圖書描述
著者信息
黃君偉 Jiun-Woei Huang, Ph. D.
現任
國防部中山科學院技正和副研究員/颱灣大學應力所兼任副教授，主要教授課程：光學設計和製作，及光機電設計和製造。
學曆：
國立颱灣師範大學物理係獲得理學士(1973/8 至 1977/7)；
國立颱灣師範大學物理研究所碩士(1978/8 至 1981/7) ；
美國德州基督徒大學物理和天文所博士(1985/1至 1990/5) 。
經曆：
中原大學擔任物理係講師：教授大二電磁學及大三近代物理實驗3年(1981/8 至 1984/12)
美國德州基督徒大學研究助理：紅外能譜理論計算，電子順磁共振儀控程式設計及係統製作，及低溫紅外富氏光譜學研究(1985/1至 1990/5)
美國科羅拉多州立大學光雷達實驗室博士後研究員：量測介麵之程式撰寫及1.2米反射光學設計及製(1990/5 至1991 /8)
中央研究院博士後研究員：電子順磁共振的理論計算(1991/8 至 1992/1)
中山科學院技正：光學設計，光電係統，光縴通訊及高精度光縴陀螺儀之設計和製作(1992/1-)
圖書目錄
I. 光學係統原理
第一章 基本光學簡介
第二章 光學成像原理
第三章 鏡麵和稜鏡
第四章 光學係統的要件
II. 照明原理
第五章 光源
第六章 輻射和光度
III. 光電轉換
第七章 光電效應及其他相關應用
IV. 機電整閤
第八章 機電結構
第九章 光機電應用實例──數位相機
第二篇 光機電設計原則
I. 光學設計原則
第十章 光學計算
第十一章 像差
第十二章 成像評估
第十三章 一般光學係統設計原則
第十四章 特定目的光學係統設計
第十五章 光學和照明係統實例
II. 光學機械設計原則
第十六章 光機電係統的環境和材料
第十七章 光學材料
第十八章 光學機械設計原則
第十九章 大型鏡組
III. 電子和電機設計原則
第二十章 電路設計
IV. 整閤設計原則
第二十一章 係統工程
第二十二章 光機電的極佳化理論
第二十三章 控製理論
第三篇 光機電軟體應用
I. 規格的釐定
第二十四章 各種規格
II. 設計軟體應用
第二十五章 光學設計軟體
第二十六章 照明設計軟體
第二十七章 機械軟體
第二十八章 電路設計軟體
第二十九章 控製軟硬體
第三十章 光機電整閤軟體
第四篇 製作和測試
I. 光學製作
第三十一章 光學元件製作
II. 光學元件量測
第三十二章 眼睛
第三十三章 光學元件參數量測手續
III. 電路製作
第三十四章 電路及相關介麵製作
IV. 機械製作
第三十五章 機械製作方法
第五篇 係統整閤實例應用
第三十六章 數位單眼照像機
第三十七章 背光模組為液晶顯示器麵闆
第三十八章 投影機的模擬和設計
第三十九章 共光路係統設計
第六篇 未來發展
第四十章 光機電産業趨勢
名詞中英對照
圖書序言
一本教科書的撰寫是從已過世紀多位科學工作者成果，依其發展的次序，編寫而成，教科書的目的是吸收前人的知識，依照發展曆史的次序寫齣，作者可引用前人的理論和成果寫成可讀的文意；重在其包羅性及精確性，讓讀者能對本學門有完全的領會；而所引用的理論齣處，多為作古的科學傢，引用其著作之處也都再研究其引用的齣處加以整理，其目的使讀者能知本學門的真實意義。
本書原是依據颱灣大學應力所光機電係統設計講義編寫而成；起初原課程光學設計和工程是以Warren Simith（WS）第三版及Paul R. Yoder為本課程之參考書，配閤光學設計及照明光機軟體的實際操作，以光學工程理論配閤軟體的操作以達到理論和實際閤一的現代教學理念而編成；於2008年春本課程，原課程的發起人：當時經濟部工研院副院長李世光教授指示，配閤我國經濟發展需求，改為光機電係統設計和製作，作者因而為此重新編寫教材必須針對教材內容的準確性及閤乎目前光機電發展進行的方嚮，進行編寫時參用光學設計和工程是以WS第三版，發現該書雖然國內外眾多光學學者和工程師引用多年，經過詳細閱讀在多年的教學經驗中發現該書的光學基本參數定義，如：高斯光學節點、主點的定義、光瞳、光欄、齣瞳、入瞳等重要定義都過於鬆散，及最基本光學追跡式WS也未能述明原引用作者之方程式的原義；而所用例子在2版及3版錯誤也未更動，讀者很難得知其光學參數和光學計算方法真實意義，也會因學界及工程界等定義的多年不明確，書中內容而造成睏擾，又因WS已於2009年6月去世，該書已經是遺作，無法更動或建議修正，因而開始編寫本書。
本書的主要結構，可以分為六部分：一、光機電基本原理，二、光機電設計原則，三、光機電軟體應用，四、製作和測試，五、係統整閤實例應用，及六、未來發展。讀者若依序閱讀，應能從其中領會本學門的精意；尤其在光機電基本原理和光機電設計原則中－光學理論部分是參考OSA的HANDBOOK OF OPTICS，在高斯光學節點、主點的定義、光瞳、光欄、齣瞳、入瞳等重要定義是參考Kingslakes，WELFORD之著作定義，像差部分除參考俄係及大陸科學傢外，並參考SPIE研討會中的短期課程並講義編輯而成；基本光學追跡式，並不是WS創作，經查文獻：先有1920年T. Smith開始推導，於1951年D. P. Feder在美國國傢標準局，即用當時的SEAC電子計算機和第一代IBM商用電腦作光學計算，這一種方法也得到俄國G. G. Slyusarev，大陸作者：王之江，及袁緒滄等作者的書中所採用；在此也整理後編入。稜鏡部分是採用連銅淑先生的式子加以推導而得，光機及測試部分是經由作者的光學工廠的實際經驗，並參考英國Kingslcks、Welford等人的書編成；至於軟體操作部分是作者多年操作光學，機械及電子軟體所寫齣的操作手冊，可適閤初學者參用，或已從事本學門的人士參考。
對使用本書的人，若適當使用，應能在本書得到幫助。
•對教師而言：
本書是依據颱大光機電設計和工程課的講義編寫而成；經過多年在課堂上使用；本書課程可以分為二部分使用，在上下二學期以一年實施完成。在第一學期內容主要使學生對光機電基本原理中1∼6章，光機原理16∼18章及量測的基本感測單元──眼睛的傳授，並配閤光學及照明軟體的使用，在第二學期內容主要使學生在第一學期內容較為深入，主要是對光機電基本原理中7∼9章，光機電設計原則10∼15章及量測的基本感測單元──眼睛的傳授，並配閤光學及照明軟體的使用，對光機電基本原理中1∼6章，機電原理20∼23章，整閤，控製及規格23∼26章，機電軟體27∼31章和係統量測31∼34章，實例應用35∼40等章節，依課程之需求，選定章節使用應用，應使學生能對本課程充分的領會。
•對學生而言：
這書將可以成為本課程的較完全的資料，可當成一課本或本門課的參考書，若配閤上課及習作本科目所提及設計程式，將可以依所學之光機電理論設計或製作齣基本的産品。
•對現職工程師和自學者而言：
現職工程師最需要的是在最短的時間取得知識，並可以立即融入所學，本書可以提供這一種功能，自學者知識平颱，及軟體操作手可以運用本書去設計，評估及應用在産品上，應可以提供知識和建議。
本書是初版，以先求有，再求精的原則；因此，難免都有疏漏．請多指教，非常感謝！
圖書試讀
但是，對於無法用光綫光學理論去解釋的現象，如：摺射（Refraction）、色散（Dispersion）、散射（Scattering）、偏振（Polarization）、乾涉（Interference）、繞射（Diffraction）等物理現象，以波動理論去解釋卻更為閤適，各說明如下：
摺射（Refraction）：若陽光經過三角稜鏡，因陽光具有可見光－從紅到紫，而在介質中的使得行進光綫的方嚮發生改變的現象；可見不同的光波在同一介質行進的速度是不相同的。
色散（Dispersion）：因光的摺射率在不同波長並不相同，若是光不是單色時，在行經過一個距離後會産生分光的現象；
散射（Scattering）：光射入一個非光滑麵時，光會産生四麵分散的現象，其分散方嚮，除瞭在反射方嚮外，其他光會隨的主反射光作分散式分佈；
偏振（Polarization）：光的行進中，偏振方嚮和行進方嚮彼此垂直，若經過偏振元件可以使得光産生偏振現象；
乾涉（Interference）：同源性光若經過兩個或以上的光路徑，因為路徑光程差不同，若有和光波長相關的光程差；波會産生加成或相減的作用；
繞射（Diffraction）：光若經過方型或圓型單光瞳或多光瞳，在會聚麵上會因為光瞳的型狀和尺寸而産生波的加成現象，Frensnel 和Fraunhofer 導齣圓型，方型，單夾縫或雙夾縫光欄的分光佈函數，Airy以圓型的光欄定義齣繞射的極限。
以下部分，先就摺射，乾涉，及繞射部分先作討論；其他將在後麵相關的章節再作說明。
1.2.1. 色散
對於光學介質來說，摺射率隨著光的波長而改變。一般而言摺射率再波長較短時比較長時大。在先前的討論中，假定在摺射錶麵上的入射光為單色光所組成的。依照Snell’s Law-斯涅爾定律，如圖1.3為一個白光的光綫藉由一個反射平麵分成許多不同的組成波長。要注意的是藍光是透過一個比紅光還要大的角度彎麯，或摺射。這是因為藍光的n2比紅光的n2還要大。當在這個實例中 一個常數，這是很顯而易見的假如在n2藍光中比紅光大，且I2在藍光中必定比紅光小。這樣隨著波長的摺射率改變稱為色散；當被當作微分時被寫成dn，而在其他方麵色散則為 ，其中λ1與λ2為在色散中兩種不同顔色光的波長。相對的色散可錶示為 而且，在實際上，也可錶達當中間波長的光彎麯總數的摺射率時不同顔色光的散播。
用户评价
我是一位業餘的創客，一直對各種精密儀器和DIY項目充滿熱情。最近我迷上瞭製作一些與光學相關的裝置，比如自製的顯微鏡和望遠鏡。在網上搜集資料的時候，我偶然看到瞭這本《光機電係統設計和製作（2版）》。一開始隻是抱著試試看的心態，結果一翻開，就愛不釋手瞭！這本書對於我這種沒有係統學習背景的愛好者來說，簡直是量身定做的。它用非常通俗易懂的語言，解釋瞭很多復雜的光學和機械原理，並且配有大量的插圖和實物照片，讓我即使在沒有專業設備的情況下，也能理解其中的關鍵。最重要的是，它不僅僅是講理論，還提供瞭很多實際製作的思路和技巧。比如，它介紹瞭一些低成本實現精密運動的方法，還有如何選擇和處理一些常用材料，這些對於DIYer來說，實在是太實用瞭。我按照書裏的某個章節的建議，改進瞭我正在製作的一個精密調焦裝置，效果立竿見影，比我之前摸索瞭好幾個月都好。這本書讓我覺得，即使是業餘愛好者，也能做齣一些非常精密的、有用的東西。
评分天啊，這本書的內容量簡直驚人！我是一名研究生，正在進行一個關於精密光學測量儀器的項目，剛開始的時候，對於如何將光學元件、精密機械和控製係統有效地整閤在一起，完全沒有頭緒。在導師的推薦下，我纔接觸到這本《光機電係統設計和製作（2版）》。初看之下，我以為它會很枯燥，但讀進去之後，纔發現它的深度和廣度遠超我的想象。它不僅僅是介紹瞭各種組件，更是深入探討瞭設計原則和方法論。我最欣賞的是它對於係統集成過程中可能遇到的各種挑戰，比如熱穩定性、振動隔離、以及不同學科之間的接口問題，都給齣瞭非常詳細的分析和解決方案。書中的圖錶和案例都非常貼切，幫助我理解瞭很多抽象的概念。例如，在討論如何選擇閤適的傳動機構時，它對比瞭不同的方案，並給齣瞭優劣分析，這對我設計高精度定位平颱非常有幫助。還有關於光源和探測器的選擇，以及它們與機械結構的配閤，都有不少乾貨。這本書讓我明白，光機電係統設計並非簡單的“堆砌”組件，而是一門係統性的工程藝術。如果你的研究或者工作涉及到類似的領域，這本書絕對是你繞不開的一本參考書，它的價值絕對物超所值。
评分對於我這個在光電領域摸爬滾打多年的老兵來說，這本《光機電係統設計和製作（2版）》絕對是一本值得細細品讀的寶典。盡管我已經積纍瞭不少經驗，但每一次閱讀都能從中發現新的視角和深化對某些問題的理解。這本書最突齣的優點在於其“全景式”的視角，它不像一些書籍那樣隻專注於某個細分領域，而是將光學、機械、電子和控製等多個學科緊密地聯係在一起，從係統的整體性齣發進行闡述。我尤其欣賞它在“集成”二字上的深刻解讀，書中詳細探討瞭如何在不同學科的邊界地帶進行有效的設計和協同，這對於解決實際工程中的復雜問題至關重要。例如，書中關於光學組件的應力、應變對成像質量的影響，以及如何通過機械結構的設計來補償或減緩這些影響的論述，是我在實際工作中經常遇到的難題，這本書提供瞭非常係統性的分析和解決方案。此外，它在探討各種傳感器和執行器的選擇時，不僅給齣瞭技術參數的對比，更強調瞭它們與整個係統的匹配性，這種“貼地氣”的講解方式，是很多理論書籍所缺乏的。總而言之，這是一本能夠幫助你構建更全麵、更深入光機電係統設計思維的書籍，無論你是初學者還是資深從業者，都能從中獲益匪淺。
评分坦白說，我本來是對這種比較“硬核”的技術書籍不太感冒的，總覺得會很枯燥乏味。但《光機電係統設計和製作（2版）》完全顛覆瞭我的看法！我是一名在自動化行業工作的工程師，主要負責一些工業視覺係統的開發。雖然我一直有接觸到一些光學和機械的東西，但總是感覺不夠係統。這本書的齣現，就像給我打開瞭一個全新的視角。它從基礎的光學原理講起，然後逐步深入到機械結構的設計，再到嵌入式係統的控製，整個過程銜接得非常流暢。我印象最深刻的是它對於“光”在機械係統中的“行為”的描述，以及如何通過機械設計來“馴服”光，讓它按照我們的意願去工作。書裏的一些關於應力應變分析在光學器件安裝上的應用，對我啓發很大，以前隻是憑感覺來裝，現在知道怎麼去量化，怎麼去避免一些潛在的隱患。而且，它還提到瞭不少常用的設計軟件和仿真工具的運用，這對於我們這些需要快速迭代的工程師來說，簡直是福音。讀完這本書，我感覺自己對整個光機電係統的理解上升瞭一個層次，不再是零散的知識點，而是一個完整的體係。
评分這本書對我來說，絕對是一本挖到寶瞭的教材！當初在書店翻到它，光是目錄就讓我眼睛一亮，感覺那些我對光機電係統模糊的概念，好像一下子有瞭清晰的輪廓。我本身是念電機係的，雖然課堂上學瞭一些理論，但實際設計的時候總覺得少瞭點什麼，尤其是跨足到光學元件的整閤，更是讓我頭疼。這本《光機電係統設計和製作（2版）》就完全填補瞭這個空白。它不是那種紙上談兵的書，而是從實際齣發，介紹瞭很多常用的光機電整閤方案，還有各種機械結構的設計考量，連我平時最頭痛的公差分析，它都講得條理分明，還給齣瞭很多實用的計算公式和範例。我特彆喜歡它後麵幾章講到的實際製作經驗，從材料選擇、加工方法到組裝調試，簡直是把一個經驗老道的工程師的“血淚史”都濃縮在裏麵瞭，讀起來感覺像是有一個導師在旁邊手把手教你一樣。我正在嘗試設計一個小型投影係統，遇到過不少卡關的地方，但每次翻開這本書，總能找到一些啓發，讓我茅塞頓開。對於任何想要深入瞭解光機電領域，尤其是想要從理論走嚮實踐的同仁們，強烈推薦這本書，絕對是你的得力助手！
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