光束斜入射的折反射組合光學(xué)系統(tǒng)的像差計(jì)算

趙小楠，呂麗軍

（上海大學(xué) 精密儀器及機(jī)械系，上海 200072）

引言

近年來，隨著機(jī)器人、計(jì)算機(jī)視覺、虛擬現(xiàn)實(shí)及航天等應(yīng)用領(lǐng)域的日益發(fā)展，單一折射或反射鏡光學(xué)系統(tǒng)出現(xiàn)了一定的局限性，難以滿足科研乃至日常生產(chǎn)應(yīng)用需求。折反射組合光學(xué)系統(tǒng)具有擴(kuò)大視場范圍，結(jié)構(gòu)簡單緊湊等優(yōu)點(diǎn)，常應(yīng)用在折反射全景成像系統(tǒng)[1-4]以及二次旋轉(zhuǎn)圓錐曲面面形檢測[5-6]中。因此，折反射組合光學(xué)系統(tǒng)的成像分析成為一個(gè)重要的研究課題。

光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的分析評價(jià)大多是圍繞近軸光學(xué)系統(tǒng)展開的，評價(jià)工作的主要依據(jù)是賽德爾像差理論[7]，賽德爾像差理論對入射角小于 30°的近軸光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行像差分析時(shí)計(jì)算精度較高。但是，對于光束斜入射的折反射組合光學(xué)系統(tǒng)，光束以較大的入射角（這里一般指入射角遠(yuǎn)大于 30°）打在光學(xué)元件表面，經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后，在子午和弧矢平面內(nèi)光束聚焦位置及波陣面形狀完全不一致，此時(shí)該類系統(tǒng)具備平面對稱光學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)，賽德爾像差理論則不再適用。

呂麗軍教授等人基于波像差的方法，針對平面對稱光學(xué)系統(tǒng)在子午和弧矢平面內(nèi)焦點(diǎn)完全不一致的特點(diǎn)，提出以超環(huán)面作為參考波陣面，發(fā)展了平面對稱光柵系統(tǒng)的像差理論[8]。該理論適用于斜入射甚至掠入射（入射角達(dá)到 80°，甚至 89°以上）的光柵或反射鏡光學(xué)系統(tǒng)的像差分析。此外，它還可以研究任意二次旋轉(zhuǎn)圓錐曲面，如橢球面、超環(huán)面和拋物面等。……