光機系統設計（原書第4版）卷I 光機組件的設計和分析

《光機系統設計（原書第4版）卷I 光機組件的設計和分析》是2020年9月1日機械工業出版社出版的圖書，作者是[美]小保羅·R.約德（Paul、R.、Yoder、Jr.）。

基本介紹

• 中文名：光機系統設計（原書第4版）卷I 光機組件的設計和分析
• 作者：[美]小保羅·R.約德（Paul、R.、Yoder、Jr.）
• 出版社：機械工業出版社
• ISBN：9787111656043

內容簡介

《光機系統設計（原書第4版）》分兩卷、共19章。本書為卷Ⅰ，由11章和附錄組成：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章稜鏡設計和套用；第8章稜鏡安裝技術；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套用技術；第11章光機設計界面分析。

本書提供的技術內容與實例能夠對軍事、航空航天和民用光學儀器套用中的設計概念、具體設計、開發、評價和使用提供有益指導。

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設計工程師、光機製造工藝工程師、光機材料工程師閱讀，也可作為大專院校相關專業本科生、研究生和教師的參考用書。

圖書目錄

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編制設計檔案

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雷射對光學元件的損傷

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光學塑膠

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不鏽鋼

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塑膠透鏡安裝技術

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紅外感測器物鏡

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高衝擊負載用準直物鏡

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塑膠光學組件

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衛星跟蹤相機

5.8.5飛彈跟蹤照相物鏡

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雙目望遠鏡準直誤差校準技術

5.9.6物鏡組件的性能最佳化

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章稜鏡設計和套用

7.1概述

7.2幾何關係

7.2.1空氣稜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稜鏡隧道圖

7.2.4全內反射

7.2.5稜鏡和平板玻璃的像差

7.3光束折轉稜鏡

7.3.1直角稜鏡

7.3.2分束（或合束）立方稜鏡

7.3.3菱形稜鏡

7.3.4泊羅稜鏡

7.3.5阿貝泊羅稜鏡

7.3.6阿米西稜鏡

7.3.7法蘭克福（軍工廠）的1類和2類稜鏡

7.3.8五角稜鏡

7.3.9五角屋脊稜鏡

7.3.10B Ⅱ45°半五角稜鏡

7.4正像稜鏡

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科尼稜鏡

7.4.4施密特屋脊稜鏡

7.4.5列曼稜鏡

7.4.6阿米西／五角和直角／五角屋脊正像系統

7.4.760°稜鏡/屋脊稜鏡系統

7.5消旋稜鏡

7.5.1道威稜鏡

7.5.2雙道威稜鏡

7.5.3倒像稜鏡

7.5.4別漢稜鏡

7.5.5δ稜鏡

7.6其他稜鏡類型

7.6.1內反射圓錐形稜鏡

7.6.2錐形立方稜鏡

7.6.3合像式測距機的接目稜鏡

7.6.4雙目單筒物鏡的稜鏡系統

7.6.5色散稜鏡

7.6.6薄楔形稜鏡

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變形稜鏡系統

參考文獻

第8章稜鏡安裝技術

8.1概述

8.2運動學、半運動學和非運動學原理

8.3稜鏡的夾持式安裝技術

8.3.1夾持式稜鏡安裝支架：運動學方式

8.3.2夾持式稜鏡安裝支架：半運動學方式

8.3.3夾持式稜鏡安裝支架：非運動學方式

8.4稜鏡的黏結安裝技術

8.4.1概述

8.4.2典型套用

8.4.3稜鏡雙側安裝技術

8.5大尺寸稜鏡的撓性安裝技術

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反射鏡的套用

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套用技術

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摺疊板簧（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