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]
'! #On/ g52 1Wdtnn 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。
_3*: y/M_ @^BS#
8a_ UxB <d3PDO@w/ 序
~D$#>'C# 前言
%-T}s`Z 第1章 自由曲面光学超精密制造技术概述
{H/8#y4qp& 1.1 自由曲面光学的发展
tuX =o
1.2 自由曲面光学组件
U;^CU!a 1.2.1 自由曲面光学组件的类型
J{aQ1) 1.2.2 自由曲面光学组件在光电系统设计中的应用
YWybPD4\( 1.2.3 自由曲面光学组件的重要特征
# w
i&n 1.2.4 自由曲面光学组件的加工工艺特征
>|y>e{P 1.3 自由曲面光学的特殊光学性能及应用前景
i/l!Cr2 1.3.1 特殊光学性能
)*"T 1.3.2 应用前景
MH C.k= 1.4 超精密加工技术的发展
8ct+?-3g 1.5 自由曲面光学组件的制造过程
\H},ouU 1.5.1 光学产品设计及评估
sDW"j\ 1.5.1.1
光学系统应用研究
z7D*z8,i 1.5.1.2 光学系统优化设计
.~FKyP>[$ 1.5.1.3 光学
透镜原型试制
Krt$=:m|1 1.5.1.4 光学组件原型检测与光学质量评估
{ILp[&sL 1.5.2 实际生产光学组件及产品光学质量评估
k8!hvJ)? 1.5.3 利用计算机进行数字化设计与制造的探讨
N[- %0 1.5.3.1 光学系统数学原型的构成
WV5r$ 1.5.3.2 光学成像质量的数字化检测
ez{P-qB 参考文献
,<R>Hiwg/s |?4~T: 第2章 自由曲面光学设计
U^vUdM" 2.1 自由曲面光学设计概述
6{Krw\0 2.2 非球面光学成像系统的设计
P]~N-xdV 2.2.1 光学成像系统的基本结构
Z1XUYe62 2.2.2 非球面的定义
(CKhY~,/u 2.2.3 非球面空间光线的追迹
*
ePDc' 2.2.4 非球面的初级像差
v9X7-GJ~ 2.3 自由曲面光学系统的设计
::^qy^n 2.3.1 自由曲面光学组件的特征与数学表达式
SaX,^_GY 2.3.2 自由曲面光学组件的光线追迹
7UeE(=Hr5 2.3.2.1 贝塞尔裁剪法
'Qp&,xK 2.3.2.2 光线.有理贝塞尔曲面的相交
9b"}CEw 2.3.2.3 NURBS曲面的光线追迹
ej)BR'* 2.4 光学系统的优化
:pL1F)-* 2.4.1 评价函数
$9LGdKZ_D 2.4.1.1 由几何像差构成的评价函数
4eDmLC"Y
* 2.4.1.2 由点列图构成的评价函数
j\i;'t}8g 2.4.1.3 由波差构成的评价函数
%RfY`n 2.4.1.4 由光学传递函数构成的评价函数
F``EARG)iu 2.4.2 最小二乘法
[RGC!}"mr 2.4.2.1 概述
E< io^ 2.4.2.2 阻尼最小二乘法
0{^l2?mgSb 2.4.3 基因算法
<=5,(a5g 2.5 光学系统的像质评定
\UkNE5 2.5.1 瑞利判据
K#m\qitb 2.5.2 点列图法
Xy3g(x] 2.5.3 光学传递函数法
t
wa(M? 2.6 自由曲面成像系统设计思路
\S|VkPv 2.7
照明系统设计基础
YG}p$\R 2.7.1 辐射度学中的量
2Q`PUXj 2.7.2 亮度学中的量
B^_$
hJncc 2.7.3 辐射度学与亮度学中量的对应关系
.>AFf9P 参考文献
/Gh
x2B EA%#/n 第3章 超精密加工技术
6I5[^fv45G 3.1 超精密加工机床的关键技术
l"~h1xk~ 3.1.1 超精密主轴部件
ur~Tql 3.1.2 机床床身布局与精密导轨部件
n##w[7B* 3.1.2.1 超精密加工机床的布局
it/C y\f 3.1.2.2 床身和导轨材料的选用
5W:Gl?$S} 3.1.2.3 导轨形式的选用
b3y,4ke" 3.1.3 高精密度的进给驱动系统-
dZ;~b(CA 3.1.4 机床运动部件位移的
纳米量级
激光在线检测系统
$z`cMQ r 3.1.5 超精密加工机床的数控技术
jiw`i 3.1.6 机床隔振及环境控制系统
ATXx?
b8h 3.2 单点超精密切削技术
~PH1|h6 3.2.1 两轴超精密加工机床
w'5dk3$" 3.2.1.1 两轴超精密加工机床Nanofom200
=oKPMmpCZ 3.2.1.2 大型两轴超精密加工机床
$fj"* 3.2.2 单点金刚石超精密切削原理
6f5sIg 3.2.3 金刚石切削刀具的特性
wFoR,oXtL/ 3.2.4 切削参数对加工表面质量的影响
7y)|^4X2 3.2.4.1 刀具几何参数对加工表面质量的影响
@Z=y'yc'y. 3.2.4.2 切削用量参数对加工表面质量的影响
/%}YuN 3.2.5 非球面超精密加工及误差补偿技术
/FNj|7s 3.2.5.1 非球面透镜的加工技术
Tg{dIh.Q~O 3.2.5.2 非球面工件的误差补偿
wZ\e3H z 3.3 光学自由曲面超精密加工技术
}~Kyw7? 3.3.1 光学自由曲面加工原理
o}AqNw60v 3.3.2 大型五轴超精密加工中心
dTU.XgX)1^ 3.3.3 切削加工工艺参数对加工表面质量的影响
4o)\DB?! 3.3.4 自由曲面加工刀具轨迹生成系统
]mJAKycE% 3.3.4.1 自由曲面数学表示方法
AIRVvW~($ 3.3.4.2 光学自由曲面飞刀加工的刀位轨迹算法
B#Oc8`1Y 3.3.4.3 自动数控编程及其刀具轨迹仿真软件
+=29y@c 3.3.5 光学微透镜阵列的超精密加工
?XTg%U
3.3.5.1 FTS的结构特点与加工原理
^JF_;~C 3.3.5.2 FTS加工非轴对称光学自由曲面过程
ke;*uS 3.3.5.3 FTS加工光学微透镜阵列过程
7K5o"
" 3.3.6 光学微沟槽的超精密加工
pFv[z':&Q 3.3.7 光学设计与制造一体化系统
|0vHy7CE 3.4 超精密抛光自由曲面光学表面生成
K&"Pm9
3.4.1 自由曲面抛光
qzU2H 3.4.2 超精密抛光自由曲面
\ /X!tlwxh 3.4.3 抛光策略建模与优化
[0,q7d?" 3.4.4 试验研究
t73Z3M 3.4.4.1 A部分试验:抛光去除表面刀痕的效果
7+Jma! o 3.4.4.2 B部分试验:抛光策略对表面生成的影响
BoiIr[ ( 参考文献
p6eDd"Y @*`UOgP7 第4章 光学自由曲面超精密测量技术
da86Jj=k 4.1 概述
RxDxLU2kt 4.2 光学曲面形状与表面粗糙度测量技术
`))J8j" 4.2.1 接触式激光干涉形貌测量法
&fNE9peQFa 4.2.2 非接触式激光干涉形貌测量法
BQfAen] 4.2.3 超高精度原子力测量三维轮廓仪法
]2sZu7 4.2.4 超精密3D坐标测量机
|9i/)LRXe 4.3 光学自由曲面形状测量原理
IM&7h!
l"| 4.3.1 形状评定的数学模型
z1KC$~{O 4.3.1.1 基准曲面的重构
H/la'f#o% 4.3.1.2 测量面与基准面的匹配
a!J ow?( 4.3.2 形状误差评定参数
Kd[`mkmS 4.3.3 形状误差评定的仿真、试验分析
17[t_T&Ak9 4.3.3.1 仿真分析
&+r
;> 4.3.3.2 试验分析
",
Rw%_ 4.4 基于曲面固有属性的自由曲面面形评定方法
>zx50e) 4.4.1 表面数据采样策略及曲面重构指标
][K8\ 4.4.1.1 测量规划和采样策略
G`JwAy r' 4.4.1.2 曲面重构和平滑指标
eRqexqO! 4.4.2 超精密自由曲面通用评定方法的开发
tS/APSY 4.4.3 试验验证及结果
BHBT=,sI 4.4.3.1 非球面表面评定
E?5B>Jer# 4.4.3.2 微透镜阵列表面评定
\w\47/k{ 4.4.3.3 结果讨论与未来工作
Ue\oIi 4.5 光学自由曲面表面粗糙度测量原理
JP% ;rAoJ 4.5.1 光学表面形貌测量
cM'[;u 4.5.1.1 多项式拟合法
lJQl$Wx^ 4.5.1.2 滤波法
7/$Z7J!k 4.5.1.3 Motif法
hE`%1j2( 4.5.1.4 分形法
8 P y_Y> 4.5.2 稳健高斯滤波的数学模型
y42T.oK8c 4.5.3 稳健高斯滤波算法的仿真分析及试验验证
~Wd8>a{w 4.5.3.1 仿真分析
nsw8[pk 4.5.3.2 试验验证
aZCZ/ 4.6 光学自由曲面三维形貌测量系统软件
(IQ L`3f% 4.7 光学自由曲面面形与表面粗糙度测量实例
H.G^!0j; 参考文献
+O:pZz RuEnr7gi 第5章 超精密加工过程仿真及优化
2o3k=hKS 5.1 材致振动
<+JFal 5.1.1 材致振动的概念
#UnO~IE.m$ 5.1.2 微量切削力预测
IG@&l0ARL 5.1.3 动态切削系统模型
M@ZpgAfq 5.2 表面粗糙度预测
}@0. 5.3 加工过程仿真工件模型
N0KRND 5.3.1 工件模型
{'bkU9+ 5.3.2 仿真数据记录
mztq7[&- 5.3.3 刀具模型
%lW:8ckL 5.3.3.1 刀具模型描述
u\Q**m2XP 5.3.3.2 刀具轮廓描述
~l(tl[ 5.3.3.3 刀具扫描体简化
HSFf&|qqx 5.3.4 车削加工过程仿真
_;RD-kv 5.4 虚拟加工和检测系统
weadY,-H8 5.4.1 VMIS体系结构
3$f5][+U 5.4.2 虚拟现实环境
on&=%tCAL 5.4.3 加工系统设备建模方法
rSCX$ @@F 5.4.3.1 虚拟机床
B{7/A[$%C 5.4.3.2 虚拟测量机
X51$5% 5.4.3.3 虚拟刀具
^u&Khc~
y 5.4.3.4 虚拟夹具
~4gKAD 5.4.4 虚拟加工模块
$ aBSr1 5.4.4.1 刀具工件相对位置计算子系统
iz5wUyeg 5.4.4.2 加工仿真子系统
TTak[e&j3 5.4.5 虚拟检测模块
JJ06f~Iw[ 5.5 切削参数的优化选择
QRa6*AYm 5.6 误差补偿
rZ4<*Zegv 5.6.1 对刀误差预测与补偿
mV]g5>Q\ 5.6.2 机床几何误差补偿
]Y!
Vyn 参考文献
*%+buHe OvG |= 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.
y{P9k8v!z 6.1 概述
ofv
1G=P 6.2 集成制造系统
()JDjzQT 6.2.1 光学设计模组
70(?X/5# 6.2.2 数据转换模组
=xP{f<` 6.2.3 加工过程仿真与优化模组
mQuaO#
I, 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
X}^gmu<Vla 6.2.3.2 加工过程仿真、精度预报、误差补偿及策略优化
XmR5dLc8 6.2.4 自由曲面测量与评估模组
<OB~60h" 6.2.4.1 连续自由曲面误差评定算法
Mc^7FWkw 6.2.4.2 结构型自由曲面误差评定算法
!}48;P l 6.3 成功应用案例-
^C
T}i' 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
M&-/&>n! 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
j"8N)la 参考文献
b;ZAz
9F!&y- 第7章 自由曲面光学设计实例
<-aI%'?* 7.1 非球面成像系统
#E)]7!_XG 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
j)*nE./3 7.1.2 非球面在校正与视场有关的像差上的应用
)uWNN" 7.2 自由曲面成像系统
ZM!~M>B9R 7.2.1 奥林巴斯自由曲面手机摄像
镜头 i|'t!3I^m 7.2.2 自由曲面f-0透镜激光扫描系统
$4,6&dwg ?7.2.3 渐进式自由曲面老花眼镜的设计
I/|n
ma/ $ 7.2.3.1 单光眼镜(单焦点眼镜)
_.LWc^Sg 7.2.3.2 双光眼镜(双焦点眼镜)
essW,2,rjC 7.2.3.3 三光眼镜
NWj@iyi< 7.2.3.4 渐进眼镜(多焦点眼镜)
kJFHUR 7.2.4 二元光学目镜
!%9I%Ak^ 7.2.5 三角棱镜指纹仪镜头
pBLO 7.2.6 多棱镜一
Gjr2]t;E 7.2.6.1 视频镜头照相物镜设计
(P8oXb+% 7.2.6.2 双影镜设计
pQ8+T|0x 7.2.6.3 柱面镜设计
P2F>iK#U 7.2.6.4 多棱镜设计
#1R
%7*$i 7.2.6.5 蜂窝棱镜设计
>^N:A 7.2.7 光电鼠标的光学系统设计
`h6W@ROb 7.3 自由曲面照明系统
R0'EoX 7.3.1
LED准直内透镜
W -&5
v 7.3.2 LED准直外透镜
1fZ:^|\ 7.3.3 LED均匀照明二次光学器件
CVp<SS( 7.3.4 侧面发光LED内透镜
?Pc3*. 7.3.5 侧面发光LED外透镜
X.<R['U&\ 7.3.6 LED二次光学组件
Fwqf4&/ 7.3.7 相机闪光灯的反光杯
'"^JNb^I 7.3.8 自由曲面平板显示背
光源模块的设计
Ymom 0g+f 7.3.8.1 手机背光源的基本结构
37Y]sJrs$ 7.3.8.2 轮廓渐变的自由曲面V形槽设计
=ndKG5 7.3.9 汽车前照灯自由曲面反光镜的设计
Hc9pWr"N 7.3.1 0LED路灯透镜二次光学组件的设计
]9Hy
"#Fz 参考文献
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