概要
収角鏡 (Concave mirrors) とは,内側が曲がった反射面を持つ光学要素である.スプーン内部の形状に似ている.この独特の幾何学により 光を集中させることができます平行光線が円形鏡に当たると 焦点に収束し 鏡から物体の距離に応じて 現実か仮想の画像を形成しますこの鏡は様々な分野において重要な役割を果たします医療診断や 天文観測 エネルギー用途まで
基本 原則
円形鏡 は,反射 の 法 に 従い て 動作 し ます.光 が 鏡 の 表面 に 落ちる と,射出 の 角度 は 反射 の 角度 に 同い て い ます.曲げ た 形状 に よっ て,異なる 点 に 衝突 する 光線 が 異なる 方向 に 反射 する最終的には,単一の焦点に並行する線が収束します.
鍵 の 光学 法則
- 反射法射線,反射線,表面正規線は 同じ平面にあり 射線と反射の角度が等しい.
- ジオメトリック光学:イメージング特性は,幾何光学から射線追跡方法を用いて分析することができる.
テクニカルパラメータ
- 曲率の中心 (C):球状の鏡の幾何学的中心点
- 頂点 (V):鏡の中央点は 表面が主軸を交差する場所です
- 主軸:曲線の頂点と中心を通る直線です
- 焦点距離 (f):頂点から焦点までの距離,曲線の半径の半分に等しい (f = R/2)
- 曲線の半径 (R):球状表面の半径,頂点から曲率の中心まで測定する.
- 焦点 (F):線が反射した後に収束します
イメージング 特徴
鏡から物体の距離 (物体距離,u) は,サイズ,向き,現実を含む画像特性を決定する.画像距離 (v) は鏡から画像の位置を測定する.
数学的関係
基本的関係について説明します.
1/u + 1/v = 1/f
増幅 (M):画像の高さとオブジェクトの高さの比率
M = -v/u
ポジティブな値は垂直画像を示し,ネガティブな値は逆の画像を示します.絶対値は1以上で拡大を意味し,値が1以下では縮小を意味します.
画像 描写 シナリオ
- 無限距離 (u = ∞):画像は焦点 (v = f) で逆転した,縮小した実像として形成される.
- 曲線の中心を超えて (u > 2f):画像は焦点と中心 (f < v < 2f) の間を逆転した,縮小された実際の画像として形成する.
- 曲率の中心 (u = 2f) で:画像は中心に (v = 2f) 逆転した,同じサイズのリアル画像として形成される.
- 焦点と中心の間 (f < u < 2f):画像は中心 (v > 2f) を越えて逆転した,拡大された実際の画像として形成される.
- 焦点 (u = f) で:イメージ形式はない
- 内部焦点 (u < f):鏡の後ろに仮想イメージが 立体して拡大されたイメージとして形成されます
実践 的 な 応用
個人 的 な 介護
- シェービング ミラー:顔の細部を縮小して近距離拡大をします
- メイクアップミラー:顔の特徴の可視性を向上させ 精密な化粧を施します
医療 診断
- オフタルモスコップ:網膜の構造を調べます 光を目の内側に向けます
- 歯の鏡:コンパクトなデザインでは 隠された歯表面を口内検査できます
天文観測
反射望遠鏡:円形な主鏡を用いて天光を集めて焦点を当て,折りたたみの設計に優れている:
- ニュートン望遠鏡:パラボリック・プライマリ・ミラーとセカンド・フラット・ミラーを使用する.
- カセグライン望遠鏡:コンカブ・プライマリとコンベックス・セカンド・ミラーを組み合わせる.
- リチー・クリスチャン望遠鏡:光学異常を修正するために,ハイパーボリックミラーを使用します.
照明システム
- 自動車ヘッドライト:照明を最小限に抑えながら道路を照らすための光束を形作る.
- フォークライト:高強度の光線を集中して 遠隔視力を確保する
- 懐中電灯光源を方向光線に
エネルギー利用
- 太陽炉:太陽光を集中させ 工業プロセスで極端な温度を生成します
- ソーラーウォーターヒーター熱収集システムに太陽光線を集中させる
専門的な実施
- 衛星アンテナ:軌道送信機からの電磁信号を捉え 焦点を合わせる
- 電子顕微鏡:光鏡に似た電磁レンズを使用する.
- セキュリティスキャナー:脅威の検出のために視覚的な詳細を拡大します.
製造プロセス
- 基板の選択光学的に適した素材を 選んでください ガラスやクォーツや金属などです
- 粗末な磨き:粗末な材料を使って およそ曲率を形づける
- 精細磨き表面を徐々に細かく磨く
- 磨き:顕微鏡上の欠陥を排除して 光学的な明晰さを確保します
- コーティング:反射力を高めるため,反射性のある金属層 (アルミ,銀,金) を塗る.
- 品質確認:焦点精度や表面精度を含む光学パラメータを試験する.
オプティカル・アブラレーション
一般的な画像検査の不完全性には,以下が含まれます.
- 球状偏差中央と周辺鏡の領域の焦点が不均一である.
- コマ軸外歪みで 彗星のような画像が作られる
- アスティグマティズム方向性焦点の不一致
- フィールド曲率:非平面的な焦点表面
- 歪み:ジオメトリック画像の変形
緩和戦略にはパラボリック表面,矯正光学,マルチミラー構成が含まれます.
技術 的 な 進歩
- アダプティブ・オプティックダイナミックな表面変形は 大気の乱れを補償します
- フリーフォーム オプティクス複雑な表面幾何学により 先進的な偏差修正が可能になります
- メタマテリアル:設計された構造物では 異様な光学特性があります
- 統合光学システム:他の光学部品との小型化組み合わせ
光学技術が進歩するにつれ 凸の鏡は 科学研究や産業用応用や技術革新における 役割を拡大し続けています複数の学科にわたる永続的な価値を証明する.