仪器光学复习题.docx

1、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，

2、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=1N），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100100mm2,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

3、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=25250，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

4、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=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=0.5m。 18二十九、已知星体相机通光孔径D=140mm, =500mm，

5、 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： 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。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： 计算空间信息量，可以由下式决定视场（立

6、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 设计照明系统时，要求：照明系统的拉氏不变量 光能计算公式： 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： 正弦条件- 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

7、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12 补偿组：从AB 所以此段倍率增加不大变倍组：从23 补偿组：从BC 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 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

8、补偿法。1 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： 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 点列图法途径：r,d,n算空间光线得垂轴象差

9、 ()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=1N），物的调制度M物，问怎样求出象的调制度M象？答： 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。 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。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

10、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 由旋转棱镜产生的象移量，x,y的级数展开式可知，含有）补级球差项：）子午彗差项：）子午场曲项：弧矢场曲项：象散项：）畸变项：）位置色差项：）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