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.光學(xué)系統(tǒng)中，光焦度為正的透鏡是（）A.凹透鏡B.凸透鏡C.平凹透鏡D.平凸透鏡2.衡量光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的指標(biāo)不包括（）A.分辨率B.像差C.焦距D.點(diǎn)列圖3.光線從空氣進(jìn)入玻璃，其折射角（）入射角。A.大于B.小于C.等于D.不確定4.以下哪種像差不屬于單色像差（）A.球差B.色差C.慧差D.像散5.光學(xué)系統(tǒng)的物方焦距和像方焦距（）A.一定相等B.一定不相等C.大小相等，符號(hào)相反D.無(wú)確定關(guān)系6.當(dāng)物距趨于無(wú)窮大時(shí)，凸透鏡成像的像距等于（）A.焦距的一半B.焦距C.二倍焦距D.無(wú)法確定7.以下光學(xué)元件中，能對(duì)光線起發(fā)散作用的是（）A.凸透鏡B.凹面鏡C.凸面鏡D.平面鏡8.薄透鏡的光焦度等于（）A.焦距的倒數(shù)B.焦距C.物距的倒數(shù)D.像距的倒數(shù)9.光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑與（）有關(guān)。A.焦距B.通光孔徑C.視場(chǎng)角D.像差10.人眼的晶狀體相當(dāng)于一個(gè)（）A.凸透鏡B.凹透鏡C.平面鏡D.棱鏡答案：1.B2.C3.B4.B5.C6.B7.C8.A9.B10.A二、多項(xiàng)選擇題（每題2分，共10題）1.以下屬于光學(xué)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)參數(shù)的有（）A.焦距B.口徑C.視場(chǎng)角D.相對(duì)孔徑2.常見的像差校正方法有（）A.選擇合適的光學(xué)材料B.改變透鏡的結(jié)構(gòu)形式C.采用組合透鏡D.調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)3.光學(xué)系統(tǒng)中，可能產(chǎn)生的色差類型有（）A.位置色差B.放大率色差C.球面色差D.像散色差4.以下光學(xué)元件可用于成像的有（）A.凸透鏡B.凹透鏡C.平面鏡D.凹面鏡5.決定光學(xué)系統(tǒng)分辨率的因素有（）A.波長(zhǎng)B.數(shù)值孔徑C.像差D.焦距6.光學(xué)設(shè)計(jì)中常用的評(píng)價(jià)函數(shù)有（）A.瑞利判斷B.中心點(diǎn)亮度C.波像差D.MTF（調(diào)制傳遞函數(shù)）7.以下哪些情況會(huì)導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生像差（）A.光線的非近軸傳播B.光學(xué)材料的不均勻性C.透鏡表面的加工誤差D.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不合理設(shè)計(jì)8.光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)可以分為（）A.線視場(chǎng)B.角視場(chǎng)C.物方視場(chǎng)D.像方視場(chǎng)9.用于光學(xué)設(shè)計(jì)的軟件有（）A.ZEMAXB.CODEVC.LightToolsD.AutoCAD10.光學(xué)系統(tǒng)中光闌的作用有（）A.限制光束的大小B.決定成像的范圍C.影響像的清晰度D.校正像差答案：1.ABCD2.ABCD3.AB4.AD5.AB6.ABCD7.ABCD8.ABCD9.ABC10.ABC三、判斷題（每題2分，共10題）1.所有的光學(xué)系統(tǒng)都存在像差。（）2.凸透鏡對(duì)所有光線都有會(huì)聚作用。（）3.光學(xué)系統(tǒng)的分辨率越高，成像越清晰。（）4.物距、像距和焦距之間滿足高斯公式。（）5.平凸透鏡和平凹透鏡的光焦度大小相等，符號(hào)相反。（）6.光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑越大，其聚光能力越強(qiáng)。（）7.色差是由于不同顏色的光在光學(xué)材料中傳播速度不同而產(chǎn)生的。（）8.只要光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)確定，其成像質(zhì)量就不會(huì)改變。（）9.反射鏡不會(huì)產(chǎn)生色差。（）10.光學(xué)設(shè)計(jì)中，視場(chǎng)角越大，像差越容易校正。（）答案：1.√2.√3.√4.√5.×6.√7.√8.×9.√10.×四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共4題）1.簡(jiǎn)述光學(xué)系統(tǒng)中球差的概念及對(duì)成像的影響。答案：球差是軸上點(diǎn)發(fā)出的同心光束經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后，不同孔徑角的光線交光軸于不同位置，導(dǎo)致成像模糊。它使點(diǎn)光源成像為彌散斑，降低像的清晰度。2.什么是光學(xué)系統(tǒng)的相對(duì)孔徑？它對(duì)光學(xué)系統(tǒng)有何影響？答案：相對(duì)孔徑是光學(xué)系統(tǒng)的入瞳直徑與焦距之比。相對(duì)孔徑越大，光學(xué)系統(tǒng)的聚光能力越強(qiáng)，像面照度越高，可提高分辨率，但也會(huì)使像差增大，設(shè)計(jì)難度增加。3.列舉兩種常用的光學(xué)材料，并說(shuō)明其特點(diǎn)。答案：冕牌玻璃，光學(xué)均勻性好，色散較小；火石玻璃，色散較大，可用于校正色差。它們?cè)诓煌鈱W(xué)系統(tǒng)中配合使用，以滿足不同設(shè)計(jì)需求。4.簡(jiǎn)述光學(xué)系統(tǒng)像差校正的基本思路。答案：首先分析像差產(chǎn)生原因，然后通過(guò)選擇合適光學(xué)材料、改變透鏡結(jié)構(gòu)形式（如單透鏡變雙膠合等）、調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)等方法，使各種像差相互補(bǔ)償達(dá)到校正目的。五、討論題（每題5分，共4題）1.討論在設(shè)計(jì)一個(gè)高分辨率顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，需要重點(diǎn)考慮哪些因素？答案：要重點(diǎn)考慮數(shù)值孔徑，增大它可提高分辨率；控制像差，尤其是球差、色差等，保證成像質(zhì)量；選擇合適光學(xué)材料，滿足光學(xué)性能要求；合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，確保穩(wěn)定性和緊湊性。2.試討論光學(xué)系統(tǒng)中光闌對(duì)成像的影響。答案：光闌限制光束大小，影響像的照度?？讖焦怅@決定進(jìn)入系統(tǒng)的光量，影響像的明亮程度；視場(chǎng)光闌決定成像范圍，限制視場(chǎng)大??；此外，光闌位置還可能影響像差分布和成像質(zhì)量。3.談?wù)勗诠鈱W(xué)設(shè)計(jì)中，如何平衡成像質(zhì)量和成本之間的關(guān)系。答案：在保證滿足基本成像質(zhì)量要求下控制成本。選用合適光學(xué)材料，非都用高成本的；簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少不必要元件；優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，提高加工精度來(lái)改善成像，而非單純靠復(fù)雜結(jié)構(gòu)，