商品簡介
作者簡介
Paul R Yoder，Jr先生，先後畢業於美國賓夕法尼亞州亨丁頓市朱尼亞塔學院（Juniata College），獲物理學學士學位（1947年）；賓夕法尼亞州州立大學（Penn State University），獲物理學碩士學位（1950年）。在美國陸軍法蘭克福軍工廠從事光學設計和光機工程設計工作（1951～1961）。他曾在PerkinElmer 公司工作（1961～1986），受聘為光學和光機工程方面的專家顧問（1986～2006）；是美國光學協會（OSA）和國際光學工程學會（SPIE）會員。他參加了美國光學學會光學手冊（OSA Handbook of Optics）（McGraw Hill，1995,2010）、光機工程手冊（Handbook of Optomechanical Engineering）（CRC Press，1997）部分章節的編寫，並與Fischer和B TadicGaleb共同撰寫了《光學系統設計》（Optical System Design）（McGraw Hill，2008）一書，還出版了《光學儀器中光學零件的安裝技術》（Mounting Optics in Optical Instruments）（SPIE Press，2002 ，2008），也是本書前三版的作者；發表了60多篇論文，獲得14項美國和外國專利，在國際光學工程學會（SPIE）、美國政府部門以及美國、歐洲和亞洲的工業部門舉辦過75場光學和光機工程方面的短訓班。
Daniel Vukobratovich先生，是美國亞利桑那州圖森市雷神（Raytheon）公司的一名（多學科）高級工程師和亞利桑那大學光學工程學院的兼職教授，主要研究領域是光機設計。他發表了50多篇學術論文，參加了《紅外/電光系統手冊》（IR/EO Systems Handbook）第4卷光機系統（SPIE Optical Engineering Press，1993）以及《光機工程手冊》（Handbook of Optomechanical Engineering）（CRC Press，1997）相關章節的編寫工作;在12個國家舉辦過光機方面的短訓班，被聘為40多家公司的顧問。2011年，他與Paul Yoder先生共同撰寫了《SPIE′s Field Guide to Binoculars and Scopes》。他是國際光學工程學會（SPIE）會員和光機工作小組的創辦成員；獲得多項國際專利；並且，由於在金屬基光學複合材料方面的貢獻而獲得R&D 100獎（美國科學雜誌《研究與發展》 （R&D）主辦的創新獎，評選出過去一年全球100位具創新和技術意義上的上市產品，也被譽為“科技創新奧斯卡獎”）。他利用新型材料（金屬及復合材料，泡沫芯）主導研發了一系列超輕型望遠鏡以及航天飛機STS95任務、火星觀察者、火星全球勘測者和遠紫外光譜探測儀（FUSE）的空間望遠鏡系統。
David Aikens先生，是美國康涅狄格州切斯特市Savvy Optics公司的董事長。該公司主要生產光學零件表面質量檢測設備。他在光學工程和製造，尤其是光學設計領域工作了30多年；長期以來，參與光學製圖和規範的標準化工作，擔任美國光學標準化委員會（ASC/OP）秘書，還擔任光學和電子光學標準化委員會的執行理事，審查美國和國際中所有與美國相關的標準化活動。如卷Ⅰ第1章所述，DavidAikens先生已經為國際標準化組織（ISO）和美國標準化組織提供了許多光學標準化活動的*新消息。
Jan Nijenhuis先生，是卷Ⅰ第10章的主要作者。1980年，他以優異成績畢業於荷蘭代爾夫特理工大學航天工程系，獲得科學碩士；之後，作為機械工程師加入荷蘭福克飛機的飛行控制系統設計團隊，並工作了8年；然後，到荷蘭國家應用科學研究院（TNO）從事應用物理方面的研究，在空間、天文學和光刻儀器的設計和研發項目方面工作了25年；目前，是荷蘭Nijenhuis精密工程公司的董事長。
Kevin ASawyer先生，在光機領域有30多年的工作經驗，主要從事適配器（HSA）工程方面的工作。他在航空工業界工作了28年，其中包括在美國國家航空航天局（NASA）阿姆斯研究中心工作的11年，作為專業顧問工作的9年，以及在美國洛克希德·馬丁公司工作的8年。並且，他被聖何塞州立大學機械工程系聘為兼職教授28年，講授過光機結構和真空工程相關的多門課程。Sawyer先生，在聖何塞州立大學獲得了機械工程、機械設計和控制技術的學士和碩士學位，1995年在亞利桑那大學獲得光機工程的博士學位。他是美國機械工程師協會（ASME）的準會員，是美國加利福尼亞州註冊專業工程師。他主要負責第4版卷Ⅰ第1章有關技術項目的內容，並反复核對以確保其準確性和完整性。
David MStubbs先生，1976年獲得美國佛羅里達州墨爾本市佛羅里達理工大學機械工程系學士學位，此後在一些大學學習了大量的研究生課程。其整個職業生涯都是在航空領域度過的，他先就職於美國斯佩里飛行系統公司和麥道飛機公司，然後進入洛克希德公司飛機飛彈研究實驗室一直工作了34年。David先生在合併成洛克希德·馬丁公司之前，領導著一個有30名工程師組成的光機工程團隊。其經歷包括機械設計的所有階段：從概念研究到設計分析、硬件和測試。他發表了23篇論文，獲得8項專利，目前正在設計技術上頗具挑戰性的光學系統。David MStubbs先生在卷Ⅰ第1章中的貢獻主要是更新了*新的有關光機系統和儀器研發投資項目的設計研發實際信息。
周海憲曾擔任613研究所總工程師，有海外留學背景，業內具有一定的學術影響力；師從全國光學領域泰斗、清華大學金國判院士；曾在我社出版翻譯光學技術圖書多種，頗受業內好評，數種產品均有重印。
名人/編輯推薦
序
原書第4版前言
第4版的許多內容都不同於前面三版：另一位作者Daniel Vukobratovich先生在材料、光機系統設計、光學儀器分析、大型反射鏡和結構方面具有淵博的專業知識，承擔了本書該部分內容的撰寫工作；Jan Nijenhuis撰寫了新的一章，綜述了撓性機構的運動學特性和應用；另外幾位光機專家撰寫了其他非常重要的幾個章節。為了向讀者展示如何利用本書介紹的理論、公式和分析方法，還對一些章節內容進行了擴充，介紹了總計110個設計實例。第4版以兩卷形式出版，將擴充後的內容、新插圖、數據表格和參考文獻緊密聯繫在一起，兩卷的書名分別是《光機組件的設計和分析》和《大型反射鏡和結構的設計與分析》，分別側重不同的研究範圍和技術重心。
卷Ⅰ主要介紹的是小型光學裝置，闡述了光機的設計過程、相關環境影響，列表給出了材料的最新關鍵數據，以插圖形式描述了單透鏡和多透鏡的多種安裝方法、光窗及類似組件的典型設計和安裝方式、多種類型棱鏡的設計和安裝技術、小型反射鏡的設計和安裝技術、撓性運動機構的設計和優點、各種光機界面的分析技術，以及如何確定玻璃材料強度及光學裝置應力的方法，並介紹了溫度變化對光機組件的影響。
卷Ⅱ重點介紹的是大型光學系統及其結構件的設計和安裝，包括一些新的和重要的光學系統。該卷詳細討論了以下內容：影響大型反射鏡性能的因素；超大單片、多片拼接以及輕型反射鏡的設計和製造技術；光軸處於垂直、水平和可變方向的大型反射鏡的安裝技術；金屬和復合材料反射鏡與玻璃反射鏡的異同之處；光學儀器結構設計的關鍵技術；新興技術——矽和碳化矽材料，在反射鏡系統中的應用和發展史，以及其他類型組件的光學應用。
第4版對保留的前三版的相關內容和材料進行了修訂，保留了合適的部分，並補充了許多新的材料，使本書更有益於讀者。此外，增加了許多新的插圖。作者非常贊同Jacobs（1943）的思想：“有時候需要對某些細節的描述採用誇大的手法，否則不可能繪製出清晰的光學儀器功能的圖樣，雖然有時這些誇張會導致技術的不合理性” 。將許多此類圖樣裝配在一起的目的是為了指導而非精確表示一個原始物體，因此，本書對認為是合適的一些細節做了誇張。
本書以國際單位制（SI）和美國慣用單位（USC）兩種單位制來表示如材料性質和尺寸之類的參數。利用本書後面給出的變換係數，很容易從一種單位制轉換到另一種單位制。
Yoder先生真誠感謝另外5位作者對解釋本書相關重要內容做出的努力，他們大大擴展了本書各個主題的內容，增加了本書的潛在應用性。文前部分給出了對本書編撰做出貢獻的幾位作者的照片和簡介。
參考文獻
［1］Jacobs，DH，Fundamentals of Optical Engineering，McGrawHill book Company，Inc， New York，1943，pvi
注：MATLAB是美國MathWorks公司的註冊商標，相關產品的資料，請與該公司聯繫。
原書第4版譯者序
由美國著名光學儀器專家Paul RYoder，Jr.先生編撰的《光機系統設計》（OptoMechanical Systems Design）一書，自1986年第1版面世以來，頗受全世界光學界讀者青睞。隨著科學技術的快速發展，新的光學概念、設計和分析方法、製造技術、裝配工藝、測試和評價技術不斷湧現，應用範圍越來越廣泛。該書與時俱進，吐故納新，不斷豐富內容，連續再版。2015年，修訂後的原書第4版出版了！
與原書第3版相比，第4版有如下變化。
第一，作者由Paul RYoder，Jr一人變為由7名專家組成的撰寫小組，增補了大量新的材料，內容由第3版的共15章增至第4版的兩卷共19章，內容更加豐富和翔實，許多內容都不同於第3版，也更具權威性。《光機系統設計（原書第4版）》（OptoMechanical Systems Design，Fourth Edition），增編為雙卷本，分卷名如下：
卷Ⅰ光機組件的設計和分析（Design and Analysis of OptoMechanical Assemblies）；
卷Ⅱ大型反射鏡和結構的設計與分析(Design and Analysis of Large Mirrors and Structures)。
第二，增加了以下全新的章節：
1.撓性裝置的運動學設計和應用技術（卷Ⅰ第10章）；
2.光機設計界面分析（卷Ⅰ第11章）；
3.影響反射鏡性能的因素（卷Ⅱ第1章）；
4.大型反射鏡設計（卷Ⅱ第2章）；
5.新興反射鏡技術（卷Ⅱ第8章）。
第三,對很多章節進行了調整，做了相應刪減和補充，主要如下：
1.將第3版第7章“棱鏡設計和安裝”改為兩章——第4版卷Ⅰ第7章“棱鏡設計和應用”和第4版卷Ⅰ第8章“棱鏡安裝技術”，大大豐富了棱鏡的安裝技術內容；
2.對光學玻璃、反射鏡材料及其他材料列表進行更新（截至2015年），補充了最新研發的P類和N類玻璃，刪除了摻雜有害成分（如鉛或砷）的玻璃品種；
3.增加了新的章節，包括高衝擊負載用准直系統、低成本驗證/測試系統、多點支撐安裝技術、配重補償技術、變形量的光學補償技術、光學儀器的密封/清潔/乾燥技術、重力對小反射鏡的影響、小反射鏡的中心安裝法和局部安裝法等。
4.整理和修訂了925幅圖、107張表格和110個設計實例，演示驗證所述計算公式的應用和結果分析。
5.補充了大量參考文獻。
原書作者Paul RYoder，Jr先生是國際光學工程領域著名的光機系統設計專家，從事光學儀器光機系統工程的研發和管理工作將近70年，設計和分析過許多光學儀器；是美國光學協會（OSA）、國際光學工程協會（SPIE）、SigmaXi協會的資深會員，以及其他多個國際組織的成員；發表了許多篇科技論文，參加過《光學手冊》和《光機工程手冊》的編寫，出版了多部光機工程方面的著作。《光機系統設計》一書是其優秀著作的典型代表，是繼Donald HJacobs先生《光學工程基礎》（Fundamentals of Optical Engineering）（McGraw Hill，1943）一書後對光機系統發展最具貢獻的著作。自第1版（1986年）以來，多次修訂再版（1993年第2版， 2006年第3版和2015年第4版），極大地推動和規範了光機工程事業的發展。
在原書第4版的修訂過程中，Paul RYoder，Jr先生邀請其他6位光機專家Daniel Vukobratovich、David Aikens、Jan Nijenhuis、Kevin ASawyer、David MStubbs和William AGoodman共同完成了修訂工作。不幸的是，在完成修訂出版工作後不久，2016年5月，光機系統領域的著名科學家Paul RYoder，Jr先生因病去世，享年91歲。
Paul RYoder，Jr先生將永遠活在讀者心中！
原書第4版卷Ⅰ由11章組成：第1章光機設計過程；第2章環境影響；第3章材料的光機性質；第4章單透鏡安裝技術；第5章多透鏡組件安裝技術；第6章光窗、整流罩和濾光片的設計和安裝技術；第7章棱鏡設計和應用；第8章棱鏡安裝技術；第9章小型反射鏡的設計和安裝技術；第10章撓性裝置的運動學設計和應用技術；第11章光機設計界面分析。
原書第4版卷Ⅱ由8章組成：第1章影響反射鏡性能的因素；第2章大型反射鏡設計；第3章光軸水平放置的大孔徑反射鏡安裝技術；第4章光軸垂直放置的大孔徑反射鏡安裝技術；第5章大孔徑變方位反射鏡的安裝技術；第6章金屬反射鏡的設計和安裝技術；第7章光學儀器的結構設計；第8章新興反射鏡技術。
在中文版的翻譯過程中，得到了Paul RYoder，Jr先生的女兒的大力支持。為了使讀者能準確地理解和利用本書，保留了英文參考文獻，並對書中有重要變動的內容增加了“譯者註”。
由於工程習慣和資料來源的差異，在討論反射鏡重力形變時，原書很多相關公式在引入質量（重量）討論時未寫明如何換算為重力（特別是卷Ⅱ），而在設計實例的計算中是換算的，所以譯者對部分公式進行了修改，並加譯者註。另外，對於比剛度倒數（也叫反比剛度），採用了慣用的ρ/E的形式，方便讀者查表，而在實際計算中讀者要注意質量到重力的換算。
周海憲主要翻譯了卷Ⅰ的第1～10章和卷Ⅱ第1～7章，程雲芳主要翻譯了卷Ⅰ第11章和卷Ⅱ第8章，參與全書各部分翻譯工作的還有曾威、邢妙娟、贠亞軍、張良、馬峻嶺、楊耀山、賴宏輝、朱彬、李延蕊、安世甫、莊紀剛、劉鳳玉、劉永祥、郭世勇、周華偉、張慶華、翟文軍、孫維國、李志強、李沛、汪江華、魯保啟、金朝翰、仇志剛、吳建偉、常本康、黃存新、祖成奎、孫隆和。在美國工作的周華君和程林先生認真地對全書進行了補譯和中英文審核翻譯工作，最後程雲芳、邢妙娟、贠亞軍、許軍峰、趙曉峰對全書做了專業技術審核工作。
清華大學教授、中國工程院院士金國藩先生、北京理工大學王湧天教授，以及Paul RYoder，Jr先生的女兒對本書的出版給予了極大的關注；祖成奎博士和黃存新博士在光學材料方面與譯者進行了非常有益的討論。
機械工業出版社電工電子分社的領導和王歡編輯對本書的出版給予了非常大的鼓勵和支持，在此特別緻以謝意！
本書可供從事光學儀器設計、光學設計和光機結構設計的研發設計師、光機製造工藝研究的工程師和光機材料工程師閱讀，也可用作大專院校相關專業本科生、研究生和教師的參考書。希望本書能夠對軍事、航空航天和民用光學儀器應用中的設計概念、具體設計、開發、評價和使用提供有用指導。
譯者
2019年10月
原書第3版譯者序
光學是一門古典和傳統的學科，又是一門非常活躍的學科。最近幾十年來，隨著近代光學和光電子技術的迅速發展，光電子儀器及其元件都發生了深刻和巨大的變化，在繼承傳統光學的基礎上創新了許多新的成像技術、新的加工方法和新的光學元件，形成了一些新的光學分支。
光學成像技術的變化主要表現在以下幾個方面：
光學成像元件和系統的光譜範圍已經由可見光光譜幾乎擴展到全光譜範圍，包括遠紅外、中紅外、近紅外、可見光和紫外光譜區；
光學成像元件不只是簡單的透鏡、棱鏡和反射鏡，已經設計和製造出諸如全息透鏡、衍射透鏡和微透鏡陣列等新型光學元件；
光學系統的成像不只是遵守折射定律和反射定律，衍射理論已經成為衍射光學元件的基本成像理論；
光學元件的加工方法不只是傳統的粗磨、精磨和拋光工藝，已經創立了全息干涉法、蝕刻法以及微透鏡加工法；
光學元件的外形尺寸在向兩個極端方向發展，一些光電子儀器中要求每毫米基板上能製造出千百個透鏡（微透鏡陣列），而另一些光學儀器則要求主反射鏡的通光孔徑大到81m（Gemini望遠鏡），全息光柵和薄膜透鏡的應用使透鏡的厚（薄）度到了極限；
光學元件和系統的應用環境已經由實驗室和地球表面延伸到了宇宙的其他空間，環境條件對元件和系統的要求越來越高，也越來越苛刻。
光學技術的創新進一步促進了光機系統的發展，為光機零件、組件和系統的設計、製造、裝配、檢驗和測量提出了許多新的研究課題。
Donald HJacobs首次提出將光學設計、機械結構設計和光機系統的設計作為整體設計考慮，多種雜誌和出版物發表了許多有關光機系統設計課題的文章，一些專業協會［例如美國光學協會（ OSA）和國際光學工程協會（SPIE）］已經認識到了這個課題的重要性，將光機設計和光機系統工程問題列為專題討論，因此，光學設計和結構設計已經成為一個緊密結合的專業，互相溝通和互相配合是必不可少的。在不同的研製階段，光學設計和結構設計的主要角色和重要性在不斷轉換，正如Donald HJacobs所論述的：“在設計任何光學儀器時，不能完全把光學設計和機械設計作為不同的個體分割開來考慮，它們不過是一個問題的兩個階段”。
《光機系統設計》一書的作者Paul RYoder，Jr先生是國際光學工程領域中著名的光機系統設計專家，1947年在Juniata學院獲得理學學士學位，1950年在賓夕法尼亞州立大學獲得碩士學位。將近60年來，一直從事光學儀器光機系統工程的研發和管理工作，設計和分析過許多光學儀器，在美國法蘭克福（Frankford） 軍工廠、PerkinElmer公司及Taunton技術有限公司擔任過各種技術和工程管理職務。Yoder先生是美國光學協會（OSA）、國際光學工程協會（SPIE）及SigmaXi協會會員，是SPIE光機／儀器工作委員會的創始成員。Yoder先生擔任過光學工程（Optical Engineering）雜誌的評論編輯、應用光學（Applied Optics）雜誌的專題編輯，是國際標準化組織（ISO）、紅外空間觀測站委員會技術委員會（T172類）、光學和光學儀器美國諮詢委員會的成員，是國際光學委員會（ICO）美國委員會的成員。為SPIE、工業界和美國政府部門承辦過許多有關光學工程和光機設計的短期培訓班，為康涅狄格（Connecticut） 大學講授研究生課程，為全美技術（網絡）大學講授兩門課程。
Paul RYoder，Jr先生參加過《光學手冊》（Handbook of Optics） 第2版第一卷（McGraw Hill，1995） 和《光機工程手冊》（Handbook of Optomechanical Engineering）（CRC Press， 1997） 一些章節的撰寫；出版了《光學儀器中透鏡的安裝技術》（SPIE Press，1995）、《光學儀器中棱鏡和小反射鏡的設計和安裝》（SPIE Press，1998）和《光學儀器中光學件的安裝技術》（SPIE Press，2002） 等著作。在許多國際會議和雜誌上發表過65篇光學工程方面的技術論文。
1986年，《光機系統設計》一書首次出版，概括和總結了光機系統總的設計過程，從討論概念設計開始，到評價成品的各項性能，最後形成設計文件，使讀者首先懂得一個成功的設計所必須採取的主要步驟。接著介紹環境的影響、光機零件材料、各種典型光學元件的安裝技術，包括單透鏡、反射鏡和棱鏡；折射組件和折反射組件；輕質反射鏡；光軸水平放置、垂直放置以及可變向運動反射鏡的安裝；金屬反射鏡的設計、製造和安裝。此後，光機系統設計的多學科研究受到越來越高的重視，陸續發表了大量相關課題新的研究資料，評價機械結構和光學件——鏡座安裝界面的解析技術也越來越成熟，新材料和性能得到改進後的材料越來越多地進入實用階段，所以，在1992年，出版了本書的修訂版（第2版），擴充了盡可能多的新技術，增添了大約300篇新的參考文獻，給出了許多使用新方法設計出的例子，總結了光學件在不利環境條件下的評價技術，拓寬了安裝應力對光學零件影響的討論，在所有的例子中都同時給出了國際單位制（ＳＩ）和美國慣用單位（USC）。此後的14年內，光機專業以未曾有過的速度繼續發展，國際光學工程師協會又舉辦過多次（至少33次）與光機技術有關的學術會議，這些會議文章極詳細地闡述和討論了當今所產生的光學新技術、新的設計工具、新的產品和測試設備，以及諸如宇航望遠鏡和空間科學儀器等主要係統的性能，提供了更多和更重要的光機系統方面的技術信息。因此，在前兩版成功出版的基礎上，再次修訂後的《光機系統設計》(原書第3版)在2006年正式出版。
本書（原書第3版）共分4個部分15章：第一部分闡述光機系統總的設計概念，包括第1章光機設計過程，第2章環境影響和第3章材料的光機特性；第二部分是透射式光機系統的設計，包括第4章單透鏡的安裝，第5章多透鏡的安裝，第6章光窗和濾光片的安裝及第7章棱鏡的設計和安裝；第三部分是反射式光機系統的設計，包括第8章小型非金屬反射鏡、光柵和膠片的設計和安裝，第9章輕質非金屬反射鏡的設計，第10章光軸水平放置的大孔徑反射鏡的安裝，第11章光軸垂直放置的大孔徑反射鏡的安裝，第12章大孔徑、變方位反射鏡的安裝技術和第13章金屬反射鏡的設計和安裝；第四部分是光機系統的整體分析，包括第14章光學儀器的結構設計和第15章光機系統設計分析。
在《光機系統設計》中文版的出版過程中，得到了Paul RYoder，Jr先生的大力支持，對原版英文書中的有關問題進行了及時和充分的溝通討論，對書中一些有重要變動的內容增加了“譯者註”。為了使讀者更準確地理解和利用本書，保留了英文參考文獻。
周海憲翻譯了第1～第14章，程雲芳翻譯了第15章。在美國工作的周華君和程林先生對全書進行了認真的校對，程雲芳和范斌高級工程師對該書做了專業校對和最終審核。
清華大學教授、中國工程院院士金國藩先生、美國的Paul RYoder，Jr先生和北京理工大學王湧天教授對本書的出版給予了極大的關注，對有關問題給出了誠懇的建議；與祖成奎博士和黃存新博士在光學材料方面進行了非常有益的討論；特別是劉永祥、仇志剛、郭世勇、潘新宇等高級工程師都對本書的出版給予了很大支持，在此表示衷心的感謝。同時，也感謝我的同事吳健偉、邢妙娟、朱彬、李延蕊、楊耀山和翟文軍高級工程師的真誠幫助。
機械工業出版社電工電子分社的牛新國社長對本書的出版給予了非常大的鼓勵和支持，在此特別緻以謝意！
本書可供在光電子領域中從事光學儀器設計、光學設計和光機結構設計的研發設計師、光機製造工藝研究的工程師、光機材料工程師閱讀，也可以作為大專院校相關專業本科生、研究生和教師的參考書。希望本書提供的材料和例子能夠對軍事、航空航天和民用光學儀器應用中的設計概念、具體設計、開發、評價和使用提供有用的指導。
譯者
2007年10月
目次
目錄
原書第4版譯者序
原書第3版譯者序
原書第4版前言
作者簡介
第１章光機設計過程
1.1概述
1.2確定技術要求
1.3概念設計
1.4技術性能要求和設計約束
1.5初步設計
1.6設計分析和計算機建模
1.7誤差預估和公差
1.8試驗建模
1.9最終設計
1.10設計審查
1.11儀器製造
1.12最終產品評估
1.13編制設計文件
1.14系統和並行工程
參考文獻
第2章環境影響
2.1概述
2.2影響產品性能的因素
2.2.1溫度
2.2.2壓力
2.2.3靜態變形和應力
2.2.4振動
2.2.5衝擊
2.2.6濕度
2.2.7腐蝕
2.2.8環境污染
2.2.9黴菌
2.2.10磨損、侵蝕和撞擊
2.2.11高能輻射和微小隕石
2.2.12激光對光學元件的損傷
2.2.12.1基本原理
2.2.12.2折射表面和反射鏡
2.2.12.3材料和測量
2.2.12.4薄膜
2.2.12.5損傷探測
2.3光學件的環境測試
參考文獻
第３章材料的光機性質
3.1概述
3.2折射光學元件的材料
3.2.1基本要求
3.2.2光學玻璃
3.2.3光學塑料
3.2.4光學晶體
3.2.4.1鹼和鹼土金屬鹵化物
3.2.4.2玻璃及其他氧化物材料
3.2.4.3半導體
3.2.4.4硫屬化物
3.2.4.5與光學材料熱特性相關的係數
3.3反射光學元件的材料
3.3.1高頻、中頻和低頻狀態下的平滑度
3.3.2穩定性
3.3.3硬度
3.3.4熱特性
3.4機械零件材料
3.4.1鋁
3.4.1.1鋁合金1100
3.4.1.2鋁合金2024
3.4.1.3鋁合金6061
3.4.1.4鋁合金7075
3.4.1.5鋁合金356
3.4.2鈹
3.4.3銅
3.4.3.1銅合金C10100
3.4.3.2銅合金C17200
3.4.3.3銅合金C360
3.4.3.4銅合金C260Ｃ
3.4.3.5格立德（GlidcopTM）銅合金
3.4.4因瓦合金和超因瓦合金
3.4.5鎂
3.4.6碳鋼
3.4.7不銹鋼
3.4.8鈦合金
3.4.9碳化矽
3.4.10矽
3.4.11複合材料
3.5黏合密封劑
3.5.1光學膠
3.5.1.1失液膠
3.5.1.2熱塑膠
3.5.1.3熱凝膠
3.5.1.4光凝膠
3.5.2物理特性
3.5.3透射特性
3.5.4光學表面膠合
3.5.5結構件黏合劑
3.5.5.1環氧樹脂
3.5.5.2聚氨酯橡膠黏合劑
3.5.5.3氰基丙烯酸鹽黏合劑
3.6密封膠
3.7光機材料專用膜層
3.7.1保護膜
3.7.1.1油漆
3.7.1.2電鍍和陽極鍍
3.7.1.3專用鍍膜
3.7.2光學發黑處理
3.7.3改進表面平滑度的鍍膜
3.7.3.1鍍鎳
3.7.3.2鍍鋁
3.8光機零件加工技術
3.8.1光學零件加工
3.8.2機械零件加工
3.8.2.1機械加工法
3.8.2.2鑄造法
3.8.2.3鍛造和壓延法
3.8.2.4複合材料加工和固化
3.8.3對加工工藝的綜合評估
3.9材料硬度
參考文獻
第4章單透鏡安裝技術
4.1概述
4.2共軸光學
4.3透鏡重量和重心
4.3.1透鏡重量計算
4.3.2透鏡重心
4.4低精度單透鏡安裝技術
4.4.1彈簧固定法
4.4.2滾邊（鏡座）安裝法
4.4.3卡環安裝法
4.5曲面邊緣透鏡安裝技術
4.6軸向預緊力計算方法
4.6.1一般考慮
4.6.2螺紋壓圈安裝法
4.6.3連續法蘭盤安裝法
4.6.4多懸臂式彈性卡環安裝法
4.6.5法蘭盤和彈簧卡環與透鏡的接口界面
4.7面接觸光機界面
4.7.1尖角界面
4.7.2相切界面
4.7.3超環面界面
4.7.4球形界面
4.7.5倒邊界面
4.8透鏡的彈性環安裝技術
4.9定心車裝配工藝（珀克法）
4.10透鏡的撓性安裝技術
4.11塑料透鏡安裝技術
參考文獻
第５章多透鏡組件安裝技術
5.1概述
5.2多元件間隔分析
5.3定心車裝配工藝
5.4不包含運動零件的物鏡組件的安裝實例
5.4.1定焦望遠鏡目鏡
5.4.2紅外傳感器物鏡
5.4.3電影放映物鏡
5.4.4低畸變投影物鏡
5.4.5大型天體照相物鏡組件
5.5包含運動零件的物鏡組件的安裝實例
5.5.1顯微物鏡
5.5.2高衝擊負載用准直物鏡
5.5.3中紅外物鏡
5.5.4內調焦照相物鏡
5.5.5調焦雙目望遠鏡
5.5.6視度調節
5.5.7變焦物鏡
5.6塑料光學組件
5.7透鏡的液體膠合技術
5.8折反射系統
5.8.1實心折反射物鏡
5.8.2折反式星探測儀
5.8.3折反式紅外物鏡
5.8.4衛星跟踪相機
5.8.5導彈跟踪照相物鏡
5.9物鏡組件的對準
5.9.1概述
5.9.2望遠對準技術
5.9.3點源顯微鏡調校技術
5.9.4精密轉軸調校技術
5.9.5雙目望遠鏡准直誤差校準技術
5.9.6物鏡組件的性能優化
5.10高性價比的演示驗證/測試系統
5.11反射式望遠系統的對準技術
參考文獻
第6章光窗、整流罩和濾光片的設計和安裝技術
6.1概述
6.2普通光窗安裝技術
6.3特殊光窗安裝技術
6.4保護蓋和整流罩安裝技術
6.4.1球形表面
6.4.2保形表面
6.5壓差效應
6.5.1光窗最小厚度
6.5.2光學性能衰退
6.6濾光片
參考文獻
第7章棱鏡設計和應用
7.1概述
7.2幾何關係
7.2.1空氣棱鏡界面的折射和反射
7.2.2平板玻璃造成光束位移
7.2.3棱鏡隧道圖
7.2.4全內反射
7.2.5棱鏡和平板玻璃的像差
7.3光束折轉棱鏡
7.3.1直角棱鏡
7.3.2分束（或合束）立方棱鏡
7.3.3菱形棱鏡
7.3.4泊羅棱鏡
7.3.5阿貝泊羅棱鏡
7.3.6阿米西棱鏡
7.3.7法蘭克福（軍工廠）的1類和2類棱鏡
7.3.8五角棱鏡
7.3.9五角屋脊棱鏡
7.3.10B Ⅱ45°半五角棱鏡
7.4正像棱鏡
7.4.1泊羅正像系統
7.4.2阿貝泊羅正像系統
7.4.3阿貝科尼棱鏡
7.4.4施密特屋脊棱鏡
7.4.5列曼棱鏡
7.4.6阿米西／五角和直角／五角屋脊正像系統
7.4.760°棱鏡/屋脊棱鏡系統
7.5消旋棱鏡
7.5.1道威棱鏡
7.5.2雙道威棱鏡
7.5.3倒像棱鏡
7.5.4別漢棱鏡
7.5.5δ棱鏡
7.6其他棱鏡類型
7.6.1內反射圓錐形棱鏡
7.6.2錐形立方棱鏡
7.6.3合像式測距機的接目棱鏡
7.6.4雙目單筒物鏡的棱鏡系統
7.6.5色散棱鏡
7.6.6薄楔形棱鏡
7.6.6.1薄楔形鏡
7.6.6.2累斯萊楔形系統
7.6.6.3平動移像光楔
7.6.6.4調焦光楔系統
7.7變形棱鏡系統
參考文獻
第8章棱鏡安裝技術
8.1概述
8.2運動學、半運動學和非運動學原理
8.3棱鏡的夾持式安裝技術
8.3.1夾持式棱鏡安裝支架：運動學方式
8.3.2夾持式棱鏡安裝支架：半運動學方式
8.3.3夾持式棱鏡安裝支架：非運動學方式
8.4棱鏡的黏結安裝技術
8.4.1概述
8.4.2典型應用
8.4.3棱鏡雙側安裝技術
8.5大尺寸棱鏡的撓性安裝技術
參考文獻
第9章小型反射鏡的設計和安裝技術
9.1概述
9.2基本設計原則
9.2.1反射鏡的應用
9.2.2幾何外形
9.2.3反射像的方向
9.2.4光學表面上的光束投影
9.2.5反射鏡鍍膜
9.2.6後表面反射鏡形成的鬼像
9.3小反射鏡的半運動學安裝技術
9.4反射鏡的黏結安裝技術
9.4.1反射鏡背面的單點和多點黏結安裝技術
9.4.2環形黏結安裝技術
9.5小反射鏡撓性安裝技術
9.6多反射鏡安裝技術
9.7小反射鏡中心和多點安裝技術
9.8重力對小反射鏡的影響
參考文獻
第10章撓性裝置的運動學設計和應用技術
10.1概述
10.2自由度控制
10.2.1靜態設計的優點
10.2.2控制一個自由度
10.2.3控制兩個自由度
10.2.4控制三個自由度
10.2.5控制四個自由度
10.2.6控制五個自由度
10.2.7控制六個自由度
10.2.8內部自由度
10.2.9準靜態自由度約束
10.3控制自由度的結構元件
10.3.1支柱（一個自由度）
10.3.1.1剛度特性
10.3.1.2減小翹曲
10.3.1.3提高抗拉抗彎剛度比
10.3.2板簧（三個自由度）
10.3.3受約板簧（兩個自由度）
10.3.4彈性鉸鏈（一個自由度）
10.3.5準彈性鉸鏈（兩個自由度或五個自由度）
10.3.6折疊板簧（一個自由度）
10.3.7不同形狀界面上的接觸應力
10.3.7.1平板上的球形接觸面
10.3.7.2V型槽中的球形接觸面
10.3.7.3錐體中的球形接觸面
10.4光機組件的安裝和自由度約束
10.4.1光機組件的安裝技術
10.4.1.1光機組件形狀
10.4.1.2透射或反射光學元件的安裝技術
10.4.1.3溫度變化產生的熱應力
10.4.1.4隔熱
10.4.1.5批量生產或一次性生產
10.4.2其他安裝技術
10.4.2.1三板簧安裝法
10.4.2.2運動學安裝支架
10.4.2.3開爾文夾持形式
10.4.2.4六支柱安裝方式
10.4.3其他撓性安裝實例
10.5通過控制自由度調校光學元件
10.5.1調校對準
10.5.2對準穩定性
10.6剛度設計
10.6.1拼接反射鏡的支撐技術
10.6.2拼接反射鏡的軸向支撐技術
10.6.3橫槓的橫向支撐技術
10.6.4時序約束
10.6.5運動框架及其撓性
10.6.6對靜態支撐結構的具體考慮
致謝
參考文獻
第11章光機設計界面分析
11.1概述
11.2垂軸透鏡元件的自重變形
11.2.1問題的本質
11.2.2平板重力影響的近似表達式
11.2.3透鏡最大變形量對應的直徑厚度比
11.2.4透鏡形狀的影響
11.2.5機械界面瑕疵的影響
11.2.6大型折射望遠物鏡的自重變形
11.3玻璃強度
11.3.1概述
11.3.2斷裂力學理論
11.3.3玻璃強度的統計學分析
11.3.4通過玻璃樣件測試失效性
11.3.5靜態疲勞
11.3.6驗證試驗
11.4光機界面處的應力
11.4.1光學元件中壓應力與拉伸應力的關係
11.4.2光學元件的拉伸應力公差
11.4.3應力雙折射
11.4.4點接觸
11.4.5短線接觸
11.4.6環面接觸
11.4.6.1銳角接觸界面
11.4.6.2相切界面
11.4.6.3超環面界面
11.4.6.4球面界面
11.4.6.5平面倒邊界面
11.5銳角界面、超環界面和相切界面接觸情況下透鏡安裝的機械設計
11.6偏心圓環接觸界面的彎曲效應
11.6.1光學零件的彎曲應力
11.6.2彎曲光學件表面弧高的變化
11.7溫度變化的影響
11.7.1溫度降低造成的徑向影響
11.7.1.1光學元件中的徑向應力
11.7.1.2鏡座壁內的切向（環向）應力
11.7.2升溫後的徑向影響
11.7.3溫度變化造成軸向預緊力的變化
11.7.3.1影響因素
11.7.3.2僅考慮體效應推導出的K3近似式
11.7.3.3考慮其他影響因素推導出的K3近似式
11.7.4K3計算實例
11.7.5鏡座軸向消熱差和可控柔性的優點
11.7.5.1消熱差
11.7.5.2增大軸向柔性
11.7.5.3其他柔性設計實例
11.8溫度變化造成光學膠合件和黏結件中的應力
參考文獻
附錄
附錄A光學零件和光學儀器的環境試驗方法總結
附錄B術語彙編
附錄C單位及其換算
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