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刘钧，高明 著

图书标签:

• 光学设计
• 光学仪器
• 光学工程
• 衍射光学
• 非球面光学
• 光线追迹
• 光学系统
• 成像光学
• 照明光学
• 激光光学

出版社： 西安电子科技大学出版社

ISBN：9787560617473

版次：1

商品编码：12006250

包装：平装

丛书名： 高等学校机电工程类“十二五”规划教材

开本：16开

出版时间：2006-10-01

用纸：胶版纸

页数：284

字数：432000

正文语种：中文

内容简介

　　《光学设计》系统地论述了“光学设计”课程的基本理论及设计方法，重点介绍了具有普遍意义的典型光学系统的有关设计内容，以阐明光学设计中带有共性的问题。
　　全书分四部分，共14章。第一部分是光学设计的基础理论（1～5章）；第二部分是典型光学系统设计（6～11章）；第三部分是夜视仪器的光学系统（12章）；第四部分是光学设计软件ZEMAX简介和光学制图（13、14章）。
　　《光学设计》可作为已具备应用光学基础的本科生或研究生的教材，也可作为实际光学设计的参考资料。

目录

第1章 绪论
1．1 光学设计的发展概况
1．1．1 光学设计的概念
1．1．2 光学设计的发展概况
1．2 光学系统设计的具体过程和步骤
1．2．1 光学系统设计的具体过程
1．2．2 光学设计的设计步骤
1．3 仪器对光学系统性能与质量的要求
1．3．1 光学系统的基本特性
1．3．2 系统的外形尺寸
1．3．3 成像质量
1．3．4 仪器的使用条件

第2章 像差综述
2．1 轴上点球差
2．1．1 球差的定义和表示方法
2．1．2 球差的校正
2．2 正弦差及彗差
2．2．1 正弦差
2．2．2 彗差
2．3 像散与像面弯曲（场曲）
2．3．1 像散
2．3．2 像面弯曲（场曲）和轴外球差
2．4 畸变
2．5 色差
2．5．1 位置色差、色球差和二级光谱
2．5．2 倍率色差
2．6 波像差

第3章 光学系统的像质评价和像差容限
3．1 几何像差的曲线表示
3．1．1 独立几何像差的曲线表示
3．1．2 垂轴几何像差曲线（像差特征曲线）
3．2 瑞利（Reyleigh）判断和中心点亮度
3．2．1 瑞利判断
3．2．2 中心点亮度
3．3 分辨率
3．4 点列图
3．5 利用光学传递函数评价成像质量
3．5．1 利用MTF曲线来评价成像质量
3．5．2 利用MTF曲线的积分值来评价成像质量
3．6 其他像质评价方法
3．6．1 基于几何光学的方法
3．6．2 基于衍射理论的方法
3．6．3 其他需要评价的成像质量
3．7 光学系统的像差公差
3．7．1 望远物镜和显微物镜的像差公差
3．7．2 望远目镜和显微目镜的像差公差
3．7．3 照相物镜的像差公差

第4章 光学系统的外形尺寸计算
4．1 典型光学零件和部件的外形尺寸计算
4．1．1 光路计算公式
4．1．2 任意光束截面的渐晕系数
4．1．3 棱镜转像系统
4．1．4 透镜转像系统
4．1．5 场镜的计算
4．1．6 目镜的视度调节
4．2 典型光学系统外形尺寸计算
4．2．1 刻普勒望远镜的外形尺寸计算
4．2．2 伽利略望远镜的外形尺寸计算
4．2．3 具有透镜转像系统的望远系统外形尺寸计算
4．2．4 具有棱镜转像系统的望远系统外形尺寸计算
4．2．5 内调焦望远物镜的外形尺寸计算
4．2．6 生物显微镜的外形尺寸计算
4．2．7 读数显微镜的外形尺寸计算
4．2．8 投影系统的外形尺寸计算

第5章 光学系统的初始结构计算方法
5．1 代数法（解析法和PW法）
5．1．1 PW形式的初级像差系数
5．1．2 薄透镜系统初级像差的PW表示式
5．1．3 薄透镜系统的基本像差参量
5．1．4 双胶合透镜组的-P∞、-W∞、-CI和结构参数的关系
5．1．5 单透镜的-P∞、-W∞、-CI和结构参数的关系
5．1．6 用PW方法求初始结构的实例
5．2 缩放法
5．2．1 物镜选型
5．2．2 缩放焦距
5．2．3 更换玻璃
5．2．4 估算高级像差
5．2．5 检查边界条件
5．2．6 计算举例

第6章 望远镜物镜设计
6．1 望远光学系统
6．1．1 望远系统的一般特性
6．1．2 伽利略望远镜和刻普勒望远镜
6．2 望远物镜设计
6．2．1 望远物镜的特点
6．2．2 望远物镜的类型和设计方法

第7章 显微镜物镜设计
7．1 显微镜及其光学特性
7．1．1 显微镜成像原理
7．1．2 显微镜中的光束限制
7．1．3 显微镜的景深
7．2 显微镜的分辨率和有效放大率
7．3 显微镜物镜的类型
7．3．1 消色差物镜
7．3．2 复消色差物镜
7．3．3 平像场物镜
7．3．4 反射和折反射显微镜物镜
7．4 显微镜物镜的像差校正说明及设计举例
7．4．1 像差校正说明
7．4．2 设计举例

第8章 目镜设计
8．1 目镜的特点
8．1．1 目镜的光学特性
8．1．2 目镜的像差特点
8．1．3 目镜的视度调节
8．2 目镜的基本类型
8．2．1 惠更斯目镜和冉斯登目镜
8．2．2 凯涅尔目镜
8．2．3 对称式目镜
8．2．4 无畸变目镜
8．2．5 广角目镜
8．3 目镜设计举例
8．3．1 目镜设计原则
8．3．2 目镜设计举例

第9章 照相物镜设计
9．1 照相物镜的光学特性和像差要求
9．1．1 照相物镜的光学特性
9．1．2 照相物镜的像差要求
9．2 照相物镜的基本类型
9．2．1 常用大孔径物镜
9．2．2 广角物镜
9．2．3 长焦物镜
9．2．4 变焦距物镜
9．2．5 折反射照相物镜
9．3 照相物镜设计实例

第10章 照明光学系统设计
10．1 照明系统
10．2 聚光照明系统
10．3 聚光照明系统的设计

第11章 轴对称非球面设计概述
11．1 使用非球面的可能性
11．2 初级像差理论
11．3 用单个非球面准确校正球差
11．4 用单个非球面准确校正像散
11．5 非球面在照相物镜中的应用

第12章 夜视仪器的光学系统
12．1 直视型光学系统
12．1．1 物镜
12．1．2 目镜
12．1．3 夜视仪器的基本光学性能
12．2 间视型光学系统
12．2．1 红外光学系统的作用
12．2．2 红外光学系统的特点与主要参数
12．2．3 前置望远系统和中继透镜组
12．2．4 光机扫描

第13章 光学设计软件ZEMAX简介
13．1 光学设计软件ZEMAX的特点
13．2 ZEMAX用户界面简要说明
13．2．1 窗口类型
13．2．2 主窗口的操作
13．2．3 编辑窗口操作
13．2．4 图形窗口操作
13．2．5 文本窗口操作
13．2．6 对话框
13．3 快捷方式的总结
13．4 ZEMAX基本操作要点
13．4．1 概述
13．4．2 新建镜头
13．5 ZEMAX应用实例
13．5．1 三片分离式照相物镜设计
13．5．2 对称式目镜设计

第14章 光学制图
14．1 光学制图
14．1．1 总则
14．1．2 光学系统图
14．1．3 光学部件图
14．1．4 光学零件图
14．2 光学零件的技术要求
14．2．1 对光学材料的要求
14．2．2 对光学零件的加工要求

附录
参考文献

机械设计基础：理论、方法与工程应用 书籍简介 本书是为高等工科院校机械类及相关专业的学生精心编写的、全面而深入的《机械设计基础》教材。它不仅系统地阐述了现代机械设计领域的核心理论、基本原理和分析方法，更注重将这些知识与当前工程实践紧密结合，旨在培养读者扎实的理论功底、独立分析和解决复杂工程问题的能力。 全书内容涵盖了机械设计学科的基石性知识，结构严谨，逻辑清晰，图文并茂，旨在为读者构建一个完整、系统的机械设计知识体系。 --- 第一部分：机械系统与零部件的静力学基础 本部分着重于机械系统在静止或匀速直线运动状态下的力学分析，为后续的强度设计和运动分析奠定基础。 第一章 机械设计概论与工程力学回顾 本章首先界定了机械设计的范畴、基本任务和设计流程，强调了机械设计在现代制造业中的核心地位。随后，对工程力学中的静力学、材料力学基础知识进行了系统回顾和深化，包括应力、应变的基本概念、胡克定律、材料的基本力学性能（如屈服强度、抗拉强度、韧性与脆性）。重点讲解了静定与静不定结构的概念，并引入了求解复杂结构内力的基本方法，如截面法、桁架分析法及结构的超静定分析初步。 第二章 机械连接技术 本章详细探讨了机械零部件之间实现可靠连接的各种方法。 可拆卸连接： 螺纹连接是核心内容。详细分析了标准螺纹、非标准螺纹的几何参数、精度、配合与连接强度计算。深入讨论了螺栓连接的预紧力对连接可靠性的影响，以及螺栓疲劳失效的预防措施。此外，键、销连接的设计计算和应用场景也被全面覆盖。 永久连接： 铆接和焊接连接作为重要的永久性连接方式，本章对其强度分析、几何尺寸确定以及在不同载荷下的应用限制进行了详尽的阐述。特别是对焊接接头的应力集中和疲劳特性进行了分析。 第三章 机械零件的强度与可靠性设计 强度设计是机械设计中的核心环节。本章系统介绍了不同失效形式下的强度校核与尺寸确定方法。 静强度理论： 详细对比了最大正应力理论、最大剪应力理论（Tresca准则）以及能量理论（Von Mises准则）的应用条件和适用范围，并结合工程实例进行辨析。 疲劳强度： 疲劳是机械零部件最常见的失效形式。本章深入讲解了疲劳破坏的机理、S-N曲线的绘制与解读、疲劳极限的确定。着重介绍了定性评估（如改良的Goodman、Soderberg图解法）和定量分析（如线性累积损伤理论）。同时，探讨了表面处理技术（如渗碳、喷丸）对提高零件抗疲劳性能的作用。 可靠性基础： 引入了概率设计和可靠性理论的基本概念，如失效率、平均寿命、可靠度函数，使学生初步认识到现代设计不再是确定性的，而是基于概率的。 --- 第二部分：机械传动系统设计与分析 本部分聚焦于能量和运动的有效传递，是机械设计中技术性最强、应用最广的部分。 第四章 摩擦、润滑与轴承 本章分析了机械运动中不可避免的摩擦现象及其控制技术。 摩擦学基础： 阐述了干摩擦、边界润滑和流体润滑的机理，并引入了摩擦系数的概念。 滚动轴承设计与选择： 这是本章的重点。详细讲解了滚动轴承的结构、工作原理和基本参数（如基本额定动载荷）。系统介绍了根据疲劳寿命（额定寿命计算）和可靠性要求选择轴承的步骤和规范。同时，探讨了轴承的安装、游隙调整和润滑密封技术。 滑动轴承： 分析了滑动轴承的承载机理、润滑油膜的形成，并介绍了液体润滑和边界润滑的设计准则。 第五章 齿轮传动 齿轮传动作为最常用、效率最高的机械传动形式之一，本章进行了详尽的论述。 基本几何与精度： 详细推导了标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式，并对斜齿圆柱齿轮、人字齿轮、蜗轮蜗杆传动进行了对比分析。强调了齿轮的制造精度等级及其对传动平稳性和噪声的影响。 齿轮的强度计算： 分别对齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度（点蚀）进行了严格的校核计算，引入了材料的接触疲劳极限和弯曲疲劳极限。 齿轮副的设计与优化： 讨论了齿轮的啮合特性、重合度对传动平稳性的影响，以及在特定工况下优化齿形系数和齿向载荷分配的设计策略。 第六章 带传动与链传动 本章处理非刚性连接的传动方式，重点在于分析其弹性特性和速度的间歇性。 带传动： 区分了平带、V带和同步带的特点。重点分析了带传动的中心距、初拉力对传递扭矩的影响，以及打滑现象的控制。介绍了带的有效包角对传递功率的修正系数。 链传动： 阐述了滚子链的结构和啮合特点。分析了链传动的传动比的波动性（速度的周期性变化）对机器的影响，并讨论了链条的节距选择和润滑要求。 第七章 轴与轴的连接 轴是传递运动和扭矩的基本构件。本章深入探讨了轴的设计规范。 轴的强度计算： 结合静载荷、变载荷、冲击载荷，分别计算了轴的扭转强度、弯曲强度和组合应力下的强度校核。引入了疲劳载荷下的许用转速范围。 刚度校核与挠度控制： 讨论了轴的临界转速和振动问题，并根据工程要求对轴的变形（挠度、角度）进行严格的限制和校核。 键、销、花键连接： 详细分析了花键连接相比于键连接在传递大扭矩时的优势，并给出了花键的强度设计计算步骤。 --- 第三部分：综合设计与现代方法 本部分将前述知识进行整合，并引入现代机械设计的前沿理念。 第八章 弹簧设计 弹簧是实现缓冲、储能、测量等功能的重要柔性元件。 螺旋弹簧设计： 详细分析了螺旋拉伸弹簧和压缩弹簧在静载荷和交变载荷下的应力计算与刚度设计。重点讲解了卷绕系数和应力集中系数对疲劳寿命的影响。 板簧与扭转弹簧： 简要介绍了板簧的结构特点及其在车辆悬架中的应用，并分析了扭转弹簧的受力特点。 第九章 机械系统的动态特性与振动基础 本章作为向机构学和机械动力学的过渡，旨在让学生理解机械系统在工作状态下的动态响应。 自由振动分析： 对单自由度系统的自由振动、阻尼振动进行了分析，计算了固有频率和衰减系数。 强迫振动与共振： 阐述了外部激励下的强迫振动，并深入分析了共振现象的危害性，提出了避免共振的设计原则（如调整固有频率或增加阻尼）。 第十章 机械系统的集成与现代设计方法 本章强调工程实践中的系统思维和前沿工具的应用。 人机工程学与环境适应性： 讨论了机械设计中对操作人员的安全性、舒适性考虑，以及应对温度、腐蚀、湿度等环境因素的设计对策。 计算机辅助设计（CAD/CAE）在设计中的应用： 介绍了有限元分析（FEA）在复杂应力分布预测中的作用，以及如何利用仿真工具验证设计方案的可靠性，优化结构质量和成本。 面向对象的设计（模块化设计）： 探讨了如何通过标准化和模块化设计提高设计效率和产品通用性。 --- 本书的特色在于其理论的严谨性、方法的实用性以及对工程背景的深入挖掘。通过大量的典型算例和习题，读者将能够熟练运用标准、规范和手册，最终掌握独立完成复杂机械产品初步设计的能力。

评分☆☆☆☆☆

我购买这本书，最主要的动机是想了解“设计”这个词在光学领域所蕴含的真正意义。我们都知道，光学是研究光传播、形成和相互作用的科学，但“设计”则更侧重于如何利用这些原理去创造出有用的工具和系统。我一直对那些能够“看见”我们肉眼无法看见的事物，或者能够“放大”细节，或者能够“汇聚”光线的设备感到着迷。这些都离不开精巧的光学设计。我想知道，这本书是否能从“问题出发”，比如“如何设计一个能够拍摄远距离星体的望远镜”，然后一步步地解析其设计过程？它是否会涉及一些关于光学系统性能评估的标准和方法？例如，如何量化一个镜头的清晰度，或者它的色彩还原能力？这些对于理解设计的好坏至关重要。此外，我还在思考，光学设计是否也会涉及到一些关于“美学”的考量？毕竟，一个好的光学系统，不仅要功能强大，有时候也要有良好的外观和用户体验。这本书能否在这个方面有所启发，让我看到科学与艺术的结合？

评分☆☆☆☆☆

这本书的题目《光学设计》瞬间就抓住了我的眼球。我一直对光学世界充满好奇，但仅仅停留在知道一些基本概念的层面，比如光的折射、反射、衍射等等。我真正想了解的是，这些基本原理是如何被应用于实际的“设计”中，从而创造出我们生活中不可或缺的光学器件。我非常想知道，这本书是否会带领我走近光学设计的“幕后”，揭示那些隐藏在镜头、显微镜、投影仪等设备背后的巧妙构思。我尤其关心，书中是否会探讨一些关于光学设计中的“挑战”与“创新”。例如，如何克服像差带来的成像质量问题？如何设计出更轻便、更紧凑的光学系统？或者，在面对一些特殊的光学需求时，设计师是如何“创造性地”解决问题的？我期待它能提供一些具体的案例研究，让我能够直观地感受到光学设计的魅力和智慧。这本书是否能让我从一个“旁观者”变成一个对光学设计有一定理解的“参与者”，甚至激发出我探索更深层知识的欲望？

评分☆☆☆☆☆

我拿到这本书时，首先被它沉甸甸的质感和精美的装帧所吸引。这本身就传递了一种专业和严谨的信号。我一直认为，一个好的技术类书籍，不应该仅仅是信息的堆砌，更应该是一种知识的引导和思维的启蒙。我很好奇这本书在“光学设计”这个主题上，究竟是如何从“设计”这个核心出发的。是侧重于理论的推导，还是更偏向于实际的工程应用？抑或是两者兼顾，形成一个完整的知识体系？我很想知道，它是否会从最基础的光学定律讲起，然后逐步过渡到更复杂的成像原理，最终落脚在各种光学系统的具体设计方法上。书中是否会包含大量的图示和案例分析？我个人觉得，对于我这种非专业背景但又对光学有浓厚兴趣的读者来说，清晰的图示和生动的案例是理解复杂概念的关键。我尤其关心，它是否能帮助我理解不同光学元件（如透镜、反射镜、棱镜等）在光学系统中扮演的角色，以及如何根据特定的需求来选择和组合这些元件。这本书的深度和广度，是否能让我感觉到，光学设计并非只是数学和物理的组合，而更像是一门艺术，一门用光来“雕塑”世界的艺术？

评分☆☆☆☆☆

老实说，我之前对“光学设计”的理解可能还停留在比较表面的层面，觉得就是用一些公式算算镜片曲率之类的。但是，这本书的书名本身就给我一种“设计”的强调感，让我觉得它可能不仅仅是在讲“光学”，而是在讲“如何去设计光学”。我非常期待它能阐述清楚，一个完整的光学系统是如何被构思、规划、计算、优化，最终实现预期的性能的。我想知道，书中是否会介绍一些光学设计的流程和方法论？比如，在设计一个相机镜头时，设计师需要考虑哪些因素？成像质量、体积、重量、成本，甚至生产工艺，这些是如何被权衡和取舍的？我尤其好奇，书中会不会讨论到一些高级的光学设计概念，比如衍射光学、菲涅尔光学，或者关于新型光学材料的应用？这些内容如果能被纳入，那这本书的价值就大大提升了。我希望它能让我明白，光学设计是一个系统工程，需要多方面的知识和技能的融合，而不仅仅是某个单一学科的范畴。它是否能让我对“设计”这个词在光学领域有了更深刻的理解？

评分☆☆☆☆☆

这本书确实让我眼前一亮！我一直对光线如何被弯曲、聚焦，以及最终形成我们所看到的各种现象感到好奇。很多时候，我们在日常生活中接触到的各种光学设备，比如照相机镜头、显微镜、望远镜，甚至是简单的放大镜，背后都隐藏着一套精巧的设计原理。这本书的内容，虽然我还没有深入研究，但从目录和前言来看，它似乎真的把“设计”这个概念贯穿了始终，而不仅仅是罗列枯燥的光学公式。我尤其对其中关于“像差校正”的部分感到期待，我知道这是光学设计的难点之一，要让图像清晰锐利，摆脱模糊和变形，就需要精妙的镜片组合和计算。这本书能否将这些复杂的概念用易于理解的方式呈现出来？能否通过实际的设计案例来帮助我领会其中的精髓？这些都是我迫切想知道的。而且，我听说好的光学设计还能实现一些“奇特”的功能，比如改变景深，或者在极端环境下依然保持优异性能。这本书是否能触及到这些更深层次的奥秘，让我对光学设计有更宏观和深刻的认识？我很想知道它是否能激发我对于光学这个领域的更多探索欲望，甚至可能萌生出自己尝试设计一些简单光学系统的想法。