Optisk sfærisk speil: en introduksjon

Optisk sfærisk speil er grunnleggende elementer innen optikk.  De er optiske elementer som reflekterer lys og har form av et stykke kuttet ut av en sfærisk overflate, med ryggen som typisk er plano.  De er mye brukt i forskjellige tekniske OEM -synlige eller IR -applikasjoner, inkludert forsvars- og sikkerhets-, medisinsk- og landbruksteknologier og miljøovervåkning.

Typer optiske sfæriske speil

Konkave sfæriske speil: Den reflekterende overflaten av konkave sfæriske speil kurver innover.  De konvergerer speil, ideelle for å fokusere lys.  De forstørrer objekter som er nær dem og har en positiv brennvidde.  Kurvaturens radius er også positiv, som er avstanden mellom speilet og midten av sfæren som den ble dannet fra.

Konvekse sfæriske speil: Konvekse sfæriske speil gjør at gjenstander ser mindre ut.  Disse speilene brukes til å utvide et bildesystems synsfelt.  De har negative brennvidder, noe som betyr at fokuset ligger bak speilet, og krumningsradiusen er også negativ.  Bildet som er dannet av et konveks speil er virtuelt siden lysstrålene faktisk ikke passerer gjennom det punktet de ser ut til å stamme fra.  For et konveks speil, jo kortere brennvidde, jo bredere synsfelt.

Terminologi relatert til optiske sfæriske speil

Hovedaksen: Det er linjen som er normal (vinkelrett) til midten av speilet.

Vertex eller pol: Dette er det sentrale punktet der hovedaksen kommer inn i speilet.

Center of Curvature: Punktet på hovedaksen som er i samme avstand fra hvert punkt på speilet.  Det er også sentrum av overordnede sfære.

Kurvaturradius: Avstanden fra sentrum av krumningen til toppunktet.

Fokus eller fokuspunkt: For et konkav speil vil alle lysstråler som slår speilet parallelt og nær den viktigste aksen, reflekteres gjennom et punkt på hovedaksen, som er fokuset.  For et konveks speil er fokuset der strålene ser ut til å avvike fra.  Brennvidden er avstanden langs hovedaksen fra toppunktet til fokus og er alltid halvparten av krumningsradiusen for et enkelt sfærisk speil.

Bildedannelse i optiske sfæriske speil

I konkave speil: Når et objekt plasseres i forskjellige avstander fra et konkav speil, varierer naturen til det dannede bildet.  Det kan være ekte eller virtuell, forstørret eller redusert, avhengig av objektets avstand i forhold til fokuspunktet.

I konvekse speil: Konvekse speil danner alltid virtuelle, reduserte og stående bilder uavhengig av objektets posisjon.

Bruksområder av optiske sfæriske speil

Konkave speil: De brukes ofte i astronomiske teleskoper, noe som gjenspeiler teleskoper og frontlykter.  De er også ansatt i solovner og barberingsspeil på grunn av deres evne til å konvergere lys og danne klare bilder.

Konvekse speil: Med sitt brede synsfelt, er konvekse speil essensielle i kjøretøyets bakre speil, sikkerhetsspeil i butikker, og som en del av gatekryssespeilene for trafikksikkerhet.

Utfordringer og begrensninger av optiske sfæriske speil

En betydelig sak er sfærisk avvik.  Dette skjer når stråler langt fra hovedaksen ikke konvergerer på samme punkt, noe som fører til et uskarpt bilde.  Avanserte teknologier, som parabolske speil, brukes noen ganger i noen applikasjoner for å overvinne denne begrensningen.