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一般来说，镜头的镜片越多，解析力越高，成像效果也越好，但也不可避免的带来镜头体积、成本、加工难度的提高，尤其是在手机、数码相机等领域，空间有限。

成本、加工难度的提高，尤其是在手机、数码相机等领域，空间有限。

为了在光学系统中实现更紧凑的设计，减少透镜的数量，不少厂商会引入自由曲面镜片，在不损失性能的情况下进一步缩小尺寸，由于其特殊的表面形状，可以实现经典光学透镜无法实现的功能。特别是对于小型光学镜头，这在折叠光束路径时特别有利，并且可以替代现有的设计。

考虑到几何方面，自由曲面镜头可以定义为表面没有围绕光轴旋转对称或平移的光学器件。自由曲面的数学表征非常复杂且要求很高。与球面或非球面相比，自由曲面具有更高的自由度，通过打破对称性，光学设计师有创造设计的新可能性。当然，这也使得光学元件的几何形状更加复杂，需要使用参考结构进行定向。

自由曲面光学的巨大潜力已经被各行各业发现。例如在手机领域，目前大部分多摄手机都搭载了超广角镜头，人们在使用超广角镜头时，它可以提供更宽的视野，将更多的景物收纳到屏幕中，适合拍摄风景、合影等等。但视野增大的同时畸变也大，通常，超广角镜头的畸变都在百分之十几或以上，为了控制畸变，手机厂商一般会通过软件进行弥补，但并不能完全修复，甚至会翻车。采用不规则自由结构的自由曲面镜头，对镜头边缘进行光学纠正，物理性的解决畸变的问题，有些厂商甚至能够将畸变控制在1%左右。

目前来说，自由曲面镜头拥有更多的几何自由度，能适用于很多领域，但设计自由同时也带来了制造难度的提高，成本依然是制约其发展的因素。