導(dǎo)語(yǔ)：我們?cè)谛∧ヮ^、磁流變、離子束拋光機(jī)加工的適用形狀中經(jīng)常會(huì)看到一個(gè)名詞——自由曲面。今天，我們來(lái)重點(diǎn)了解它。

一、自由曲面

何為自由曲面？一言以概之，非旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱，面型自由的形狀都可以稱為自由曲面。也就是說(shuō)，與最佳擬合球體（BFS）偏差較大的離軸雙非球面乃自由曲面。

二、光學(xué)自由曲面

光學(xué)自由曲面顧名思義就是自由曲面在光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，推動(dòng)著我們的制造業(yè)加快向著高科技、高附加值方向發(fā)展。一方面，人們對(duì)高精度、高質(zhì)量光電產(chǎn)品的需求日益提高，另一方面，這些光電產(chǎn)品也逐步向著微型化的方向發(fā)展。

而自由曲面由于在這些領(lǐng)域的出色表現(xiàn)，越來(lái)越受到光學(xué)設(shè)計(jì)人員的青睞，自由曲面光學(xué)設(shè)計(jì)在現(xiàn)代光電產(chǎn)品中的應(yīng)用也隨之日益廣泛。

由于超精密加工技術(shù)和精密模壓注塑成型技術(shù)的飛速發(fā)展，光學(xué)組件的設(shè)計(jì)與制造有了更多的自由度和靈活性，這就使得光學(xué)自由曲面的加工成為可能，光學(xué)自由曲面也為傳統(tǒng)光學(xué)注入了新的活力。

可以說(shuō)，自由曲面是目前光學(xué)最前沿的設(shè)計(jì)理論和方法，在光學(xué)設(shè)計(jì)方面也發(fā)揮了巨大的作用。

三、光學(xué)自由曲面的特點(diǎn)

和傳統(tǒng)球面光學(xué)相比較，自由曲面光學(xué)具有以下特點(diǎn)：

1、突破傳統(tǒng)光學(xué)成像的概念，根據(jù)現(xiàn)代光電信息技術(shù)對(duì)信息發(fā)送、接收、轉(zhuǎn)換、傳遞與存儲(chǔ)功能的特殊需要，光學(xué)面型可有非對(duì)稱、不規(guī)則、復(fù)雜的自由曲面隨意組合而成。

2、突破傳統(tǒng)光學(xué)加工方法的概念，采用先進(jìn)的數(shù)控超精密制造技術(shù)，直接加工出自由曲面光學(xué)面，被加工面可以達(dá)到亞微米量級(jí)面型精度與納米量級(jí)表面粗糙度。

3、突破傳統(tǒng)光學(xué)玻璃材料的概念，采用光學(xué)塑料等新材料技術(shù)，大批量生產(chǎn)光學(xué)組件。

四、光學(xué)自由曲面設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

1、通過(guò)使用自由曲面這種非常緊湊的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)更小的空間包絡(luò)，使得重量更輕。

2、可以減少光學(xué)表面的數(shù)量，因而增加產(chǎn)量。

3、可以減少幾何像差，通過(guò)平衡和控制，更好地改善光學(xué)性能（圖像質(zhì)量，景深，視場(chǎng)等）。

4、若系統(tǒng)具有偏心瞳孔或用于離軸，自由形式優(yōu)于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的光學(xué)表面。

5、可以進(jìn)行定制優(yōu)化，例如， 整體空間包絡(luò)可以在一個(gè)方向上伸長(zhǎng)，而在另一個(gè)方向上它可以保持狹窄，或者可以使用傾斜/偏心的部件使得像差得到平衡。

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