导语:我们在小磨头、磁流变、离子束抛光机加工的适用形状中经常会看到一个名词——自由曲面。今天,我们来重点了解它。
一、自由曲面
何为自由曲面?一言以概之,非旋转非对称,面型自由的形状都可以称为自由曲面。也就是说,与最佳拟合球体(BFS)偏差较大的离轴双非球面乃自由曲面。
二、光学自由曲面
光学自由曲面顾名思义就是自由曲面在光学领域的应用。
随着经济的发展,推动着我们的制造业加快向着高科技、高附加值方向发展。一方面,人们对高精度、高质量光电产品的需求日益提高,另一方面,这些光电产品也逐步向着微型化的方向发展。
而自由曲面由于在这些领域的出色表现,越来越受到光学设计人员的青睐,自由曲面光学设计在现代光电产品中的应用也随之日益广泛。
由于超精密加工技术和精密模压注塑成型技术的飞速发展,光学组件的设计与制造有了更多的自由度和灵活性,这就使得光学自由曲面的加工成为可能,光学自由曲面也为传统光学注入了新的活力。
可以说,自由曲面是目前光学最前沿的设计理论和方法,在光学设计方面也发挥了巨大的作用。
三、光学自由曲面的特点
和传统球面光学相比较,自由曲面光学具有以下特点:
1、突破传统光学成像的概念,根据现代光电信息技术对信息发送、接收、转换、传递与存储功能的特殊需要,光学面型可有非对称、不规则、复杂的自由曲面随意组合而成。
2、突破传统光学加工方法的概念,采用先进的数控超精密制造技术,直接加工出自由曲面光学面,被加工面可以达到亚微米量级面型精度与纳米量级表面粗糙度。
3、突破传统光学玻璃材料的概念,采用光学塑料等新材料技术,大批量生产光学组件。
四、光学自由曲面设计的优点
1、通过使用自由曲面这种非常紧凑的设计,可以实现更小的空间包络,使得重量更轻。
2、可以减少光学表面的数量,因而增加产量。
3、可以减少几何像差,通过平衡和控制,更好地改善光学性能(图像质量,景深,视场等)。
4、若系统具有偏心瞳孔或用于离轴,自由形式优于旋转对称的光学表面。
5、可以进行定制优化,例如, 整体空间包络可以在一个方向上伸长,而在另一个方向上它可以保持狭窄,或者可以使用倾斜/偏心的部件使得像差得到平衡。
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