Optischer kugelförmiger Spiegel: Eine Einführung

Optischer kugelförmiger Spiegel sind grundlegende Elemente in der Optik.  Es sind optische Elemente, die Licht widerspiegeln und die Form eines Stücks aus einer kugelförmigen Oberfläche herausgeschnitten haben, wobei der Rücken typischerweise Plano ist.  Sie werden in verschiedenen technischen OEM -sichtbaren oder IR -Anwendungen häufig eingesetzt, einschließlich Verteidigung und Sicherheit, medizinischer und landwirtschaftlicher Technologien sowie Umweltüberwachung.

Arten von optischen sphärischen Spiegeln

Konkave sphärische Spiegel: Die reflektierende Oberfläche der konkaven kugelförmigen Spiegel krümmt sich nach innen.  Sie sind konvergierende Spiegel, ideal für das Fokussieren von Licht.  Sie vergrößern Objekte, die ihnen nahe stehen, und haben eine positive Brennweite.  Der Krümmungsradius ist ebenfalls positiv, dh der Abstand zwischen dem Spiegel und der Mitte der Kugel, aus der sie gebildet wurde.

Konvexe kugelförmige Spiegel: Konvexe sphärische Spiegel lassen normalerweise Objekte kleiner aussehen.  Diese Spiegel werden zur Erweiterung des Sichtfelds eines Bildgebungssystems verwendet.  Sie haben negative Brennweiten, was bedeutet, dass sich der Fokus hinter dem Spiegel befindet, und der Krümmungsradius ist ebenfalls negativ.  Das von einem konvexe Spiegel gebildete Bild ist virtuell, da die Lichtstrahlen nicht durch den Punkt verlaufen, aus dem sie anscheinend stammen.  Für einen konvexen Spiegel, je kürzer die Brennweite, desto breiter das Sichtfeld.

Terminologie im Zusammenhang mit optischen sphärischen Spiegeln

Hauptachse: Es ist die Linie, die normal (senkrecht) in die Mitte des Spiegels ist.

Scheitelpunkt oder Pol: Dies ist der zentrale Punkt, an dem die Hauptachse in den Spiegel eintritt.

Krümmungszentrum: Der Punkt auf der Hauptachse, der den gleichen Abstand von jedem Punkt auf dem Spiegel ist.  Es ist auch die Mitte der übergeordneten Kugel.

Krümmungsradius: Der Abstand vom Krümmungszentrum zum Scheitelpunkt.

Fokus oder Schwerpunkt: Für einen konkaven Spiegel werden alle Lichtstrahlen, die den Spiegel parallel und in der Nähe seiner Hauptachse schlagen, durch einen Punkt auf der Hauptachse reflektiert, was im Fokus steht.  Bei einem konvexen Spiegel liegt der Fokus, wo die Strahlen zu abwehren scheinen.  Die Brennweite ist der Abstand entlang der Hauptachse vom Scheitelpunkt bis zum Fokus und ist immer halb der Krümmungsradius für einen einzelnen kugelförmigen Spiegel.

Bildbildung in optischen sphärischen Spiegeln

In konkaven Spiegeln: Wenn ein Objekt in unterschiedlichen Entfernungen von einem konkaven Spiegel platziert wird, variiert die Art des gebildeten Bildes.  Es kann real oder virtuell, vergrößert oder vermindert sein, abhängig von der Entfernung des Objekts relativ zum Brennpunkt.

In konvexen Spiegeln: Konvexe Spiegel bilden immer virtuelle, verminderte und aufrechte Bilder, unabhängig von der Position des Objekts.

Anwendungen optischer sphärischer Spiegel

Konkave Spiegel: Sie werden üblicherweise in astronomischen Teleskopen, die Teleskope und Fahrzeug -Scheinwerfer reflektieren, verwendet.  Sie werden auch in Solaröfen und Rasierspiegeln verwendet, da sie Licht konvergieren und klare Bilder bilden können.

Konvexe Spiegel: Mit ihrem breiten Sichtfeld sind konvexe Spiegel für Fahrzeug hinten unerlässlich - Blickspiegel, Sicherheitsspiegel in Geschäften und als Teil der Straßenkriminalitätspiegel für die Verkehrssicherheit.

Herausforderungen und Einschränkungen optischer kugelförmiger Spiegel

Ein wesentliches Problem ist die sphärische Aberration.  Dies tritt auf, wenn Strahlen weit entfernt von der Hauptachse nicht am selben Punkt konvergieren, was zu einem verschwommenen Bild führt.  Fortgeschrittene Technologien wie parabolische Spiegel werden manchmal in einigen Anwendungen verwendet, um diese Einschränkung zu überwinden.