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]
OiC|~8 1=>b\"P#E 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。
^f(El(w 2Nm{.Y
Fm&f ~k@{b& 序
*<{hLf 前言
!3c+}j-j 第1章 自由曲面光学超精密制造技术概述
1 Cz}|#U 1.1 自由曲面光学的发展
})mD{c/ 1.2 自由曲面光学组件
(yEU9R$I" 1.2.1 自由曲面光学组件的类型
$mq+/|bn 1.2.2 自由曲面光学组件在光电系统设计中的应用
O]="ggq& 1.2.3 自由曲面光学组件的重要特征
e&(Wn2)o 1.2.4 自由曲面光学组件的加工工艺特征
$i3`cX)g 1.3 自由曲面光学的特殊光学性能及应用前景
4},Y0 QXw 1.3.1 特殊光学性能
+WR'\15u 1.3.2 应用前景
S n~P1C 1.4 超精密加工技术的发展
\G/ZA) t 1.5 自由曲面光学组件的制造过程
E6Uj8]P` 1.5.1 光学产品设计及评估
]w-W 1.5.1.1
光学系统应用研究
wB[
JFy"E 1.5.1.2 光学系统优化设计
1!+0]_8K 1.5.1.3 光学
透镜原型试制
6khm@}} 1.5.1.4 光学组件原型检测与光学质量评估
1csbuR? 1.5.2 实际生产光学组件及产品光学质量评估
SBi4i;qD 1.5.3 利用计算机进行数字化设计与制造的探讨
(YPG4:[ 1.5.3.1 光学系统数学原型的构成
B/~ubw 1.5.3.2 光学成像质量的数字化检测
#~|esr/wf 参考文献
w17{2'] ^h`rA"F\ 第2章 自由曲面光学设计
=@P(cFJ/ 2.1 自由曲面光学设计概述
VqOTrB1w/ 2.2 非球面光学成像系统的设计
^s=F<_{ 2.2.1 光学成像系统的基本结构
hJ4 A5m. 2.2.2 非球面的定义
:Xx7':5 2.2.3 非球面空间光线的追迹
=(,kjw88w 2.2.4 非球面的初级像差
mxc^IRj 2.3 自由曲面光学系统的设计
S!R(ae^} 2.3.1 自由曲面光学组件的特征与数学表达式
8y?q)y9h 2.3.2 自由曲面光学组件的光线追迹
OMjx,@9 2.3.2.1 贝塞尔裁剪法
g'-hSV/@}@ 2.3.2.2 光线.有理贝塞尔曲面的相交
!.q#X^@>L 2.3.2.3 NURBS曲面的光线追迹
xTZJ5iZ17 2.4 光学系统的优化
`Y '-2Fv 2.4.1 评价函数
']X0g{% 2.4.1.1 由几何像差构成的评价函数
PIsXX#`7; 2.4.1.2 由点列图构成的评价函数
O]25{L 2.4.1.3 由波差构成的评价函数
${t$:0R,h 2.4.1.4 由光学传递函数构成的评价函数
etb#/L 2.4.2 最小二乘法
q}"HxMJ 2.4.2.1 概述
BMU#pK;P] 2.4.2.2 阻尼最小二乘法
ZGd7e.u= 2.4.3 基因算法
rO,n~|YJ 2.5 光学系统的像质评定
d5W=? 2.5.1 瑞利判据
Pn}oSCo 2.5.2 点列图法
dTU`@!f 2.5.3 光学传递函数法
?/Aql_?3 2.6 自由曲面成像系统设计思路
.MxMBrM 2.7
照明系统设计基础
[s-!tE3- 2.7.1 辐射度学中的量
. Eb=KG 2.7.2 亮度学中的量
t |:XSJ9 2.7.3 辐射度学与亮度学中量的对应关系
|'L$ogt6 参考文献
/cD]m 3-![%u 第3章 超精密加工技术
_ [hVGCSB 3.1 超精密加工机床的关键技术
uKT\\1Jrq 3.1.1 超精密主轴部件
H"V)dEm 3.1.2 机床床身布局与精密导轨部件
dpcv'cRfw 3.1.2.1 超精密加工机床的布局
~?lmkfy 3.1.2.2 床身和导轨材料的选用
OF(tCK 3.1.2.3 导轨形式的选用
ixF 3.1.3 高精密度的进给驱动系统-
MWn[]'TpH 3.1.4 机床运动部件位移的
纳米量级
激光在线检测系统
?=Mg"QU 3.1.5 超精密加工机床的数控技术
f[$Z<:D-ve 3.1.6 机床隔振及环境控制系统
c/G^}d% 3.2 单点超精密切削技术
myZ8LQ& 3.2.1 两轴超精密加工机床
I9cZZ`vs 3.2.1.1 两轴超精密加工机床Nanofom200
X5P1wxk' 3.2.1.2 大型两轴超精密加工机床
`?(9Bl 3.2.2 单点金刚石超精密切削原理
[sG!|@r 3.2.3 金刚石切削刀具的特性
~uO9>(?D 3.2.4 切削参数对加工表面质量的影响
{y>Kcfc/?E 3.2.4.1 刀具几何参数对加工表面质量的影响
OFw93UJ Y 3.2.4.2 切削用量参数对加工表面质量的影响
$K~ t'wr 3.2.5 非球面超精密加工及误差补偿技术
@|7e~U 3.2.5.1 非球面透镜的加工技术
Q"`J-#L 3.2.5.2 非球面工件的误差补偿
F[oTc^dr 3.3 光学自由曲面超精密加工技术
#_fL[j& 3.3.1 光学自由曲面加工原理
</h}2x 3.3.2 大型五轴超精密加工中心
H|B4.z 3.3.3 切削加工工艺参数对加工表面质量的影响
{(`xA,El 3.3.4 自由曲面加工刀具轨迹生成系统
=q*j". < 3.3.4.1 自由曲面数学表示方法
&28%~&L 3.3.4.2 光学自由曲面飞刀加工的刀位轨迹算法
nnnq6Z} 3.3.4.3 自动数控编程及其刀具轨迹仿真软件
q6N6QI8/ 3.3.5 光学微透镜阵列的超精密加工
E`UEl$($ 3.3.5.1 FTS的结构特点与加工原理
P:HmT 3.3.5.2 FTS加工非轴对称光学自由曲面过程
Y[alOJ 3.3.5.3 FTS加工光学微透镜阵列过程
@RI\CqFHR 3.3.6 光学微沟槽的超精密加工
Lc13PTz>>g 3.3.7 光学设计与制造一体化系统
%3$EV}dp 3.4 超精密抛光自由曲面光学表面生成
1"} u51 3.4.1 自由曲面抛光
4VfZw\^ 3.4.2 超精密抛光自由曲面
| <l=i( 3.4.3 抛光策略建模与优化
g=n /w 3.4.4 试验研究
\MFjb IL 3.4.4.1 A部分试验:抛光去除表面刀痕的效果
;*8,PV0b_< 3.4.4.2 B部分试验:抛光策略对表面生成的影响
+,ojlTVlt 参考文献
EEO)b_( /%T d( 第4章 光学自由曲面超精密测量技术
co%-d 4.1 概述
[>U =P` 4.2 光学曲面形状与表面粗糙度测量技术
HFrwf{J 4.2.1 接触式激光干涉形貌测量法
I>z0)pB 4.2.2 非接触式激光干涉形貌测量法
XSz)$9~hk 4.2.3 超高精度原子力测量三维轮廓仪法
SW_jTn#x 4.2.4 超精密3D坐标测量机
S-KHot ? 4.3 光学自由曲面形状测量原理
qFYM2 4.3.1 形状评定的数学模型
"94qBGf 4.3.1.1 基准曲面的重构
"E )0)A3= 4.3.1.2 测量面与基准面的匹配
$|bdeQPr\ 4.3.2 形状误差评定参数
@t?uhT*Z= 4.3.3 形状误差评定的仿真、试验分析
H)O I&? 4.3.3.1 仿真分析
; )J\k2 4.3.3.2 试验分析
vmK`QPu2 4.4 基于曲面固有属性的自由曲面面形评定方法
Omy<Y@$ 4.4.1 表面数据采样策略及曲面重构指标
T:(c/> 4.4.1.1 测量规划和采样策略
_G=k^f_ 4.4.1.2 曲面重构和平滑指标
_mn2bc9M 4.4.2 超精密自由曲面通用评定方法的开发
Z`Sbq{Kx 4.4.3 试验验证及结果
X[KHI1@w 4.4.3.1 非球面表面评定
w [7vxQ!- 4.4.3.2 微透镜阵列表面评定
&i?>mt 4.4.3.3 结果讨论与未来工作
x 2Cp{+} 4.5 光学自由曲面表面粗糙度测量原理
%T'<vw0 4.5.1 光学表面形貌测量
eJwHeG 4.5.1.1 多项式拟合法
DDwm;,eZ 4.5.1.2 滤波法
VgyY7INx9 4.5.1.3 Motif法
@Lf-=9 4.5.1.4 分形法
=S:Snk% 4.5.2 稳健高斯滤波的数学模型
~V6wcXd 4.5.3 稳健高斯滤波算法的仿真分析及试验验证
ZQY?wO: [ 4.5.3.1 仿真分析
MGE8S$Z 4.5.3.2 试验验证
_/`H<@B_U 4.6 光学自由曲面三维形貌测量系统软件
G2BB]] m3 4.7 光学自由曲面面形与表面粗糙度测量实例
#[.aj2 参考文献
5'zD}[2 ];8S<KiS~ 第5章 超精密加工过程仿真及优化
5>u,Qh 5.1 材致振动
5isqBu 5.1.1 材致振动的概念
*$yU|, 5.1.2 微量切削力预测
Y~[k_! 5.1.3 动态切削系统模型
Usz O--.C 5.2 表面粗糙度预测
J_rb3 5.3 加工过程仿真工件模型
|Pj]sh[^Y 5.3.1 工件模型
s2*~n_B 5.3.2 仿真数据记录
GZWU=TC2{2 5.3.3 刀具模型
Cu&y',ee~ 5.3.3.1 刀具模型描述
Jwt_d}ns 5.3.3.2 刀具轮廓描述
'K*. ?M 5.3.3.3 刀具扫描体简化
,A9_xdv5 5.3.4 车削加工过程仿真
oo2CF!Xy 5.4 虚拟加工和检测系统
<b#1L 5.4.1 VMIS体系结构
Dlqvz|X/ 5.4.2 虚拟现实环境
S";c7s 5.4.3 加工系统设备建模方法
&ku.Q3xGs 5.4.3.1 虚拟机床
f6k=ew 5.4.3.2 虚拟测量机
'4"c#kCKL 5.4.3.3 虚拟刀具
!\Vc#dslt 5.4.3.4 虚拟夹具
_`.Wib+ 5.4.4 虚拟加工模块
5DxNHEuS 5.4.4.1 刀具工件相对位置计算子系统
8]j*z n?, 5.4.4.2 加工仿真子系统
#bCQEhCy 5.4.5 虚拟检测模块
^i8"eF 5.5 切削参数的优化选择
SS*3Qx:[ 5.6 误差补偿
WiiAIv& 5.6.1 对刀误差预测与补偿
92XG|CWX 5.6.2 机床几何误差补偿
@|'$k{i 参考文献
hAU@}"=G 45A|KaVpg 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.
p!>DA?vF 6.1 概述
/l>!7 6.2 集成制造系统
F_ -}GN% 6.2.1 光学设计模组
>0E3Em<(}l 6.2.2 数据转换模组
!q!5D` 6.2.3 加工过程仿真与优化模组
Kw=][}d`D 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
}?^]-`b 6.2.3.2 加工过程仿真、精度预报、误差补偿及策略优化
4@r76v}{ 6.2.4 自由曲面测量与评估模组
.s-*aoj 6.2.4.1 连续自由曲面误差评定算法
OEnCN 6.2.4.2 结构型自由曲面误差评定算法
`G:I|=#w 6.3 成功应用案例-
_lrvK99 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
U%)-_
*`z 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
=A{s,UP 参考文献
Zk~~`h d.$0X/0 第7章 自由曲面光学设计实例
7sq15oL 7.1 非球面成像系统
;a 6Z=LB 7.1.1 非球面在校正与孔径有关的各区带高级球差上的应用
rT_J6F5J 7.1.2 非球面在校正与视场有关的像差上的应用
[\-)c[/ 7.2 自由曲面成像系统
=$SvKzN 7.2.1 奥林巴斯自由曲面手机摄像
镜头 P&IS$FC.\ 7.2.2 自由曲面f-0透镜激光扫描系统
P,@/ap7J ?7.2.3 渐进式自由曲面老花眼镜的设计
yT|44
D2j 7.2.3.1 单光眼镜(单焦点眼镜)
S S fNI> 7.2.3.2 双光眼镜(双焦点眼镜)
S$ n? 7.2.3.3 三光眼镜
_$_,r H 7.2.3.4 渐进眼镜(多焦点眼镜)
GIhX2EvAS 7.2.4 二元光学目镜
4*'ZabDD 7.2.5 三角棱镜指纹仪镜头
'*D>/hn|:] 7.2.6 多棱镜一
N\anjG 7.2.6.1 视频镜头照相物镜设计
RQ;w$I\ 7.2.6.2 双影镜设计
aC94g7)` 7.2.6.3 柱面镜设计
[ J4n% 7.2.6.4 多棱镜设计
@%jY 7.2.6.5 蜂窝棱镜设计
U".5x~UC 7.2.7 光电鼠标的光学系统设计
$8}'h 7.3 自由曲面照明系统
OlP1Zd/l 7.3.1
LED准直内透镜
Rj3ad 3z'E 7.3.2 LED准直外透镜
%bS1$
v\n 7.3.3 LED均匀照明二次光学器件
_rg*K 7.3.4 侧面发光LED内透镜
Clb7=@f 7.3.5 侧面发光LED外透镜
m-bu{ 7.3.6 LED二次光学组件
KM?w{ ~9 7.3.7 相机闪光灯的反光杯
YC(X=
D 7.3.8 自由曲面平板显示背
光源模块的设计
$[oRbH8g 7.3.8.1 手机背光源的基本结构
\k{d'R#~( 7.3.8.2 轮廓渐变的自由曲面V形槽设计
p'A43 7.3.9 汽车前照灯自由曲面反光镜的设计
_2hZGC%&E 7.3.1 0LED路灯透镜二次光学组件的设计
U/-k'6=M 参考文献
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