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]
l8
2uK"M )T~ +>+t 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。
"u$]q1S )<&CnK
#(wzl 6"c!tJc7j 序
'rx,f
前言
}n&JZ`8<s 第1章 自由曲面光学超精密制造技术概述
*V<2\- 1.1 自由曲面光学的发展
If I$ 1.2 自由曲面光学组件
u$`x]K=Zsm 1.2.1 自由曲面光学组件的类型
[A OluS 1.2.2 自由曲面光学组件在光电系统设计中的应用
F v^80M=z 1.2.3 自由曲面光学组件的重要特征
5r}(|86O/ 1.2.4 自由曲面光学组件的加工工艺特征
V?=zuB?' 1.3 自由曲面光学的特殊光学性能及应用前景
nhaoh!8A6 1.3.1 特殊光学性能
O%h
97^%k 1.3.2 应用前景
$ax%K?MBD 1.4 超精密加工技术的发展
cLk+( dn 1.5 自由曲面光学组件的制造过程
aNf3 R; * 1.5.1 光学产品设计及评估
j`-y"6) 1.5.1.1
光学系统应用研究
(Y@|h%1W 1.5.1.2 光学系统优化设计
G5@fqh6ws 1.5.1.3 光学
透镜原型试制
4Fc1' 1.5.1.4 光学组件原型检测与光学质量评估
vWU4ZBT8G 1.5.2 实际生产光学组件及产品光学质量评估
uN^qfJ'@
> 1.5.3 利用计算机进行数字化设计与制造的探讨
{qdhp_~^l 1.5.3.1 光学系统数学原型的构成
Vy"^]5 1.5.3.2 光学成像质量的数字化检测
vM;dPE7 参考文献
kFs kn55 dM;WG;8e 第2章 自由曲面光学设计
JM4`k8mM 2.1 自由曲面光学设计概述
G6ES] 2.2 非球面光学成像系统的设计
cO?"
2.2.1 光学成像系统的基本结构
hp%Pg & 2.2.2 非球面的定义
[
:(M<u`y> 2.2.3 非球面空间光线的追迹
T#;*I#A: 2.2.4 非球面的初级像差
:1 2.3 自由曲面光学系统的设计
I }I/dh 2.3.1 自由曲面光学组件的特征与数学表达式
}^bL' 2.3.2 自由曲面光学组件的光线追迹
o8pe07n(W 2.3.2.1 贝塞尔裁剪法
uWT&`m_(2 2.3.2.2 光线.有理贝塞尔曲面的相交
J0z0%p 2.3.2.3 NURBS曲面的光线追迹
u\;dUnr 2.4 光学系统的优化
lNPbU ~k 2.4.1 评价函数
9&FV=}MO 2.4.1.1 由几何像差构成的评价函数
I*ni )Px 2.4.1.2 由点列图构成的评价函数
xE[tD? M{ 2.4.1.3 由波差构成的评价函数
I%WK*AORM 2.4.1.4 由光学传递函数构成的评价函数
5"]2@@b4 2.4.2 最小二乘法
r:Tb{cA 2.4.2.1 概述
]ZATER)jq 2.4.2.2 阻尼最小二乘法
KPcuGJ 2.4.3 基因算法
W {/z-& 2.5 光学系统的像质评定
cCCplL 2.5.1 瑞利判据
r1?FH2Ns 2.5.2 点列图法
vrDRSc6_ 2.5.3 光学传递函数法
~7H.<kJt 2.6 自由曲面成像系统设计思路
oeKc-[r 2.7
照明系统设计基础
*}&aK}h}I 2.7.1 辐射度学中的量
VO6y9X" 2.7.2 亮度学中的量
@S:/6__ 2.7.3 辐射度学与亮度学中量的对应关系
E cz"O
参考文献
^$
bhmJYT i(kK!7W35 第3章 超精密加工技术
/ kGX 6hh 3.1 超精密加工机床的关键技术
d9( Sj? 3.1.1 超精密主轴部件
Y% 9F 3.1.2 机床床身布局与精密导轨部件
~jTnjx 3.1.2.1 超精密加工机床的布局
F}[;ytmUS 3.1.2.2 床身和导轨材料的选用
B)`X7uG 3.1.2.3 导轨形式的选用
L`
"UeNT 3.1.3 高精密度的进给驱动系统-
: seL= 3.1.4 机床运动部件位移的
纳米量级
激光在线检测系统
]YzAcB.R 3.1.5 超精密加工机床的数控技术
dEL"(e#0s4 3.1.6 机床隔振及环境控制系统
.NC}TFN| 3.2 单点超精密切削技术
jU~%5R 3.2.1 两轴超精密加工机床
Zi)8KO[/0 3.2.1.1 两轴超精密加工机床Nanofom200
?R} oXSVT 3.2.1.2 大型两轴超精密加工机床
Ee&$9 )t 3.2.2 单点金刚石超精密切削原理
c[7qnSH 3.2.3 金刚石切削刀具的特性
_4]dPk#^ 3.2.4 切削参数对加工表面质量的影响
o>tT!8rH 3.2.4.1 刀具几何参数对加工表面质量的影响
`:4cb$ 3.2.4.2 切削用量参数对加工表面质量的影响
i%
lB
U1 3.2.5 非球面超精密加工及误差补偿技术
Z`KmH.l! 3.2.5.1 非球面透镜的加工技术
Y'h'8
\ 3.2.5.2 非球面工件的误差补偿
s30_lddD 3.3 光学自由曲面超精密加工技术
uHCgIR
l> 3.3.1 光学自由曲面加工原理
FCPRg^=<!~ 3.3.2 大型五轴超精密加工中心
Q[KR,k 3.3.3 切削加工工艺参数对加工表面质量的影响
xGA0]
_ 3.3.4 自由曲面加工刀具轨迹生成系统
/XB1U[b 3.3.4.1 自由曲面数学表示方法
7A-rF U$ 3.3.4.2 光学自由曲面飞刀加工的刀位轨迹算法
PBv43uIL 3.3.4.3 自动数控编程及其刀具轨迹仿真软件
,&SJ?XAs 3.3.5 光学微透镜阵列的超精密加工
?Sxnq#r# 3.3.5.1 FTS的结构特点与加工原理
G9q0E| 3.3.5.2 FTS加工非轴对称光学自由曲面过程
I SmnZ@ 3.3.5.3 FTS加工光学微透镜阵列过程
|L&V-f&K 3.3.6 光学微沟槽的超精密加工
[_-K 3.3.7 光学设计与制造一体化系统
K_}acU 3.4 超精密抛光自由曲面光学表面生成
P|U>(9;P, 3.4.1 自由曲面抛光
')V5hKb^ 3.4.2 超精密抛光自由曲面
9=f'sqIPV 3.4.3 抛光策略建模与优化
ZZ5yu* & 3.4.4 试验研究
}D O# {@af 3.4.4.1 A部分试验:抛光去除表面刀痕的效果
s qKkTG3 3.4.4.2 B部分试验:抛光策略对表面生成的影响
4+ gA/< 参考文献
&i!] c`QsKwa 第4章 光学自由曲面超精密测量技术
y;jyfc$
` 4.1 概述
KK?~i[aL 4.2 光学曲面形状与表面粗糙度测量技术
$u
sU 4.2.1 接触式激光干涉形貌测量法
*1n: 4.2.2 非接触式激光干涉形貌测量法
!
N p 4.2.3 超高精度原子力测量三维轮廓仪法
L)5nb-qp 4.2.4 超精密3D坐标测量机
~^*tIIOX 4.3 光学自由曲面形状测量原理
O7sn>uO 4.3.1 形状评定的数学模型
j@2 hI,+ 4.3.1.1 基准曲面的重构
|&Q=9H*e 4.3.1.2 测量面与基准面的匹配
ijB,Q>TgO 4.3.2 形状误差评定参数
yw0uF 4.3.3 形状误差评定的仿真、试验分析
aRmS{X3 4.3.3.1 仿真分析
^l,Jbt 4.3.3.2 试验分析
6>Y}2fT}o3 4.4 基于曲面固有属性的自由曲面面形评定方法
6eD[)_?]y 4.4.1 表面数据采样策略及曲面重构指标
67eo~~nUtg 4.4.1.1 测量规划和采样策略
+!(hd 4.4.1.2 曲面重构和平滑指标
V1G]LM 4.4.2 超精密自由曲面通用评定方法的开发
hbK+\X 4.4.3 试验验证及结果
lI 8"o>-~ 4.4.3.1 非球面表面评定
2i)y'+s 4.4.3.2 微透镜阵列表面评定
&}uO ]0bR 4.4.3.3 结果讨论与未来工作
rSk $]E ]Z 4.5 光学自由曲面表面粗糙度测量原理
V4H+m,R 4.5.1 光学表面形貌测量
^:#%TCJ 4.5.1.1 多项式拟合法
`uj`ixcR 4.5.1.2 滤波法
Ub$$wOsf 4.5.1.3 Motif法
L[K_!^MZ 4.5.1.4 分形法
<5q }j-Q 4.5.2 稳健高斯滤波的数学模型
1\p[mN 4.5.3 稳健高斯滤波算法的仿真分析及试验验证
LHz{*`22q 4.5.3.1 仿真分析
w~9gZ&hdp 4.5.3.2 试验验证
3,?y ! 4.6 光学自由曲面三维形貌测量系统软件
SYL$?kl 4.7 光学自由曲面面形与表面粗糙度测量实例
9(_/jU4mc 参考文献
?>_.~b~ @lX)dY 第5章 超精密加工过程仿真及优化
0-9&d(L1g 5.1 材致振动
q)[gVL 5.1.1 材致振动的概念
BSz\9 eT 5.1.2 微量切削力预测
-=RXhE_{ 5.1.3 动态切削系统模型
yZ{YIy~ 5.2 表面粗糙度预测
O6pjuhMx 5.3 加工过程仿真工件模型
vcmS]$} 5.3.1 工件模型
rcK*",> 5.3.2 仿真数据记录
+ y^s
6j} 5.3.3 刀具模型
[{ pc1U- 5.3.3.1 刀具模型描述
4u&doSXR 5.3.3.2 刀具轮廓描述
"`S61m_ 5.3.3.3 刀具扫描体简化
V)`?J) 5.3.4 车削加工过程仿真
(GV6%l#I 5.4 虚拟加工和检测系统
"_`~9qDy 5.4.1 VMIS体系结构
X[w9~t$\ 5.4.2 虚拟现实环境
ZFzOW 5.4.3 加工系统设备建模方法
QWoEo 5.4.3.1 虚拟机床
>i~c>+R 5.4.3.2 虚拟测量机
g#AA.@/Z 5.4.3.3 虚拟刀具
?tcbiXRG+ 5.4.3.4 虚拟夹具
!|!V}O 5.4.4 虚拟加工模块
R
Q8okA 5.4.4.1 刀具工件相对位置计算子系统
,d7@*>T& 5.4.4.2 加工仿真子系统
& mWq'h 5.4.5 虚拟检测模块
im'0^ 5.5 切削参数的优化选择
}S&{ &gh 5.6 误差补偿
E.}Zmr#H 5.6.1 对刀误差预测与补偿
g41LpplX 5.6.2 机床几何误差补偿
0,c
z&8 参考文献
7 XY C.g (ZnA#% 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.
I/tzo(r 6.1 概述
itP_Vxo/H 6.2 集成制造系统
-K0tK~%q 6.2.1 光学设计模组
Jx}5`{\ 6.2.2 数据转换模组
[bp"U*!9P 6.2.3 加工过程仿真与优化模组
zumRbrz 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
Y/+ D4^L 6.2.3.2 加工过程仿真、精度预报、误差补偿及策略优化
p)oW'#@a 6.2.4 自由曲面测量与评估模组
_)|!.r&)63 6.2.4.1 连续自由曲面误差评定算法
*0U(nCT&m 6.2.4.2 结构型自由曲面误差评定算法
O []+v 6.3 成功应用案例-
OLi;/(g 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
{T IGPK 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
n33SWE( 参考文献
gk&?h7P"< \u*,~J)z 第7章 自由曲面光学设计实例
%~h'#S2X( 7.1 非球面成像系统
S HvML 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
LP\ Qwj{ 7.1.2 非球面在校正与视场有关的像差上的应用
IP >An8+ 7.2 自由曲面成像系统
52"/Zr }j 7.2.1 奥林巴斯自由曲面手机摄像
镜头 ]oY~8HW 7.2.2 自由曲面f-0透镜激光扫描系统
fSTEZH ?7.2.3 渐进式自由曲面老花眼镜的设计
\)v.dQ! 7.2.3.1 单光眼镜(单焦点眼镜)
<7zpH SFBq 7.2.3.2 双光眼镜(双焦点眼镜)
j)uIe)wZw 7.2.3.3 三光眼镜
+n:#Uf) 7.2.3.4 渐进眼镜(多焦点眼镜)
kA3kh`l 7.2.4 二元光学目镜
^R\blJQ<^ 7.2.5 三角棱镜指纹仪镜头
&K4o8Qz 7.2.6 多棱镜一
Ue%0.G|<W 7.2.6.1 视频镜头照相物镜设计
}O>IPRZ 7.2.6.2 双影镜设计
Y7p#K<y]9 7.2.6.3 柱面镜设计
?{[H+hzz0 7.2.6.4 多棱镜设计
;?cUF78# 7.2.6.5 蜂窝棱镜设计
VcP#/&B| 7.2.7 光电鼠标的光学系统设计
P8EGd}2{8 7.3 自由曲面照明系统
X bg7mj9c 7.3.1
LED准直内透镜
t
_W |` 7.3.2 LED准直外透镜
2c~^|@ 7.3.3 LED均匀照明二次光学器件
Vs"Z9p$U 7.3.4 侧面发光LED内透镜
%>bwpN 7.3.5 侧面发光LED外透镜
"~;jFB8 7.3.6 LED二次光学组件
vi2xonq^ 7.3.7 相机闪光灯的反光杯
qN) cB?+ 7.3.8 自由曲面平板显示背
光源模块的设计
iN><m| 7.3.8.1 手机背光源的基本结构
*qqFIp^ 7.3.8.2 轮廓渐变的自由曲面V形槽设计
WsoB!m 7.3.9 汽车前照灯自由曲面反光镜的设计
<s:Xj 7.3.1 0LED路灯透镜二次光学组件的设计
4>|5B: 参考文献
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