泽尼克多项式是一组正交多项式,它们出现在具有圆形光瞳的光学系统的波前函数展开中。奇数和偶数泽尼克多项式由下式给出
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(1)
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其中径向函数 定义为
和
整数,且满足
,由下式给出
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(2)
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这里, 是方位角,满足
,
是径向距离,满足
(Prata 和 Rusch 1989)。偶数和奇数多项式有时也表示为
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(3)
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(4)
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泽尼克多项式在 Wolfram 语言中实现为ZernikeR[n, m, rho].
R_n^m(rho) 的其他闭合形式包括
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(5)
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对于 奇数且
,其中
是 伽玛函数,
是 超几何函数。这也可以用 雅可比多项式
表示为
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(6)
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前几个非零径向多项式为
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(7)
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(10)
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(11)
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(14)
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(15)
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(Born 和 Wolf 1989, p. 465)。
径向函数满足正交关系
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(16)
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其中 是 克罗内克 delta,并且与第一类 贝塞尔函数相关,关系如下
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(17)
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(Born 和 Wolf 1989, p. 466)。径向泽尼克多项式具有生成函数
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(18)
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(更正了 Born 和 Wolf 的排版错误) 并且被归一化,使得
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(19)
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(Born 和 Wolf 1989, p. 465)。
泽尼克多项式也满足递推关系
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(20)
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(Prata 和 Rusch 1989)。任意径向函数 按照泽尼克多项式展开的系数
和
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(21)
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由下式给出
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(22)
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其中
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(23)
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设“初级”像差由下式给出
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(24)
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其中 ,并且
是 复共轭
,定义
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(25)
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得到
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(26)
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然后,初级像差的类型在下表中给出(Born 和 Wolf 1989, p. 470)。
| 像差 | |||||
| 球差 | 0 | 4 | 0 | ||
| 彗差 | 0 | 3 | 1 | ||
| 像散 | 0 | 2 | 2 | ||
| 场曲 | 1 | 2 | 0 | ||
| 畸变 | 1 | 1 | 1 |