偏心与倾斜光学系统像差分析：矢量像差理论应用

"本文主要探讨了偏心和倾斜光学系统的像差特性，通过矢量像差理论进行分析，并使用ZEMAX光学设计软件进行了验证。文章指出，这种理论对于理解和设计具有大倾斜角度元件的非共轴光学系统具有重要指导意义。" 在光学设计领域，偏心和倾斜光学系统因其在军用和民用设备中的广泛应用而受到广泛关注，特别是在大视场、大孔径和无阻挡光学系统以及透视型头盔显示器等领域。然而，这些系统的设计挑战在于传统的共轴光学系统像差理论并不适用于这类非共轴系统。传统的像差分析方法基于像面上的径向分布，而对于偏心和倾斜系统，这种方法无法准确描述整个像面的成像质量。 文中引用了长春光机所翁志成、南京天文仪器研制中心潘君骅、西安光机所樊学武等研究者的成果，他们分别使用解析法和几何光学像差理论对偏心和倾斜光学系统进行了深入研究。此外，美国学者Thompson和Rogers则提出了一种新的分析方法——矢量像差理论，该理论能够将传统的波前像差展开为矢量形式，从而更精确地描述由于光学元件的倾斜或偏心引起的像差变化。 通过ZEMAX光学设计软件的像差分析功能，作者对比了矢量像差理论与实际光线追迹的结果，证实了矢量像差理论的有效性。该软件的垂轴像差曲线、场曲曲线和点列图提供了详细的像差信息，与理论分析高度一致，表明该理论可以作为设计偏心和倾斜光学系统的有力工具。 然而，设计偏心和倾斜光学系统时，传统的像质评价函数如均方根波前差和点列尺寸等并不能提供足够的信息，因此需要更复杂的评价标准。这使得设计者在设计过程中更依赖于计算机的计算能力和优化技术，而不是依赖自身的洞察力和控制力。为了改善这种情况，发展适用于偏心和倾斜光学系统的像差理论显得至关重要。 本文的研究为偏心和倾斜光学系统的设计提供了新的理论依据，不仅有助于理解像差特性，也为实际设计工作提供了实用的分析方法。随着光学技术的发展，这类非共轴系统的应用将更加广泛，相应的像差理论研究也将持续深入。