光學鏡頭鏡片領域按技術(shù)發(fā)展主要分為球面鏡、非球面鏡、自由曲面、鏡片陣列4大階段。隨著技術(shù)不斷發(fā)展，當前自由曲面已經(jīng)成為當前光學熱點之一。

對于傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)對稱曲面（球面鏡、非球面鏡），自由曲面面型更加靈活，需要使用更多的面型參數(shù)來進行描述，可以為光學設計帶來更多的設計自由度，有很強的面型描述能力與很好的像差校正能力。正因為有這些特性，自由曲面特別適用于校正光學系統(tǒng)的像差，尤其是非對稱系統(tǒng)（指失去旋轉(zhuǎn)對稱性結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，可以包含有平面對稱性但無旋轉(zhuǎn)對稱性的系統(tǒng)），同時可以減少系統(tǒng)中元件的數(shù)量，減小系統(tǒng)的體積與質(zhì)量，實現(xiàn)傳統(tǒng)光學系統(tǒng)難以實現(xiàn)的系統(tǒng)參數(shù)、結(jié)構(gòu)與功能。

近年來，隨著精密加工與檢測技術(shù)的不斷進步，可用于成像系統(tǒng)的、較大尺寸的自由曲面元件的制造成為了可能。傳統(tǒng)球面以及非球面可供光學系統(tǒng)設計使用的自由度較少。自由曲面打破了旋轉(zhuǎn)對稱以及平移對稱的幾何約束，特別適用于校正非旋轉(zhuǎn)對稱系統(tǒng)的像差，同時可以減少系統(tǒng)中元件的數(shù)量，減小系統(tǒng)的體積與質(zhì)量，實現(xiàn)傳統(tǒng)光學系統(tǒng)難以實現(xiàn)的系統(tǒng)參數(shù)、結(jié)構(gòu)與功能。自由曲面為光學設計的發(fā)展注入了巨大潛力，成為了近十年來應用光學領域的研究熱點，如汽車抬頭顯示器（Head-Up Display，HUD）領域。

HUD在汽車上使用越來越普遍，它能將車速、導航地圖等信息投影到汽車前擋風玻璃的駕駛員平視范圍內(nèi)，駕駛員無需低頭就可以看到這些信息，減少了因低頭查看信息而導致交通事故的可能，縮短了駕駛盲區(qū)時間，可以有效提升行車的安全性。自由曲面成像光學將在車載部件領域得到廣泛使用，同時相關研究成果將深刻推動應用光學領域的發(fā)展，在應用方面不斷激發(fā)新的可能性。