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引言： NRx 7S9W  
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   近年來，自由曲面用于光學(xué)設(shè)計日漸成熟，尤其是隨著頭戴顯示器（HMD），平視顯示器（HUD）的熱潮，在增強(qiáng)現(xiàn)實，混合現(xiàn)實（AR/MR）及車載顯示中更是大放異彩。 SSF:PTeG>  
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自由曲面對于光學(xué)設(shè)計仍然是一個系統(tǒng)級的工程，不僅需要考慮自由曲面的公差特性，還要考慮優(yōu)化的高效收斂性。本文是上篇-----《自由曲面公差分析》的姊妹篇，主要討論自由曲面優(yōu)化的特點。 j-1V,V=  
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自由曲面多種多樣，各個類型都有自身的一些特點， 對于自由曲面的選擇：一方面要考慮其提供多的自由度（如對稱自由度、非對稱自由度），具有足夠的優(yōu)化空間；另一方面還要考慮優(yōu)化的高效收斂性及面型平滑可加工性。 #-B<u-  
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在AR/MR,HMD/HUD中經(jīng)常用的自由曲面形式為擴(kuò)展多項式表面（Extended Polynomial Surface）， ZEMAXR, CODE VR中都內(nèi)建有該面型，該面型為一系列擴(kuò)展的X,Y高次多項式，含有對稱項及非對稱項。 ^`yhN  
之所以選擇該面型，一是該面型相對簡單，自由度高，對稱項與非對稱項區(qū)分簡單；實際上也可以選擇其他類型的自由曲面形式如切比雪夫多項式面型。澤尼克多項式面型不常用，雖然也是一種較好的多項式樣式，澤尼克多項式常用于像差表征中，其優(yōu)化難點主要在于XY對稱項與非對稱項一般難于區(qū)分。 bDvGFSAH  
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然而擴(kuò)展多項式面型及切比雪夫面型在深度優(yōu)化及面型平滑可控性上表現(xiàn)不是很盡如人意，尤其一旦系統(tǒng)復(fù)雜如HMD,HUD系統(tǒng)，其優(yōu)化速度及可控性上往往表現(xiàn)的很差，需要大量的人為調(diào)整，為了保證平滑收斂性，還必須加大光瞳采樣及視場采樣密度，優(yōu)化效率很低。 yT/rH- j;5  
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針對以上的問題，我們通過定制化的優(yōu)化模塊，通過引入變跡切趾、內(nèi)約束來實現(xiàn)自由曲面面型的平滑可控，而且全局優(yōu)化效率也有極大的提升，設(shè)計者不需要過多的干預(yù)，大大的節(jié)省設(shè)計周期。 rd->@s|4mT  
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頭盔顯示器（HMD）                                   車載平視顯示器（HUD）