几何光学基本概念和规律

几何光学也是色差仪研发重要理论依据之一，使用过色差仪的人知道，色差仪的几何光学结构直接决定了仪器的测量和分析结果。所以学习几何光学知识对料及色差仪的测量原理和分析理论是很有帮助的。

几何光学的基本定义 

光源：发光的物体。光源一般情况下分为两大类，一类是点光源，另一类是扩展光源。点光源是一种理想模型，扩展光源可看成无数点光源的集合。 

光线：表示光传播方向的几何线。 

光束：通过一定面积的一束光线。它是经过一定截面光线的集合。

光速：光传播的速度。光在真空中速度最大。恒为C=3×108m/s。

丹麦天文学家罗默第一次利用天体间的大距离测出了光速。法国人裴索第一次在地面上用旋转齿轮法测出了光速。 

实像：光源发出的光线经光学器件后，由实际光线形成的。

虚像：光源发出的光线经光学器件后，由实际光线的延长线形成的。 

本影：光直线传播时，物体后完全照射不到光的暗区。 

半影：光直线传播时，物体后有部分光可以照射到的半明半暗区域。 

几何光学的基本规律  

（1）光的直线传播规律：光在同一种均匀介质中沿直线传播。小孔成像、影的形成、日食、月食等都是光沿直线传播的例证。这也是色差仪检测物体的基本理论之一。 

（2）光的独立传播规律：光在传播时虽屡屡相交，但互不扰乱，保持各自的规律继续传播。

（3）光的反射定律：反射线、入射线、法线共面；反射线与入射线分布于法线两侧；反射角等于入射角。  

（4）光的折射定律：折射线、入射线、法线共面，折射线和入射线分布于法线两侧；对确定的两种介质，入射角（i）的正弦和折射角（r）的正弦之比是一个常数。介质的折射率 n=sini/sinr=c/v。全反射条件①光从光密介质射向光疏介质；②入射角大于临界角A，sinA=1/n。 

（5）光路可逆原理：光线逆着反射线或折射线方向入射，将沿着原来的入射线方向反射或折射。 

色差仪是模拟人眼观察物体的方式来检测产品表面的颜色，仪器本身有一个标准的发光点也就是上面说的光源，经过空气均匀介质传播照射到物体上然后在有物体反射折射回到仪器内部的接收器上，形成一个固定的几何光路，内部的分析器件再根据光的折射反射定律分析给出色彩信息。

常用光学器件及其光学特性  

（1）平面镜：这是常见的光学器件，可以生活中随处可见，点光源发出的同心发散光束，经平面镜反射后，得到的也是同心发散光束。经过这种方式可以在镜后形成等大的、正立的虚像，像与物对镜面对称。

（2）球面镜： 球面镜又分为凹面镜和凸面镜两种，凹面镜有聚光的作用，凸面镜有散光的作用。 

（3）棱镜：光密煤质的棱镜放在光疏煤质的环境中，入射到棱镜侧面的光经棱镜后向底面偏折。隔着棱镜看到物体的像向顶角偏移。 棱镜的色散作用：复色光通过三棱镜被分解成单色光的现象。 

（4）透镜：在光疏介质的环境中放置有光密介质的透镜时，凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜对光线有发散作用。 常见的凹透镜就是近视眼镜，常见的凸透镜是老花镜。

透镜成像作图：利用三条特殊光线。成像规律1/u+1/v=1/f。线放大率m=像长/物长=|v|/u。说明①成像公式的符号法则——凸透镜焦距f取正，凹透镜焦距f取负；实像像距v取正，虚像像距v取负。②线放大率与焦距和物距有关。 

（5）平行透明板光线经平行透明板时发生平行移动（侧移）。侧移的大小与入射角、透明板厚度、折射率有关。

重要研究方法   

1．作图锋几何光学离不开光路图

利用作图法可以直观地反映光线的传播，方便地确定像的位置、大小、倒正、虚实以及成像区域或观察范围等．把它与公式法结合起来，可以互相补充、互相验证。   

2．光路追踪法 

用作图法研究光的传播和成像问题时，抓住物点上发出的某条光线为研究对象。不断追踪下去的方法．尤其适合于研究组合光具成多重保的情况。

3．光路可逆法

在几何光学中，一所有的光路都是可逆的，利用光路可逆原理在作图和计算上往在都会带来方便。