自由曲面将给光学领域带来更多的机遇和挑战

　　无论你是与光学设计师还是制造者交谈，都可能会出现一种特殊的观点，也可能被认为是精确的自由形式。简单地说（可能太简单了），自由曲面被定义为曲面形状缺乏关于垂直于平均平面的轴的平移或旋转对称性的曲面。

　　可自由设计的光学表面轮廓与球面轮廓相比，提供了更轻、更简单、更紧凑的组件，但它们更难制造和测量。眼科应用中自由曲面的经典例子是眼镜中常用的变焦透镜。

　　由于传统的衰老过程，眼睛的适应能力在接近和非常缓慢之间下降。这会导致不适，尤其是在近距离内。变焦镜头的优点是，它们在一个镜头中结合了不同的强度。

　　与单视觉镜头相比，它们允许三种视觉范围的混合：距离、中间和视力。然而，与简单的旋转对称透镜相比，这些自由曲面的轮廓极其复杂，因此计算成本高昂，因为它们分别适用于每个眼镜佩戴者和每只眼睛，以获得最佳效果。

　　自由曲面不仅在眼科应用中很有用，在精密光学中也很有用。例如，在具有复杂光路的系统中，通过在一个透镜中组合多个功能，它们将显著减少透镜的数量。

　　因此，自由曲面可以使复杂的光学系统更加紧凑，并可以显著减轻其总体重量。这通常与精密光学中的透镜特别相关，这些透镜通常由矿物玻璃、陶瓷材料或晶体而不是轻质塑料制成。用自由曲面替换几个经典透镜也可以减少组件中的组件数量。

　　某些应用程序，比如平视显示器，甚至可以只使用自由曲面进行生产。平视显示器的任务是将直线图像投影到曲面玻璃表面。这表明，必须预测平视显示器透镜内的弯曲投影面变形，以便在添加时精确取消。就像眼科应用中的变焦透镜一样，自由曲面甚至必须经过精心计算和设计。

　　制造自由曲面透镜

　　与通常完全自动化的眼科镜片生产不同，精密光学镜片通常是小批量生产的，数量不超过20个，更罕见的是，在没有自动连接的情况下生产100个。这些镜片在精确度、光学性能和坚固性方面的压力比眼科镜片大约10到1000倍。

　　因此，精密透镜的生产几乎完全依赖于高质量且部分复杂的玻璃材料。许多此类硬脆材料对加工工艺和所用工具提出了很高的要求。对于具有自由曲面的精密光学透镜来说，这一点通常尤其正确。每个光学有效面积的单个透镜的复杂性、要求和制造成本显著增加。