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光源：高斯光束TEM00 六邊形格子光源,光源為相干光 高斯疊加面的定義操作界面優化變量：改變這些超高斯面的參數，用FRED優化自由曲面變的非常簡單。

為了得到各系統較平衡的結果，我們可以重新對三個自由曲面進行優化。但要注意的是，任何增進NIR人眼追跡系統影像質量的改變，都將對顯示器系統的成像造成負面的影響。此時，改以TrueFreeForm面進行設計便成了一個更好的選項。如果用戶想在不犧牲顯示器成像質量的情況下改善人眼追跡系統，可以由S3 （即棱鏡最上方的面）的子孔徑優化著手。

近日，華東師范大學精密光譜科學與技術國家重點實驗室謝微團隊[1]提出基于自由曲面反射鏡的高分辨率成像光譜儀設計方法，通過“離軸拋物面分段拼接+Zernike多項式擬合”的創新路徑，通過Zemax仿真優化，成功實現全波段全視場像差校正，其光譜分辨率達0.015nm，優于市面同類型商用產品，為高分辨率成像光譜儀的設計提供了全新思路。

自由曲面可被應用在各式不同的領域，天線、激光光束整形器（laser beam shaper）和哈伯太空望遠鏡等的設計中，早已可見自由曲面的蹤跡1。OpticStudio 提供了許多好用的功能，供使用者在序列和非序列模式中進行自由曲面的設計。這篇文章，我們會在序列模式中以切比雪夫多項式表面設計出離軸拋物面。同時，我們還會討論如何快速地針對不同系統找出適合的自由曲面種類。

自由曲面可被應用在各式不同的領域，天線、激光光束整形器（laser beam shaper）和哈伯太空望遠鏡等的設計中，早已可見自由曲面的蹤跡1。 OpticStudio提供了許多好用的功能，供用戶在序列和非序列模式中進行自由曲面的設計。這篇文章，我們會在序列模式中以切比雪夫多項式表面設計出離軸拋物面。同時，我們還會討論如何快速的針對不同系統找出適合的自由曲面種類。

Alvarez 透鏡第一表面的子午和弧矢曲率 以下是根據三軸金剛石車床上的加工方法需要控制的表面參數匯總表： 考察孔徑外的自由曲面形狀 從光學設計的角度來看，最好不要刻意限制考察孔徑之外的自由曲面形狀，因為額外的限制會降低優化速度，產生額外的局部最小值，并增加無法將設計收斂至最佳系統性能的風險。

自由曲面可被應用在各式不同的領域，天線、激光光束整形器（laser beam shaper）和哈伯太空望遠鏡等的設計中，早已可見自由曲面的蹤跡。OpticStudio提供了許多好用的功能，供用戶在序列和非序列模式中進行自由曲面的設計。這篇文章，我們會在序列模式中以切比雪夫多項式表面設計出離軸拋物面。同時，我們還會討論如何快速的針對不同系統找出適合的自由曲面種類。

從光學設計的角度來看，最好不要刻意限制考察孔徑之外的自由曲面形狀，因為額外的限制會降低優化速度，產生額外的局部最小值，并增加無法將設計收斂至最佳系統性能的風險。

光路系統整體設計：雙級放大架構，實現125倍成像為平衡“高放大倍率”與“小系統體積”，團隊設計“預放大+主放大”雙級架構，通過“放大鏡組（5倍）+離軸三反自由曲面鏡組（25倍）”的疊加，最終實現125倍信號放大，同時利用離軸結構消除成像遮攔，自由曲面鏡校正像差。

從光學設計的角度來看，最好不要刻意限制考察孔徑之外的自由曲面形狀，因為額外的限制會降低優化速度，產生額外的局部最小值，并增加無法將設計收斂至最佳系統性能的風險。

3、熱效應分析：分析在不同環境下，鏡頭的優化分析；并采用二元光學來進行消熱差分析。 4、抬頭顯示設計：汽車HUD設計案例，包含反射式自由曲面的設計優化。 5、AR，VR設計：頭戴顯示系統設計案例，包含自由投射式自由曲面的優化設計。

第一步：從虛像到顯示器（反向）設計選擇:HUD 的初始設計是一個折疊系統，這保證了它在儀表盤下可以保持足夠小的尺寸。HUD 由兩面鏡子組成：一面平面鏡，還有一面是自由曲面。鏡子的優點在于不會在成像系統中引入任何色差。自由曲面的鏡子還需要進行優化。為了方便起見，我們建立了一個模板，其中包含了所有初始元素以及整個擋風玻璃的自由曲面模型。擋風玻璃由擴展多項式面型模擬。

課程三十九：設計自由曲面反射系統 SYNOPSYS 提供可以簡化設計自由曲面的過程。閱讀幫助文件中的 FFBUILD。我們將展示如何設計一個具有自由曲面的反射系統。 第一步是初略的列出幾何圖形。

這篇文章以一個非常簡單的漸進透鏡為例，介紹了如何建立、分析和優化自由曲面系統。表面類型理想的自由曲面應該由一系列點數據構成，然而要優化這個面時，需要用某種方式給這個面一個小的擾動，以此來判斷該繼續增加還是減小這個擾動，使光學系統能更符合我們的預期。

4、拋物面反光杯的計算及光研技術團隊編寫的鱗甲反光杯ZPL實例剖析。　　5、色度學混光分析，多色光源混光優化方法；光柵分光模擬，真實LED模擬，光致發光模擬。　　6、LCD背光照明和勻光分析，投影系統的整機設計等內容。　　7、非序列優化方法及技巧，包含勻光優化，準直優化等。　　8、非序列中多模光纖耦合方法，自由曲面優化方法。 　　

第一步：從虛像到顯示器（反向）設計選擇:HUD 的初始設計是一個折疊系統，這保證了它在儀表盤下可以保持足夠小的尺寸。HUD 由兩面鏡子組成：一面平面鏡，還有一面是自由曲面。鏡子的優點在于不會在成像系統中引入任何色差。自由曲面的鏡子還需要進行優化。為了方便起見，我們建立了一個模板，其中包含了所有初始元素以及整個擋風玻璃的自由曲面模型。擋風玻璃由擴展多項式面型模擬。

圖10 考慮色差的波相差 圖11 考慮色差的MTF為解決高斯光束光照不均勻問題，團隊在ZEMAX非序列模式下設計微透鏡陣列勻光系統：選用高斯光源，設置光軸為z軸，微透鏡陣列采用20×20排列，搭配OKP-1材質聚焦透鏡，通過探測器監測確定像面位置（圖12）。

第一步：從虛像到顯示器（反向） 設計選擇:HUD 的初始設計是一個折疊系統，這保證了它在儀表盤下可以保持足夠小的尺寸。HUD 由兩面鏡子組成：一面平面鏡，還有一面是自由曲面。鏡子的優點在于不會在成像系統中引入任何色差。自由曲面的鏡子還需要進行優化。為了方便起見，我們建立了一個模板，其中包含了所有初始元素以及整個擋風玻璃的自由曲面模型。擋風玻璃由擴展多項式面型模擬。

這篇文章以一個非常簡單的漸進透鏡為例，介紹了如何建立、分析和優化自由曲面系統。表面類型理想的自由曲面應該由一系列點數據構成，然而要優化這個面時，需要用某種方式給這個面一個小的擾動，以此來判斷該繼續增加還是減小這個擾動，使光學系統能更符合我們的預期。

</p><p>&nbsp;</p><p>本文將在課程六十六中的自由曲面初始結構的基礎上展示使用 SYNOPSYS&nbsp;軟件進行離軸反射式光學系統設計以及優化過程。