自由曲面成像光學(xué)推動(dòng)應(yīng)用光學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展

光學(xué)鏡頭鏡片領(lǐng)域按技術(shù)發(fā)展主要分為球面鏡、非球面鏡、自由曲面、鏡片陣列4大階段。隨著技術(shù)不斷發(fā)展，當(dāng)前自由曲面已經(jīng)成為當(dāng)前光學(xué)熱點(diǎn)之一。

對(duì)于傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面（球面鏡、非球面鏡），自由曲面面型更加靈活，需要使用更多的面型參數(shù)來(lái)進(jìn)行描述，可以為光學(xué)設(shè)計(jì)帶來(lái)更多的設(shè)計(jì)自由度，有很強(qiáng)的面型描述能力與很好的像差校正能力。正因?yàn)橛羞@些特性，自由曲面特別適用于校正光學(xué)系統(tǒng)的像差，尤其是非對(duì)稱系統(tǒng)（指失去旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，可以包含有平面對(duì)稱性但無(wú)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性的系統(tǒng)），同時(shí)可以減少系統(tǒng)中元件的數(shù)量，減小系統(tǒng)的體積與質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)參數(shù)、結(jié)構(gòu)與功能。

近年來(lái)，隨著精密加工與檢測(cè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，可用于成像系統(tǒng)的、較大尺寸的自由曲面元件的制造成為了可能。傳統(tǒng)球面以及非球面可供光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用的自由度較少。自由曲面打破了旋轉(zhuǎn)對(duì)稱以及平移對(duì)稱的幾何約束，特別適用于校正非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱系統(tǒng)的像差，同時(shí)可以減少系統(tǒng)中元件的數(shù)量，減小系統(tǒng)的體積與質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)參數(shù)、結(jié)構(gòu)與功能。自由曲面為光學(xué)設(shè)計(jì)的發(fā)展注入了巨大潛力，成為了近十年來(lái)應(yīng)用光學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，如汽車抬頭顯示器（Head-Up Display，HUD）領(lǐng)域。

HUD在汽車上使用越來(lái)越普遍，它能將車速、導(dǎo)航地圖等信息投影到汽車前擋風(fēng)玻璃的駕駛員平視范圍內(nèi)，駕駛員無(wú)需低頭就可以看到這些信息，減少了因低頭查看信息而導(dǎo)致交通事故的可能，縮短了駕駛盲區(qū)時(shí)間，可以有效提升行車的安全性。自由曲面成像光學(xué)將在車載部件領(lǐng)域得到廣泛使用，同時(shí)相關(guān)研究成果將深刻推動(dòng)應(yīng)用光學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，在應(yīng)用方面不斷激發(fā)新的可能性。