解释低对比分辨率法和特征频率法的概念。
如一个成象过程有N个环节组成，且每个环节的调制传递函数分别为
，（j=1～N），物的调制度M物，问怎样求出象的调制度M象？
答：
①低对比分辨率法：
先根据使用要求定出低对比值（一般可取为0.5），然后分析系统的MTF-S曲线，求此对比下的分辨能力。
②特征频率法：
先根据使用要求定出特征频率，然后分析系统的MTF-S曲线，求此频率下的MTF值。
③
十、写出棱镜光谱仪和光栅光谱仪的波长分辨本领表达式，并说明其中各量的物理意义？
答：
1棱镜光谱仪的波长分辨率
式中
—色散棱镜底边的长度
—折射率对波长的变化率
2光栅光谱仪的波长分辨率
式中
—光栅刻线部分的宽度
—入射角
—衍射角
十一、在星体相机成像时，若考虑影响象点尺寸的主要因素是：
光学系统引起扩散
，大气抖动扩散
，温度变化扩散
，底片颗粒扩散
，问综合象点尺寸
？
答：
=0.02mm
十二、解释高速摄影的含义，画出棱镜补偿相机的工作原理简图，并说明旋转棱镜象差？
答：
1高速摄影是以极高的频率拍摄快速运动（或快速变化）目标
②由旋转棱镜产生的象移量，x,y的级数展开式可知，含有
ⅰ）补级球差项：
ⅱ）子午彗差项：
ⅲ）子午场曲项：
弧矢场曲项：
象散项：
ⅳ）畸变项：
ⅴ）位置色差项：
ⅵ）倍率色差项：
其中主要象差 象散
畸变（非线性垂轴位移）
公式中
—转角
—象方孔径角
—棱镜材料折射率
—棱镜厚度
十三、用马吕斯定律如何导出拉氏不变量？
答：
点成理想象于
点成理想象于
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