幾何光學(xué)基本概念和規(guī)律

幾何光學(xué)也是色差儀研發(fā)重要理論依據(jù)之一，使用過(guò)色差儀的人知道，色差儀的幾何光學(xué)結(jié)構(gòu)直接決定了儀器的測(cè)量和分析結(jié)果。所以學(xué)習(xí)幾何光學(xué)知識(shí)對(duì)料及色差儀的測(cè)量原理和分析理論是很有幫助的。

幾何光學(xué)的基本定義 

光源：發(fā)光的物體。光源一般情況下分為兩大類，一類是點(diǎn)光源，另一類是擴(kuò)展光源。點(diǎn)光源是一種理想模型，擴(kuò)展光源可看成無(wú)數(shù)點(diǎn)光源的集合。 

光線：表示光傳播方向的幾何線。 

光束：通過(guò)一定面積的一束光線。它是經(jīng)過(guò)一定截面光線的集合。

光速：光傳播的速度。光在真空中速度最大。恒為C=3×108m/s。

丹麥天文學(xué)家羅默第一次利用天體間的大距離測(cè)出了光速。法國(guó)人裴索第一次在地面上用旋轉(zhuǎn)齒輪法測(cè)出了光速。 

實(shí)像：光源發(fā)出的光線經(jīng)光學(xué)器件后，由實(shí)際光線形成的。

虛像：光源發(fā)出的光線經(jīng)光學(xué)器件后，由實(shí)際光線的延長(zhǎng)線形成的。 

本影：光直線傳播時(shí)，物體后完全照射不到光的暗區(qū)。 

半影：光直線傳播時(shí)，物體后有部分光可以照射到的半明半暗區(qū)域。 

幾何光學(xué)的基本規(guī)律  

（1）光的直線傳播規(guī)律：光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播。小孔成像、影的形成、日食、月食等都是光沿直線傳播的例證。這也是色差儀檢測(cè)物體的基本理論之一。 

（2）光的獨(dú)立傳播規(guī)律：光在傳播時(shí)雖屢屢相交，但互不擾亂，保持各自的規(guī)律繼續(xù)傳播。

（3）光的反射定律：反射線、入射線、法線共面；反射線與入射線分布于法線兩側(cè)；反射角等于入射角。  

（4）光的折射定律：折射線、入射線、法線共面，折射線和入射線分布于法線兩側(cè)；對(duì)確定的兩種介質(zhì)，入射角（i）的正弦和折射角（r）的正弦之比是一個(gè)常數(shù)。介質(zhì)的折射率 n=sini/sinr=c/v。全反射條件①光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；②入射角大于臨界角A，sinA=1/n。 

（5）光路可逆原理：光線逆著反射線或折射線方向入射，將沿著原來(lái)的入射線方向反射或折射。 

色差儀是模擬人眼觀察物體的方式來(lái)檢測(cè)產(chǎn)品表面的顏色，儀器本身有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)光點(diǎn)也就是上面說(shuō)的光源，經(jīng)過(guò)空氣均勻介質(zhì)傳播照射到物體上然后在有物體反射折射回到儀器內(nèi)部的接收器上，形成一個(gè)固定的幾何光路，內(nèi)部的分析器件再根據(jù)光的折射反射定律分析給出色彩信息。

常用光學(xué)器件及其光學(xué)特性  

（1）平面鏡：這是常見(jiàn)的光學(xué)器件，可以生活中隨處可見(jiàn)，點(diǎn)光源發(fā)出的同心發(fā)散光束，經(jīng)平面鏡反射后，得到的也是同心發(fā)散光束。經(jīng)過(guò)這種方式可以在鏡后形成等大的、正立的虛像，像與物對(duì)鏡面對(duì)稱。

（2）球面鏡： 球面鏡又分為凹面鏡和凸面鏡兩種，凹面鏡有聚光的作用，凸面鏡有散光的作用。 

（3）棱鏡：光密煤質(zhì)的棱鏡放在光疏煤質(zhì)的環(huán)境中，入射到棱鏡側(cè)面的光經(jīng)棱鏡后向底面偏折。隔著棱鏡看到物體的像向頂角偏移。 棱鏡的色散作用：復(fù)色光通過(guò)三棱鏡被分解成單色光的現(xiàn)象。 

（4）透鏡：在光疏介質(zhì)的環(huán)境中放置有光密介質(zhì)的透鏡時(shí)，凸透鏡對(duì)光線有會(huì)聚作用，凹透鏡對(duì)光線有發(fā)散作用。 常見(jiàn)的凹透鏡就是近視眼鏡，常見(jiàn)的凸透鏡是老花鏡。

透鏡成像作圖：利用三條特殊光線。成像規(guī)律1/u+1/v=1/f。線放大率m=像長(zhǎng)/物長(zhǎng)=|v|/u。說(shuō)明①成像公式的符號(hào)法則——凸透鏡焦距f取正，凹透鏡焦距f取負(fù)；實(shí)像像距v取正，虛像像距v取負(fù)。②線放大率與焦距和物距有關(guān)。 

（5）平行透明板光線經(jīng)平行透明板時(shí)發(fā)生平行移動(dòng)（側(cè)移）。側(cè)移的大小與入射角、透明板厚度、折射率有關(guān)。

重要研究方法   

1．作圖鋒幾何光學(xué)離不開(kāi)光路圖

利用作圖法可以直觀地反映光線的傳播，方便地確定像的位置、大小、倒正、虛實(shí)以及成像區(qū)域或觀察范圍等．把它與公式法結(jié)合起來(lái)，可以互相補(bǔ)充、互相驗(yàn)證。   

2．光路追蹤法 

用作圖法研究光的傳播和成像問(wèn)題時(shí)，抓住物點(diǎn)上發(fā)出的某條光線為研究對(duì)象。不斷追蹤下去的方法．尤其適合于研究組合光具成多重保的情況。

3．光路可逆法

在幾何光學(xué)中，一所有的光路都是可逆的，利用光路可逆原理在作圖和計(jì)算上往在都會(huì)帶來(lái)方便。