具体描述
《光电精密仪器设计》 本书是一部系统性阐述光电精密仪器设计原理、方法和关键技术的专著。全书围绕“光”与“电”的结合，深入剖析了现代精密仪器中光学系统、电子系统及其集成化设计的核心要素。 核心内容概述： 光学系统设计基础： 几何光学原理： 详细讲解了光的传播规律、成像原理、反射、折射、全反射等基本概念，为理解光学系统的性能奠定基础。内容涵盖透镜、镜面、棱镜等基本光学元件的成像特性，像差的产生与校正（球差、色差、像散、场曲、畸变等），以及多元件组合光学系统的设计方法。 物理光学原理： 探讨了光的衍射、干涉、偏振等现象，以及它们在精密测量和成像中的应用。例如，干涉测量技术中的迈克尔逊干涉仪、菲索干涉仪的设计原理，衍射光学元件（DOE）的理论与应用，偏振光学在液晶显示、生物医学成像中的作用。 现代光学系统： 重点介绍现代光电精密仪器中常用的成像系统，如望远镜、显微镜、投影系统、扫描系统等，并结合实际案例讲解其结构特点和设计优化。对于远心镜头、变焦镜头、自由曲面镜头等先进光学元件的设计思路和制造工艺也进行了初步探讨。 光阑与视场： 详细阐述了光阑（孔径光阑、场光阑）的作用，以及它们如何影响系统的通光量、景深和视场角。 电子系统设计与集成： 传感器技术： 深入介绍了光电探测器的工作原理、类型及其选择原则，包括光电二极管（PIN、APD）、CCD（电荷耦合器件）、CMOS（互补金属氧化物半导体）图像传感器、光电倍增管（PMT）、红外探测器等。重点分析了不同传感器的灵敏度、响应速度、噪声特性、量子效率等关键参数，以及它们在不同应用场景下的匹配。 信号处理与调理： 讲解了光信号从传感器输出到被处理的整个流程。内容包括信号放大（跨阻放大、仪表放大）、滤波（低通、高通、带通）、模数转换（ADC）的关键技术和选择，以及数字信号处理（DSP）在降噪、图像增强、特征提取等方面的应用。 数据采集与控制： 阐述了数据采集系统（DAS）的构成，包括采集卡、接口协议（USB, Ethernet, PCIe等）的选择与使用。重点介绍仪器中的微处理器、单片机或FPGA在仪器控制、数据存储、人机交互等方面的设计思路。 电源与供电： 讨论了精密仪器对电源的稳定性、噪声要求，以及线性电源、开关电源在光电仪器中的应用与滤波设计。 光电系统集成与优化： 光机电一体化设计： 强调了光学、机械、电子三个子系统在设计阶段的协同工作。分析了如何通过结构设计（如高刚性、低形变的光学平台）、热学设计（如温度补偿、恒温控制）以及减振降噪措施，来确保仪器的整体性能和稳定性。 精密传动与定位： 介绍了精密仪器中常用的传动机构（如丝杠螺母、齿轮传动、谐波减速器）和驱动器（步进电机、伺服电机）的工作原理、选择标准及控制策略。特别是在高精度定位、扫描、跟踪等应用中，对微量位移和角度测量的设计要求进行了详细阐述。 环境适应性设计： 讨论了仪器在不同工作环境（温度、湿度、振动、电磁干扰等）下的可靠性问题，以及相应的防护设计和选材要求。 系统联合仿真与优化： 介绍了利用专业仿真软件（如MATLAB/Simulink, Zemax, ANSYS等）对光、机、电系统进行联合仿真分析，并基于仿真结果对设计进行迭代优化，以达到最佳的性能指标。 应用实例分析： 本书通过列举多种典型光电精密仪器，如光谱仪、激光扫描显微镜、全站仪、非接触式表面轮廓仪、光学测量显微镜、数字影像测量仪、光通信测试设备等，深入剖析其设计思路、关键技术和实现细节。 针对不同应用场景，分析了系统架构、核心部件的选择、性能指标的权衡以及实际制造与调试中遇到的挑战。 本书特色： 理论与实践相结合： 既提供了扎实的理论基础，又结合了大量的工程实践经验和案例。 系统性强： 覆盖光电精密仪器设计的全流程，从原理到集成，从宏观到微观。 前沿性： 关注了近年来在光学、传感器、信号处理、控制技术等领域的新发展及其在仪器设计中的应用。 实用性： 为相关领域的工程师、研究人员和学生提供切实的设计指导和参考。 《光电精密仪器设计》旨在帮助读者掌握设计和开发高性能光电精密仪器的核心能力，理解现代精密仪器背后的科学原理和工程智慧。
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