Fresnel lencse

A Fresnel lencse összetett lépcsős felületű optikai részlet. Kiválthatja mind a gömb-, mind a hengeres lencséket , valamint más optikai részeket, például prizmákat, míg az ilyen lencsék szakaszai koncentrikus, spirális vagy lineáris hornyokkal határolhatók [1] .

Történelem

Gyakran Georges-Louis Leclerc de Buffonnak tulajdonítják a vékonyabb, könnyebb lencse létrehozásának gondolatát gyűrű alakú lépcsők sorozata formájában [2] . Míg de Buffon azt javasolta, hogy egy ilyen lencsét egyetlen üvegdarabból csiszoljanak le, addig Condorcet márki (1743-1794) azt javasolta, hogy különálló, keretbe szerelt részekkel készítsék el [3] . A világítótornyokban használható többkomponensű lencsék kifejlesztésében leggyakrabban Augustin Jean Fresnel francia fizikus és mérnök nevéhez fűződik . A Smithsonian magazin szerint az első Fresnel-lencsét 1823-ban használták a Corduana világítótoronynál, a Gironde-torkolat torkolatánál; fényét több mint 32 km-ről (20 mérföldről) lehetett látni [4] . Sir David Brewster skót fizikus nevéhez fűződik, hogy rávette a brit vezetést, hogy világítótornyaikban használják ezeket a lencséket [5] [6] .

Épület

A gömblencsét helyettesítő Fresnel-lencse koncentrikus gyűrűkből áll, amelyek mindegyike egy görbe profilú kúpos felület metszete és egy tömör lencse felületének eleme [7] . Augustin Fresnel javaslata tengeri világítótornyokhoz.

Ennek a kialakításnak köszönhetően a Fresnel objektív kis vastagságú és súlyú még nagy szögletes rekesz mellett is . A gyűrűk lencséhez közeli szakaszai úgy vannak megszerkesztve, hogy a gömbaberrációja csökkenjen, és a lencse fókuszába helyezett pontforrás sugarai a gyűrűkben történő törés után közel párhuzamos sugárban jöjjenek ki ( gyűrű alakú Fresnel lencsékben) [8] .

A Fresnel lencsék gyűrű alakúak és derekak. A gyűrűsek egy irányba koncentrálják a fényáramot, a szalagosak - minden irányban egy bizonyos síkban [7] .

A Fresnel lencse átmérője egy centiméter töredékétől több méterig terjedhet. A nagyméretű lencséket, például a jelzőfényeket, sok egyedi optikai elemből, közös fémkereten előre gyártják.

Alkalmazás

A Fresnel objektív fő hátránya a hagyományos objektívekhez és a hagyományos objektívekhez képest a magas téves megvilágítás és a különféle "hamis képek" a zónák közötti átmeneti élterületek miatt, ezért használata optikailag pontos képek készítésére nehézkes. . Mindazonáltal már vannak pozitív tapasztalatok az ilyen optikai rendszerek felépítésében. Ígéretes irány lehet a tíz és száz méter átmérőjű űrteleszkópok építése vékony membránra épülő Fresnel lencsék felhasználásával [9] .

Fresnel lencséket használnak:

• világítóberendezésekben, különösen mobilokban, a mozgás súlyának és költségeinek minimalizálása érdekében;
• tengeri világítótornyok nagyméretű fókuszrendszereiben , vetítős televíziókban , írásvetítőkben (kodoszkópokban) , zseblámpákban , navigációs lámpákban , közlekedési lámpákban , vasúti lencsés közlekedési lámpákban és szemaforlámpákban és személygépkocsi-lámpákban;
• egyes gyártók modern, szemüveg nélküli 3D tévéinek szívében (lásd lencse alakú lencse raszter ) [10] ;
• a virtuális valóság sisakjaiban ;
• biztonsági riasztók infravörös (pirometrikus) mozgásérzékelőiben ;
• objektívantennákban ; _
• az ötödik generációs Lockheed Martin F - 35 Lightning II vadászbombázó optikai helymeghatározó állomásán ;
• napelemes hőerőművekben [11] .

A tükörreflexes fényképezőgépekben a Fresnel-objektívet használják a plano-konvex gyűjtőlencse helyett, amely az objektív kilépő pupillájának képét építi fel a kereső szemlencse síkjában [ 12] . Így egyenletes képfényerő érhető el a teljes képkockán belül, és könnyebb a rálátás. A lencse gyűrűs szerkezetét a lencse fókuszálására szolgáló sík felület mattítása takarja el, és a parazita szórás nem befolyásolja a képet.

Vékony lapos nagyítókat gyártanak, akár egy könyvlap méretű, átlátszó műanyag lap, amelyre Fresnel lencsét nyomtatnak. A Fresnel lencse egy autó hátsó ablakára ragasztott műanyag fólia formájában csökkenti az autó mögötti holt (láthatatlan) területet a visszapillantó tükörből nézve. Ígéretesnek tartják a Fresnel lencsék napelemek napenergia-koncentrátoraként való használatát , amely lehetővé tette a napelemek hatásfokának 44,7%-ra való növelését [13] .

Az akusztikai Fresnel lencséket (pontosabban hangelnyelő anyagokból készült akusztikus Fresnel zónalemezeket [1] ) használják az akusztikában hangtér kialakítására.

• Egy lapos, vékony, átlátszó és rugalmas műanyag lap ( lencse alakú lencse alakú képernyő ), amelyen koncentrikus körök vannak, úgy működik, mint egy Fresnel-lencse.

• Fresnel nagyító akkora, mint egy hitelkártya

• Vértes egy Fresnel-lencse felületéről

• Fresnel lencse a kép nagyításához a TV képernyőjén; Ennek az objektívnek gyakorlatilag nincs torzítása .

• Kilátás a Fresnel lencsés optikai leszállórendszer megvilágított szélére a Dwight Eisenhower nukleáris repülőgép-hordozó fedélzetén

• A fényszóró fényszórójában való eloszlásának sematikus diagramja, ahol a fény egy része visszaverődik egy parabola tükörről és megtörik egy Fresnel lencsén

• Fresnel lencsék egy világítótoronyban

• Útvonali közlekedési lámpa Fresnel lencséje

• Fresnel lencsékkel ellátott infravörös sugárzás biztonsági érzékelő csiszolt fókuszáló eleme

Jegyzetek

1. ↑ Optikai rendszerek elmélete, 1992 , p. 84.
2. ↑ Fresnel lencse  // Encyclopædia Britannica  : könyv  . — Encyclopædia Britannica Online. Encyclopædia Britannica Inc, 2012.
3. ↑ Fresnel lencse  (határozatlan)  // Appleton gépek, mechanika, motormunka és mérnöki szótár. - New York: D. Appleton and Co, 1874. - 2. kötet . - S. 609 .
4. ↑ Watson, Bruce. "A tudomány jobb világítótorony-lencsét tesz." Smithsonian . 1999. augusztus v30 i5 p30. a Biography Resource Centerben készült . Farmington Hills, Mich.: Thomson Gale. 2005.
5. ↑ "Brewster, Sir David." Archiválva : 2020. május 11., a Wayback Machine Encyclopædia Britannica . 2005. Encyclopædia Britannica Online. 2005. november 11.
6. ↑ "David Brewster." Találmányok világa , 2. kiadás. Gale Group, 1999.
7. ↑ 1 2 Fresnel lencse // Fizikai enciklopédia / Ch. szerk. A. M. Prohorov . - M . : Nagy Orosz Enciklopédia , 1998. - T. 5. - S. 374-375. — 760 p. — ISBN 5-85270-101-7 .
8. ↑ T. V. Statsenko, Yu. A. Tolmachev, I. A. Shevkunov // Egy ultrarövid impulzus tér-időbeli átalakítása Fresnel lencsével Archív másolat 2014. december 29-én a Wayback Machine -nél . - Cikk. — NICH ITMO. - UDC 535.4
9. ↑ Fresnel lencsék teleszkópokban . Letöltve: 2008. április 18. Az eredetiből archiválva : 2010. május 27.. (határozatlan)
10. ↑ Give Me 3D TV, Without The Glasses  , Tom's Guide (  2010. január 9.). Az eredetiből archiválva : 2013. augusztus 31. Letöltve: 2017. április 30.
11. ↑ V. M. Andrejev. napenergia fotoelektromos átalakítása  // Soros Oktatási Folyóirat, 7. szám: folyóirat. - 1996. - 7. sz . - S. 3 . Archiválva az eredetiből 2018. augusztus 27-én.
12. ↑ Fényképezőgépek, 1984 , p. 16.
13. ↑ Une cellule solaire conçue avec Soitec étable un record mondial   d' eficacité . Hozzáférés dátuma: 2014. március 30. Az eredetiből archiválva : 2014. január 9.. (határozatlan)

Irodalom

• N. P. Zakaznov, S. I. Kiryushin, V. I. Kuzichev. V. fejezet Optikai rendszerek részletei // Optikai rendszerek elmélete / TV Abivova. - M . : "Mérnökség", 1992. - S.  53 -91. — 448 p. - 2300 példány.  — ISBN 5-217-01995-6 .
• M. Ya. Shulman. Fényképezőgépek / T. G. Filatova. - L.,: "Mérnökség", 1984. - 142 p. — 100.000 példány.

Szótárak és enciklopédiák	Nagy dán Britannica (online) Universalis
Bibliográfiai katalógusokban	NKC : ph1098515