1
应用光学与光学设计基础
1.3.5.9 习题5

习题5

5.1 焦距f'=100mm的望远物镜(视为薄透镜),将无限远轴上物点成像,若在物镜后4mm米处加入一厚度为30mm的平行平板玻璃,问理想像点成在物镜后多远处(计算并画图表示,取n=1.5)?距平板玻璃后表面多远?平板玻璃的等效空气层厚度为多少?若平板玻璃绕习题5.1图所示O点转动ω角,像点的位置有何变化?O点的位置沿轴前后移动对其像点位置有无影响?

img653

习题5.1图

img654

习题5.6图

5.2 一折射棱镜的顶角为60°,对波长为650nm的红光其折射率为1.54,而对波长为450nm的兰光折射率为1.58,如果这两种颜色光的入射方向,使得每一光线都以最小偏向角通过棱镜,试求两出射光线间的夹角。

5.3 已知某液体对红、绿和兰色光的折射率分别为1.512,1.532和1.543,若这些光从液中射向液面并且绿光在液面上的入射角等于临界角,问此时会看到什么现象?

5.4 含有两种波长A和B的一束平行光,入射到顶角为60°的折射棱镜上。已知棱镜对两种波长的折射率分别为nA=1.40,nB=1.60。如果光束A以最小偏向角通过棱镜,试求:

①每一光束的出射角为多大?②每一光束的偏向角是多少?

5.5 证明:背面镀银的反射镜,若反射面前的平板玻璃存在楔角α,其折射率为n,光线入射角为I1,则反射镜的双像角(即第一面与第二面的反射光线间的夹角)应为:

img655

5.6 一条光线以45°的入射角射至平面反射镜M上(见习题5.6图),反射后,光线通过一个α=4°、n=1.50的楔镜。问若要求光线的总偏向角为90°,反射镜M应转动多大角度?

5.7 一望远镜(薄)其焦距f'=200毫米,物镜将一与光轴夹角εA=10'的轴外平行光束成像,问为使此像点A'与焦点F'重合,需将一楔角α=40'的楔镜置于物镜与其焦面间何处(以距焦面xA'表示)?若另有一斜平行光束,εB=15',为使B'仍重合于F'处,楔镜应移至何处?

5.8 作图分析站在平面镜前的观察者(设其身高为H)为要看到自己的全身像,平面镜的最小尺寸应为多大?

5.9 一个人手拿着一个长50mm的平面镜,放在眼前300mm处;其身后有一棵树,所成像的高度恰好充满平面镜。已知树离镜100m,问树高H=?

5.10 利用自准直望远系统测量平面反射镜的微小转角,若已知f'=150mm,分划板上指示刻度为2mm,求平面反射镜的转角α=?画图并计算。

img656

习题5.11图

5.11 如习题5.11图所示,希望设计一个棱镜系统,满足给定的潜望高H、光轴同向和成一致像的要求。现已给定棱镜Ⅰ和Ⅱ,试在图中再补加一块棱镜Ⅲ,使之结构形式最简单、便于加工且满足上述要求,标出棱镜Ⅲ的各角度值。

5.12 设计两种能实现光轴折转60°,生成一致像的反射棱镜。

5.13 画出习题5.13图所示列曼棱镜的展开图,求其展开光路长L。

img657

习题5.13图

img658

习题5.16图

5.14 有一望远物镜f'=240mm,口径D=40mm,2ω=2°,若要求在光路中加入等腰直角棱镜,使其光轴折转90°,棱镜出射面离焦平面距离a=40mm,棱镜的折射率n=1.5163,求棱镜的尺寸并画出其光路图。

5.15 一次反射直角棱镜(DⅠ-90°),若∠B=90°,而∠A=45°+β,问展开为平行平板玻璃后,第二面出射光线方向相对于第一面入射光线方向的偏角为多大?

5.16 如习题5.16图所示五角棱镜(WⅡ-90°),其棱线单位矢量P0=k,若有入射光线A0=j,试按角镜反射公式计算A0″;又如棱镜绕R=j轴转动微量角Δω=10',问A″=?

5.17 求等腰屋脊棱镜DⅠJ-β和普通棱镜FP-90°的作用矩阵。