凹面镜成像

一个凹面镜的图解，显示出焦点、焦距、曲率中心、主轴等等。凹面镜或汇聚镜会将反射的光线像内偏折（永远朝像入射光源）。不同于凸面镜，凹面镜会因为物体与镜面本身距离的不同，而呈现不同的影像。

凹面镜由于是反射成像，不会出现色差，这是任何透镜成像所不能比拟的优势。望远镜的分辨率和物镜的通光口径成正比，而大口径的透镜的制造是极其困难的，利用反射原理制造的凹面镜则易于制造得多。因此，凹面镜常用于制作望远镜。

当物距小于焦距时成正立、放大的虚像，物体离镜面越近，像越小。当物距等于一倍焦距时不成像，当物距在一二倍焦距之间时成倒立放大的实像，物体离镜面越远，像越小。当物距等于二倍焦距时成等大倒立的实像。当物距大于2倍焦距时，成倒立、缩小的实像，物体离镜面越远，像越小。成的实像与物体在同侧，成的虚像与物体在异侧。

S：表示物体与镜面的距离。F：表示曲面镜的焦距。	所得影像	示意图
S < F（物体在焦点与镜面之间）	1）虚像2）正像3）放大（比实物大）	S 〈 F
S = F（物体在焦点上）	1）反射的光线是彼此互相平行不会交会，因此无法成像。2）当S无限接近于F时，影像的位置越接近无限处。而且所得影像可以是实像或者是虚像；可以是正像也可以是反像。这取决于物体靠近焦点的方向到底是从焦点的上方还是下方	S = F
F < S < 2F（物体在焦点与曲率之间）	1）实像2）倒置（垂直于主轴）3）放大（比实物大）	F 〈 S 〈 2F
S = 2F（物体在曲率上）	1）实像2）倒置（垂直于主轴）3）一样大小4）影像形成在曲率上	S = 2F
S > 2F（物体超过了曲率）	1）实像2）倒置（垂直于主轴）3）缩小（比物体小）4）当S增加，影像逐渐靠近焦点5）当S接近于无穷大时，影像的大小趋向于0，位置无限靠近焦点；	S 〉 2F

多数的曲面镜都是球面的外观，因为这是最容易制作，也是最通用的形状。但是球面镜易产生球面像差，平行的光线反射后不能汇聚在单一的焦点上。平行的光线，例如来自非常遥远目标的光，使用抛物面镜可以获得更好的效果，因为抛物面镜汇聚的光点比球面镜的更小。所以我们在研究凹面镜成像时，大多是研究近轴光线，此时可将凹面镜焦点视为球心与中心（光心）连线的中点处。

在数学的论述下，平轴近似，意味着以下的第一近似是将球面反射镜当成抛物面反射镜。一个球面的凹面反射镜的球面反射镜的光矩阵显示如下： C是矩阵的元素，此处 f是光学设计上的焦点。

方块1和方块3的特性是角度的和是π（180°），方块2显示Maclaurin系列第一阶的弧长为。凸球面镜导出的光矩阵和薄透镜是非常相似的。