自由曲面将給光學領域帶來更多的機遇和挑戰

　　無論你是與光學設計師還是制造者交談，都可能會出現一(yī)種特殊的觀點，也可能被認爲是精确的自由形式。簡單地說（可能太簡單了），自由曲面被定義爲曲面形狀缺乏關于垂直于平均平面的軸的平移或旋轉對稱性的曲面。

　　可自由設計的光學表面輪廓與球面輪廓相比，提供了更輕、更簡單、更緊湊的組件，但它們更難制造和測量。眼科應用中(zhōng)自由曲面的經典例子是眼鏡中(zhōng)常用的變焦透鏡。

　　由于傳統的衰老過程，眼睛的适應能力在接近和非常緩慢(màn)之間下(xià)降。這會導緻不适，尤其是在近距離(lí)内。變焦鏡頭的優點是，它們在一(yī)個鏡頭中(zhōng)結合了不同的強度。

　　與單視覺鏡頭相比，它們允許三種視覺範圍的混合：距離(lí)、中(zhōng)間和視力。然而，與簡單的旋轉對稱透鏡相比，這些自由曲面的輪廓極其複雜(zá)，因此計算成本高昂，因爲它們分(fēn)别适用于每個眼鏡佩戴者和每隻眼睛，以獲得最佳效果。

　　自由曲面不僅在眼科應用中(zhōng)很有用，在精密光學中(zhōng)也很有用。例如，在具有複雜(zá)光路的系統中(zhōng)，通過在一(yī)個透鏡中(zhōng)組合多個功能，它們将顯著減少透鏡的數量。

　　因此，自由曲面可以使複雜(zá)的光學系統更加緊湊，并可以顯著減輕其總體(tǐ)重量。這通常與精密光學中(zhōng)的透鏡特别相關，這些透鏡通常由礦物(wù)玻璃、陶瓷材料或晶體(tǐ)而不是輕質塑料制成。用自由曲面替換幾個經典透鏡也可以減少組件中(zhōng)的組件數量。

　　某些應用程序，比如平視顯示器，甚至可以隻使用自由曲面進行生(shēng)産。平視顯示器的任務是将直線圖像投影到曲面玻璃表面。這表明，必須預測平視顯示器透鏡内的彎曲投影面變形，以便在添加時精确取消。就像眼科應用中(zhōng)的變焦透鏡一(yī)樣，自由曲面甚至必須經過精心計算和設計。

　　制造自由曲面透鏡

　　與通常完全自動化的眼科鏡片生(shēng)産不同，精密光學鏡片通常是小(xiǎo)批量生(shēng)産的，數量不超過20個，更罕見的是，在沒有自動連接的情況下(xià)生(shēng)産100個。這些鏡片在精确度、光學性能和堅固性方面的壓力比眼科鏡片大(dà)約10到1000倍。

　　因此，精密透鏡的生(shēng)産幾乎完全依賴于高質量且部分(fēn)複雜(zá)的玻璃材料。許多此類硬脆材料對加工(gōng)工(gōng)藝和所用工(gōng)具提出了很高的要求。對于具有自由曲面的精密光學透鏡來說，這一(yī)點通常尤其正确。每個光學有效面積的單個透鏡的複雜(zá)性、要求和制造成本顯著增加。