當(dāng)今，最具挑戰(zhàn)性的光學(xué)設(shè)計(jì)是具有復(fù)雜而精確的非球面形狀。G.W. Forbes博士提出的新的曲面公式，描述了一個(gè)具有正交多項(xiàng)式變形 (如Zernike多項(xiàng)式) 的 “自由曲面”。該公式有助于洞察和控制曲面的可制造性，并且有助于設(shè)計(jì)師提高系統(tǒng)的光學(xué)性能和降低制造成本。

基于Forbes公式，Synopsys的CODEV®光學(xué)設(shè)計(jì)軟件開發(fā)了一個(gè)新的2D-Q自由曲面。該曲面通過一個(gè)最佳擬合的二次曲面基面和一系列q型自由曲面（或2D-Q）多項(xiàng)式控制，并且擁有X和Y偏移項(xiàng)，這使得設(shè)計(jì)者可以將多項(xiàng)式偏離的中心從基面頂點(diǎn)移開。

Forbes提供的幾個(gè)自由曲面基函數(shù)的圖片

這種自由曲面的設(shè)計(jì)是當(dāng)今要求輕量級(jí)和緊湊型的光學(xué)系統(tǒng)的強(qiáng)大設(shè)計(jì)工具。為了說明如何使用它，我們將展示一個(gè)非對(duì)稱、全反射的設(shè)計(jì)案例。該系統(tǒng)可以服務(wù)于一種輕型、緊湊、頭戴式顯示設(shè)備(HMD)，用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）革命正在順利進(jìn)行

在各種應(yīng)用和市場(chǎng)中，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）是光學(xué)開發(fā)和研究的突出領(lǐng)域。這些應(yīng)用包括游戲、娛樂，還有一些包括工作場(chǎng)所的應(yīng)用，例如醫(yī)療應(yīng)用、惡劣環(huán)境的清理，以及挑戰(zhàn)性任務(wù)的模擬和訓(xùn)練。當(dāng)前，基于低功耗和OLED技術(shù)的顯示器的廣泛應(yīng)用，使得AR/VR應(yīng)用的開發(fā)成為可能。

全反射AR設(shè)備設(shè)計(jì)實(shí)例

對(duì)于這個(gè)案例，我們創(chuàng)建了一個(gè)基于SXGA分辨率，1280 x 720p的商業(yè)微顯示器系統(tǒng)。這種分辨率可以滿足很多AR應(yīng)用。

表1.規(guī)格和光學(xué)性能指標(biāo)