光机系统设计（原书第4版） 套装全2册

《光机系统设计（原书第4版）》分两卷、共19章。本书为卷Ⅱ，由8章和附录组成：第1章影响反射镜性能的

因素；第2章大型反射镜设计；第3章光轴水平放置的大孔径反射镜安装技术；第4章光轴垂直放置的大孔径反

射镜安装技术；第5章大孔径变方位反射镜的安装技术；第6章金属反射镜的设计和安装技术；第7章光学仪器

的结构设计；第8章新兴反射镜技术。
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、光机制造工艺研究的工

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。

Paul RYoder，Jr先生，先后毕业于美国宾夕法尼亚州亨丁顿市朱尼亚塔学院（Juniata College），获物

理学学士学位（1947年）；宾夕法尼亚州州立大学（Penn State University），获物理学硕士学位（1950年

）。在美国陆军法兰克福军工厂从事光学设计和光机工程设计工作（1951～1961）。他曾在PerkinElmer 公

司工作（1961～1986），受聘为光学和光机工程方面的专家顾问（1986～2006）；是美国光学协会（OSA）和

国际光学工程学会（SPIE）会员。他参加了美国光学学会光学手册（OSA Handbook of Optics）（McGraw

Hill，1995,2010）、光机工程手册（Handbook of Optomechanical Engineering）（CRC Press，1997）部分

章节的编写，并与Fischer和BTadicGaleb共同撰写了《光学系统设计》（Optical System Design）

（McGrawHill，2008）一书，还出版了《光学仪器中光学零件的安装技术》（Mounting Optics in Optical

Instruments）（SPIE Press，2002，2008），也是本书前三版的作者；发表了60多篇论文，获得14项美国和

外国专利，在国际光学工程学会（SPIE）、美国政府部门以及美国、欧洲和亚洲的工业部门举办过75场光学和

光机工程方面的短训班。

Daniel Vukobratovich先生，是美国亚利桑那州图森市雷神（Raytheon）公司的一名（多学科）高级工程师和

亚利桑那大学光学工程学院的兼职教授，主要研究领域是光机设计。他发表了50多篇学术论文，参加了《红外

/电光系统手册》（IR/EO Systems Handbook）第4卷光机系统（SPIE Optical Engineering Press，1993）以

及《光机工程手册》（Handbook of Optomechanical Engineering）（CRC Press，1997）相关章节的编写工

作;在12个国家举办过光机方面的短训班，被聘为40多家公司的顾问。2011年，他与Paul Yoder先生共同撰写

了《SPIE’s Field Guide to Binoculars and Scopes》。他是国际光学工程学会（SPIE）会员和光机工作小

组的创办成员；获得多项国际专利；并且，由于在金属基光学复合材料方面的贡献而获得R&D 100奖。他利用

新型材料（金属及复合材料，泡沫芯）主导研发了一系列超轻型望远镜以及航天飞机STS95任务、火星观察

者、火星全球勘测者和远紫外光谱探测仪（FUSE）的空间望远镜系统。

David Aikens先生，是美国康涅狄格州切斯特市Savvy Optics公司的董事长。该公司主要生产光学零件表面质

量检测设备。他在光学工程和制造，尤其是光学设计领域工作了30多年；长期以来，参与光学制图和规范的标

准化工作，担任美国光学标准化委员会（ASC/OP）秘书，还担任光学和电子光学标准化委员会的执行理事，审

查美国和国际中所有与美国相关的标准化活动。如卷Ⅰ第1章所述，David Aikens先生已经为国际标准化组织

（ISO）和美国标准化组织提供了许多光学标准化活动的*新消息。

Jan Nijenhuis先生，是卷Ⅰ第10章的主要作者。1980年，他以优异成绩毕业于荷兰代尔夫特理工大学航天工

程系，获得科学硕士；之后，作为机械工程师加入荷兰福克飞机的飞行控制系统设计团队，并工作了8年；然

后，到荷兰国家应用科学研究院（TNO）从事应用物理方面的研究，在空间、天文学和光刻仪器的设计和研发

项目方面工作了25年；目前，是荷兰Nijenhuis精密工程公司的董事长。

William AGoodman先生，是美国加利福尼亚州圣地亚哥市Trex公司负责业务发展的副总裁，主管几个部门新

的业务发展，包括侦察装置、大尺寸兆像素级可见光/短波红外（VIS/SWIR）阵列、导航/瞄准、高速通信、头

盔显示、磁阀、光纤旋转接头、零件和碳化硅光学零件。研发出的轻质硅和碳化硅光学元件已经应用于空间、

低温、核工业和高能领域。William A. Goodman博士，主要撰写了卷Ⅱ第8章新兴技术部分。他获得美国新墨

西哥大学化学工程系学士学位，获得美国加州大学洛杉矶分校材料科学系硕士和博士学位，是SPIE会士。

Kevin ASawyer先生，在光机领域有30多年的工作经验，主要从事适配器（HSA）工程方面的工作。他在航空

工业界工作了28年，其中包括在美国国家航空航天局（NASA）阿姆斯研究中心工作的11年，作为专业顾问工作

的9年，以及在美国洛克希德·马丁公司工作的8年。并且，他被圣何塞州立大学机械工程系聘为兼职教授28年

，讲授过光机结构和真空工程相关的多门课程。Sawyer先生，在圣何塞州立大学获得了机械工程、机械设计和

控制技术的学士和硕士学位，1995年在亚利桑那大学获得光机工程的博士学位。他是美国机械工程师协会

（ASME）的准会员，是美国加利福尼亚州注册专业工程师。他主要负责第4版卷Ⅰ第1章有关技术项目的内容，

并反复核对以确保其准确性和完整性。

David MStubbs先生，1976年获得美国佛罗里达州墨尔本市佛罗里达理工大学机械工程系学士学位，此后在

一些大学学习了大量的研究生课程。其整个职业生涯都是在航空领域度过的，他先就职于美国斯佩里飞行系统

公司和麦道飞机公司，然后进入洛克希德公司飞机飞弹研究实验室一直工作了34年。David先生在合并成洛克

希德·马丁公司之前，领导着一个有30名工程师组成的光机工程团队。其经历包括机械设计的所有阶段：从概

念研究到设计分析、硬件和测试。他发表了23篇论文，获得8项专利，目前正在设计技术上颇具挑战性的光学

系统。David MStubbs先生在卷Ⅰ第1章中的贡献主要是更新了*新的有关光机系统和仪器研发投资项目的设

计研发实际信息。

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章影响反射镜性能的因素
1.1概述
1.2公差、误差预算量和误差叠加
1.3重力变形
1.4剪切效应造成反射镜变形
1.5安装工艺造成反射镜变形
1.6动态效应造成反射镜变形
1.7基频
1.7.1垂轴反射镜的鼓膜频率
1.7.2轴对称反射镜的刚体基频
1.7.3阻尼
1.8刚体对动态激励的响应
1.8.1位移
1.8.2对随机振动的响应
1.8.3对机械冲击的响应
1.9热效应
1.9.1温度均匀变化
1.9.2温度梯度
1.9.3热膨胀系数的各向异性
1.9.4双金属弯曲效应
参考文献
第2章大型反射镜设计
2.1概述
2.2大型反射镜特性
2.2.1定义
2.2.2轻质反射镜结构
2.2.3重量评价系数
2.2.4结构评价系数
2.2.5热评价系数
2.3反射镜发展历史
2.3.1镜用合金（镜青铜）反射镜
2.3.2铸玻璃反射镜
2.3.3低膨胀反射镜材料
2.3.4厚度减薄
2.3.5骨架式和组合式熔凝结构
2.3.6玻璃焊接基板
2.3.7机械加工蜂窝芯反射镜
2.3.8拼接反射镜
2.3.9旋铸反射镜
2.4大型反射镜设计过程
2.5薄反射镜设计
2.5.1平后表面薄反射镜
2.5.2薄弯月形反射镜
2.6背面具有特定轮廓的实心反射镜
2.7轻质结构反射镜
2.7.1夹层反射镜
2.7.2背面开放式反射镜结构
2.8半刚性/主动式超轻型反射镜
2.9轻质反射镜的比例关系
参考文献
第3章光轴水平放置的大孔径反射镜安装技术
3.1概述
3.2重力影响
3.3Ｖ形安装技术
3.4多点侧面支撑技术
3.5理想的径向安装技术
3.6水银管径向安装技术
3.7带式和滚轮链式安装技术
3.8推拉镜座
3.9动态松弛法和有限元分析法比较
参考文献
第4章光轴垂直放置的大孔径反射镜安装技术
4.1概述
4.2概念设计
4.3环形镜座
4.4空气袋（气囊）支撑技术
4.5多点支撑技术
4.5.1 三点支撑技术
4.5.2 Hindle支撑技术
4.5.3 平衡安装技术
4.5.4 气压／液压镜座
4.6 计量安装技术
4.6.1 36点气压计量安装技术
4.6.2 27点液压计量安装技术
4.6.3 52点弹簧矩阵计量安装技术
4.6.4抛光期间的横向约束
参考文献
第5章大孔径、变方位反射镜的安装技术
5.1概述
5.2一般情况
5.3限定系统
5.4多点支撑技术
5.4.1简介
5.4.2历史背景
5.4.3比例法则
5.4.4半侧无限大平板理论
5.4.5衬垫尺寸的影响
5.5机械浮动安装技术
5.6液压／气动安装技术
5.6.1历史背景
5.6.2双子星望远镜
5.6.3新型多反射镜式望远镜
5.7反射镜的中心安装技术
5.8双拱反射镜的安装技术
5.9反射镜的双脚架安装技术
5.10薄面板反射镜的安装技术
5.10.1一般要求
5.10.2拼接式反射镜
5.10.3自适应反射镜系统
5.10.3.1先进的电光系统望远镜
5.10.3.2多反射镜式望远镜的自适应次镜
5.11大型空间反射镜的安装技术
5.11.1哈勃空间望远镜
5.11.2Chandra Ｘ射线望远镜
5.12反射镜的转运
参考文献
第6章金属反射镜的设计和安装技术
6.1概述
6.2金属反射镜的一般要求
6.3铝反射镜
6.3.1铸铝反射镜
6.3.2机加成形铝反射镜
6.3.3焊接成形铝反射镜
6.4铍反射镜
6.5其他材料金属反射镜
6.5.1铜反射镜
6.5.2钼反射镜
6.5.3碳化硅反射镜
6.6由泡沫和金属基蜂窝心组成的反射镜
6.7金属反射镜的镀膜
6.8金属反射镜的单刃金刚石切削加工技术
6.9金属反射镜的传统安装技术
6.10金属反射镜的集成式安装技术
6.11大型金属反射镜的挠性安装技术
6.12多个单刃金刚石切削零件的连接、装配和对准
参考文献
第7章光学仪器结构设计
7.1概述
7.2刚性框架设计方案
7.2.1透镜镜筒结构
7.2.2军用双目望远镜
7.2.3民用双目望远镜
7.2.4坦克潜望镜
7.2.5星载分光辐射度计照相机
7.2.6大孔径航空照相物镜
7.2.7热稳定光学结构
7.3模块化设计原理和实例
7.3.1注模成形的塑料模块
7.3.2模块化军用双目望远镜
7.3.3应用于空间探索领域中的模块化分光仪
7.3.4双准直仪模块
7.4适应高冲击负荷的结构设计
7.5无热化结构设计
7.5.1同一种材料制造的仪器
7.5.1.1红外天文卫星望远镜
7.5.1.2斯皮策(Spitzer)空间望远镜
7.5.1.3应用SPDT技术加工光学元件及元件间界面的望远镜
7.5.2焦距主动控制技术
7.5.3使用计量结构无热化的仪器
7.5.3.1轨道天文台
7.5.3.2地球同步环境卫星
7.5.3.3深空成像多目标光谱仪
7.5.3.4多角度成像光谱辐射计的无热化设计
7.5.3.5哈勃空间望远镜桁架结构的无热化设计
7.5.3.6星系演化探测器的无热化设计
7.5.4折射光学系统的无热化技术
7.6望远镜镜筒结构的几何形状
7.6.1赛路里（Serrurier）桁架
7.6.2新型多反射镜式望远镜
7.6.3N层桁架
7.6.4钱德拉（Chandra）望远镜
7.6.5具有微小重力变形和风载变形的桁架结构
7.6.6静定空间的框架结构
7.7望远镜镜筒的其他结构形式
7.8配重补偿技术
7.9光学补偿变形技术
7.10光机结构的摩擦和磨损
7.11光学仪器的密封、清洁和干燥技术
参考文献
第8章新兴反射镜技术
8.1概述
8.2历史背景
8.3硅
8.3.1同步加速器中的应用
8.3.2定向能量武器应用
8.4碳化硅
8.4.1烧结碳化硅
8.4.2反应烧结碳化硅
8.4.3转化碳化硅
8.4.4化学蒸镀碳化硅
8.5未来