在光学设计中，像散是一种常见的像差，它会导致成像平面内的不同方向上的聚焦位置不同，从而使得成像模糊。像散的校正对于提高成像质量至关重要，而柱面镜是一种有效的校正工具。这一期，我们就来看看如何在光学设计软件中使用柱面镜来校正像散。
在光学系统中，像散通常是由透镜的非对称性或光束的非对称入射引起的。像散表现在点列图上会呈现线形分布的光斑，如果像散很大，子午和弧矢两个方向焦点位置会出现明显不同。有的时候我们可能发现光学系统优化到最后，边缘市场子午方向的传函还可以，但弧矢方向下降的很严重，这就很可能是像散导致的。
除了透镜组外，平板玻璃也会带来像散，而在一些有非对称元件的光学系统中像散可能很难校正，非球面对像散的校正效果往往也并不明显。例如常见的双色光学系统，双波段分光时往往使反射通道波长更短，透射通道波长更长，这就是考虑到倾斜的平板玻璃的像差。如果大家感兴趣，可以回看一下我之前的两篇文章，对这些问题有更深入的解释。
【成像光学基础】平板玻璃会引入像差吗
柱面镜是一种特殊的透镜，它的曲率仅在一个方向上，而另一个方向上是平的。这种特性使得柱面镜可以对特定方向上的光线进行聚焦或发散，从而校正像散。在一些像散很大的光学系统中，通过合理设计柱面镜的曲率和位置，我们可以补偿光学系统中的像散，提高成像质量。
例如下面这个反射式光谱仪光学系统，光栅前后均为反射镜，为了减小体积，光路多次折叠且不具有对称性。最终系统的像散较大。
为了保持这种结构，同时提高光谱仪的分辨率，我们可以尝试在像面前增加一个柱面镜，在Zemax中，自带了柱面镜的面型，如下图所示，我们可以在柱面镜前后再设置一对坐标间断面，以调整柱面镜的方位。
在增加柱面镜后，我们可以看到子午和弧矢两个方向的焦点位置已经很接近了。结构造成的像散得到了明显改善。为了提高系统集成度，我们可以进一步优化，使柱面镜后表面可以紧贴探测器。
值得一提的是，楔形板或倾斜的厚平板玻璃也可以校正像散，并且在双色光学系统中得到了广泛应用，大家可以自己查查相关的资料。而一对正交的柱面可以等效为一个球面，这在数学上可以证明。而考虑到两个实际的柱面镜必然会有一定的前后位置差，如果想让两个柱面镜组合后，子午弧矢焦点重合，则二者的焦距必然不同。
利用该性质，也可以组合出一些有趣的应用，大家可以思考一下。
