五棱镜扫描检测大口径波前研究(3)
2.1.1 几何像差
根据几何光学可知，由于视场和孔径大小的不同，不同视场、不同孔径的光线在经过光学系统时，它们的成像倍率会有所不同。另外，由于光线位置不同，在子午方向及弧矢方向上，光束的成像性质也会有所差异。因此需要有一定的评价标准来判断所有光束的成像质量，这样就引入了几何像差这一概念。
对一个光学系统而言，若光源为单色光，则存在有五种单色像差，分别是彗差、场曲、球差、像散和畸变。对应地，当光源为白光时，不同色光束的成像过程也会有差异，因此引入倍率色差和位置色差两种色差。
综合以上两点，共有七种几何像差作为光学系统成像质量评判指标。[21]
2.1.2 波像差
相对于波像差而言，几何像差有着简单、直观、便于计算等特点，但是这样的评判标准难以满足评价高要求的光学系统。因此波像差这一概念被引入，以描述经过光学系统后波面的变形情况。理想波面与实际波面相切于出瞳位置时，两个波面的光程差即为波像差W。波像差是孔径的函数，并且同几何像差成正比。由瑞利判据可知，最大波像差小于λ/10时，光学系统可以进行完善成像。对一个光学系统而言，最完善的成像位置往往不是高斯像面，而是通过离焦技术确定新的焦面。[21]
2.1.3 瑞利判据
波像差可以看作是实际成像波面相对于理想波面的变形程度，瑞利判据根据波像差的大小来对光学系统的成像质量进行评判。根据瑞利提出的观点，若将一个波面看作无缺陷波面，则实际波面与参考理想波面的最大波像差W＜λ/4。瑞利判据提出了对于一个光学系统而言的最大波像差公差值，并且应用方便，可根据光路的几何计算得到几何像差曲线，再通过曲线图形积分计算得到波像差，从而判断光学系统成像状况。同时，利用瑞利判据，人们可以从波像差中得出系统几何像差的公差范围，这样的应用在一定程度上方便了计算。[1]
但相对地，瑞利判据只考虑了最大允许公差，而没有考虑缺陷部分比重大小。相比之下，瑞利判据适用于小像差的、对成像质量要求较高的光学系统。
2.2 常用大口径波面检测方法
对于大口径波面检测，主要分为两类，分别为绝对测量和相对测量。其中相对测量包括干涉测量法等，绝对测量则包括三面互检法和液体平面法等。二者中还有一些常用方法也可以对大口径波面进行有效的检测，例如哈特曼法、子孔径拼接法等，这些方法经过一定的发展和研究已经达到了一定水平。
2.2.1 哈特曼法
哈特曼法需要利用取样光阑在待测波面上进行取样过程，之后根据其在像面上的横向偏差来确定取样点处的波面局部偏差。如图2.1所示，该方法需要先用小孔光阑对待测波面进行取样，当标准平行光束经过光阑后，原光束将被分成若干不同的细小光束，经过待测系统后成像，所成像为若干个光点。若系统为标准平面波，将会得到等间距排列均匀的光点。若待测波面存在一定像差，则光点排布也会产生一定的变形。故根据出射光点的排列，可以分析出其几何像差信息以及最佳焦面处点列图分布等信息。[
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