使用CODE V的2D-Q自由曲面设计光学系统（1）

当今，最具挑战性的光学设计是具有复杂而精确的非球面形状。G.W. Forbes博士提出的新的曲面公式，描述了一个具有正交多项式变形 (如Zernike多项式) 的 “自由曲面”。该公式有助于洞察和控制曲面的可制造性，并且有助于设计师提高系统的光学性能和降低制造成本。

基于Forbes公式，Synopsys的CODEV®光学设计软件开发了一个新的2D-Q自由曲面。该曲面通过一个最佳拟合的二次曲面基面和一系列q型自由曲面（或2D-Q）多项式控制，并且拥有X和Y偏移项，这使得设计者可以将多项式偏离的中心从基面顶点移开。

Forbes提供的几个自由曲面基函数的图片

这种自由曲面的设计是当今要求轻量级和紧凑型的光学系统的强大设计工具。为了说明如何使用它，我们将展示一个非对称、全反射的设计案例。该系统可以服务于一种轻型、紧凑、头戴式显示设备(HMD)，用于增强现实(AR)。

增强现实（AR）和虚拟现实（VR）革命正在顺利进行

在各种应用和市场中，增强现实（AR）和虚拟现实（VR）是光学开发和研究的突出领域。这些应用包括游戏、娱乐，还有一些包括工作场所的应用，例如医疗应用、恶劣环境的清理，以及挑战性任务的模拟和训练。当前，基于低功耗和OLED技术的显示器的广泛应用，使得AR/VR应用的开发成为可能。

全反射AR设备设计实例

对于这个案例，我们创建了一个基于SXGA分辨率，1280 x 720p的商业微显示器系统。这种分辨率可以满足很多AR应用。

表1.规格和光学性能指标