Введение

Зеркало с изогнутой отражающей поверхностью. Поверхность может быть либо выпуклой (выпуклостью наружу), либо комочной (вглубь). Большинство изогнутых зеркал имеют поверхности, которые имеют форму части сферы, но иногда в оптических устройствах используются другие формы. Наиболее распространенным не сферическим типом являются параболические рефлекторы, которые можно найти в оптических устройствах, таких как отражающие телескопы, которые должны изображать удаленные объекты, поскольку сферические зеркальные системы, как и сферические линзы, страдают от сферической аберрации. Изображения, искажающие зеркала, используются для развлечений. У них выпуклые и комочные области, которые производят намеренно искаженные изображения. Они также обеспечивают высоко увеличенные или сильно уменьшенные (меньшие) изображения, когда объект помещается на определенном расстоянии.

Изображения из металла

Выпуклое зеркало или отклоняющееся зеркало - это изогнутое зеркало, в котором отражающая поверхность выпукло в сторону источника света. Выпуклые зеркала отражают свет наружу, поэтому они не используются для фокусировки света. Такие зеркала всегда образуют виртуальный образ, поскольку фокусная точка (F) и центр кривизны (2F) являются мнимыми точками "внутри" зеркала, которые невозможно достичь. В результате изображения, образуемые этими зеркалами, не могут быть проецированы на экран, так как изображение находится внутри зеркала. Изображение меньше объекта, но становится больше, когда объект приближается к зеркалу. Коллимированный (параллельный) луч света расходится (рассеивается) после отражения из выпуклого зеркала, поскольку нормальная поверхность отличается в каждом месте на зеркале.

Использование выпуклых зеркал

Зеркало со стороны пассажира на автомобиле обычно является выпуклое зеркало. В некоторых странах на них помечено предупреждение о безопасности "Объекты в зеркале ближе, чем кажутся", чтобы предупредить водителя о искажающем влиянии выпуклого зеркала на восприятие расстояния. Выпуклые зеркала предпочтительнее в транспортных средствах, потому что они дают вертикальное (не перевернутое), хотя и уменьшенное (меньшее) изображение, и потому что они обеспечивают более широкое поле зрения, поскольку они изогнуты наружу. Эти зеркала часто находятся в коридорах различных зданий (обычно известных как "зеркала безопасности коридора"), включая больницы, отели, школы, магазины и многоквартирные дома. Они обычно устанавливаются на стену или потолок, где коридоры пересекаются друг с другом или где они делают резкие повороты. Они полезны людям, чтобы они могли видеть препятствия, с которыми они столкнутся в следующем коридоре или после следующего поворота. Они также используются на дорогах, подъездных дорогах и переулках для обеспечения безопасности участников дорожного движения, где отсутствует видимость, особенно на поворотах и поворотах. Благодаря технологии 15-го века было легче сделать обычное изогнутое зеркало (из дуйного стекла), чем совершенно плоское. Они также были известны как "глаза банкиров" из-за того, что их широкое поле зрения было полезно для безопасности. Известные примеры в искусстве включают портрет Арнольфини Яна ван Эйка и левое крыло алтаря Верла Роберта Кампена.

Конкавные зеркала

Впадное зеркало или сходящееся зеркало имеет отражающую поверхность, которая вторгается внутрь (в сторону от падающего света). Втульные зеркала отражают свет внутрь в одну точку. Они используются для фокусировки света. В отличие от выпуклых зеркал, в комочных зеркалах изображение отличается в зависимости от расстояния между объектом и зеркалом. Зеркала называются "конвергирующими зеркалами", потому что они имеют тенденцию собирать падающий на них свет, перефокусируя параллельные поступающие лучи в направлении фокуса. Это связано с тем, что свет отражается под разными углами в разных точках на зеркале, поскольку нормальная поверхность зеркала отличается в каждом месте.

Использование конусных зеркал

В отражающих телескопах используются конусные зеркала. Они также используются для увеличения изображения лица при нанесении макияжа или бритье. В осветительных приложениях конусовые зеркала используются для сбора света из небольшого источника и направления его наружу в луч, как в факелах, фарх и прожекторах, или для сбора света из большой области и фокусирования его в небольшое место, как в концентрированной солнечной энергии. Втульные зеркала используются для формирования оптических полостей, которые важны в конструкции лазера. Некоторые зеркала для зубов используют конусную поверхность, чтобы получить увеличенное изображение. В зеркальной системе помощи при посадке на современных авианосцах также используется конусное зеркало.

Отражающая форма

Большинство извилистых зеркал имеют сферический профиль. Их проще всего сделать, и это лучшая форма для общего назначения. Однако сферические зеркала страдают от сферической аберрации: параллельные лучи, отраженные от таких зеркал, не фокусируются в одной точке. Для параллельных лучей, например, приходящих от очень далекого объекта, лучшим способом может быть использовано параболическое отражение. Такое зеркало может фокусировать поступающие параллельные лучи на гораздо меньшее место, чем сферическое зеркало. Тороидальный отражатель - это форма параболического отражателя, у которого разное фокусное расстояние в зависимости от угла зеркала.

Прослеживание лучей

Расположение и размер изображения также можно найти с помощью графического трассирования лучей, как показано на рисунках выше. Луч, притянутый от вершины объекта к вершине поверхности зеркала (там, где оптическая ось встречается со зеркалом), образует угол с оптической осью. Отраженный луч имеет тот же угол по отношению к оси, но на противоположной стороне (см. Спекулярное отражение). Второй луч может быть нарисован сверху объекта, параллельно оптической оси. Этот луч отражается зеркалом и проходит через его фокусную точку. Точка, в которой эти два луча встречаются, является точкой изображения, соответствующей верхней части объекта. Его расстояние от оптической оси определяет высоту изображения, а его расположение вдоль оси - это расположение изображения. Отражающее уравнение и уравнение увеличения можно получить геометрически, рассматривая эти два луча. Вместо этого можно рассматривать луч, который идет от вершины объекта через фокусную точку. Такой луч отражается параллельно оптической оси и также проходит через точку изображения, соответствующую верхней части объекта.

Матрица передачи лучей сферических зеркал

Математическая обработка выполняется под параксиальным приближением, что означает, что под первым приближением сферическое зеркало является параболическим отражателем. Здесь показана матрица лучей комочного сферического зеркала. Элементом матрицы является , где является фокусным пунктом оптического устройства. В ящиках 1 и 3 показано суммирование углов треугольника и сравнение с π радианами (или 180°). В поле 2 показаны ряды Маклаурина порядка 1. Произведения матриц лучей выпуклого сферического зеркала и тонкой линзы очень похожи.