分孔径离轴同时偏振超分辨率成像光学系统像差校正

摘要

针对宽波段同时偏振高分辨率成像需求,提出一种基于反射式自由曲面光学系统和数字微镜器件的分孔径同时偏振超分辨率成像系统,其具有可用于任意光学波段、多个偏振态同时成像、单探测器、高分辨率、易轻量化等优势.给出了这种成像系统光学结构的像差校正原理及设计优化方法,将Wassermann-Wolf理论进一步发展,推导了可消除多种像差的反射式Wassermann-Wolf微分方程;同时结合赛德尔像差理论,在求解Wassermann-Wolf方程时加入消畸变的边界条件,通过迭代方式,得到同时消除球差、彗差、像散、畸变的光学初始结构.对该初始结构进行离轴处理并进一步优化,编写自定义优化评价函数,严格控制各子孔径和各视场在中间像面和最终像面上主光线落点位置,从而有效地抑制最终系统中的畸变,避免超分辨重建过程中的镜元和像元失配误差,提高重建质量.最终完成了四子孔径自由曲面离轴反射式超分辨成像光学系统的设计,其相对孔径大(F#=2.5),结构紧凑,各个偏振通道成像质量接近衍射极限.以上像差校正原理及像质优化方法可有效指导超宽波段同时偏振超分辨率成像光学系统的设计.