Các gương này địi hỏi độ chính xác cao, quang sai thấp, sự ảnh hưởng của các lớp phủ bề mặt gương lên màu thực tế của mẫu thấp nên giá thành thường rất cao, từ $300 đến vài nghìn USD.
Đối với máy đo quang chế tạo nhỏ gọn sử dụng CMOS camera, do sử dụng cách tử truyền qua và detector thu kết quả là toàn bộ dải quang phổ nên sẽ chỉ cần tới một gương trực chuẩn. Tác dụng điều hướng của gương chủ yếu giúp cho thiết kế của máy nhỏ gọn hơn mà vẫn đáp ứng được điều kiện nguồn sáng xa vô cực.
1.2.4.1 Gƣơng cầu
Gương có bề mặt phản xạ hình cầu có khả năng tạo ảnh theo kiểu tương tự với thấu kính mỏng hoặc một bề mặt khúc xạ đơn giản, nhưng khơng có sắc sai thường đi kèm với độ tán sắc thấu kính. Vì lí do này nên đơi khi gương được dùng
thay cho thấu kính trong những quang cụ phức tạp, nhưng chúng không thể thay thế các ngun tố thấu kính hồn tồn bởi vì những quang sai khác của gương khó hiệu chỉnh hơn, nếu khơng nói là khơng thể. Mơ tả quang hình học của gương về mặt định lượng kém phức tạp hơn so với thấu kính, và cả hai có nhiều đặc trưng chung. Gương cầu có bán kính cong hồn tồn xác định kéo dài từ tâm của hình cầu và tạo một góc vng với mỗi điểm trên bề mặt. Ngồi ra, đường thẳng vẽ từ điểm chính giữa của bề mặt cầu đi qua tâm cầu được định nghĩa là trục chính hay trục quang học của gương.[4]
Trong trường hợp các tia bên trục tới trên bề mặt gương cầu (truyền song song với trục chính), tất cả tia phản xạ (hoặc phần kéo dài của chúng) sẽ hội tụ tại một tiêu điểm chung, nằm phía trước hoặc phía sau gương. Khoảng cách giữa tiêu điểm và mặt gương gọi là tiêu cự của gương. Để duy trì tính đồng nhất với thuật ngữ dùng cho thấu kính, tiêu cự của gương lõm có giá trị dương, cịn tiêu cự của gương lồi có giá trị âm. Như vậy, gương làm hội tụ các tia sáng có tiêu cự dương (tương tự với thấu kính), và gương làm phân kì các tia sáng có tiêu cự âm. Cũng tuân theo những thuật ngữ dùng cho thấu kính, mặt phẳng ngang cắt qua tiêu điểm được gọi là tiêu diện, và các tia song song phản xạ ở một góc bất kì so với trục chính sẽ đồng quy tại một số tiêu điểm nằm trên tiêu diện.
Vị trí ảnh tạo ra bởi gương cầu có thể xác định bằng thực nghiệm, bằng hình vẽ, hoặc bằng cách áp dụng cơng thức hình học. Kĩ thuật hình vẽ hay kĩ thuật đường đi tia sáng miêu tả một phương pháp dễ dàng và thơng dụng để xác định vị trí ảnh hình thành bởi gương. [4]
Khi xem xét kĩ thuật đường đi tia sáng qua gương, một tia sáng rời vật song song với trục chính bị phản xạ qua tiêu điểm, và tia ngoài trục truyền qua tiêu điểm chính bị phản xạ song song với trục chính. Ngồi ra, tia chạm tới đỉnh gương bị phản xạ theo hướng hợp với trục chính một góc bằng với góc tới (khơng minh họa), và tia truyền qua tâm cong bị phản xạ trở lại như cũ. Như đã nói ở phần trên, chỉ cần hai tia chính để xác định các thơng số hình học của ảnh. Phương trình gương
nhận được bằng cách giải cơng thức thấu kính tương ứng và thực hiện một số giả định về chiết suất và độ dày. Phương trình cơ bản nhất được gọi là công thức gương và được cho bởi quan hệ sau:
1/d0 + 1/d1 = 1/f
Trong đó d0 là khoảng cách từ vật đến mặt gương, d1 là khoảng cách giữa ảnh và gương, và f là tiêu cự của gương. Tương tự như với thấu kính, tiêu cự là dương đối với gương hội tụ (lõm) và là âm đối với gương phân kì (lồi). Khi hợp nhất vào các hệ quang học, hình dạng cầu của gương lõm và lồi cho phép chúng hoạt động như thấu kính dương và âm (tương ứng).[4]
Kích thước của ảnh hình thành bởi gương cầu lồi phụ thuộc vào vị trí của vật tương quan với tiêu điểm gương, nhưng ảnh luôn luôn là ảo, cùng chiều và nhỏ hơn vật. Trái lại, một vật nằm phía ngồi tâm cong của gương cầu lõm tạo ra ảnh thực nằm giữa tiêu điểm và tâm cong. Khi vật di chuyển đến trùng với tâm cong, gương lõm tạo ra ảnh thực bằng kích thước với vật, nhưng ngược chiều. Di chuyển vật đến gần mặt gương hơn, vật tạo ra ảnh ngược chiều và lớn hơn nó. Tại điểm nằm chính giữa gương và tâm cong của nó (tiêu điểm của gương), các tia sáng từ vật bị phản xạ trở nên song song nhau và khơng có ảnh nào được hình thành (gương chứa đầy một vật mờ mờ không nhận ra được). Nếu vật tiến đến gần gương hơn nữa, giữa tiêu điểm và mặt gương, các tia phản xạ phân kì và tạo ra ảnh ảo, cùng chiều, lớn hơn vật. Cuối cùng, khi vật nằm ngay tại mặt gương, thì ảnh một lần nữa cùng kích thước với vật.
Đa số các thiết kế gương khơng có dạng cầu xử sự tương tự như các gương lồi và lõm đơn giản khi xét ánh sáng truyền qua vùng bên trục (gần trục chính). Trong thực tế, nhiều hình dạng gương về cơ bản có thể xem khơng khác mấy với gương cầu ở khía cạnh này. Tuy nhiên, khi xét các tia sáng truyền xa trục chính thì sự lệch bắt đầu xuất hiện và những mối quan hệ hình học mới, phức tạp hơn, tồn tại giữa vật, ảnh và các tiêu điểm. Ngoài ra, độ lớn và mức độ khắc nghiệt của sự
quang sai của gương này thường khác với gương kia, và hiện tượng này chắc chắn phải xảy ra khi thiết kế các hệ thống quang sử dụng những loại gương này.
1.2.4.2 Quang sai của gƣơng
Khi tia sáng bên trục bị phản xạ khỏi mặt gương cầu hoặc khơng cầu, thì ảnh tạo ra hội tụ rõ nét. Tuy nhiên, các tia sáng tập hợp từ tất cả các điểm phân bố trên vật và lệch nhiều khỏi trục chính thường tạo ra các tiêu điểm khác nhau (phụ thuộc vào hình dạng gương) có ngun nhân do một hiện tượng đã được ghi nhận kĩ lưỡng là sự quang sai. Hiện tượng này được minh họa trong hình 4 cho đa số các khuyết điểm phổ biến, sự quang sai cầu, trong đó các tia tới song song ở khoảng cách càng xa trục chính đem lại tiêu điểm càng gần mặt gương. Khi đặt một màn hứng nhỏ tại mặt phẳng tiêu bên trục và rời dời nó về phía gương, thì sẽ tìm được một điểm, nơi đó kích thước ảnh hội tụ đến nhỏ nhất. Vùng này được gọi là vòng sai lạc ít nhất.