光学系统设计(一)
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．主光线与光轴所确定的平面叫做 ( B )。 A.弧矢平面 B.子午平面 C.焦平面 D.像平面 2．共轴球面系统中，轴上点像差有 ( C )。
A.球差和彗差 B.球差和倍率色差 C.球差和位置色差 D. 彗差和倍率色差
3．通常情况下观察像差时，除0视场和边缘视场外，还应注意的一个视场为 ( A )。 A.0.707视场 B. 0.5视场 C. 0.3视场 D. 0.85视场 4．F光边缘光球差与C光边缘光球差之差也等于 ( A ) 。 A.边缘光和近轴光色差之差 B. 边缘光和近轴光球差之差 C.F光和C光近轴光球差之差 D. F光和C光近轴光色差之差 5．望远镜的放大率是指 ( D )。 A.垂轴放大率 B.轴向放大率 C.角放大率 D.视觉放大率
6．下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像差有( D )。 A.球差 B.场曲 C.畸变 D.倍率色差 7．不会影响成像清晰度的像差是 ( C )。 A.二级光谱 B.彗差 C.畸变 D.像散
8．下列光学系统中属于大视场小孔径的光学系统是 ( C )。 A.显微物镜 B.望远物镜 C.目镜 D. 照相物镜 9．正弦差属于小视场的 ( B )。 A.球差 B. 彗差C. 畸变 D. 色差
10．初级子午彗差和初级弧矢彗差之间的比值为 ( A )。 A.3：1 B.4：1 C.5：1 D.2：1
11．下列光学元件中，任何情况下都不会产生场曲的是 ( B )。 A.厚凸透镜 B.平行平板 C.球面反射镜 D.不晕透镜 12．下面光学元件中不产生色差的是 ( A )。
A. 球面反射镜 B. 薄凸透镜 C. 薄场镜 D. 薄双胶合物镜
13．薄双胶合物镜置于球面反射镜球心，光阑与球心重合，则系统彗差最小可以为 ( A. 0.4 B. 0.25 C. 0.1 D. 0
14．场景置于系统中，除产生场曲外，还可产生 ( D )。 A.球差 B.彗差 C.像散 D.畸变 15．厚透镜的场曲公式为 ( C )。 A. S2nIV?Jn-1(1r?1) B. Sn?111IV?J21r2n(r?)
2r1C. SIV?J2n?1n(1r?1) D. Sn11IV?J2(?r)
1r2n-1r2116．波像差就是实际波面与理想波面之间的 ( A )。
A.光程差 B.几何像差 C.离焦量 D.距离差 17．在进行目镜光学系统设计时，应 ( B )。 A.正追光线 B.倒追光线
C.从中间向两侧进行光线追迹 D. 从两侧向中间进行光线追迹
18．显微镜常采用的一种照明方式是，将光源通过聚光镜成像在物平面上，称之为( A.反射式照明 B.透射式照明 C.克勒照明 D.临界照明 19．下列软件中不属于光学设计软件的是 ( C )。
A. ZEMAX软件 B.OSLO软件 C. Lensview软件 D.CODE V软件 20．低倍显微物镜的光阑位置 ( A )。 A. 与物镜重合 B. 与目镜重合
D )。 D )。 C. 与中间像面重合 D. 位于物镜后方焦平面处 二、填空题（本大题14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.单个折射球面的三对无球差点位置是 球心处 、 顶点处 、 齐明处 。
22.在表示畸变时，通常采用相对畸变，其表达公式为23.一双胶合薄透镜组，若CI?0，则CII? 0 。
24.七种初级像差中，仅与孔径光阑大小有关的单色像差是球差 。
。
25.一双胶合透镜光焦度为正，在透镜组中的正透镜采用 冕牌 玻璃，透镜组中的 负透镜采用 火石 玻璃。
26.密接薄双胶合系统，为消除色差，两透镜光焦度应分别满足公式 27.一同心弯月镜在空气中，其前后节点在其两面的公共球心处，其前后主点在其 两面的公共球心处 。
。
28.对于玻璃等折射材料，除折射率的参数外，还有一重要参数为阿贝常数 ，其公式为 29.若光阑与相接触薄透镜系统重合时，可消除的单色像差为 畸变 。 30.球差在像面上的体现形式是 圆 形的。
31.在球差的级数展开形式中，常数项的值为 0 。
32.复消色物镜是指在透镜的0.707hm位置处，将 二级光谱 校正为0。 33.对F光和C光校正了色差后，相对于D光的二级光谱公式为 。
。
34.在ZEMAX光学设计软件中，描述焦距的操作数为 EFFL 。 三、名词解释（本大题共5 小题。每小题2 分，共 10 分）
35．像差：实际光学系统所成的像和近轴区所成的像之间的差异称为像差
36．子午场曲：某一视场的子午像点相对于高斯像面的距离称为子午像面弯曲，简称子午场曲
37．二级光谱：如果光学系统已对两种色光校正了位置色差，这两种色光的公共像点相对于第三种色光的像点位置仍有差异，该差异称为二级光谱
38. 色球差：F光的球差和C光的球差之差，称为色球差，该差值也等于边缘光和近轴光色差之差
39．渐晕：轴外点成像光束的宽度较轴上点成像光束的宽度要小，造成像平面边缘部分照度要比像平面中心部分照度低的现象，称为渐晕
四、简答题（本大题共 6 小题。每小题 5 分，共30 分）
40．一物体的峰-谷比（peak to valley）是0.23?，问是否满足Rayleigh条件？
答：满足Rayleigh条件，因为根据Rayleigh判断，实际波面和参考波面之间的最大波像差(峰谷比)不超过0.25?时，此波面可看作是无缺陷的成像质量较好
41．在七种几何像差中，仅与孔径有关的像差有哪些？仅与视场有关的像差有哪些？与视场和孔径都有关系的又有哪些？
答：仅与孔径有关的像差有：球差、位置色差；仅与视场有关的像差有：像散、场曲、畸变、倍率色差；与视场和孔径都有关系的有：彗差 42．一物体置于折射球面的球心处，其像在哪？放大倍率多少？若物在球面顶点，其像又在何位置？放大倍率多少？ 答：像分别在球心处和顶点处，放大倍率分别为 1/n 和1
43. 什么是焦深，若像面向前或向后离焦半倍焦深，引起的波像差多大？
答：（1）实际像点无论在高斯像点之前或之后范围内，波像差都不会超过1/4 波长，所以把
定义为焦深，即 ??
（2）引起的波像差为λ/4。
44. 近视眼应佩戴何种透镜加以矫正？为什么？
答：应佩戴凹透镜加以矫正，使光线经过水晶体后发散，重新汇聚到视网膜上
45. 在对称式光学系统中，当???1时，哪几种初级像差可以得到自动校正？其它初级像差有何特性？ 答：垂轴像差：彗差、畸变、倍率色差均为0。
轴向像差：球差、像散、场曲、位置色差均为半部系统相应像差的两倍 五、综合应用题（本大题共 2 小题。每小题10 分，共20分）
46．设计一齐明透镜，第一面曲率半径r1??95mm，物点位于第一面曲率中心处，第二球面满足启明条件，若该透镜厚度d?5mm，折射率n?1.5，该透镜位于空气中，求 （1）该透镜第二面的曲率半径； （2）该启明透镜的垂轴放大率。 解：（1）根据题意得，物点发出光线经第一面后按直线传播，相对于第二面，其物距l2=-95-5=-100mm 根据齐明条件l2=(n2+n2*)r2/ n2 可得：r2=60mm
（2）l2*=(n2+n2`)r2/ n2*=2.5/1*(-60)=-150mm
由垂轴放大率公式得β1=1/1.5、β2=2.25 故β=β1β2=1.5
47．一个光学系统，已知其只包含初级和二级球差,更高级的球差可忽略不计。已知该系统的边光球差为
??0，0.707带光球差为?L0707???0.015，求： ?Lm1)分别求出0.5和0.85带光线的球差； 2)写出边缘光的初级和高级球差。