Co to jest optyczna soczewka Fresnela

Soczewka Fresnela zmniejsza ilość wymaganego materiału w porównaniu do konwencjonalnego soczewki, dzieląc soczewkę na zestaw koncentrycznych pierścieniowych sekcji. Idealny obiektyw Fresnela miałby nieskończoną liczbę sekcji. W każdej sekcji ogólna grubość jest zmniejszona w porównaniu z równoważnym prostym soczewką. To skutecznie dzieli ciągłą powierzchnię standardowej soczewki na zestaw powierzchni tej samej krzywizny, przy stopniowych nieciągłości między nimi.

W niektórych obiektywach zakrzywione powierzchnie są zastępowane płaskimi powierzchniami, z innym kątem w każdym odcinku. Taki obiektyw można uznać za szereg pryzmatów ułożonych w okrągłym stylu, z bardziej stromymi pryzmatami na krawędziach i płaskim lub lekkim środkiem. W pierwszych (i największych) soczewkach Fresnela każda sekcja była w rzeczywistości osobnym pryzmatem. Później wyprodukowano soczewki „jednoczęściowe” Fresnela, używane do reflektorów samochodowych, hamulca, parkowania i obiektywu skrętu i tak dalej. W czasach współczesnych sterowane komputerowo urządzenia do mielenia (CNC) lub drukarki 3D mogą być wykorzystywane do produkcji bardziej złożonych soczewek.

Projektowanie soczewek Fresnela pozwala na znaczne zmniejszenie grubości (a tym samym masę i objętość materiału), kosztem zmniejszenia jakości obrazowania soczewki, dlatego precyzyjne zastosowania obrazowania, takie jak fotografia, zwykle używają większych konwencjonalnych soczewek.

Soczewki Fresnela są zwykle wykonane ze szkła lub plastiku; Ich rozmiar różni się od dużych (stare historyczne latarnie morskie, wielkość miernika) do średnie Projektory wykresowe) do małych (ekrany kamer TLR/SLR, mikrooptyka). W wielu przypadkach są one bardzo cienkie i płaskie, prawie elastyczne, z grubościami w zakresie od 1 do 5 mm (1 ⁄ 32 do 3⁄6 cali ).

Większość nowoczesnych soczewek Fresnela składa się tylko z elementów refrakcyjnych. Jednak soczewki latarni morskiej obejmują zarówno elementy załamania, jak i odbijające, te ostatnie znajdują się poza metalowymi pierścieniami widocznymi na zdjęciach. Podczas gdy elementy wewnętrzne są odcinkami soczewek refrakcyjnych, elementy zewnętrzne odbijają pryzmaty, z których każde wykonuje dwa załamanie i jedno całkowite odbicie wewnętrzne, unikając utraty światła, która występuje w odbiciu z srebra lustra.

Aplikacja

Obrazowanie

Plastikowy obiektyw fresnela sprzedawany jako urządzenie powiększające ekran telewizora

Obiektyw Fresnela używany w przenośnym telewizorze CRT Sinclair FTV1, który powiększa tylko pionowy aspekt wyświetlacza

Soczewki Fresnela są używane jako proste ręczne lupy. Są one również używane do skorygowania kilku zaburzeń wzrokowych, w tym zaburzeń mocy oka, takich jak Strabimus. [14] Soczewki Fresnela zastosowano do zwiększenia wielkości wizualnej wyświetlaczy CRT w telewizorach kieszonkowych, zwłaszcza Sinclair TV80. Są również używane w światłach.

Soczewki Fresnela są wykorzystywane w europejskich ciężarkach w lewej stronie wchodzących do Wielkiej Brytanii i Republiki Irlandii (i odwrotnie, napęd praworęczny irlandzki i brytyjskie ciężarówki wchodzące do Europy kontynentalnej), aby przezwyciężyć martwe miejsca spowodowane przez kierowcę prowadzącego ciężarówkę, a Siedząc po niewłaściwej stronie taksówki w stosunku do boku drogi, na którym jest samochód. Przyczepią do okna po stronie pasażera.

Kolejnym zastosowaniem samochodu obiektywu Fresnela jest wzmacniacz z tyłu, ponieważ szeroki kąt widoku soczewki przymocowany do tylnego okna pozwala na badanie sceny za pojazdem, szczególnie wysokim lub blefowym, bardziej skutecznie niż tylne widok sama lustro.

Wielokwocowe soczewki Fresnela są również używane jako część kamer identyfikacyjnych siatkówki, w których zapewniają wiele obrazów w celu fiksacji w kamerze. Dla praktycznie wszystkich użytkowników przynajmniej jeden z obrazów będzie się skupić, umożliwiając prawidłowe wyrównanie oczu.

Soczewki Fresnela były również używane w dziedzinie popularnej rozrywki. Brytyjski artysta rockowy Peter Gabriel wykorzystywał ich we wczesnych solo na żywo, aby powiększyć wielkość jego głowy, w przeciwieństwie do reszty jego ciała, dla efektu dramatycznego i komicznego. W filmie Terry Gilliam Brazylia plastikowe ekrany fresnelowe wydają się rzekomo jako lupy dla małych monitorów CRT używanych w biurach Ministerstwa Informacji. Czasami jednak pojawiają się między aktorami a kamerą, zniekształcając skalę i skład sceny do humorystycznego efektu. Film Pixar Wall-e ma obiektyw Fresnela w scenach, w których bohater ogląda muzyczny Hello, Dolly! powiększony na iPodzie.

Fotografia

Canon i Nikon używali soczewek Fresnela w celu zmniejszenia wielkości soczewek teleobiektywów. Soczewki fotograficzne zawierające elementy Fresnela mogą być znacznie krótsze niż odpowiadający konwencjonalny projekt soczewki. Nikon nazywa fazę technologiczną Fresnel.

Kamera Polaroid SX-70 wykorzystywała reflektor Fresnela w ramach swojego systemu widzenia.

Widok i kamery o dużych formatach mogą wykorzystywać soczewkę Fresnela w połączeniu ze szklanką mieloną, aby zwiększyć postrzeganą jasność obrazu rzutowanego przez soczewkę na szklankę mieloną, pomagając w ten sposób w regulacji ostrości i kompozycji.

Oświetlenie

Obiektyw latarni morskiej i mechanizm napędowy Inchkeith

Wysokiej jakości szklane soczewki Fresnela były używane w latarni morskiej, gdzie uznano je za najnowocześniejszą sztukę pod koniec XIX i do połowy XX wieku; Większość latarni morskich ma teraz emerytowane szklane soczewki fresnelowe z obsługi i zastąpiła je znacznie tańszymi i trwałymi tlenami tlenowymi, które same w sobie często zawierają plastikowe soczewki fresnela. [Potrzebne cytowanie] Systemy soczewek latarni morskiej zazwyczaj zawierają dodatkowe pierścieniowe elementy pryzmatyczne, tablicowe w fasetacji powyżej dome. i poniżej centralnego płaskiego fresnela, aby złapać całe światło emitowane ze źródła światła. Ścieżka światła przez te elementy może obejmować wewnętrzne odbicie, a nie prostą refrakcję w płaskim elemencie fresnela. Soczewki te przyniosły wiele praktycznych korzyści projektantom, budowniczkom i użytkownikom latarni morskiej i ich oświetlenia. Między innymi mniejsze soczewki mogą zmieścić się w bardziej kompaktowych przestrzeniach. Większa transmisja światła na dłuższe odległości i różnorodne wzory umożliwiły triangulowanie pozycji. [Potrzebne cytowanie]

Być może najbardziej powszechne użycie soczewek Fresnela, przez pewien czas, miało miejsce w reflektorach samochodowych, gdzie mogą one kształtować z grubsza równoległą wiązkę z reflektora parabolicznego, aby spełnić wymagania dotyczące wzorów zanurzonych i głównych, często w tej samej jednostce reflektorów (takich (takiego jako europejski projekt H4). Ze względu na ekonomię, wagę i odporność na uderzenie nowsze samochody wydały szklane soczewki Fresnela, przy użyciu wieloaspektowych odbłyśników z zwykłymi soczewkami poliwęglanowymi. Jednak soczewki Fresnela nadal są szerokie użycie w świetle samochodów, znacznikach i odwracania.

Szklane soczewki Fresnela są również używane w instrumentach oświetleniowych do teatru i filmów (patrz latarnia Fresnel); Takie instrumenty są często nazywane po prostu fresnelami. Cały instrument składa się z metalowej obudowy, reflektora, zespołu lampy i obiektywu Fresnela. Wiele instrumentów Fresnela umożliwia przesuwanie lampy w stosunku do punktu centralnego soczewki, w celu zwiększenia lub zmniejszenia wielkości wiązki światła. W rezultacie są one bardzo elastyczne i często mogą wytwarzać wiązkę tak wąską jak 7 ° lub tak szeroką jak 70 ° . Obiektyw Fresnela wytwarza bardzo miękką wiązkę, więc jest często używany jako światło prania. Uchwyt przed obiektywem może pomieścić kolorową folię z tworzywa sztucznego (żel), aby zabarwić światło lub drut lub matowy plastik, aby go rozproszyć. Obiektyw Fresnela jest przydatny w tworzeniu filmów nie tylko ze względu na jego zdolność do skupienia wiązki jaśniejszej niż typowy obiektyw, ale także dlatego, że światło jest stosunkowo spójną intensywnością na całej szerokości wiązki światła.

Optyczny system lądowania na amerykańskim lotniskowcu USS Dwight D. Eisenhower

Samolotorzy i stacje powietrzne marynarki wojennej zwykle wykorzystują soczewki Fresnela w swoich optycznych systemach lądowania. Światło „klopsików” pomaga pilotowi w utrzymaniu odpowiedniego nachylenia poślizgu na lądowanie. W centrum znajdują się bursztynowe i czerwone światła złożone z soczewek Fresnela. Chociaż światła są zawsze włączone, kąt soczewki z punktu widzenia pilota określa kolor i położenie światła widzialnego. Jeśli światła pojawiają się nad zielonym poziomem poziomym, pilot jest zbyt wysoki. Jeśli jest poniżej, pilot jest zbyt niski, a jeśli światła są czerwone, pilot jest bardzo niski. [Potrzebne cytowanie potrzebne są cytowanie

Występ

Zastosowanie soczewek Fresnela do projekcji obrazu zmniejsza jakość obrazu, więc występują one tylko wtedy, gdy jakość nie jest krytyczna lub gdzie większość soczewki stałej byłaby wygórowana. Tanie soczewki Fresnela można wytwarzać lub formować z przezroczystego tworzywa sztucznego i są używane w projektorach napowietrznych i telewizorach projekcyjnych.

Soczewki Fresnela o różnych ogniskach (jeden kolimator i jeden kolekcjoner) są stosowane w projekcji komercyjnej i majsterkowania. Obiektyw kolimatorów ma dolną ogniskową i jest umieszczona bliżej źródła światła, a soczewki kolektora, które skupia światło na soczewce tripletowej, jest umieszczany po obrazie projekcyjnym (aktywny panel LCD macierzy w projektorach LCD). Soczewki Fresnela są również wykorzystywane jako kolimatorzy w aktach ogólnych.

Energia słoneczna

Ponieważ plastikowe soczewki fresnelowe mogą być większe niż soczewki szklane, a także są znacznie tańsze i lżejsze, służą one do koncentrowania światła słonecznego do ogrzewania w kuchenkach słonecznych, w kuźniach słonecznych oraz w gromadzeniach słonecznych używanych do podgrzewania wody do użytku domowego. Można je również użyć do generowania pary lub do zasilania silnika Stirling.

Soczewki Fresnela mogą skoncentrować światło słoneczne na ogniwach słonecznych o stosunku prawie 500: 1. [19] Umożliwia to zmniejszenie aktywnej powierzchni komórek słonecznych, obniżenie kosztów i umożliwiające wykorzystanie bardziej wydajnych komórek, które w innym przypadku byłyby zbyt drogie. Na początku XXI wieku odblaski Fresnela zaczęły być stosowane w koncentracji roślin energii słonecznej (CSP) w celu skoncentrowania energii słonecznej.

Soczewki Fresnela można użyć do spiekania piasku, umożliwiając drukowanie 3D w szkle.