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畸變系統(tǒng)的一般像差理論(一)-費馬原理和漢密爾頓的特征函數(shù)

發(fā)布時間:2023-03-28 09:47:51 瀏覽量:3063 作者:Alex

摘要

我們之前構(gòu)造了一個畸變成像系統(tǒng)的理想(一階)圖像模型滥朱,該模型解釋了圖像的主要特征。此次我們將建立偏離理想行為的像差函數(shù)力试,從而解釋細(xì)節(jié)徙邻。這種偏離可以通過依賴于孔徑(stop)和視場(物體)變量的函數(shù)來描述。

正文


畸變系統(tǒng)的一般像差理論(一)-費馬原理和漢密爾頓的特征函數(shù)


我們將像差函數(shù)寫成冪級數(shù)展開形式,并表明在一個畸變系統(tǒng)中有16種主要的像差類型。我們還將證明畸變主波誤差和光線誤差之間的聯(lián)系民鼓。本次主要介紹介紹費馬原理和漢密爾頓的特征函數(shù)薇芝。


費馬原理是幾何光學(xué)的基本定律之一,它指出:光線從點P傳播到點P '必須穿過一條光程長度丰嘉,該光程長度相對于路徑的變化是靜止的夯到。根據(jù)費馬原理,我們可以得出一個重要的結(jié)論:對于光學(xué)系統(tǒng)中任意兩個非共軛點P和P '饮亏,都有且只有一條光線通過這兩點耍贾。如果P和P '是共軛點,這個結(jié)論是無效的路幸,因為所有穿過共軛點的光線都具有相同的光程長度荐开。


這一結(jié)論的理論重要性在于,對于任何來自物體平面上的一點并經(jīng)過系統(tǒng)光闌面上的一點的光線简肴,這條光線將完全由這兩點定義晃听,因此這條光線的每一個參數(shù)都可以寫成物體和光闌坐標(biāo)的函數(shù),并可以利用這四個變量進一步表示為冪級數(shù)展開砰识。


現(xiàn)在讓我們假設(shè)P(x 能扒,y ,z)和P ' ( x'辫狼, y'初斑, z')是變形光學(xué)系統(tǒng)中的任意兩個非共軛點。我們知道有一條光線穿過這兩點膨处。根據(jù)漢密爾頓的特征函數(shù)理論见秤,我們知道漢密爾頓點特征函數(shù)V被定義為沿著這條射線從P到P '的光程長度,可以寫成



這個函數(shù)有很大的理論價值灵迫,因為這條光線的方向余弦完全由它通過下列關(guān)系決定



這里n'是點P '所在空間的折射率秦叛。


相關(guān)文獻(xiàn):

《幾何光學(xué) 像差 光學(xué)設(shè)計》(第三版)——李曉彤 岑兆豐


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