ZEMAX自由曲面、HMD/HUD应用之自由曲面公差分析

引言：  

近年来，自由曲面用于光学设计日渐成熟，尤其是随着头戴显示器（HMD），平视显示器（HUD）的 热潮，在增强现实，混合现实（AR/MR）及车载显示中更是大放异彩。  

自由曲面对于光学设计仍然是一个系统级的工程，不仅需要考虑优化的高效收敛性，还要考虑公差 特性及可加工特性等。成像光学应用层次上，自由曲面的公差特性是一个颇为严格的指标，对像质影响 极大，极大的关乎产品的良率。  

然而目前几乎所有的光学软件都没有很好的评价工具对自由曲面进行公差分析。本文结合自由曲面 公差分析的着重点，分析了一些常规方法的局限性；并通过自开发的模块，结合一些案例，给出了较为 完整的解决方案。借以抛砖引玉，共同提高！  

广义上讲，任何非球面形式都可以称之为自由曲面，自由曲面提供更多的设计自由度，为像质提高， 提供了更多的可能性及更广的求解空间。  

在 AR/MR,HMD/HUD 中经常用的自由曲面形式为扩展多项式表面（Extended Polynomial Surface） ， ZEMAX○ R , CODE V○ R 中都内建有该面型，该面型为一系列扩展的 X,Y 高次多项式，含有对称项及非对称项。