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第一章 光电仪器设计概论1

第一节 光电仪器的发展与特点1

一、光电仪器的发展历程1

二、光电仪器的特点3

第二节 光电仪器的分类与组成3

一、光电仪器的分类3

二、光电仪器的组成4

三、光电仪器设计的研究对象5

第三节 总体设计的基本观点及设计步骤6

一、总体设计方法6

二、新仪器的设计步骤6

三、光电仪器设计的研究方法9

参考文献9

第二章 现代仪器设计方法10

第一节 设计方法学10

一、设计方法学的发展历程10

二、设计方法学的研究对象和方法11

第二节 人机工程学12

一、仪器参数的设计13

二、仪器性能的提高14

三、操作者主观感受的改善15

第三节 优化设计方法15

一、优化设计方法及步骤15

二、优化设计实例16

第四节 有限元分析18

一、有限元分析概述18

二、有限元分析实例19

第五节 可靠性设计20

一、可靠性的评价指标20

二、可靠性的分配方法21

参考文献22

第三章 仪器精度分析与设计23

第一节 仪器的误差与精度23

一、误差的基本概念23

二、精度的含义和仪器的精度指标25

三、仪器误差的来源27

第二节 仪器误差的分析与计算28

一、微分法28

二、几何法29

三、逐步投影法30

四、其他方法30

第三节 仪器误差的合成31

一、随机误差的合成31

二、系统误差的合成31

三、不同性质误差的合成32

四、仪器误差合成实例32

第四节 仪器精度的分配37

一、仪器精度的分配方法37

二、仪器精度分配实例37

第五节 提高精度的基本设计原则39

一、阿贝原则及其扩展39

二、光学自适应原则42

三、圆周封闭原则44

四、其他相关原则44

第六节 仪器误差的补偿方法45

参考文献47

第四章 光源与照明系统48

第一节 光源的基本特性参数48

一、有关光源的几个基本概念48

二、选择光源时要注意的几个问题51

第二节 光电仪器中常用的光源52

一、热辐射光源53

二、气体光源54

三、发光二极管59

四、激光光源61

第三节 目标类型64

一、点光源64

二、线光源66

三、面光源67

第四节 照明系统68

一、对照明系统的要求68

二、设计照明系统时要遵循的原则68

三、照明方式及其结构尺寸69

四、对照明系统像差的考虑72

参考文献73

第五章 光学元件的选择与调整74

第一节 几何光学元件75

一、透镜75

二、反射镜80

三、棱镜83

第二节 物理光学元件89

一、光栅89

二、偏振器与波片91

第三节 新型光学元件93

一、光纤93

二、微小光学元件97

第四节 光学元件的误差分配与装配校正103

一、光学元件的误差分配103

二、光学元件的装配校正104

参考文献107

第六章 光电探测器108

第一节 光电探测器的性能参数108

一、光学特性参数109

二、光电转换特性参数109

三、电学特性参数112

第二节 光电探测器的工作原理与分类112

一、光电探测器的物理效应112

二、光电子发射探测器114

三、光电导探测器116

四、光伏探测器119

五、热探测器124

第三节 光电探测器应用实例125

一、三维坐标测量——PSD126

二、光强检测——光敏二极管128

三、光谱分析——线阵CCD129

参考文献130

第七章 标准量与标准器131

第一节 计量标准概述131

一、国际单位制（SI）132

二、量值的传递方法134

第二节 标尺与度盘134

一、标尺的分类和特点134

二、标尺的误差和精度等级135

三、度盘及其误差136

四、度盘参数的选择137

第三节 计量光栅138

一、计量光栅及分类138

二、莫尔条纹的形成原理139

三、莫尔条纹的种类和特点142

四、莫尔条纹的读数原理与绝对测量144

五、计量光栅参数的选择148

六、计量光栅误差分析149

第四节 光学编码度盘150

一、光学编码度盘与编码150

二、光学编码度盘的参数选择152

第五节 光波长152

参考文献154

第八章 运动与对准155

第一节 结构设计的基本原则155

一、运动学原则155

二、变形最小原则156

第二节 微位移机构157

一、微位移技术简介157

二、机械式微位移机构158

三、压电、电致伸缩器件159

第三节 光学与光电瞄准162

一、光学瞄准163

二、光电显微镜166

三、光电自动对准系统169

第四节 轴向对准174

一、像散法174

二、斜光束法175

三、偏心光束法176

四、临界角法177

五、精密自动定位器设计实例178

参考文献180

第九章 典型仪器的原理与分析181

第一节 激光干涉仪181

一、干涉测长的基本原理181

二、单元部件分析182

三、干涉仪的发展及应用领域183

第二节 光学轮廓仪184

一、光学轮廓仪的基本原理185

二、单元部件分析187

三、光学轮廓仪的发展及应用领域187

第三节 共焦显微镜187

一、基本原理188

二、单元部件分析189

三、共焦显微镜的应用领域190

第四节 投影仪191

一、计量投影仪的基本原理191

二、单元部件分析193

三、投影仪的发展趋势194

第五节 光谱仪195

一、光谱仪的基本组成195

二、光谱仪的评价指标196

三、光谱仪的发展及应用领域198

参考文献199