简述几何光学成像系统中最重要的两条线

学几何光学的时候，手工绘制光路图可能是每个人都必须经历的事情。对于一个成像系统来说，要说最重要的线，那一定是主光线和边缘光线这两条。它们基本上定义了这个成像系统的基础。无论是该系统的一阶光学性能，还是系统的像差，都跟这两条线息息相关。

主光线（chief ray）是从物体的一个偏离光轴的点发出，并且经过光学系统孔径光阑的中心的光线。主光线代表着从物体某一点发出的光束的中心线。

缘光线（marginal ray）是从物体的光轴上的点（也就是物体中心）出发，通过孔径光阑的边缘，最终在成像面上形成物体中心的点的光线。它代表了从物体中心点发出的光束的最边缘的光线。

记得当初在学校学习的时候，老师会在光学系统中定义出这两种光线，让我们手工绘图绘出该系统的入瞳位置和孔径，以及出瞳位置和孔径。当时我就觉得这两种光线很不简单，后面在学习像差理论的时候，发现几乎每个像差都好像与这两条线息息相关。

主光线定义了系统的入瞳和出瞳位置，决定了视角和CRA；边缘光线定义了系统的入瞳和出瞳的口径，决定了系统的进光量。主光线和边缘光线对应了系统的h和y,它们以单独或组合的方式称为了不同像差的函数变量，因此系统所有的单波段像差都跟这两条光线息息相关。

球差是以h为变量的函数，慧差、像散、场曲是h,y双变量的函数；畸变是以y为变量的函数。理解了这点，我们在后面看各种像差数据的图表时，就能很轻松的看明白图表中变量和像差之间的对应关系。光学系统中研究的各种近轴也是忽略了y而单独考虑h的情况，各种细光束是单独考虑y而忽略了h的情况。

如果我们再联系一下拉赫不变量nuy=n’u’y’，这个光学能量守恒公式中的u和u’是物方和像方的孔径角，它由边缘光线来决定；y和y’是物方和像方的尺寸，它由主光线来决定。这两个参数的对应也就是系统中主光线和边缘光线的物像对应。综上所述，在几何光学成像系统中，充分理解这两条光线的意义是非常重要的事情。

以上内容均是根据自己的理解写的一点感想，可能很多地方表述不严谨，但如果对正在尝试理解几何光学中一些概念能起到一点点帮助，我们还是很开心的。

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