内容简介

《光机系统设计（原书第4版）》分两卷、共19章。本书为卷Ⅰ，由11章和附录组成：第1章光机设计过程；第2章环境影响；第3章材料的光机性质；第4章单透镜安装技术；第5章多透镜组件安装技术；第6章光窗、整流罩和滤光片的设计和安装技术；第7章棱镜设计和应用；第8章棱镜安装技术；第9章小型反射镜的设计和安装技术；第10章挠性装置的运动学设计和应用技术；第11章光机设计界面分析。

本书提供的技术内容与实例能够对军事、航空航天和民用光学仪器应用中的设计概念、具体设计、开发、评价和使用提供有益指导。

本书可供在光电子领域中从事光学仪器设计、光学设计和光机结构设计的设计工程师、光机制造工艺工程师、光机材料工程师阅读，也可作为大专院校相关专业本科生、研究生和教师的参考用书。

目录

目录

原书第4版译者序

原书第3版译者序

原书第4版前言

作者简介

第１章光机设计过程

1.1概述

1.2确定技术要求

1.3概念设计

1.4技术性能要求和设计约束

1.5初步设计

1.6设计分析和计算机建模

1.7误差预估和公差

1.8试验建模

1.9最终设计

1.10设计审查

1.11仪器制造

1.12最终产品评估

1.13编制设计文件

1.14系统和并行工程

参考文献

第2章环境影响

2.1概述

2.2影响产品性能的因素

2.2.1温度

2.2.2压力

2.2.3静态变形和应力

2.2.4振动

2.2.5冲击

2.2.6湿度

2.2.7腐蚀

2.2.8环境污染

2.2.9霉菌

2.2.10磨损、侵蚀和撞击

2.2.11高能辐射和微小陨石

2.2.12激光对光学元件的损伤

2.2.12.1基本原理

2.2.12.2折射表面和反射镜

2.2.12.3材料和测量

2.2.12.4薄膜

2.2.12.5损伤探测

2.3光学件的环境测试

参考文献

第３章材料的光机性质

3.1概述

3.2折射光学元件的材料

3.2.1基本要求

3.2.2光学玻璃

3.2.3光学塑料

3.2.4光学晶体

3.2.4.1碱和碱土金属卤化物

3.2.4.2玻璃及其他氧化物材料

3.2.4.3半导体

3.2.4.4硫属化物

3.2.4.5与光学材料热特性相关的系数

3.3反射光学元件的材料

3.3.1高频、中频和低频状态下的平滑度

3.3.2稳定性

3.3.3硬度

3.3.4热特性

3.4机械零件材料

3.4.1铝

3.4.1.1铝合金1100

3.4.1.2铝合金2024

3.4.1.3铝合金6061

3.4.1.4铝合金7075

3.4.1.5铝合金356

3.4.2铍

3.4.3铜

3.4.3.1铜合金C10100

3.4.3.2铜合金C17200

3.4.3.3铜合金C360

3.4.3.4铜合金C260Ｃ

3.4.3.5格立德（GlidcopTM）铜合金

3.4.4因瓦合金和超因瓦合金

3.4.5镁

3.4.6碳钢

3.4.7不锈钢

3.4.8钛合金

3.4.9碳化硅

3.4.10硅

3.4.11复合材料

3.5黏合密封剂

3.5.1光学胶

3.5.1.1失液胶

3.5.1.2热塑胶

3.5.1.3热凝胶

3.5.1.4光凝胶

3.5.2物理特性

3.5.3透射特性

3.5.4光学表面胶合

3.5.5结构件黏合剂

3.5.5.1环氧树脂

3.5.5.2聚氨酯橡胶黏合剂

3.5.5.3氰基丙烯酸盐黏合剂

3.6密封胶

3.7光机材料专用膜层

3.7.1保护膜

3.7.1.1油漆

3.7.1.2电镀和阳极镀

3.7.1.3专用镀膜

3.7.2光学发黑处理

3.7.3改进表面平滑度的镀膜

3.7.3.1镀镍

3.7.3.2镀铝

3.8光机零件加工技术

3.8.1光学零件加工

3.8.2机械零件加工

3.8.2.1机械加工法

3.8.2.2铸造法

3.8.2.3锻造和压延法

3.8.2.4复合材料加工和固化

3.8.3对加工工艺的综合评估

3.9材料硬度

参考文献

第4章单透镜安装技术

4.1概述

4.2共轴光学

4.3透镜重量和重心

4.3.1透镜重量计算

4.3.2透镜重心

4.4低精度单透镜安装技术

4.4.1弹簧固定法

4.4.2滚边（镜座）安装法

4.4.3卡环安装法

4.5曲面边缘透镜安装技术

4.6轴向预紧力计算方法

4.6.1一般考虑

4.6.2螺纹压圈安装法

4.6.3连续法兰盘安装法

4.6.4多悬臂式弹性卡环安装法

4.6.5法兰盘和弹簧卡环与透镜的接口界面

4.7面接触光机界面

4.7.1尖角界面

4.7.2相切界面

4.7.3超环面界面

4.7.4球形界面

4.7.5倒边界面

4.8透镜的弹性环安装技术

4.9定心车装配工艺（珀克法）

4.10透镜的挠性安装技术

4.11塑料透镜安装技术

参考文献

第５章多透镜组件安装技术

5.1概述

5.2多元件间隔分析

5.3定心车装配工艺

5.4不包含运动零件的物镜组件的安装实例

5.4.1定焦望远镜目镜

5.4.2红外传感器物镜

5.4.3电影放映物镜

5.4.4低畸变投影物镜

5.4.5大型天体照相物镜组件

5.5包含运动零件的物镜组件的安装实例

5.5.1显微物镜

5.5.2高冲

前言/序言

原书第4版前言

第4版的许多内容都不同于前面三版：另一位作者Daniel Vukobratovich先生在材料、光机系统设计、光学仪器分析、大型反射镜和结构方面具有渊博的专业知识，承担了本书该部分内容的撰写工作；Jan Nijenhuis撰写了新的一章，综述了挠性机构的运动学特性和应用；另外几位光机专家撰写了其他非常重要的几个章节。为了向读者展示如何利用本书介绍的理论、公式和分析方法，还对一些章节内容进行了扩充，介绍了总计110个设计实例。第4版以两卷形式出版，将扩充后的内容、新插图、数据表格和参考文献紧密联系在一起，两卷的书名分别是《光机组件的设计和分析》和《大型反射镜和结构的设计与分析》，分别侧重不同的研究范围和技术重心。

卷Ⅰ主要介绍的是小型光学装置，阐述了光机的设计过程、相关环境影响，列表给出了材料的最新关键数据，以插图形式描述了单透镜和多透镜的多种安装方法、光窗及类似组件的典型设计和安装方式、多种类型棱镜的设计和安装技术、小型反射镜的设计和安装技术、挠性运动机构的设计和优点、各种光机界面的分析技术，以及如何确定玻璃材料强度及光学装置应力的方法，并介绍了温度变化对光机组件的影响。

卷Ⅱ重点介绍的是大型光学系统及其结构件的设计和安装，包括一些新的和重要的光学系统。该卷详细讨论了以下内容：影响大型反射镜性能的因素；超大单片、多片拼接以及轻型反射镜的设计和制造技术；光轴处于垂直、水平和可变方向的大型反射镜的安装技术；金属和复合材料反射镜与玻璃反射镜的异同之处；光学仪器结构设计的关键技术；新兴技术——硅和碳化硅材料，在反射镜系统中的应用和发展史，以及其他类型组件的光学应用。

第4版对保留的前三版的相关内容和材料进行了修订，保留了合适的部分，并补充了许多新的材料，使本书更有益于读者。此外，增加了许多新的插图。作者非常赞同Jacobs（1943）的思想：“有时候需要对某些细节的描述采用夸大的手法，否则不可能绘制出清晰的光学仪器功能的图样，虽然有时这些夸张会导致技术的不合理性”。将许多此类图样装配在一起的目的是为了指导而非精确表示一个原始物体，因此，本书对认为是合适的一些细节做了夸张。

本书以国际单位制（SI）和美国惯用单位（USC）两种单位制来表示如材料性质和尺寸之类的参数。利用本书后面给出的变换系数，很容易从一种单位制转换到另一种单位制。

Yoder先生真诚感谢另外5位作者对解释本书相关重要内容做出的努力，他们大大扩展了本书各个主题的内容，增加了本书的潜在应用性。文前部分给出了对本书编撰做出贡献的几位作者的照片和简介。

参 考 文 献

［1］Jacobs，DH，Fundamentals of Optical Engineering，McGrawHill book Company，Inc， New York，1943，pvi

注：MATLAB是美国MathWorks公司的注册商标，相关产品的资料，请与该公司联系。

原书第4版译者序

由美国著名光学仪器专家Paul RYoder，Jr.先生编撰的《光机系统设计》（OptoMechanical Systems Design）一书，自1986年第1版面世以来，颇受全世界光学界读者青睐。随着科学技术的快速发展，新的光学概念、设计和分析方法、制造技术、装配工艺、测试和评价技术不断涌现，应用范围越来越广泛。该书与时俱进，吐故纳新，不断丰富内容，连续再版。2015年，修订后的原书第4版出版了！

与原书第3版相比，第4版有如下变化。

第一，作者由Paul RYoder，Jr一人变为由7名专家组成的撰写小组，增补了大量新的材料，内容由第3版的共15章增至第4版的两卷共19章，内容更加丰富和翔实，许多内容都不同于第3版，也更具权威性。《光机系统设计（原书第4版）》（OptoMechanical Systems Design，Fourth Edition），增编为双卷本，分卷名如下：

卷Ⅰ光机组件的设计和分析（Design and Analysis of OptoMechanical Assemblies）；

卷Ⅱ大型反射镜和结构的设计与分析(Design and Analysis of Large Mirrors and Structures)。

第二，增加了以下全新的章节：

1.挠性装置的运动学设计和应用技术（卷Ⅰ第10章）；

2.光机设计界面分析（卷Ⅰ第11章）；

3.影响反射镜性能的因素（卷Ⅱ第1章）；

4.大型反射镜设计（卷Ⅱ第2章）；

5.新兴反射镜技术（卷Ⅱ第8章）。

第三,对很多章节进行了调整，做了相应删减和补充，主要如下：

1.将第3版第7章“棱镜设计和安装”改为两章——第4版卷Ⅰ第7章“棱镜设计和应用”和第4版卷Ⅰ第8章“棱镜安装技术”，大大丰富了棱镜的安装技术内容；

2.对光学玻璃、反射镜材料及其他材料列表进行更新（截至2015年），补充了最新研发的P类和N类玻璃，删除了掺杂有害成分（如铅或砷）的玻璃品种；

3.增加了新的章节，包括高冲击