关于自由曲面，相信大家都耳熟能详。对于它的神奇，光学领域行业的人士各有各的说法。那么，自由曲面到底是个啥呢？它能用在哪些领域呢？自由曲面的加工难点在哪里呢？

 今天我们就来了解光学领域的自由曲面设计。

光学自由曲面的定义

自由曲面是一种复杂的、不规则的、非球面的，甚至非回转对称的各种变形透镜、棱镜及反射镜随意组合而成的自由曲面面形，能够满足各种不同光电信息系统的信息发送、接收、转换、传递与存储的特殊需要，赋予传统光学以新的生命力。他在计算机、光通信、手机、数码照相机以及视听设备等各种最新电子产品中都起着极其重要的作用。

光学自由曲面的特点

自由曲面最大的特点就是能在光学曲面设计与加工中引入更多自由度。如果说非球面较之于球面解放了径向截面设计的自由度，那么自由曲面则进一步解放了全局面型自由度，为光学曲面的设计带来了更多可能。采用自由曲面光学元件可极大改善成像系统的光学质量，也能显著提升照明系统的均匀性和信息传输系统的传输效率，布局更加灵活，光路大大压缩，轻量化得以实现，结构性能优化。合理设计的自由曲面具有比非球面、球面更优异的成像清晰度、更小的像差，也可以实现更多元化的光学功能。

自由曲面在光学领域的应用

自由曲面镜片在国防军工、航空航天、精密仪器、眼视光领域等均有重要应用，较为成熟的商业应用包括用于眼视光行业的渐进多焦点式镜片、青少年近视防控镜片、数码摄像机镜头、打印机光场调制的F-θ平场聚焦镜、汽车抬头显示的HUD反光镜、手机等的液晶显示器背光模块中的导光板、LED照明系统等等。

加工自由曲面设计的难度

因为更高的自由度，自由曲面的设计加工难度远高于球面和非球面，面型创成往往需要三伺服轴以上的联动。针对产业界中质量要求越来越高，有效口径越来越大的自由曲面光学元器件，常用的超精密慢刀伺服车削或磨削加工的加工效率都差强人意，并且容易出现划痕、刀纹等缺陷，同时面型精度也难以保证。