光學(xué)設(shè)計(jì)考試題及答案

一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共10題）1.以下哪種像差會使軸上點(diǎn)成像模糊？（）A.彗差B.球差C.像散D.場曲答案：B2.光學(xué)系統(tǒng)的焦距f'=-100mm，則其為（）。A.正透鏡B.負(fù)透鏡C.無法確定D.既不是正也不是負(fù)答案：B3.在理想光學(xué)系統(tǒng)中，物像空間（）。A.是非均勻介質(zhì)B.折射率不同C.折射率相同D.介質(zhì)不確定答案：C4.光線在光學(xué)系統(tǒng)中的傳播遵循（）定律。A.費(fèi)馬B.牛頓C.阿基米德D.開普勒答案：A5.能夠校正色差的光學(xué)元件組合是（）。A.兩片相同的正透鏡B.一片正透鏡和一片負(fù)透鏡C.兩片相同的負(fù)透鏡D.任意兩片透鏡答案：B6.對于單個(gè)薄透鏡，當(dāng)物距趨于無窮遠(yuǎn)時(shí)，像距（）。A.趨于無窮遠(yuǎn)B.等于焦距C.等于兩倍焦距D.為零答案：B7.以下哪種情況會使光學(xué)系統(tǒng)的分辨率降低？（）A.減小孔徑光闌B.增大孔徑光闌C.減小視場光闌D.增大視場光闌答案：A8.光學(xué)系統(tǒng)的相對孔徑越大，則（）。A.像面照度越大B.像面照度越小C.像面照度不變D.與像面照度無關(guān)答案：A9.以下哪個(gè)不是光學(xué)系統(tǒng)的初級像差（）。A.三級球差B.五級球差C.初級彗差D.初級像散答案：B10.光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑NA與焦距f'和孔徑D的關(guān)系為（）。A.\(NA=D/f'\)B.\(NA=f'/D\)C.\(NA=\frac{D}{2f'}\)D.\(NA=\frac{2D}{f'}\)答案：A二、多項(xiàng)選擇題（每題2分，共10題）1.光學(xué)系統(tǒng)中的像差包括（）。A.球差B.彗差C.色差D.像散E.場曲答案：ABCDE2.提高光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的方法有（）。A.優(yōu)化光學(xué)元件參數(shù)B.增加光學(xué)元件數(shù)量C.采用非球面元件D.校正像差E.減小視場答案：ACDE3.以下關(guān)于薄透鏡成像的說法正確的是（）。A.物像共軛B.物距和像距滿足高斯公式C.像的大小與物的大小成比例D.物像位于透鏡同側(cè)E.物距等于像距時(shí)成像最清晰答案：ABC4.光學(xué)材料的重要光學(xué)特性參數(shù)有（）。A.折射率B.阿貝數(shù)C.透過率D.色散系數(shù)E.密度答案：ABCD5.影響光學(xué)系統(tǒng)色差的因素有（）。A.透鏡材料B.透鏡曲率C.光線波長D.系統(tǒng)孔徑E.系統(tǒng)視場答案：AC6.在光學(xué)設(shè)計(jì)中，孔徑光闌的作用有（）。A.限制軸上點(diǎn)成像光束寬度B.控制像面照度C.影響系統(tǒng)分辨率D.決定系統(tǒng)視場E.校正像差答案：ABC7.以下屬于望遠(yuǎn)系統(tǒng)特性的是（）。A.視角放大B.無焦系統(tǒng)C.物像在無窮遠(yuǎn)D.可以校正色差E.可用于顯微成像答案：ABC8.光學(xué)系統(tǒng)的光闌包括（）。A.孔徑光闌B.視場光闌C.消雜光光闌D.入瞳E.出瞳答案：ABC9.以下關(guān)于非球面光學(xué)元件的說法正確的是（）。A.可以校正多種像差B.加工難度大C.設(shè)計(jì)自由度高D.比球面元件成本高E.成像質(zhì)量差答案：ABCD10.光學(xué)系統(tǒng)的像面照度與（）有關(guān)。A.相對孔徑B.光學(xué)系統(tǒng)透過率C.光源強(qiáng)度D.視場角E.像差大小答案：ABC三、判斷題（每題2分，共10題）1.正透鏡一定成實(shí)像。（）答案：錯(cuò)誤2.光學(xué)系統(tǒng)的色差是由于不同波長光線折射不同引起的。（）答案：正確3.像散只存在于大視場光學(xué)系統(tǒng)中。（）：正確4.單個(gè)薄透鏡無法校正色差。（）答案：正確5.孔徑光闌一定位于光學(xué)系統(tǒng)的最前端。（）答案：錯(cuò)誤6.光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑越大，分辨率越高。（）答案：正確7.非球面元件可以完全消除像差。（）答案：錯(cuò)誤8.望遠(yuǎn)系統(tǒng)的放大率與目鏡焦距和物鏡焦距有關(guān)。（）答案：正確9.光學(xué)材料的阿貝數(shù)越大，色散越小。（）答案：正確10.視場光闌決定了光學(xué)系統(tǒng)的成像范圍。（）答案：正確四、簡答題（每題5分，共4題）1.簡述球差的概念及其對成像的影響。答案：球差是由于光學(xué)系統(tǒng)的球形表面導(dǎo)致的軸上點(diǎn)不同孔徑角光線成像位置不同的像差。（3分）它會使軸上點(diǎn)成像為彌散斑，從而使成像模糊，降低成像質(zhì)量。（2分）2.什么是色差？如何校正色差？答案：色差是由于不同波長的光線在光學(xué)系統(tǒng)中折射程度不同，導(dǎo)致成像位置和大小不同的現(xiàn)象。（3分）校正色差可采用不同色散特性的透鏡組合，如正透鏡和負(fù)透鏡組合。（2分）3.說明孔徑光闌和視場光闌在光學(xué)系統(tǒng)中的作用。答案：孔徑光闌限制軸上點(diǎn)成像光束寬度，控制像面照度和系統(tǒng)分辨率等。（3分）視場光闌決定光學(xué)系統(tǒng)的成像范圍，限制視場大小。（2分）4.簡述非球面元件在光學(xué)設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢。答案：非球面元件在光學(xué)設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢有校正多種像差、提高成像質(zhì)量、增加設(shè)計(jì)自由度。（3分）相比球面元件，可在一定程度上減少光學(xué)元件數(shù)量。（2分）五、討論題（每題5分，共4題）1.討論如何在光學(xué)設(shè)計(jì)中平衡像差以提高成像質(zhì)量。答案：在光學(xué)設(shè)計(jì)中，要根據(jù)系統(tǒng)要求確定主要像差的容限。（1分）優(yōu)先校正對成像質(zhì)量影響大的像差，如軸上點(diǎn)的球差等。（1分）采用合適的光學(xué)元件組合和結(jié)構(gòu)形式，如正負(fù)透鏡組合校正色差。（1分）合理調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，包括曲率、厚度等以平衡像差。（2分）2.分析光學(xué)系統(tǒng)的相對孔徑與成像質(zhì)量的關(guān)系。答案：相對孔徑越大，像面照度越大。（1分）但相對孔徑增大可能會引入更多像差，如球差、彗差等。（2分）在設(shè)計(jì)時(shí)要權(quán)衡像面照度需求和像差控制，以保證較好的成像質(zhì)量。（2分）3.探討望遠(yuǎn)系統(tǒng)中目鏡和物鏡的設(shè)計(jì)要求有何不同。答案：物鏡要求有較大的孔徑，以收集更多光線，有較好的色差校正能力。（2分）目鏡主要關(guān)