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变折射率介质中光线追迹通用算法的研究.doc


文档分类:通信/电子 | 页数:约16页 举报非法文档有奖
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第25卷第5期2005年5月光学学报ACTAOPTICASINICA ,,2005文章编号:025322239(200505258924变折射率介质中光线追迹通用算法的研究3黄战华程红飞蔡怀宇赵海山张尹馨(天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术科学教育部重点实验室,天津300072摘要: 基于几何光学的光线折射和反射原理提出了变折射率介质中的光线追迹算法,给出了在光线追迹过程中进行递推的反射光线和折射光线的方向余弦方程;解决了空间中法线的确定和光线回转等问题。最后通过对多种不同的存在解析解的特殊折射率分布的数值解值和解析解值的比较,验证了算法的正确性,并且讨论了应用算法时应该注意的问题和算法中还有待解决的问题。该算法不但具有广泛的适用性,基本不受折射率分布的制约,而且其数值解精度达10-5。该算法在变折射率介质的光学设计和空间成像补偿等方面有着广阔的应用前景。关键词: 几何光学;折射率;通用算法;光线追迹;方向余弦中图分类号: 文献标识码:A 3国家自然科学基金(60377001资助课题。作者简介:黄战华(1965~,男,天津大学教授,主要从事光学图像处理和模式识别、光电技术等方面的研究。E2mail:******@:2004208219;收到修改稿日期:2004211209AStudyonUniversalRayTracingAlgorithmintheMediumofVariableRefractiveIndexHuangZhanhua ChengHongfei CaiHuaiyu ZhaoHaishan ZhangYinxinKeyLaboratoryofOptoelectronicInformationTechnologicalScience,MinistryofEducation,CollegeofPrecisionInstrumentandOptoelectronicEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072Abstract: Analgorithmofraytracingbasedonlightrayrefractionandreflectioningeometricalopticsinthemedi2umofvariablerefractiveindexisproposedandarecursivedirection2cosineequationofreflectedlightandrefractivelightforraytracinginthemediumofvariablerefractiveindexiscarriedout,Inthealgorithm,someproblems,con2firmationofnormalline,lightturningetc.,,,butalsoitsnumericprecisionisabout10-,: geometricaloptics;refractiveindex;universalalgorithm;raytracing;directioncosine1 引言均匀折射率介质中的光线追迹是光学设计计算的主要手段。对于变折射率介质中的光线追迹研究才开始起步[1,2]。主要方法是先简化光线方程,再用数值方法求解。但是这种方法的适用范围狭窄。本文提出了一种光线追迹算法。该算法从几何光学的基本原理———折射和反射规律出发,导出光线的空间折射和反射方程,由此得到空间中光线的轨迹。该算法不受折射率分布的制约,对各种分布均能得到满意的数值解。可以应用在变折射率介质的光学系统设计上,也可以应用在变折射率空间成像补偿上。由于摄像距离、温度分布和大气成分的变化,空气不再均

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