自由曲面光学设计与仿真

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自由曲面光学概述

自由曲面定义、与传统球面/非球面的区别、发展历程、典型应用（LED照明、AR/VR、车载光学）

数学基础（一）

参数曲面表示（NURBS、Bezier、B样条）、曲面连续性C0/C1/C2、法向量与曲率计算

数学基础（二）

正交多项式（Zernike、XY多项式、Chebyshev）、拟合与逼近、曲面误差RMS/PV

光学设计基础回顾

几何光学三大定律、像差（球差彗差像散场曲畸变）、评价指标MTF/点列图/波前差

自由曲面设计方法（一）

直接设计法（SMS法、等光程法）、偏微分方程构造、多曲面同步设计

自由曲面设计方法（二）

迭代优化（遗传/粒子群/模拟退火）、局部与全局优化、多目标优化

优化智能算法

自由曲面设计方法（三）

机器学习辅助（神经网络、高斯过程）、数据驱动生成、逆向设计

照明光学设计（一）

LED扩展光源建模、照度分布（矩形/圆形/图案）、朗伯与非朗伯配光

照明光学设计（二）

TIR透镜、自由曲面反射器、复眼透镜阵列、均匀照明实例

成像光学设计（一）

离轴反射系统（两反/三反/四反）、自由曲面成像优势、像质补偿

成像光学设计（二）

全景环带系统、自由曲面棱镜（头戴显示）、超短焦投影

AR/VR光学设计

Birdbath、自由曲面棱镜、光波导（几何/衍射）、视场角与眼盒设计

车载光学设计

自由曲面HUD（挡风玻璃校正）、激光雷达扫描、自适应远光灯ADB

仿真软件入门（一）

LightTools基础、光源建模（Rayfile）、接收器、蒙特卡洛追迹

LightTools仿真

仿真软件入门（二）

Zemax自由曲面（Extended Polynomial、Zernike Sag）、序列与非序列

ZemaxOpticStudio

仿真软件入门（三）

Code V自由曲面（Q-type、FFS）、宏语言自动化设计

仿真软件入门（四）

MATLAB/Python光线追迹、矩阵光学、自定义自由曲面生成脚本

自由曲面加工技术

单点金刚石车削SPDT、超精密铣削、注塑/模压、加工误差分析

自由曲面检测技术

接触式轮廓仪、白光干涉仪、CMM、计算全息图CGH补偿检测

公差分析与优化

面型/位置公差、蒙特卡洛公差分析、灵敏度分析、补偿器设计

公差蒙特卡洛

杂散光分析

杂散光路径、表面粗糙度散射（ABg/Harvey-Shack）、挡光遮光罩设计

杂散光散射

热效应分析

温度对面型影响、热膨胀系数匹配、主动/被动热补偿

偏振光学与自由曲面

偏振光线追迹、薄膜涂层、偏振分束器与自由曲面结合

衍射光学与自由曲面

衍射光学元件DOE原理、混合衍射-折射设计、消色差

自由曲面系统集成

机械结构（柔性支撑、定位基准）、光学-机械一体化仿真、装调工艺

案例实战（一）

LED均匀照明自由曲面透镜设计（需求→仿真验证全流程）

案例实战（二）

离轴两反自由曲面成像系统（大视场、无遮拦）

案例实战（三）

车载AR-HUD自由曲面设计（挡风玻璃像差校正、阳光倒灌）

计算光学+自由曲面、超表面混合系统、AI全自动光学设计

前沿超表面AI

课程总结与展望

技术路线图、行业趋势（消费电子/自动驾驶/医疗）、学习资源推荐