光学自由曲面凭借其丰富的设计自由度，使其具有强大的像差能力，目前已在多类型先进光学系统中得到应用。然而，目前关于光学自由曲面的多数研究，仍然集中于如何应用其提高光学系统的成像质量，而没有考虑这些光学系统的可实现性。误差敏感度是衡量一个光学系统能否从理论设计到实现的重要指标。因此，如何在保证自由曲面光学系统成像质量的同时，降低光学系统的误差敏感度是一个亟需解决的问题。 

　　近日，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间三部孟庆宇副研究员团队提出了基于局部曲率（Local Curvature）控制的自由曲面光学系统地误差敏感度评价和优化方法，高效地实现了自由曲面光学系统的降敏设计。LC方法基于面元微分思想，结合光瞳采样，将复杂的自由曲面分为若干个简单的二次曲面，通过对每一个局部区域的曲率进行控制，实现对自由曲面光学系统误差敏感度的评价和优化。 

图1 局部曲率控制与光瞳采样示意图 

　　在仿真验证过程中，研究人员对一个大视场自由曲面离轴三反光学系统进行优化设计，将课题组提出的LC优化方法与传统设计方法（只优化成像质量）和ZEMAX光学设计软件内置TOLR降敏方法进行对比。公差分析的统计结果显示，课题组提出的LC方法可以在10分钟内获得光学系统误差敏感度降低51%的优化结果，而TOLR方法经过18个小时的优化，也只能获得误差敏感度降低21%的结果。 

图2 光学系统优化过程布局图与蒙特卡洛分析统计 

　　基于局部曲率的自由曲面光学系统降敏设计方法，可以在保证自由曲面光学系统成像质量的同时，降低光学系统的误差敏感度，提高光学系统抵抗误差干扰的能力。这为大视场自由曲面成像光学系统的实现提供了有力帮助。 

　　孟庆宇团队长期从事光学系统低误差敏感度设计理论与设计方法的研究，该最新研究成果以Desensitization design method of freeform optical system based on local curve control为题发表在国际权威期刊Optics Letters第48卷（2023年）第1期，文章链接：https://opg.optica.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-48-1-179。其中，中科院长春光机所博士研究生秦子长为该论文的第一作者，指导教师孟庆宇副研究员为该论文的通讯作者。该研究得到了中科院青年创新促进会（2019219）、中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划（YSBR-066）与国家自然科学基金（61705220）的共同支持。