光機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)卷I 光機(jī)組件的設(shè)計(jì)和分析（原書第4版）

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(jī)設(shè)計(jì)過程
1.1概述
1.2確定技術(shù)要求
1.3概念設(shè)計(jì)
1.4技術(shù)性能要求和設(shè)計(jì)約束
1.5初步設(shè)計(jì)
1.6設(shè)計(jì)分析和計(jì)算機(jī)建模
1.7誤差預(yù)估和公差
1.8試驗(yàn)建模
1.9最終設(shè)計(jì)
1.10設(shè)計(jì)審查
1.11儀器制造
1.12最終產(chǎn)品評估
1.13編制設(shè)計(jì)文件
1.14系統(tǒng)和并行工程
參考文獻(xiàn)

第2章環(huán)境影響
2.1概述
2.2影響產(chǎn)品性能的因素
2.2.1溫度
2.2.2壓力
2.2.3靜態(tài)變形和應(yīng)力
2.2.4振動
2.2.5沖擊
2.2.6濕度
2.2.7腐蝕
2.2.8環(huán)境污染
2.2.9霉菌
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(xué)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(xué)件的環(huán)境測試
參考文獻(xiàn)

第３章材料的光機(jī)性質(zhì)
3.1概述
3.2折射光學(xué)元件的材料
3.2.1基本要求
3.2.2光學(xué)玻璃
3.2.3光學(xué)塑料
3.2.4光學(xué)晶體
3.2.4.1堿和堿土金屬鹵化物
3.2.4.2玻璃及其他氧化物材料
3.2.4.3半導(dǎo)體
3.2.4.4硫?qū)倩?br />3.2.4.5與光學(xué)材料熱特性相關(guān)的系數(shù)
3.3反射光學(xué)元件的材料
3.3.1高頻、中頻和低頻狀態(tài)下的平滑度
3.3.2穩(wěn)定性
3.3.3硬度
3.3.4熱特性
3.4機(jī)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碳化硅
3.4.10硅
3.4.11復(fù)合材料
3.5黏合密封劑
3.5.1光學(xué)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(xué)表面膠合
3.5.5結(jié)構(gòu)件黏合劑
3.5.5.1環(huán)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(jī)材料專用膜層
3.7.1保護(hù)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(xué)發(fā)黑處理
3.7.3改進(jìn)表面平滑度的鍍膜
3.7.3.1鍍鎳
3.7.3.2鍍鋁
3.8光機(jī)零件加工技術(shù)
3.8.1光學(xué)零件加工
3.8.2機(jī)械零件加工
3.8.2.1機(jī)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復(fù)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(xiàn)

第4章單透鏡安裝技術(shù)
4.1概述
4.2共軸光學(xué)
4.3透鏡重量和重心
4.3.1透鏡重量計(jì)算
4.3.2透鏡重心
4.4低精度單透鏡安裝技術(shù)
4.4.1彈簧固定法
4.4.2滾邊（鏡座）安裝法
4.4.3卡環(huán)安裝法
4.5曲面邊緣透鏡安裝技術(shù)
4.6軸向預(yù)緊力計(jì)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(xù)法蘭盤安裝法
4.6.4多懸臂式彈性卡環(huán)安裝法
4.6.5法蘭盤和彈簧卡環(huán)與透鏡的接口界面
4.7面接觸光機(jī)界面
4.7.1尖角界面
4.7.2相切界面
4.7.3超環(huán)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(huán)安裝技術(shù)
4.9定心車裝配工藝（珀克法）
4.10透鏡的撓性安裝技術(shù)
4.11塑料透鏡安裝技術(shù)
參考文獻(xiàn)

第５章多透鏡組件安裝技術(shù)
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(yùn)動零件的物鏡組件的安裝實(shí)例
5.4.1定焦望遠(yuǎn)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(yùn)動零件的物鏡組件的安裝實(shí)例
5.5.1顯微物鏡
5.5.2高沖擊負(fù)載用準(zhǔn)直物鏡
5.5.3中紅外物鏡
5.5.4內(nèi)調(diào)焦照相物鏡
5.5.5調(diào)焦雙目望遠(yuǎn)鏡
5.5.6視度調(diào)節(jié)
5.5.7變焦物鏡
5.6塑料光學(xué)組件
5.7透鏡的液體膠合技術(shù)
5.8折反射系統(tǒng)
5.8.1實(shí)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(wèi)星跟蹤相機(jī)
5.8.5導(dǎo)彈跟蹤照相物鏡
5.9物鏡組件的對準(zhǔn)
5.9.1概述
5.9.2望遠(yuǎn)對準(zhǔn)技術(shù)
5.9.3點(diǎn)源顯微鏡調(diào)校技術(shù)
5.9.4精密轉(zhuǎn)軸調(diào)校技術(shù)
5.9.5雙目望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)直誤差校準(zhǔn)技術(shù)
5.9.6物鏡組件的性能優(yōu)化
5.10高性價(jià)比的演示驗(yàn)證/測試系統(tǒng)
5.11反射式望遠(yuǎn)系統(tǒng)的對準(zhǔn)技術(shù)
參考文獻(xiàn)

第6章光窗、整流罩和濾光片的設(shè)計(jì)和安裝技術(shù)
6.1概述
6.2普通光窗安裝技術(shù)
6.3特殊光窗安裝技術(shù)
6.4保護(hù)蓋和整流罩安裝技術(shù)
6.4.1球形表面
6.4.2保形表面
6.5壓差效應(yīng)
6.5.1光窗最小厚度
6.5.2光學(xué)性能衰退
6.6濾光片
參考文獻(xiàn)

第7章棱鏡設(shè)計(jì)和應(yīng)用
7.1概述
7.2幾何關(guān)系
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(nèi)反射
7.2.5棱鏡和平板玻璃的像差
7.3光束折轉(zhuǎn)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 Ⅱ45°半五角棱鏡
7.4正像棱鏡
7.4.1泊羅正像系統(tǒng)
7.4.2阿貝泊羅正像系統(tǒng)
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(tǒng)
7.4.760°棱鏡/屋脊棱鏡系統(tǒng)
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(nèi)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(jī)的接目棱鏡
7.6.4雙目單筒物鏡的棱鏡系統(tǒng)
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(tǒng)
7.6.6.3平動移像光楔
7.6.6.4調(diào)焦光楔系統(tǒng)
7.7變形棱鏡系統(tǒng)
參考文獻(xiàn)

第8章棱鏡安裝技術(shù)
8.1概述
8.2運(yùn)動學(xué)、半運(yùn)動學(xué)和非運(yùn)動學(xué)原理
8.3棱鏡的夾持式安裝技術(shù)
8.3.1夾持式棱鏡安裝支架：運(yùn)動學(xué)方式
8.3.2夾持式棱鏡安裝支架：半運(yùn)動學(xué)方式
8.3.3夾持式棱鏡安裝支架：非運(yùn)動學(xué)方式
8.4棱鏡的黏結(jié)安裝技術(shù)
8.4.1概述
8.4.2典型應(yīng)用
8.4.3棱鏡雙側(cè)安裝技術(shù)
8.5大尺寸棱鏡的撓性安裝技術(shù)
參考文獻(xiàn)

第9章小型反射鏡的設(shè)計(jì)和安裝技術(shù)
9.1概述
9.2基本設(shè)計(jì)原則
9.2.1反射鏡的應(yīng)用
9.2.2幾何外形
9.2.3反射像的方向
9.2.4光學(xué)表面上的光束投影
9.2.5反射鏡鍍膜
9.2.6后表面反射鏡形成的鬼像
9.3小反射鏡的半運(yùn)動學(xué)安裝技術(shù)
9.4反射鏡的黏結(jié)安裝技術(shù)
9.4.1反射鏡背面的單點(diǎn)和多點(diǎn)黏結(jié)安裝技術(shù)
9.4.2環(huán)形黏結(jié)安裝技術(shù)
9.5小反射鏡撓性安裝技術(shù)
9.6多反射鏡安裝技術(shù)
9.7小反射鏡中心和多點(diǎn)安裝技術(shù)
9.8重力對小反射鏡的影響
參考文獻(xiàn)

第10章?lián)闲匝b置的運(yùn)動學(xué)設(shè)計(jì)和應(yīng)用技術(shù)
10.1概述
10.2自由度控制
10.2.1靜態(tài)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)
10.2.2控制一個(gè)自由度
10.2.3控制兩個(gè)自由度
10.2.4控制三個(gè)自由度
10.2.5控制四個(gè)自由度
10.2.6控制五個(gè)自由度
10.2.7控制六個(gè)自由度
10.2.8內(nèi)部自由度
10.2.9準(zhǔn)靜態(tài)自由度約束
10.3控制自由度的結(jié)構(gòu)元件
10.3.1支柱（一個(gè)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(gè)自由度）
10.3.3受約板簧（兩個(gè)自由度）
10.3.4彈性鉸鏈（一個(gè)自由度）
10.3.5準(zhǔn)彈性鉸鏈（兩個(gè)自由度或五個(gè)自由度）
10.3.6折疊板簧（一個(gè)自由度）
10.3.7不同形狀界面上的接觸應(yīng)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(jī)組件的安裝和自由度約束
10.4.1光機(jī)組件的安裝技術(shù)
10.4.1.1光機(jī)組件形狀
10.4.1.2透射或反射光學(xué)元件的安裝技術(shù)
10.4.1.3溫度變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力
10.4.1.4隔熱
10.4.1.5批量生產(chǎn)或一次性生產(chǎn)
10.4.2其他安裝技術(shù)
10.4.2.1三板簧安裝法
10.4.2.2運(yùn)動學(xué)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(shí)例
10.5通過控制自由度調(diào)校光學(xué)元件
10.5.1調(diào)校對準(zhǔn)
10.5.2對準(zhǔn)穩(wěn)定性
10.6剛度設(shè)計(jì)
10.6.1拼接反射鏡的支撐技術(shù)
10.6.2拼接反射鏡的軸向支撐技術(shù)
10.6.3橫杠的橫向支撐技術(shù)
10.6.4時(shí)序約束
10.6.5運(yùn)動框架及其撓性
10.6.6對靜態(tài)支撐結(jié)構(gòu)的具體考慮
致謝
參考文獻(xiàn)

第11章光機(jī)設(shè)計(jì)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(zhì)
11.2.2平板重力影響的近似表達(dá)式
11.2.3透鏡最大變形量對應(yīng)的直徑厚度比
11.2.4透鏡形狀的影響
11.2.5機(jī)械界面瑕疵的影響
11.2.6大型折射望遠(yuǎn)物鏡的自重變形
11.3玻璃強(qiáng)度
11.3.1概述
11.3.2斷裂力學(xué)理論
11.3.3玻璃強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析
11.3.4通過玻璃樣件測試失效性
11.3.5靜態(tài)疲勞
11.3.6驗(yàn)證試驗(yàn)
11.4光機(jī)界面處的應(yīng)力
11.4.1光學(xué)元件中壓應(yīng)力與拉伸應(yīng)力的關(guān)系
11.4.2光學(xué)元件的拉伸應(yīng)力公差
11.4.3應(yīng)力雙折射
11.4.4點(diǎn)接觸
11.4.5短線接觸
11.4.6環(huán)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(huán)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(huán)界面和相切界面接觸情況下透鏡安裝的機(jī)械設(shè)計(jì)
11.6偏心圓環(huán)接觸界面的彎曲效應(yīng)
11.6.1光學(xué)零件的彎曲應(yīng)力
11.6.2彎曲光學(xué)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(xué)元件中的徑向應(yīng)力
11.7.1.2鏡座壁內(nèi)的切向（環(huán)向）應(yīng)力
11.7.2升溫后的徑向影響
11.7.3溫度變化造成軸向預(yù)緊力的變化
11.7.3.1影響因素
11.7.3.2僅考慮體效應(yīng)推導(dǎo)出的K3近似式
11.7.3.3考慮其他影響因素推導(dǎo)出的K3近似式
11.7.4K3計(jì)算實(shí)例
11.7.5鏡座軸向消熱差和可控柔性的優(yōu)點(diǎn)
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(shè)計(jì)實(shí)例
11.8溫度變化造成光學(xué)膠合件和黏結(jié)件中的應(yīng)力
參考文獻(xiàn)

附錄
附錄A光學(xué)零件和光學(xué)儀器的環(huán)境試驗(yàn)方法總結(jié)
附錄B術(shù)語匯編
附錄C單位及其換算