Что такое оптическая линза Френеля

Френельная линза уменьшает количество необходимого материала по сравнению с обычной линзой, деляя линзу на набор концентрических кольцевых срезов. Идеальная линза Френеля будет иметь бесконечное количество секций. В каждом разделе общая толщина уменьшается по сравнению с эквивалентным простым объективом. Это эффективно делит непрерывную поверхность стандартной линзы на набор поверхностей одной и той же кривизны, с поэтапными разрывами между ними.

В некоторых объективах изогнутые поверхности заменяются плоскими поверхностями, с различным углом в каждой секции. Такая линза может рассматриваться как множество призмов, расположенных круглым образом, с более крутыми призмами по краям и плоским или слегка выпуклым центром. В первых (и крупнейших) линзах Френеля каждый раздел был на самом деле отдельной призмой. Позже были произведены линзы «одно часы», используемые для автомобильных фаров, тормоза, парковки и линз поворота и так далее. В наше время для производства более сложных линз может использоваться фрезерное оборудование, контролируемое компьютером (CNC) или 3-D принтеры.

Конструкция линзы Френеля обеспечивает существенное снижение толщины (и, следовательно, массы и объема материала), за счет снижения качества визуализации линзы, поэтому точные приложения для визуализации, такие как фотография, обычно по -прежнему используют более крупные обычные линзы.

Френельные линзы обычно изготовлены из стекла или пластика; Их размер варьируется от больших (старые исторические маяки, размер измерителей) до среднего (учебные средства, виды OHP Графические проекторы) до малых (экраны камеры TLR/SLR, микрооптика). Во многих случаях они очень тонкие и плоские, почти гибкие, с толщиной в диапазоне от 1 до 5 мм (от 1,32 до 3 ~ 16 дюймов).

Большинство современных линз Френеля состоят только из рефракционных элементов. Однако линзы маяка, как правило, включают как преломляющие, так и отражающие элементы, при этом последнее является за пределами металлических колец, которые можно увидеть на фотографиях. В то время как внутренние элементы представляют собой участки рефракционных линз, внешние элементы отражают призмы, каждая из которых выполняет две рефракции и одно общее внутреннее отражение, избегая потери света, которая возникает в отражении от укрытого зеркала.

Приложение

Визуализация

Пластиковая линза Fresnel, продаваемое в виде устройства для увеличения телевизора

Линза Френеля, используемая в портативном телевизоре CRT Sinclair FTV1, который увеличивает только вертикальный аспект дисплея.

Френельные линзы используются в качестве простых ручных увеличений. Они также используются для исправления нескольких визуальных расстройств, включая расстройства мощности глазной мотильности, такие как Strabismus. [14] Линзы Френеля использовались для увеличения визуального размера ЭЛТ -дисплеев в карманных телевизорах, в частности, Sinclair TV80. Они также используются в светофоре.

Линзы Френеля используются в европейских грузовиках с левым приводом, въезжающими на Великобританию и Ирландию (и наоборот, ирландские и британские грузовики правой рукой, въезжающие в материковую Европу), чтобы преодолеть слепые места, вызванные водителем, управляющим грузовиком. Сидя на неправильной стороне кабины по сравнению с стороной дороги, на которой находится машина. Они прикрепляются к окну пассажира.

Другое автомобильное применение линзы Френеля-это усилитель заднего вида, так как широкий угол обзора объектива, прикрепленный к заднему окну зеркало только.

Многофокальные линзы Френеля также используются как часть камер идентификации сетчатки, где они предоставляют несколько изображений в и вне фокусировки цели фиксации внутри камеры. Практически для всех пользователей, по крайней мере, одно из изображений будет сосредоточено, что позволяет правильно выравнивать глаза.

Линзы Френеля также использовались в области популярных развлечений. Британский рок -художник Питер Габриэль использовал их в своих ранних сольных живых выступлениях, чтобы увеличить размер его головы, в отличие от остальной части его тела, для драматического и комического эффекта. В фильме Терри Гиллиама в Бразилии пластиковые экраны Френнеля якобы якобы в виде увеличения для небольших мониторов ЭЛТ, используемых в офисах Министерства информации. Тем не менее, они иногда появляются между актерами и камерой, искажая масштаб и состав сцены с юмористическим эффектом. В фильме Pixar Wall-E есть объектив Френеля в сценах, где главный герой смотрит музыкальный Hello, Dolly! Увеличено на iPod.

Фотография

Canon и Nikon использовали линзы Френеля, чтобы уменьшить размер телеобъектива. Фотографические линзы, которые включают элементы Френеля, могут быть намного короче, чем соответствующая обычная конструкция линз. Никон называет фазу технологии Френел.

Камера Polaroid SX-70 использовала отражатель Френеля в рамках своей системы просмотра.

Камеры View и большие форматы могут использовать линзу Френеля в сочетании с основным стеклом, чтобы увеличить воспринимаемую яркость изображения, проецируемого объективом на грунтовое стекло, помогая таким образом приспособлять фокус и состав.

Освещение

Объектив маяка и механизм привода

Высококачественные стеклянные линзы Френеля использовались в маяках, где они считались состоянием искусства в конце 19-го и в середине 20-го веков; Большинство маяков в настоящее время вышли на пенсию стеклянные линзы френана от обслуживания и заменили их гораздо менее дорогими и более долговечными аэробиаконами, которые сами часто содержат пластиковые линзы френнеля. и под центральным планарным Френелем, чтобы поймать весь свет, испускаемый из источника света. Световой путь через эти элементы может включать внутреннее отражение, а не простое преломление в плоском элементе Френеля. Эти линзы давали много практических преимуществ для дизайнеров, строителей и пользователей маяков и их освещения. Среди прочего, небольшие линзы могут вписаться в более компактные пространства. Большая световая передача на более длительные расстояния и различные схемы позволила триангулировать положение. [Требуется цитата]

Возможно, наиболее распространенное использование линз Френеля на какое-то время произошло в автомобильных фарах, где они могут формировать примерно параллельный луч от параболического отражателя для удовлетворения требований для окунутых и основных шаблонов, часто оба в одном и том же целе (таковой как европейский дизайн H4). По причинам экономики, веса и воздействия устойчивости новые автомобили отказались от линз стеклянного френнала, используя многогранные отражатели с простыми поликарбонатными линзами. Тем не менее, линзы Френеля продолжают широко использоваться в автомобильном хвосте, маркере и обратном огне.

Стеклянные линзы также используются в осветительных инструментах для театральных и кинофильмов (см. Fresnel Lantern); Такие инструменты часто называют просто свежими. Весь инструмент состоит из металлического корпуса, отражателя, ламп в сборе и линзы Френеля. Многие инструменты Френеля позволяют перемещать лампу по сравнению с фокусной точкой объектива, увеличить или уменьшить размер светового луча. В результате они очень гибкие и часто могут производить луч, до 7 ° или шириной 70 ° . Линза Френеля производит лучу с очень мягкими краями, поэтому часто используется в качестве света. Держатель перед объективом может удерживать цветную пластиковую пленку (гель), чтобы отточить световые или проволочные экраны или замороженный пластик, чтобы рассеиваться. Френельная линза полезна при изготовлении кинофильмов не только из -за его способности фокусировать луч ярче, чем типичная линза, но и потому, что свет является относительно последовательной интенсивностью по всей ширине луча света.

Система оптической посадки на авиаперевозчике ВМС США USS Дуайт Д. Эйзенхауэр

Авианосцы и военно -морские воздушные станции обычно используют линзы Френеля в своих системах оптических посадков. «Фрикадельки» освещает пилота в поддержании правильного скользящего склона для посадки. В центре янтарные и красные огни, состоящие из линз Френеля. Хотя свет всегда включен, угол линзы с точки зрения пилота определяет цвет и положение видимого света. Если огни появляются над зеленым горизонтальным стержнем, пилот слишком высок. Если это ниже, пилот слишком низкий, и если свет красных, пилот очень низкий.

Проекция

Использование линз Френеля для проекции изображения снижает качество изображения, поэтому они имеют тенденцию возникать только там, где качество не имеет критического или где основная часть твердой линзы будет непомерно высокой. Дешевые линзы Френеля могут быть отпечатаны или формированы прозрачного пластика и используются в накладных проекторах и проекторах.

Френельные линзы различных фокусных расстояний (один коллиматор и один коллекционер) используются в коммерческих и DIY проекции. Коллиматорная линза имеет более низкое фокусное расстояние и расположена ближе к источнику света, а коллекторная линза, которая фокусирует свет в триплет -линзу, помещается после проекционного изображения (активная ЖК -панель Matrix в LCD -проекторах). Френельные линзы также используются в качестве коллиматоров в накладных проекторах.

Солнечная энергия

Поскольку пластиковые линзы Fresnel могут быть сделаны больше, чем стеклянные линзы, а также намного дешевле и легче, они используются для концентрации солнечного света для нагрева в солнечных плитах, в солнечных кулинах и в солнечных коллекторах, используемых для нагрева воды для домашнего использования. Они также могут быть использованы для создания пар или для питания двигателя Стирлинга.

Френельные линзы могут сконцентрировать солнечный свет на солнечные элементы с соотношением почти 500: 1. [19] Это позволяет снизить активную поверхность солнечной клеток, снижать стоимость и позволяя использовать более эффективные ячейки, которые в противном случае были бы слишком дорогими. В начале 21 -го века отражатели Френеля начали использоваться при концентрации растений солнечной энергии (CSP) для концентрации солнечной энергии.

Линзы Френеля могут использоваться для спекания песка, позволяя 3D -печать в стекле.