超精密自由曲面
光学设计、加工及测量技术 [Design,Machining and Measurement Technologies of Ultra-Precision Freeform Optics]
o>@9[F,h+ (T1d!v"~" 学自由曲面的设计、加工及测量技术是一门新兴的学科。《超精密自由曲面
光学设计、加工及测量技术》系统介绍了自由曲面光学组件设计、加工、测量的基本理论、最新发展及应用实例,还总结了作者多年从事超精密加工技术研究的成果和经验。全书共分7章,包括自由曲面光学超精密制造技术概述、自由曲面光学设计、超精密加工技术、光学自由曲面超精密测量技术、超精密加工过程仿真及优化、自由曲面光学组件设计、加工及面形测量集成制造技术平台及自由曲面光学设计实例。《超精密自由曲面光学设计、加工及测量技术》可供光学设计及超精密加工的研究人员、相关企业的技术人员与决策者参考,也可作为高等学校相关专业研究生的参考教材。
aSQvtv)91 \ 3FOI
}=
(|3\v
y aLc~K 序
'WcP+4c 前言
)|IMhB+4 第1章 自由曲面光学超精密制造技术概述
\) vI- 1.1 自由曲面光学的发展
LNI]IITx/ 1.2 自由曲面光学组件
7cV
GB 1.2.1 自由曲面光学组件的类型
/}R*'y 1.2.2 自由曲面光学组件在光电系统设计中的应用
>f-*D25f% 1.2.3 自由曲面光学组件的重要特征
0`
UrB: 1.2.4 自由曲面光学组件的加工工艺特征
?f4jqF~Fh 1.3 自由曲面光学的特殊光学性能及应用前景
J:G~9~V^ 1.3.1 特殊光学性能
iU "{8K, 1.3.2 应用前景
YHfk; FI
1.4 超精密加工技术的发展
VTs
,Ln!,U 1.5 自由曲面光学组件的制造过程
OuwEO 1.5.1 光学产品设计及评估
["SD' 1.5.1.1
光学系统应用研究
W'f)W4D$6 1.5.1.2 光学系统优化设计
X$9
"dL 1.5.1.3 光学
透镜原型试制
H@V+Q} 1.5.1.4 光学组件原型检测与光学质量评估
R d>PE=u 1.5.2 实际生产光学组件及产品光学质量评估
:y3e-lr 1.5.3 利用计算机进行数字化设计与制造的探讨
} .'\IR 1.5.3.1 光学系统数学原型的构成
;*q 1.5.3.2 光学成像质量的数字化检测
Erq%Ck( 参考文献
k C=h[<' dc%0~Nz 第2章 自由曲面光学设计
QRAw# 2.1 自由曲面光学设计概述
Is#w=s}2 2.2 非球面光学成像系统的设计
q
!Nb-O{ 2.2.1 光学成像系统的基本结构
&b!|Y 2.2.2 非球面的定义
yvt
:/X 2.2.3 非球面空间光线的追迹
}e4#Mx 2.2.4 非球面的初级像差
tP0!TkTo9 2.3 自由曲面光学系统的设计
{B)-+0 6 2.3.1 自由曲面光学组件的特征与数学表达式
6*%E4#4 2.3.2 自由曲面光学组件的光线追迹
=`fz#Mfd 2.3.2.1 贝塞尔裁剪法
@;g|styh^ 2.3.2.2 光线.有理贝塞尔曲面的相交
VZEDBZ x* 2.3.2.3 NURBS曲面的光线追迹
Oj0,Urs7 2.4 光学系统的优化
!1fAW!8 2.4.1 评价函数
CT#u+]T 2.4.1.1 由几何像差构成的评价函数
jb0LMl}/A 2.4.1.2 由点列图构成的评价函数
JmJNq$2#c 2.4.1.3 由波差构成的评价函数
drW}w+! 2.4.1.4 由光学传递函数构成的评价函数
;.#l[ 2.4.2 最小二乘法
X}RQ&k 2.4.2.1 概述
J>%uak< 2.4.2.2 阻尼最小二乘法
xe9V'wICp( 2.4.3 基因算法
iK=SK3)vR 2.5 光学系统的像质评定
/d
prs(*K 2.5.1 瑞利判据
.jvRUD8A7 2.5.2 点列图法
3v@Y"I3; 2.5.3 光学传递函数法
y -=YX qj 2.6 自由曲面成像系统设计思路
L6IF0`M<,I 2.7
照明系统设计基础
/Lt Lu 2.7.1 辐射度学中的量
C .{`-RO 2.7.2 亮度学中的量
w;8VD`>[| 2.7.3 辐射度学与亮度学中量的对应关系
IPEJ7n49 参考文献
Z
Vj 0VwmV_6'<W 第3章 超精密加工技术
VKb'!Ystl 3.1 超精密加工机床的关键技术
{j4J(dtO 3.1.1 超精密主轴部件
|"o/GUI~ 3.1.2 机床床身布局与精密导轨部件
5dem~YY5 3.1.2.1 超精密加工机床的布局
-wUw)gJbM 3.1.2.2 床身和导轨材料的选用
C|H/x\?zRv 3.1.2.3 导轨形式的选用
DqbU$jt` 3.1.3 高精密度的进给驱动系统-
U1~6 o"1H 3.1.4 机床运动部件位移的
纳米量级
激光在线检测系统
3 V{&o,6 3.1.5 超精密加工机床的数控技术
&I=F4 z 3.1.6 机床隔振及环境控制系统
@-H D9h 3.2 单点超精密切削技术
Sz3Tp5b 3.2.1 两轴超精密加工机床
YDoVm? 3.2.1.1 两轴超精密加工机床Nanofom200
fkWTO"f- 3.2.1.2 大型两轴超精密加工机床
0gOB$W 3.2.2 单点金刚石超精密切削原理
'>0rp\jC 3.2.3 金刚石切削刀具的特性
N9jSiRJ 3.2.4 切削参数对加工表面质量的影响
\o2cztl= 3.2.4.1 刀具几何参数对加工表面质量的影响
"j] r 3.2.4.2 切削用量参数对加工表面质量的影响
iQj2aK Gs 3.2.5 非球面超精密加工及误差补偿技术
Ub9p&=]h 3.2.5.1 非球面透镜的加工技术
`(6g87h 3.2.5.2 非球面工件的误差补偿
2pn8PQfg) 3.3 光学自由曲面超精密加工技术
Md(h-wYr 3.3.1 光学自由曲面加工原理
cs6I
K6wo 3.3.2 大型五轴超精密加工中心
Y~C;M6(P 3.3.3 切削加工工艺参数对加工表面质量的影响
h:l4:{A64 3.3.4 自由曲面加工刀具轨迹生成系统
^s[OvJb 3.3.4.1 自由曲面数学表示方法
<$ oI 3.3.4.2 光学自由曲面飞刀加工的刀位轨迹算法
ed6eC8@ 3.3.4.3 自动数控编程及其刀具轨迹仿真软件
?PSVVUq,Z 3.3.5 光学微透镜阵列的超精密加工
l7M![Ur 3.3.5.1 FTS的结构特点与加工原理
f{j(H?5 3.3.5.2 FTS加工非轴对称光学自由曲面过程
JMIS*njq^ 3.3.5.3 FTS加工光学微透镜阵列过程
>wJt# ZB 3.3.6 光学微沟槽的超精密加工
UYW{AG2C 3.3.7 光学设计与制造一体化系统
;0 No@G;z 3.4 超精密抛光自由曲面光学表面生成
];VJ54 3.4.1 自由曲面抛光
* M,'F^E2 3.4.2 超精密抛光自由曲面
DgB]y6~KXl 3.4.3 抛光策略建模与优化
JC}oc M
j0 3.4.4 试验研究
=%IBl]Z!" 3.4.4.1 A部分试验:抛光去除表面刀痕的效果
sUEvL(%nY 3.4.4.2 B部分试验:抛光策略对表面生成的影响
NwB;9ZhZ 参考文献
VGtKW kVH vh"> Z4 第4章 光学自由曲面超精密测量技术
@h$4M t7N 4.1 概述
l
S m7i 4.2 光学曲面形状与表面粗糙度测量技术
|E=8 4.2.1 接触式激光干涉形貌测量法
ZB@Bj>,bp 4.2.2 非接触式激光干涉形貌测量法
+rcDA| 4.2.3 超高精度原子力测量三维轮廓仪法
4~YPLu 4.2.4 超精密3D坐标测量机
uiEAi 4.3 光学自由曲面形状测量原理
Z;4pI@u 4.3.1 形状评定的数学模型
L4?)N&V 4.3.1.1 基准曲面的重构
uxsfQ%3`# 4.3.1.2 测量面与基准面的匹配
=n73bm 4.3.2 形状误差评定参数
Vv J]*D+e 4.3.3 形状误差评定的仿真、试验分析
Mu?hB{o1 4.3.3.1 仿真分析
'"QN{ja 4.3.3.2 试验分析
="=Aac#n` 4.4 基于曲面固有属性的自由曲面面形评定方法
zJ7=r#b 4.4.1 表面数据采样策略及曲面重构指标
vbT,!
cEm 4.4.1.1 测量规划和采样策略
B^C!UWN>%X 4.4.1.2 曲面重构和平滑指标
r|W2I,P 4.4.2 超精密自由曲面通用评定方法的开发
9u&q{I 4.4.3 试验验证及结果
;DXcEzV 4.4.3.1 非球面表面评定
%e,X7W`'2 4.4.3.2 微透镜阵列表面评定
u{S J#3C5 4.4.3.3 结果讨论与未来工作
B]-~hP 4.5 光学自由曲面表面粗糙度测量原理
1O{x9a5Z?O 4.5.1 光学表面形貌测量
*'&mcEpg 4.5.1.1 多项式拟合法
j9XRC9
4.5.1.2 滤波法
z/&2Se: 4.5.1.3 Motif法
L@t}UC 4.5.1.4 分形法
j4hiMI; 4.5.2 稳健高斯滤波的数学模型
7[}K 2.W. 4.5.3 稳健高斯滤波算法的仿真分析及试验验证
se:lKZZ] 4.5.3.1 仿真分析
a&*fk ?o 4.5.3.2 试验验证
}&I^1BHZs 4.6 光学自由曲面三维形貌测量系统软件
8H})Dq%d 7 4.7 光学自由曲面面形与表面粗糙度测量实例
},@1i<Bb 参考文献
&!E+l<.RF =5QP'Qt{O 第5章 超精密加工过程仿真及优化
sMhUVc4 5.1 材致振动
8ezdU" 5.1.1 材致振动的概念
6)B6c. 5o 5.1.2 微量切削力预测
q\f Z Q 5.1.3 动态切削系统模型
;E{k+vkqy 5.2 表面粗糙度预测
hb_J.Q 5.3 加工过程仿真工件模型
lNw8eT~2 5.3.1 工件模型
ZI8*PX%2 5.3.2 仿真数据记录
r6#It$NU 5.3.3 刀具模型
Q#}
0pq 5.3.3.1 刀具模型描述
$B3<" 5.3.3.2 刀具轮廓描述
(4WAoye | 5.3.3.3 刀具扫描体简化
`l0&,] 5.3.4 车削加工过程仿真
>hcze<^S 5.4 虚拟加工和检测系统
NWt `X! 5.4.1 VMIS体系结构
nn0`A3 5.4.2 虚拟现实环境
et$VR: 5.4.3 加工系统设备建模方法
b?~%u+'3 5.4.3.1 虚拟机床
6zGM[2 5.4.3.2 虚拟测量机
('u\rc2R 5.4.3.3 虚拟刀具
9O.okU 5.4.3.4 虚拟夹具
JQtBt2 5.4.4 虚拟加工模块
j
m]d:=4_ 5.4.4.1 刀具工件相对位置计算子系统
scsN2#D7U/ 5.4.4.2 加工仿真子系统
.P|_C.3-l 5.4.5 虚拟检测模块
^=lh|C\# 5.5 切削参数的优化选择
A=z+@b6 5.6 误差补偿
`~hB-Z5dI 5.6.1 对刀误差预测与补偿
N`JkEd7TT 5.6.2 机床几何误差补偿
>4.K>U?0FC 参考文献
~_ 8X%uty ?C[W~m P 第6章 自由曲面光学组件设计、加工及面形测量集成制造技术平台.
#9a\Ab 6.1 概述
H:d@@/ 6.2 集成制造系统
8?>
# 6.2.1 光学设计模组
v%=@_`Ht 6.2.2 数据转换模组
IgsK7wn 6.2.3 加工过程仿真与优化模组
K9*vWoP' 6.2.3.1 光学自由曲面自动编程及刀具轨迹仿真软件开发
`|Wu\X 6.2.3.2 加工过程仿真、精度预报、误差补偿及策略优化
w'/Mn+ 6.2.4 自由曲面测量与评估模组
Bv)^GU& 6.2.4.1 连续自由曲面误差评定算法
xDU{I0M 6.2.4.2 结构型自由曲面误差评定算法
!\DlX| 6.3 成功应用案例-
d3nMeAI AO 6.3.1 案例1:用于激光打印机的关键f-0透镜型芯零部件
X &z|im'd 6.3.2 案例2:用于手机等微透镜阵列背光板的光学微结构
*" ("^_x\ 参考文献
gyt[ZN_2 %l#i9$s 第7章 自由曲面光学设计实例
/:YM{,] 7.1 非球面成像系统
<yw6Om:n< 7.1.1 非球面在校正与孔径有关的各区带高级球差上的应用
4DYa~ =w 7.1.2 非球面在校正与视场有关的像差上的应用
R0l5"l*@+ 7.2 自由曲面成像系统
'nrXRDb 7.2.1 奥林巴斯自由曲面手机摄像
镜头 t8}R?%u 7.2.2 自由曲面f-0透镜激光扫描系统
C [Ap&S ?7.2.3 渐进式自由曲面老花眼镜的设计
eYN=? 7.2.3.1 单光眼镜(单焦点眼镜)
"x+o(jOy 7.2.3.2 双光眼镜(双焦点眼镜)
Zt;dPYq> 7.2.3.3 三光眼镜
EU@
BNja 7.2.3.4 渐进眼镜(多焦点眼镜)
biBo?k;4 7.2.4 二元光学目镜
bK\Mn95] 7.2.5 三角棱镜指纹仪镜头
Cw*:` 7.2.6 多棱镜一
hLqRF4>L 7.2.6.1 视频镜头照相物镜设计
Tke3X\| 7.2.6.2 双影镜设计
G<2OL#Y- 7.2.6.3 柱面镜设计
%z0;77[1 I 7.2.6.4 多棱镜设计
-|"[S"e 7.2.6.5 蜂窝棱镜设计
-&Cb^$.-x 7.2.7 光电鼠标的光学系统设计
Z4^O`yS9+ 7.3 自由曲面照明系统
fbG+.' 7.3.1
LED准直内透镜
[eb?Fd~WB] 7.3.2 LED准直外透镜
y&-1SP< 7.3.3 LED均匀照明二次光学器件
W7F1o[ 7.3.4 侧面发光LED内透镜
95wi~^^ 7.3.5 侧面发光LED外透镜
6/%dD DU 7.3.6 LED二次光学组件
o4%H/|Oq. 7.3.7 相机闪光灯的反光杯
a'[Ah2}3r< 7.3.8 自由曲面平板显示背
光源模块的设计
<Va7XX%> 7.3.8.1 手机背光源的基本结构
F1Jd-3ei 7.3.8.2 轮廓渐变的自由曲面V形槽设计
rwJCVkF 7.3.9 汽车前照灯自由曲面反光镜的设计
L[|($vQ" 7.3.1 0LED路灯透镜二次光学组件的设计
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