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菲涅爾透鏡是由法國物理學(xué)家奧古斯汀.菲涅爾()發(fā)明的,他在1822年最初使用這種透鏡設(shè)計(jì)用于建立一個玻璃菲涅爾透鏡系統(tǒng)——燈塔透鏡。
菲涅爾透鏡(Fresnel Lense)是一種微細(xì)結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件,從正面看其象一個飛鏢盤,由一環(huán)一環(huán)的同心園組成。
基本原理
其工作原理十分簡單:假設(shè)一個透鏡的折射能量僅僅發(fā)生在光學(xué)表面(如:透鏡表面),拿掉盡可能多的光學(xué)材料,而保留表面的彎曲度。
另外一種理解就是,透鏡連續(xù)表面部分“坍陷”到一個平面上。從剖面看,其表面由一系列鋸齒型凹槽組成,中心部分是橢圓型弧線。每個凹槽都與相鄰凹槽之
間角度不同,但都將光線集中一處,形成中心焦點(diǎn),也就是透鏡的焦點(diǎn)。每個凹槽都可以看做一個獨(dú)立的小透鏡,把光線調(diào)整成平行光或聚光。這種透鏡還能夠消除
部分球形像差。
菲涅爾透鏡分類
一、從光學(xué)設(shè)計(jì)上來劃分:
正菲涅爾透鏡:
光線從一側(cè)進(jìn)入,經(jīng)過菲涅爾透鏡在另一側(cè)出來聚焦成一點(diǎn)或以平行光射出。焦點(diǎn)在光線的另一側(cè),并且是有限共軛。
這類透鏡通常設(shè)計(jì)為準(zhǔn)直鏡(如投影用菲涅爾透鏡,放大鏡)以及聚光鏡(如太陽能用聚光聚熱用菲涅爾透鏡。
負(fù)菲涅爾透鏡:
和正焦菲涅爾透鏡剛好相反,焦點(diǎn)和光線在同一側(cè),通常在其表面進(jìn)行涂層,作為第一反射面使用。
二、從結(jié)構(gòu)上劃分:
圓形菲涅爾透鏡
菲涅爾透鏡陣列,
柱狀菲涅爾透鏡,
線性菲涅爾透鏡,
衍射菲涅爾透鏡,
菲涅爾反射透鏡,
菲涅爾光束分離器和菲涅爾棱鏡。
三、菲涅爾透鏡應(yīng)用
菲涅爾透鏡應(yīng)用于多個領(lǐng)域,包括:
投影顯示:菲涅爾投影電視,背投菲涅爾屏幕,高射投影儀,準(zhǔn)直器;
聚光聚能:太陽能用菲涅爾透鏡,攝影用菲涅爾聚光燈,菲涅爾放大鏡;
航空航海:燈塔用菲涅爾透鏡,菲涅爾飛行模擬;
科技研究:激光檢測系統(tǒng)等;
紅外探測:無源移動探測器;
照明光學(xué):汽車頭燈,交通標(biāo)志,光學(xué)著陸系統(tǒng)。
四、總結(jié)
菲涅爾透鏡是一種應(yīng)用十分廣泛的光學(xué)元件,其設(shè)計(jì)和制造設(shè)計(jì)到多個技術(shù)領(lǐng)域,包括光學(xué)工程,高分子材料工程,CNC機(jī)械加工,金剛石車削工藝,鍍鎳工藝;模壓、注塑、澆鑄等制造工藝。
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