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劉鈞，高明 著

圖書標籤:

• 光學設計
• 光學儀器
• 光學工程
• 衍射光學
• 非球麵光學
• 光綫追跡
• 光學係統
• 成像光學
• 照明光學
• 激光光學

齣版社： 西安電子科技大學齣版社

ISBN：9787560617473

版次：1

商品編碼：12006250

包裝：平裝

叢書名： 高等學校機電工程類“十二五”規劃教材

開本：16開

齣版時間：2006-10-01

用紙：膠版紙

頁數：284

字數：432000

正文語種：中文

內容簡介

　　《光學設計》係統地論述瞭“光學設計”課程的基本理論及設計方法，重點介紹瞭具有普遍意義的典型光學係統的有關設計內容，以闡明光學設計中帶有共性的問題。
　　全書分四部分，共14章。第一部分是光學設計的基礎理論（1～5章）；第二部分是典型光學係統設計（6～11章）；第三部分是夜視儀器的光學係統（12章）；第四部分是光學設計軟件ZEMAX簡介和光學製圖（13、14章）。
　　《光學設計》可作為已具備應用光學基礎的本科生或研究生的教材，也可作為實際光學設計的參考資料。

目錄

第1章 緒論
1．1 光學設計的發展概況
1．1．1 光學設計的概念
1．1．2 光學設計的發展概況
1．2 光學係統設計的具體過程和步驟
1．2．1 光學係統設計的具體過程
1．2．2 光學設計的設計步驟
1．3 儀器對光學係統性能與質量的要求
1．3．1 光學係統的基本特性
1．3．2 係統的外形尺寸
1．3．3 成像質量
1．3．4 儀器的使用條件

第2章 像差綜述
2．1 軸上點球差
2．1．1 球差的定義和錶示方法
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 像散與像麵彎麯（場麯）
2．3．1 像散
2．3．2 像麵彎麯（場麯）和軸外球差
2．4 畸變
2．5 色差
2．5．1 位置色差、色球差和二級光譜
2．5．2 倍率色差
2．6 波像差

第3章 光學係統的像質評價和像差容限
3．1 幾何像差的麯綫錶示
3．1．1 獨立幾何像差的麯綫錶示
3．1．2 垂軸幾何像差麯綫（像差特徵麯綫）
3．2 瑞利（Reyleigh）判斷和中心點亮度
3．2．1 瑞利判斷
3．2．2 中心點亮度
3．3 分辨率
3．4 點列圖
3．5 利用光學傳遞函數評價成像質量
3．5．1 利用MTF麯綫來評價成像質量
3．5．2 利用MTF麯綫的積分值來評價成像質量
3．6 其他像質評價方法
3．6．1 基於幾何光學的方法
3．6．2 基於衍射理論的方法
3．6．3 其他需要評價的成像質量
3．7 光學係統的像差公差
3．7．1 望遠物鏡和顯微物鏡的像差公差
3．7．2 望遠目鏡和顯微目鏡的像差公差
3．7．3 照相物鏡的像差公差

第4章 光學係統的外形尺寸計算
4．1 典型光學零件和部件的外形尺寸計算
4．1．1 光路計算公式
4．1．2 任意光束截麵的漸暈係數
4．1．3 棱鏡轉像係統
4．1．4 透鏡轉像係統
4．1．5 場鏡的計算
4．1．6 目鏡的視度調節
4．2 典型光學係統外形尺寸計算
4．2．1 刻普勒望遠鏡的外形尺寸計算
4．2．2 伽利略望遠鏡的外形尺寸計算
4．2．3 具有透鏡轉像係統的望遠係統外形尺寸計算
4．2．4 具有棱鏡轉像係統的望遠係統外形尺寸計算
4．2．5 內調焦望遠物鏡的外形尺寸計算
4．2．6 生物顯微鏡的外形尺寸計算
4．2．7 讀數顯微鏡的外形尺寸計算
4．2．8 投影係統的外形尺寸計算

第5章 光學係統的初始結構計算方法
5．1 代數法（解析法和PW法）
5．1．1 PW形式的初級像差係數
5．1．2 薄透鏡係統初級像差的PW錶示式
5．1．3 薄透鏡係統的基本像差參量
5．1．4 雙膠閤透鏡組的-P∞、-W∞、-CI和結構參數的關係
5．1．5 單透鏡的-P∞、-W∞、-CI和結構參數的關係
5．1．6 用PW方法求初始結構的實例
5．2 縮放法
5．2．1 物鏡選型
5．2．2 縮放焦距
5．2．3 更換玻璃
5．2．4 估算高級像差
5．2．5 檢查邊界條件
5．2．6 計算舉例

第6章 望遠鏡物鏡設計
6．1 望遠光學係統
6．1．1 望遠係統的一般特性
6．1．2 伽利略望遠鏡和刻普勒望遠鏡
6．2 望遠物鏡設計
6．2．1 望遠物鏡的特點
6．2．2 望遠物鏡的類型和設計方法

第7章 顯微鏡物鏡設計
7．1 顯微鏡及其光學特性
7．1．1 顯微鏡成像原理
7．1．2 顯微鏡中的光束限製
7．1．3 顯微鏡的景深
7．2 顯微鏡的分辨率和有效放大率
7．3 顯微鏡物鏡的類型
7．3．1 消色差物鏡
7．3．2 復消色差物鏡
7．3．3 平像場物鏡
7．3．4 反射和摺反射顯微鏡物鏡
7．4 顯微鏡物鏡的像差校正說明及設計舉例
7．4．1 像差校正說明
7．4．2 設計舉例

第8章 目鏡設計
8．1 目鏡的特點
8．1．1 目鏡的光學特性
8．1．2 目鏡的像差特點
8．1．3 目鏡的視度調節
8．2 目鏡的基本類型
8．2．1 惠更斯目鏡和冉斯登目鏡
8．2．2 凱涅爾目鏡
8．2．3 對稱式目鏡
8．2．4 無畸變目鏡
8．2．5 廣角目鏡
8．3 目鏡設計舉例
8．3．1 目鏡設計原則
8．3．2 目鏡設計舉例

第9章 照相物鏡設計
9．1 照相物鏡的光學特性和像差要求
9．1．1 照相物鏡的光學特性
9．1．2 照相物鏡的像差要求
9．2 照相物鏡的基本類型
9．2．1 常用大孔徑物鏡
9．2．2 廣角物鏡
9．2．3 長焦物鏡
9．2．4 變焦距物鏡
9．2．5 摺反射照相物鏡
9．3 照相物鏡設計實例

第10章 照明光學係統設計
10．1 照明係統
10．2 聚光照明係統
10．3 聚光照明係統的設計

第11章 軸對稱非球麵設計概述
11．1 使用非球麵的可能性
11．2 初級像差理論
11．3 用單個非球麵準確校正球差
11．4 用單個非球麵準確校正像散
11．5 非球麵在照相物鏡中的應用

第12章 夜視儀器的光學係統
12．1 直視型光學係統
12．1．1 物鏡
12．1．2 目鏡
12．1．3 夜視儀器的基本光學性能
12．2 間視型光學係統
12．2．1 紅外光學係統的作用
12．2．2 紅外光學係統的特點與主要參數
12．2．3 前置望遠係統和中繼透鏡組
12．2．4 光機掃描

第13章 光學設計軟件ZEMAX簡介
13．1 光學設計軟件ZEMAX的特點
13．2 ZEMAX用戶界麵簡要說明
13．2．1 窗口類型
13．2．2 主窗口的操作
13．2．3 編輯窗口操作
13．2．4 圖形窗口操作
13．2．5 文本窗口操作
13．2．6 對話框
13．3 快捷方式的總結
13．4 ZEMAX基本操作要點
13．4．1 概述
13．4．2 新建鏡頭
13．5 ZEMAX應用實例
13．5．1 三片分離式照相物鏡設計
13．5．2 對稱式目鏡設計

第14章 光學製圖
14．1 光學製圖
14．1．1 總則
14．1．2 光學係統圖
14．1．3 光學部件圖
14．1．4 光學零件圖
14．2 光學零件的技術要求
14．2．1 對光學材料的要求
14．2．2 對光學零件的加工要求

附錄
參考文獻

機械設計基礎：理論、方法與工程應用 書籍簡介 本書是為高等工科院校機械類及相關專業的學生精心編寫的、全麵而深入的《機械設計基礎》教材。它不僅係統地闡述瞭現代機械設計領域的核心理論、基本原理和分析方法，更注重將這些知識與當前工程實踐緊密結閤，旨在培養讀者紮實的理論功底、獨立分析和解決復雜工程問題的能力。 全書內容涵蓋瞭機械設計學科的基石性知識，結構嚴謹，邏輯清晰，圖文並茂，旨在為讀者構建一個完整、係統的機械設計知識體係。 --- 第一部分：機械係統與零部件的靜力學基礎 本部分著重於機械係統在靜止或勻速直綫運動狀態下的力學分析，為後續的強度設計和運動分析奠定基礎。 第一章 機械設計概論與工程力學迴顧 本章首先界定瞭機械設計的範疇、基本任務和設計流程，強調瞭機械設計在現代製造業中的核心地位。隨後，對工程力學中的靜力學、材料力學基礎知識進行瞭係統迴顧和深化，包括應力、應變的基本概念、鬍剋定律、材料的基本力學性能（如屈服強度、抗拉強度、韌性與脆性）。重點講解瞭靜定與靜不定結構的概念，並引入瞭求解復雜結構內力的基本方法，如截麵法、桁架分析法及結構的超靜定分析初步。 第二章 機械連接技術 本章詳細探討瞭機械零部件之間實現可靠連接的各種方法。 可拆卸連接： 螺紋連接是核心內容。詳細分析瞭標準螺紋、非標準螺紋的幾何參數、精度、配閤與連接強度計算。深入討論瞭螺栓連接的預緊力對連接可靠性的影響，以及螺栓疲勞失效的預防措施。此外，鍵、銷連接的設計計算和應用場景也被全麵覆蓋。 永久連接： 鉚接和焊接連接作為重要的永久性連接方式，本章對其強度分析、幾何尺寸確定以及在不同載荷下的應用限製進行瞭詳盡的闡述。特彆是對焊接接頭的應力集中和疲勞特性進行瞭分析。 第三章 機械零件的強度與可靠性設計 強度設計是機械設計中的核心環節。本章係統介紹瞭不同失效形式下的強度校核與尺寸確定方法。 靜強度理論： 詳細對比瞭最大正應力理論、最大剪應力理論（Tresca準則）以及能量理論（Von Mises準則）的應用條件和適用範圍，並結閤工程實例進行辨析。 疲勞強度： 疲勞是機械零部件最常見的失效形式。本章深入講解瞭疲勞破壞的機理、S-N麯綫的繪製與解讀、疲勞極限的確定。著重介紹瞭定性評估（如改良的Goodman、Soderberg圖解法）和定量分析（如綫性纍積損傷理論）。同時，探討瞭錶麵處理技術（如滲碳、噴丸）對提高零件抗疲勞性能的作用。 可靠性基礎： 引入瞭概率設計和可靠性理論的基本概念，如失效率、平均壽命、可靠度函數，使學生初步認識到現代設計不再是確定性的，而是基於概率的。 --- 第二部分：機械傳動係統設計與分析 本部分聚焦於能量和運動的有效傳遞，是機械設計中技術性最強、應用最廣的部分。 第四章 摩擦、潤滑與軸承 本章分析瞭機械運動中不可避免的摩擦現象及其控製技術。 摩擦學基礎： 闡述瞭乾摩擦、邊界潤滑和流體潤滑的機理，並引入瞭摩擦係數的概念。 滾動軸承設計與選擇： 這是本章的重點。詳細講解瞭滾動軸承的結構、工作原理和基本參數（如基本額定動載荷）。係統介紹瞭根據疲勞壽命（額定壽命計算）和可靠性要求選擇軸承的步驟和規範。同時，探討瞭軸承的安裝、遊隙調整和潤滑密封技術。 滑動軸承： 分析瞭滑動軸承的承載機理、潤滑油膜的形成，並介紹瞭液體潤滑和邊界潤滑的設計準則。 第五章 齒輪傳動 齒輪傳動作為最常用、效率最高的機械傳動形式之一，本章進行瞭詳盡的論述。 基本幾何與精度： 詳細推導瞭標準直齒圓柱齒輪的幾何尺寸計算公式，並對斜齒圓柱齒輪、人字齒輪、蝸輪蝸杆傳動進行瞭對比分析。強調瞭齒輪的製造精度等級及其對傳動平穩性和噪聲的影響。 齒輪的強度計算： 分彆對齒根彎麯疲勞強度和齒麵接觸疲勞強度（點蝕）進行瞭嚴格的校核計算，引入瞭材料的接觸疲勞極限和彎麯疲勞極限。 齒輪副的設計與優化： 討論瞭齒輪的嚙閤特性、重閤度對傳動平穩性的影響，以及在特定工況下優化齒形係數和齒嚮載荷分配的設計策略。 第六章 帶傳動與鏈傳動 本章處理非剛性連接的傳動方式，重點在於分析其彈性特性和速度的間歇性。 帶傳動： 區分瞭平帶、V帶和同步帶的特點。重點分析瞭帶傳動的中心距、初拉力對傳遞扭矩的影響，以及打滑現象的控製。介紹瞭帶的有效包角對傳遞功率的修正係數。 鏈傳動： 闡述瞭滾子鏈的結構和嚙閤特點。分析瞭鏈傳動的傳動比的波動性（速度的周期性變化）對機器的影響，並討論瞭鏈條的節距選擇和潤滑要求。 第七章 軸與軸的連接 軸是傳遞運動和扭矩的基本構件。本章深入探討瞭軸的設計規範。 軸的強度計算： 結閤靜載荷、變載荷、衝擊載荷，分彆計算瞭軸的扭轉強度、彎麯強度和組閤應力下的強度校核。引入瞭疲勞載荷下的許用轉速範圍。 剛度校核與撓度控製： 討論瞭軸的臨界轉速和振動問題，並根據工程要求對軸的變形（撓度、角度）進行嚴格的限製和校核。 鍵、銷、花鍵連接： 詳細分析瞭花鍵連接相比於鍵連接在傳遞大扭矩時的優勢，並給齣瞭花鍵的強度設計計算步驟。 --- 第三部分：綜閤設計與現代方法 本部分將前述知識進行整閤，並引入現代機械設計的前沿理念。 第八章 彈簧設計 彈簧是實現緩衝、儲能、測量等功能的重要柔性元件。 螺鏇彈簧設計： 詳細分析瞭螺鏇拉伸彈簧和壓縮彈簧在靜載荷和交變載荷下的應力計算與剛度設計。重點講解瞭捲繞係數和應力集中係數對疲勞壽命的影響。 闆簧與扭轉彈簧： 簡要介紹瞭闆簧的結構特點及其在車輛懸架中的應用，並分析瞭扭轉彈簧的受力特點。 第九章 機械係統的動態特性與振動基礎 本章作為嚮機構學和機械動力學的過渡，旨在讓學生理解機械係統在工作狀態下的動態響應。 自由振動分析： 對單自由度係統的自由振動、阻尼振動進行瞭分析，計算瞭固有頻率和衰減係數。 強迫振動與共振： 闡述瞭外部激勵下的強迫振動，並深入分析瞭共振現象的危害性，提齣瞭避免共振的設計原則（如調整固有頻率或增加阻尼）。 第十章 機械係統的集成與現代設計方法 本章強調工程實踐中的係統思維和前沿工具的應用。 人機工程學與環境適應性： 討論瞭機械設計中對操作人員的安全性、舒適性考慮，以及應對溫度、腐蝕、濕度等環境因素的設計對策。 計算機輔助設計（CAD/CAE）在設計中的應用： 介紹瞭有限元分析（FEA）在復雜應力分布預測中的作用，以及如何利用仿真工具驗證設計方案的可靠性，優化結構質量和成本。 麵嚮對象的設計（模塊化設計）： 探討瞭如何通過標準化和模塊化設計提高設計效率和産品通用性。 --- 本書的特色在於其理論的嚴謹性、方法的實用性以及對工程背景的深入挖掘。通過大量的典型算例和習題，讀者將能夠熟練運用標準、規範和手冊，最終掌握獨立完成復雜機械産品初步設計的能力。

評分☆☆☆☆☆

老實說，我之前對“光學設計”的理解可能還停留在比較錶麵的層麵，覺得就是用一些公式算算鏡片麯率之類的。但是，這本書的書名本身就給我一種“設計”的強調感，讓我覺得它可能不僅僅是在講“光學”，而是在講“如何去設計光學”。我非常期待它能闡述清楚，一個完整的光學係統是如何被構思、規劃、計算、優化，最終實現預期的性能的。我想知道，書中是否會介紹一些光學設計的流程和方法論？比如，在設計一個相機鏡頭時，設計師需要考慮哪些因素？成像質量、體積、重量、成本，甚至生産工藝，這些是如何被權衡和取捨的？我尤其好奇，書中會不會討論到一些高級的光學設計概念，比如衍射光學、菲涅爾光學，或者關於新型光學材料的應用？這些內容如果能被納入，那這本書的價值就大大提升瞭。我希望它能讓我明白，光學設計是一個係統工程，需要多方麵的知識和技能的融閤，而不僅僅是某個單一學科的範疇。它是否能讓我對“設計”這個詞在光學領域有瞭更深刻的理解？

評分☆☆☆☆☆

我拿到這本書時，首先被它沉甸甸的質感和精美的裝幀所吸引。這本身就傳遞瞭一種專業和嚴謹的信號。我一直認為，一個好的技術類書籍，不應該僅僅是信息的堆砌，更應該是一種知識的引導和思維的啓濛。我很好奇這本書在“光學設計”這個主題上，究竟是如何從“設計”這個核心齣發的。是側重於理論的推導，還是更偏嚮於實際的工程應用？抑或是兩者兼顧，形成一個完整的知識體係？我很想知道，它是否會從最基礎的光學定律講起，然後逐步過渡到更復雜的成像原理，最終落腳在各種光學係統的具體設計方法上。書中是否會包含大量的圖示和案例分析？我個人覺得，對於我這種非專業背景但又對光學有濃厚興趣的讀者來說，清晰的圖示和生動的案例是理解復雜概念的關鍵。我尤其關心，它是否能幫助我理解不同光學元件（如透鏡、反射鏡、棱鏡等）在光學係統中扮演的角色，以及如何根據特定的需求來選擇和組閤這些元件。這本書的深度和廣度，是否能讓我感覺到，光學設計並非隻是數學和物理的組閤，而更像是一門藝術，一門用光來“雕塑”世界的藝術？

評分☆☆☆☆☆

這本書確實讓我眼前一亮！我一直對光綫如何被彎麯、聚焦，以及最終形成我們所看到的各種現象感到好奇。很多時候，我們在日常生活中接觸到的各種光學設備，比如照相機鏡頭、顯微鏡、望遠鏡，甚至是簡單的放大鏡，背後都隱藏著一套精巧的設計原理。這本書的內容，雖然我還沒有深入研究，但從目錄和前言來看，它似乎真的把“設計”這個概念貫穿瞭始終，而不僅僅是羅列枯燥的光學公式。我尤其對其中關於“像差校正”的部分感到期待，我知道這是光學設計的難點之一，要讓圖像清晰銳利，擺脫模糊和變形，就需要精妙的鏡片組閤和計算。這本書能否將這些復雜的概念用易於理解的方式呈現齣來？能否通過實際的設計案例來幫助我領會其中的精髓？這些都是我迫切想知道的。而且，我聽說好的光學設計還能實現一些“奇特”的功能，比如改變景深，或者在極端環境下依然保持優異性能。這本書是否能觸及到這些更深層次的奧秘，讓我對光學設計有更宏觀和深刻的認識？我很想知道它是否能激發我對於光學這個領域的更多探索欲望，甚至可能萌生齣自己嘗試設計一些簡單光學係統的想法。

評分☆☆☆☆☆

我購買這本書，最主要的動機是想瞭解“設計”這個詞在光學領域所蘊含的真正意義。我們都知道，光學是研究光傳播、形成和相互作用的科學，但“設計”則更側重於如何利用這些原理去創造齣有用的工具和係統。我一直對那些能夠“看見”我們肉眼無法看見的事物，或者能夠“放大”細節，或者能夠“匯聚”光綫的設備感到著迷。這些都離不開精巧的光學設計。我想知道，這本書是否能從“問題齣發”，比如“如何設計一個能夠拍攝遠距離星體的望遠鏡”，然後一步步地解析其設計過程？它是否會涉及一些關於光學係統性能評估的標準和方法？例如，如何量化一個鏡頭的清晰度，或者它的色彩還原能力？這些對於理解設計的好壞至關重要。此外，我還在思考，光學設計是否也會涉及到一些關於“美學”的考量？畢竟，一個好的光學係統，不僅要功能強大，有時候也要有良好的外觀和用戶體驗。這本書能否在這個方麵有所啓發，讓我看到科學與藝術的結閤？

評分☆☆☆☆☆

這本書的題目《光學設計》瞬間就抓住瞭我的眼球。我一直對光學世界充滿好奇，但僅僅停留在知道一些基本概念的層麵，比如光的摺射、反射、衍射等等。我真正想瞭解的是，這些基本原理是如何被應用於實際的“設計”中，從而創造齣我們生活中不可或缺的光學器件。我非常想知道，這本書是否會帶領我走近光學設計的“幕後”，揭示那些隱藏在鏡頭、顯微鏡、投影儀等設備背後的巧妙構思。我尤其關心，書中是否會探討一些關於光學設計中的“挑戰”與“創新”。例如，如何剋服像差帶來的成像質量問題？如何設計齣更輕便、更緊湊的光學係統？或者，在麵對一些特殊的光學需求時，設計師是如何“創造性地”解決問題的？我期待它能提供一些具體的案例研究，讓我能夠直觀地感受到光學設計的魅力和智慧。這本書是否能讓我從一個“旁觀者”變成一個對光學設計有一定理解的“參與者”，甚至激發齣我探索更深層知識的欲望？