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出版者:中国标准出版社

作者:张唏

出品人:

页数:302

译者:

出版时间:2006-9

价格:33.0

装帧:平装

isbn号码:9787506642293

丛书系列:

图书标签:

• 1
• 机械制图
• CAD
• 工程制图
• 机械工程
• 计算机辅助设计
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• 绘图基础
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• 制图规范

现代光学系统设计与优化：原理、方法与实践 本书简介 本书系统地阐述了现代光学系统设计与优化的核心理论、实用方法以及工程实践中的关键技术。全书内容深入浅出，理论与实际相结合，旨在为光学工程师、系统设计师以及相关领域的研究人员提供一套全面、前沿的参考工具书和教材。 第一部分：光学系统设计基础与理论 本部分聚焦于奠定现代光学系统设计所需的基础知识和理论框架。 第一章：光与物质的相互作用 本章首先回顾了经典电磁波理论在描述光传播中的基础地位，并引入了波动光学和几何光学的基本概念及其适用范围。重点讨论了光线追迹的基本原理，包括斯涅尔定律在不同界面上的应用，以及矩阵光学在描述复杂光路系统（如多透镜组、反射镜系统）中传输特性方面的强大能力。随后，深入探讨了光的波动性在衍射、干涉和偏振现象中的体现，这是理解和设计高分辨率、高性能光学系统的关键。对于像差理论，本章详细解析了近轴近似下的五大初级像差（球差、彗差、像散、场曲、色差），并引入了更高阶像差的描述方法，为后续的像差校正奠定了理论基础。 第二章：光学成像理论与性能评价 本章核心在于量化描述光学系统的成像质量。从理想点光源的成像出发，过渡到描述真实系统像差对成像的影响。详细阐述了光学传递函数（OTF）和调制传递函数（MTF）的物理意义、计算方法及其在评估系统分辨率和对比度中的核心作用。引入了点扩散函数（PSF）和弥散斑的特性分析。此外，对成像系统的几何参数进行了深入分析，包括视场角、放大率、工作距离以及光瞳函数（Pupil Function）的定义和应用，这些参数是系统规格确定的基础。对现代光学系统常用的像质标准，如瑞利判据、艾里斑理论，进行了详尽的论述。 第三章：光学材料与元件特性 光学系统的性能受材料选择的深刻制约。本章系统介绍了可见光到红外、紫外波段常用的光学玻璃、晶体材料的物理特性。详细对比了不同材料的色散曲线、阿贝数、热膨胀系数以及在不同温度和压力下的光学常数变化。对薄膜光学特性进行了专题讨论，包括增透膜、高反射膜和分光膜的设计原理、多层膜的传输矩阵方法以及膜系对系统杂散光和效率的影响。元件加工与检测的基础知识，如研磨、抛光、镀膜工艺对元件表面精度和粗糙度的影响，也被纳入讨论范围。 第二部分：现代光学系统设计方法 本部分侧重于介绍将理论转化为实际系统的设计流程和工程技术。 第四章：优化设计与像差校正 本章是现代光学设计的核心。首先介绍了光学设计中的“自由曲面”概念及其在简化系统、校正复杂像差中的巨大潜力。随后，详尽讲解了现代光学设计软件（如Zemax, Code V等）中使用的优化算法，包括阻尼最小二乘法、径向基函数法等，并讨论了评价函数（Merit Function）的构建原则，强调了目标像差、约束条件和物理可行性的平衡。对经典的光学系统校正策略进行了分类讨论，如采用消色差组合、非球面设计、变倍系统中的补偿机构设计等，并针对折射式、反射式和折反射式系统给出了具体的优化案例分析。 第五章：杂散光分析与控制 杂散光是影响成像系统对比度和信噪比的关键因素。本章专门探讨了杂散光（Stray Light）的产生机理，包括镜面反射、孔径光阑遮挡、元件本身的光散射等。详细介绍了杂散光分析的两种主要方法：序列光线追迹法（Sequential Ray Tracing）和非序列光线追迹法（Non-Sequential Ray Tracing）在杂散光建模中的应用。内容涵盖了遮栏（Baffle）的设计、光阑的选择与优化、以及涂层对减少内部反射的贡献，旨在确保系统在复杂光照环境下的高对比度表现。 第六章：公差分析与系统装调 从设计到制造的桥梁是严格的公差分析。本章讲解了如何量化制造误差（如元件厚度、曲率半径、定位精度、材料属性波动）对系统成像性能的影响。介绍了蒙特卡洛分析法和灵敏度分析法在公差分配中的应用。此外，系统装调部分详细介绍了光学系统在实际装配过程中可能出现的误差类型（如偏心、倾斜），以及如何利用自准直仪、Shack-Hartmann波前传感器等精密仪器进行系统对准和像差补偿。 第三部分：先进光学系统应用实例 本部分选取了当前具有代表性和前瞻性的光学系统进行深入剖析。 第七章：高分辨率成像系统设计 本章聚焦于对分辨率要求极高的系统，如天文望远镜、微影物镜和高像素数数码相机镜头。讨论了如何通过增加有效口径、优化MTF在全视场下的均匀性、以及采用高品质的低散射材料来提升分辨率。对微纳光学元件（如衍射光学元件DOE）在校正特定像差和实现复杂光束整形中的集成应用进行了深入探讨。 第八章：激光系统与光束整形 本章针对激光应用场景，如激光加工、光通信和激光雷达（LiDAR）。详细分析了激光束的特性，如高斯光束的传播、束腰的控制和光束质量因子（M²）。重点介绍了用于实现特定光束整形目标的元件设计，包括非球面透镜组用于聚焦、柱面透镜用于展宽，以及用于相干合成和光束扩束的系统设计原理。对高功率激光系统中的热透镜效应和非线性光学效应也进行了初步介绍。 第九章：自由曲面与集成光学 本章展望了未来光学技术的发展方向。详细阐述了自由曲面的数学描述方法（如Zernike多项式、NURBS）及其在消除传统光学系统冗余元件方面的优势。讨论了微纳光学集成技术（如光子晶体、超表面/超透镜）在实现小型化、多功能化光学系统中的潜力，以及如何将这些先进技术与传统大口径光学设计方法有效结合，以应对空间受限或对重量敏感的应用需求。 本书结构严谨，内容覆盖了从基础理论到前沿应用的完整链条，为读者提供了系统学习和解决实际工程问题的能力。

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我花了整整一个周末的时间，沉浸在这本关于工程图学的宝典之中，最大的感受就是作者在内容编排上的匠心独运。这本书的结构设计，简直是为我这种需要“体系化学习”的初学者量身定做的。它没有采用那种按部就班的章节顺序，而是将理论知识点巧妙地穿插在实际的零件绘制流程中。比如，在讲解标准件和公差配合时，作者没有把它放在一个独立且让人头疼的章节里，而是直接用一个传动轴的装配图案例，将尺寸标注、形位公差要求和各种标准连接件的符号，像剥洋葱一样层层递进地展示出来。这种“任务驱动型”的学习路径，极大地提高了我的学习积极性。我不再是为了考试而记忆知识点，而是为了完成图纸设计而主动去理解这些规则的意义。特别是关于曲面表达的部分，那些复杂的空间几何关系，通过书中那几张对比鲜明的示意图，瞬间在我脑海中建立起了清晰的图像，让我这个以前对三维建模有畏惧感的人，也敢于尝试更深层次的图形处理了。

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这本书的文字风格，用一个字来形容就是“干货满满”，用另一个词来形容就是“务实到家”。我过去翻阅过一些同类书籍，很多篇幅都用来探讨历史沿革或者理论的数学基础，虽然有深度，但对于我们这种急需上手解决实际问题的工科生来说，实在有些“远水解不了近渴”。然而，这本《机械制图与CAD》完全避开了这种“学院派”的冗余。它的每一页，似乎都在直接回答“你在实际工作中会遇到的问题”。比如，在处理复杂连接件的分解图时，书中用了相当大的篇幅来讲解如何规范地使用断裂线和中心线，并附带了大量“正确示范”与“常见错误对比”。这些细微之处的指导，恰恰是老师课堂上可能一带而过，但实际绘图时却能让你抓耳挠腮的关键点。读到最后几章关于图框设置和工程图纸输出规范时，我有一种强烈的预感：这份学习成果，可以直接转化为未来工作中的标准操作流程，无需二次“翻译”。

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如果非要挑出这本书的一点“不足”，那可能是我希望它在特定软件的最新版本功能上能有更及时的更新，但这也许是技术类教材难以避免的通病。抛开这一点，这本书给我的整体印象是，它完美地扮演了“知识的桥梁”的角色。它不只是讲解了机械制图的“规则”，更重要的是，它成功地教会了我们如何用一套标准的、国际化的“视觉语言”去同其他工程师进行无障碍的沟通。读完它，我不再觉得图纸是冰冷的线条集合，而是能够理解背后那套严谨的、关于功能和制造的“工程叙事”。它让我从一个仅仅会使用CAD软件的“操作员”，向一个具备基础“工程思维”的设计辅助人员迈进了一大步。这本书的价值，在于它提供的不仅仅是技能，更是一种看待和表达机械世界的全新视角。

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这本《机械制图与CAD》的教材，说实话，初捧上手时，我内心是有些忐忑的。毕竟，机械制图这门课，在我的印象里，总是和厚重的图纸、复杂的投影和刻板的线条规范绑定在一起，总觉得是那种“啃”起来费劲，学完后可能也只停留在理论层面的学科。然而，翻开这本书，我立刻被它那种“化繁为简”的叙事风格所吸引。它没有一上来就堆砌晦涩难懂的专业术语，而是选择从最基础的“看图”思维入手，像一位耐心的老师在手把手地教你如何理解这个由点、线、面构成的三维世界。书中对各类视图的讲解，比如剖视图、局部放大图的处理，逻辑清晰得令人赞叹。它不仅仅是告诉我们“应该怎么画”，更深入地阐述了“为什么需要这样画”——背后隐藏的工程逻辑和设计意图被剖析得淋漓尽致。更让我惊喜的是，它对CAD软件的应用介绍，并不是简单地罗列命令，而是将其融入到具体的制图案例中，读起来就像在进行一次实战演练，让人感觉自己不是在阅读一本教材，而是在操作一个真实的绘图软件，效率和实用性体验极佳，极大地缓解了我对传统制图枯燥乏味的刻板印象。

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坦白说，这本书的排版设计，也为我的学习体验加分不少。在机械制图的学习过程中，清晰的视觉呈现是理解复杂几何关系的前提。这本书在这方面做得非常出色，色彩的运用恰到好处，重点突出，绝不花哨。它主要采用的是黑白或双色印刷，但关键的视图线条、标注线、尺寸线和剖面线之间，通过不同的线型粗细和颜色区分得井井有条。例如，在讲解轴和孔的配合尺寸时，那些代表基准的标注线和实际的轮廓线，即使在昏暗的灯光下也能清晰地区分开来。而且，书中对那些需要读者自行“脑补”立体结构的局部放大图，都配上了极其精细的透视图作为辅助参考，这极大地弥补了二维图形表达三维信息的固有缺陷。可以说，它在视觉上传达信息的能力，几乎可以媲美一本高水准的工程手册，而不是一本普通的教材。

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