OpticStudio中的近轴光线追迹

第三个前提假设是，光线入射角的正切值近似为入射角本身。这一假设的作用看起来并不明显，但更加基础。试想一根近轴光线追迹在两个平面间追迹，如下图所示。光线在前一个表面有一个初始入射高度Y，并且在Y和Z方向的方向余弦为(m,n)，则对正切函数进行tan(q)=q的近轴近似后，光线在下一表面上的高度Y’可以表示为：

近轴光线的斜率(正切值)就是光线的入射角，这也是容易忽略的一点。

近轴光学对光线追迹的计算进行了大量简化，但如果我们不考虑计算工具的辅助，直接使用近轴计算的结果，在一定情况下就会产生错误。这是因为近轴光学计算只限于旋转对称的球面透镜系统，在计算每个面的光焦度时只计算表面顶点处的光焦度，并将其等效为整个表面上的光焦度。当这些条件不成立时，我们需要使用更加通用的傍轴光线进行计算。

什么是傍轴光线

傍轴光线是与主光线存在非常小夹角的实际光线。这些光线在计算时采用Snell定律的展开式的全部项，因此它们是“真实”的。这些光线入射到实际的弯曲表面而不是等效光焦度的平面，并且在光线追迹中不使用近似计算。

傍轴光线由于不采用近似计算，因此可以更好的描述当前系统在孔径趋近于零时的成像效果。实际上，傍轴光线在计算时表面可以倾斜和偏心，也可以考虑非旋转对称的系统、衍射表面和梯度折射率表面等等。

许多分析在计算过程中都需要近轴参考来对实际光线进行比较。为了确保这些功能正确计算，特别是当一阶光学参数不能很好的描述系统的时候，OpticStudio会使用傍轴光线来计算当前系统在孔径趋近于零时的表现。