菲涅尔透镜的原理(图)
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菲涅尔透镜的原理菲涅尔透镜是一种常见的光学元件,它是由一系列环状的凸透镜组成。
菲涅尔透镜的设计原理是基于菲涅尔透镜的麦克斯韦方程组。
菲涅尔透镜的主要功能是将光线聚焦到一个点上,从而产生放大效果。
下面将详细介绍菲涅尔透镜的原理和应用。
菲涅尔透镜的原理是基于光的折射现象。
当光线从一种介质传播到另一种具有不同折射率的介质中时,光线会发生折射。
根据斯涅尔定律,入射角和折射角之间有一个固定的关系。
菲涅尔透镜利用这种折射现象,通过改变光线的传播方向和聚焦效果来实现光的放大。
菲涅尔透镜的结构和传统的透镜有所不同。
传统的透镜是由一段连续的曲面组成,而菲涅尔透镜是由一系列环状的凸透镜组成。
这种结构的设计使得透镜更加轻薄和便于制造。
菲涅尔透镜的每一个环状凸透镜都有一个特定的曲率半径,使得光线在透镜内部发生折射后能够聚焦到一个点上。
菲涅尔透镜常用于光学仪器中,例如显微镜、望远镜和摄影镜头等。
在显微镜中,菲涅尔透镜可以将样品上的光线聚焦到物镜上,从而放大样品的细节。
在望远镜中,菲涅尔透镜可以将远处的物体光线聚焦到观察者的眼睛上,从而使得远处的物体看起来更大更清晰。
在摄影镜头中,菲涅尔透镜可以帮助摄影师将景物聚焦到感光元件上,从而得到清晰的照片。
除了光学仪器,菲涅尔透镜还可以应用于太阳能集热器。
太阳能集热器利用菲涅尔透镜的聚焦效果将太阳光线聚焦到一个小面积上,从而产生高温。
这种高温可以用于加热水或发电等应用。
菲涅尔透镜在太阳能领域的应用具有重要的意义,可以提高太阳能的利用效率。
菲涅尔透镜的设计和制造需要考虑多个因素,例如透镜的曲率半径、透镜的厚度和透镜的材料等。
这些因素会影响透镜的焦距和聚焦效果。
因此,在实际应用中需要根据具体的需求选择合适的菲涅尔透镜参数。
总结起来,菲涅尔透镜是一种基于光的折射现象的光学元件。
它通过改变光线的传播方向和聚焦效果来实现光的放大。
菲涅尔透镜广泛应用于光学仪器和太阳能集热器等领域。
在设计和制造菲涅尔透镜时,需要考虑多个因素,以满足具体的应用需求。
菲涅尔透镜实验报告菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片,镜片表面一面为光面,另一面刻录了由小到大的同心圆。
其是一种微细结构的光学元件,从正面看其象一个飞镖盘,由一环一环的同心圆组成。
基于热释电传感器,菲涅尔透镜的原理为:假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面(如:透镜表面),拿掉尽可能多的光学材料,而保留表面的弯曲度。
另外一种理解就是:透镜连续表面部分“坍陷”到一个平面上。
而它在热释电传感器中的功能主要是:把红外光线分成可见区和盲区,同时又有聚焦的作用,使热释电红外传感器灵敏度大大增加。
菲涅耳透镜折射式和反射式两种形式,其作用一是聚焦作用,将热释的红外信号折射(反射)在热释电红外传感器上;二是将检测区内分为若干个明区和暗区,使进入检测区的移动物体能以温度变化的形式在热释电红外传感器上产生变化热释红外信号,这样热释电红外传感器就能产生变化电信号。
在热释电传感器中用得比较多的菲涅尔透镜结构为圆形菲涅尔透镜。
在和普通透镜对比之时,它主要突出在面积大、重量轻、价格比较低、并且轻便易携带,现如今其是技术发展的主要方向。
现在菲涅尔透镜的应用非常的广泛,主要是在:投影显示、太阳能菲涅尔透镜、科研系统、菲涅尔放大镜以及照明光学——菲涅尔透镜准直器等领域。
而在LED这个领域中的应用主要是:能够较好地将理想的电光源校准成平行光源。
因为在现实生活中,没有光源是真正的电光源,然而固体态发光器如LED就非常小,因此只要透镜和LED之间的距离适当,就可以当成电光源。
因此菲涅尔透镜能够校准LED 输出光线为平行光。
而当需要将LED发光体的束光源校准为更宽广的角度范围时候,最常见的做法就是使用反射镜与菲涅尔透镜相结合从而减少光学部件使用量。
菲涅尔透镜介绍菲涅尔透镜 (Fresnel lens) ,又名螺纹透镜,一般由高透明材料注塑或压注而成的薄片,也有玻璃制作的,镜片表面一面为光面,另一面刻录了由小到大的同心圆,它的纹理是根据光的干涉及扰射以及相对灵敏度和接收角度要求来设计的。
透镜的要求很高。
一片优质的透镜必须表面光洁,纹理清晰,其厚度随用途而变,多在1-2mm左右,特性为面积大、厚度薄及侦测距离远。
菲涅尔透镜在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜,效果较好,但成本比普通的凸透镜低很多。
多用于对精度要求不是很高的场合,如投影机、薄膜放大镜、红外探测器及照明等。
使用普通的凸透镜,会出现边角变暗、模糊的现象,这是因为光的折射只发生在介质的交界面,凸透镜片较厚,光在玻璃中直线传播的部分会使得光线衰减。
如果可以去掉直线传播的部分,只保留发生折射的曲面,便能省下大量材料同时达到相同的聚光效果。
菲涅耳透镜就是采用这种原理的。
菲涅尔透镜看上去像一片有无数多个同心圆纹路的平板玻璃,却能达到凸透镜的效果,如果投射光源是平行光,汇聚投射后能够保持图像各处亮度的一致。
菲涅尔透镜的应用菲涅尔透镜应用于多个领域,包括:投影显示:菲涅尔投影电视,背投菲涅尔屏幕,高射投影仪,准直器;聚光聚能:太阳能用菲涅尔透镜,摄影用菲涅尔聚光灯,菲涅尔放大镜;航空航海:灯塔用菲涅尔透镜,菲涅尔飞行模拟;科技研究:激光检测系统等;红外探测:无源移动探测器;照明光学:汽车头灯,交通标志,光学着陆系统。
智能家居:安防系统探测器等我公司生产的菲涅尔镜,采用主要注塑和热压两种方式。
注塑菲涅尔透镜:设备是进口的高精密注塑机,主要生产小规格菲涅尔透镜(8吋以下),可以大规模提供需求。
热压菲涅尔透镜:设备是根据工艺需求自主设计制造的专用自动热压机。
热压的菲涅尔镜产品精度高,质量好,主要用在成像方面,产品尺寸规格3-10吋,也可以定制超大尺寸的产品。
外形由数控激光激光机切割,产品形状任意,可以根据客户需要选择定制。
菲涅尔结构说明1. 引言菲涅尔结构是一种常见的光学结构,常用于光学元件和器件中。
它由多个等间距、且具有特定形状的微结构组成,可用于改变光波的传播方向、调制光的相位和振幅等。
菲涅尔结构在各个领域都有广泛的应用,如摄影镜头、太阳能光伏电池、光纤通信等。
2. 菲涅尔结构原理菲涅尔结构的原理基于菲涅尔(Fresnel)衍射现象,即当光波通过物体边界时会发生衍射。
菲涅尔结构通过改变光波的相位和振幅分布,从而实现对光波的操控。
具体来说,菲涅尔结构是由一系列等距并且具有特定形状的微结构构成的,这些微结构通常被称为菲涅尔透镜或菲涅尔衍射型透镜。
它们由一系列环形梳状条纹组成,每个条纹被称为一个二级菲涅尔透镜。
每个二级菲涅尔透镜相比前一个透镜具有多一个波导边界,波导边界可以导引光波的传播方向。
当光波通过菲涅尔结构时,会发生多次菲涅尔衍射。
每个二级透镜都会引起光波的衍射,从而改变光的传播方向。
通过一系列连续的菲涅尔透镜,可以实现对光波的反射、折射、聚焦等效果,从而实现光学器件的功能。
3. 菲涅尔透镜的设计与制备设计和制备菲涅尔透镜是实现菲涅尔结构的关键步骤。
一般来说,菲涅尔透镜的设计过程包括以下几个方面:3.1 波长和工作波段菲涅尔透镜的设计需要考虑所使用的光波的波长和工作波段。
波长决定了菲涅尔透镜的尺寸和结构参数,而工作波段则决定了菲涅尔透镜的材料选择和制备工艺。
3.2 结构参数菲涅尔透镜的结构参数决定了透镜的形状、尺寸和性能。
常见的结构参数包括衍射孔径(Aperture)、周期(Period)等。
这些参数需要根据具体应用需求和设计要求进行选择和调整。
3.3 材料选择根据菲涅尔透镜的使用场景和性能要求,选择合适的材料也是设计的重要部分。
常用的菲涅尔透镜材料包括玻璃、聚合物和金属等。
3.4 制备工艺菲涅尔透镜的制备工艺也对其性能和成本影响很大。
制备工艺通常包括光刻、干法蚀刻、湿法蚀刻等步骤。
不同的菲涅尔透镜结构和材料可能需要采用不同的制备工艺。
1.菲涅尔透镜菲涅尔透镜 (Fresnel lens) ,又称螺纹透镜,是由法国物理学家奥古斯汀•菲涅尔(Augustin•Fresnel)发明的,他在1822年最初使用这种透镜设计用于建立一个玻璃菲涅尔透镜系统--灯塔透镜。
菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片,也有玻璃制作的,镜片表面一面为光面,另一面刻录了由小到大的同心圆,它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的,透镜的要求很高,一片优质的透镜必须是表面光洁,纹理清晰,其厚度随用途而变,多在1mm左右,特性为面积较大,厚度薄及侦测距离远。
菲涅尔透镜作用有两个:一是聚焦作用;二是将探测区域内分为若干个明区和暗区,使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。
菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜,效果较好,但成本比普通的凸透镜低很多。
多用于对精度要求不是很高的场合,如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。
2.菲涅尔透镜的历史通过将数个独立的截面安装在一个框架上从而制作出更轻更薄的透镜,这一想法常被认为是由布封伯爵提出的。
孔多塞(1743-1794)提议用单片薄玻璃来研磨出这样的透镜。
而法国物理学家兼工程师菲涅尔亦对这种透镜在灯塔上的应用寄予厚望。
根据史密森学会的描述,1823年,第一枚菲涅尔透镜被用在了吉伦特河口的哥杜昂灯塔(Phare de Cordouan)上;透过它发射的光线可以在20英里(32千米)以外看到。
苏格兰物理学家大卫·布儒斯特爵士被看作是促使英国在灯塔中使用这种透镜的推动者。
3.菲涅尔透镜的基本原理菲涅尔透镜的工作原理十分简单:假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面(如:透镜表面),拿掉尽可能多的光学材料,而保留表面的弯曲度。
从剖面看,其表面由一系列锯齿型凹槽组成,中心部分是椭圆型弧线。
每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同,但都将光线集中一处,形成中心焦点,也就是透镜的焦点。
菲尼尔透镜的工作原理
菲涅尔透镜是一种由法国物理学家奥古斯丁·让·菲涅尔于19世纪初发明的光学元件,其主要工作原理是利用透镜表面上的一系列刻槽或棱镜来改变光线的传播方向。
具体工作原理如下:
1. 菲涅尔透镜的表面被刻上一系列同心圆环或放射状的凸台,这些凸台由一系列直线形成,被称为菲涅尔环。
2. 入射到透镜上的光线,在经过菲涅尔环的凸台时,会受到折射和反射作用。
3. 这些折射和反射作用会使得光线改变传播方向,使其聚焦或发散。
4. 菲涅尔透镜的形状和刻槽的分布可以根据需要进行设计,以实现特定的光学功能,如聚焦光束或扩大视场。
5. 通过透镜的中央部分,光线可以以较原始的形式通过,而边缘部分的反射和折射则改变了边缘区域的光线传播,从而实现了所需的光学效果。
总而言之,菲涅尔透镜的工作原理是通过改变光线的传播方向来实现特定的光学功能,这一特点使其在一些特殊的应用中,如航海、监控、摄影等领域中得到广泛应用。
菲涅尔透镜最高温度引言菲涅尔透镜是一种特殊的光学元件,常用于聚焦太阳能以产生高温。
本文将探讨菲涅尔透镜的原理、设计和使用,以及如何提高其最高温度。
菲涅尔透镜原理菲涅尔透镜是由法国物理学家奥古斯丁·让·菲涅尔于19世纪提出的。
它由一系列环形凸透镜组成,每个凸透镜都只有一小部分曲面。
这种设计使得菲涅尔透镜具有与传统透镜相比更大的有效面积。
当太阳光通过菲涅尔透镜时,它会被聚焦在一个点上,从而产生高温。
这是因为凸面将光线汇聚到一个小区域内,使能量密度增加。
利用这个原理,可以将太阳能转化为热能,并应用于多种领域,如太阳能发电、太阳能热水器等。
菲涅尔透镜设计要实现较高的最高温度,需要考虑以下几个关键因素:1. 材料选择菲涅尔透镜通常由透明的材料制成,如玻璃或塑料。
为了提高最高温度,可以选择具有较高抗热性的特殊材料,如石英玻璃或高温塑料。
2. 凸透镜形状凸透镜的形状对最终聚焦效果有很大影响。
通常情况下,透镜的曲率半径越小,聚焦效果越好。
因此,在设计中可以尝试使用更陡峭的曲面来提高聚焦效果。
3. 透镜尺寸菲涅尔透镜的直径和厚度也会影响最高温度。
较大直径的透镜可以接收更多太阳光,并将其聚焦在一个小区域内。
而较厚的透镜可以更好地吸收和保持热量。
提高菲涅尔透镜最高温度的方法除了上述设计考虑因素外,还有几种方法可以进一步提高菲涅尔透镜的最高温度:1. 表面处理通过在菲涅尔透镜表面施加特殊涂层,可以增加光的吸收率和热导率,从而提高最高温度。
例如,使用具有较高吸收率的黑色涂层可以增加光能的转化效率。
2. 配合其他设备将菲涅尔透镜与其他设备结合使用,如对流散热系统或热能储存装置,可以进一步提高最高温度。
这些设备可以帮助透镜更好地吸收和利用热能。
3. 调整聚焦距离通过调整菲涅尔透镜与聚焦点之间的距离,可以改变聚焦效果。
通过找到最佳聚焦距离,可以使透镜在不同条件下实现最高温度。
应用领域菲涅尔透镜的高温特性使其在许多领域得到应用:1. 太阳能发电将菲涅尔透镜用于太阳能发电系统中,可以将太阳光聚焦在光伏电池上,从而提高发电效率。
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菲涅爾鏡片的原理和應用菲涅爾鏡片是紅外線探頭的“眼鏡”,它就象人的眼鏡一樣,配用得當與否直接影響到使用的功效,配用不當產生誤動作和漏動作,致使用戶或者開發者對其失去信心。
配用得當充分發揮人體感應的作用,使其應用領域不斷擴大。
菲涅爾鏡片是根據法國光物理學家FRESNEL發明的原理採用電鍍模具工藝和PE(聚乙烯)材料壓制而成。
鏡片(0.5mm厚)表面刻錄了一圈圈由小到大,向外由淺至深的同心圓,從剖面看似鋸齒。
圓環線多而密感應角度大,焦距遠;圓環線刻錄的深感應距離遠,焦距近。
紅外光線越是靠進同心環光線越集中而且越強。
同一行的數個同心環組成一個垂直感應區,同心環之間組成一個水準感應段。
垂直感應區越多垂直感應角度越大;鏡片越長感應段越多水準感應角度就越大。
區段數量多被感應人體移動幅度就小,區段數量少被感應人體移動幅度就要大。
不同區的同心圓之間相互交錯,減少區段之間的盲區。
區與區之間,段與段之間,區段之間形成盲區。
由於鏡片受到紅外探頭視場角度的制約,垂直和水準感應角度有限,鏡片面積也有限。
鏡片從外觀分類為:長形、方形、圓形,從功能分類為:單區多段、雙區多段、多區多段。
下圖是常用鏡片外觀示意圖:下圖是常用三區多段鏡片區段劃分、垂直和平面感應圖。
當人進入感應範圍,人體釋放的紅外光透過鏡片被聚集在遠距離A區或中距離B區或近距離C區的某個段的同心環上,同心環與紅外線探頭有一個適當的焦距,紅外光正好被探頭接收,探頭將光信號變成電信號送入電子電路驅動負載工作。
整個接收人體紅外光的方式也被稱為被動式紅外活動目標探測器。
鏡片主要有三種顏色,一、聚乙烯材料原色,略透明,透光率好,不易變形。
二、白色主要用於適配外殼顏色。
三、黑色用於防強光幹擾。
鏡片還可以結合產品外觀注色,使產品整體更美觀。
每一種鏡片有一型號(以年號+系列號命名),鏡片主要參數:一、外觀描述——外觀形狀(長、方、圓)、尺寸(直徑)。
以毫米為單位。
二、探測範圍——指鏡片能探測的有效距離(米)和角度。
菲涅尔镜片的原理和应用菲涅尔镜片是红外线探头的“眼镜”,它就象人的眼镜一样,配用得当与否直接影响到使用的功效,配用不当产生误动作和漏动作,致使用户或者开发者对其失去信心。
配用得当充分发挥人体感应的作用,使其应用领域不断扩大。
菲涅尔镜片是根据法国光物理学家FRESNEL发明的原理采用电镀模具工艺和PE(聚乙烯)材料压制而成。
镜片(0.5mm 厚)表面刻录了一圈圈由小到大,向外由浅至深的同心圆,从剖面看似锯齿。
圆环线多而密感应角度大,焦距远;圆环线刻录的深感应距离远,焦距近。
红外光线越是靠进同心环光线越集中而且越强。
同一行的数个同心环组成一个垂直感应区,同心环之间组成一个水平感应段。
垂直感应区越多垂直感应角度越大;镜片越长感应段越多水平感应角度就越大。
区段数量多被感应人体移动幅度就小,区段数量少被感应人体移动幅度就要大。
不同区的同心圆之间相互交错,减少区段之间的盲区。
区与区之间,段与段之间,区段之间形成盲区。
由于镜片受到红外探头视场角度的制约,垂直和水平感应角度有限,镜片面积也有限。
镜片从外观分类为:长形、方形、圆形,从功能分类为:单区多段、双区多段、多区多段。
下图是常用镜片外观示意图:下图是常用三区多段镜片区段划分、垂直和平面感应图。
当人进入感应范围,人体释放的红外光透过镜片被聚集在远距离A区或中距离B区或近距离C区的某个段的同心环上,同心环与红外线探头有一个适当的焦距,红外光正好被探头接收,探头将光信号变成电信号送入电子电路驱动负载工作。
整个接收人体红外光的方式也被称为被动式红外活动目标探测器。
镜片主要有三种颜色,一、聚乙烯材料原色,略透明,透光率好,不易变形。
二、白色主要用于适配外壳颜色。
三、黑色用于防强光干扰。
镜片还可以结合产品外观注色,使产品整体更美观。
每一种镜片有一型号(以年号+系列号命名),镜片主要参数:一、外观描述——外观形状(长、方、圆)、尺寸(直径)。
以毫米为单位。
二、探测范围——指镜片能探测的有效距离(米)和角度。
vr菲涅尔透镜的技术工作原理一、概述菲涅尔透镜是一种特殊的光学元件,广泛应用于虚拟现实(VR)设备中。
其核心作用是将图像信号聚焦并投射到用户的眼中,创造出沉浸式的视觉体验。
二、工作原理1.图像生成:首先,图像传感器(如CMOS传感器)将数码相机拍摄的图像转换为电信号。
这个过程产生的图像数据是全宽的,但菲涅尔透镜会将这个宽视角的图像切割成一系列窄视角的图像单元。
2.聚焦投射:菲涅尔透镜的工作原理基于其特殊的结构。
当光线穿过透镜时,它会经历两个过程:折射和干涉。
菲涅尔透镜的特殊之处在于其周期性结构,这种结构能够改变光线传播的方向,使得图像能够聚焦在用户的眼中。
3.连续投射:每一块菲涅尔透镜都具备将图像投射到用户眼中的一个特定区域的能力。
通过一系列的菲涅尔透镜的连续使用,就能够将整个视野的图像投射到用户的眼中,形成一个连续的视觉效果。
4.优化视场:菲涅尔透镜通过改变透镜和图像传感器之间的距离,能够调整投射到用户眼中的视场角度。
这种调整能够优化用户的视觉体验,提供更加自然和宽广的视野。
三、技术细节1.分辨率:由于菲涅尔透镜将全宽的图像切割成了多个单元,这可能会影响最终的分辨率。
然而,现代的VR设备通常会使用高分辨率的图像传感器和优化的图像处理算法,来最大限度地减少这种影响。
2.瞳孔间距适应性:不同的用户具有不同的瞳孔间距,菲涅尔透镜的设计需要考虑到这一点。
一些现代的VR设备通过软件算法来调整透镜的聚焦,以适应不同的瞳孔间距,提供更加舒适的视觉体验。
3.视觉扭曲:由于菲涅尔透镜的工作原理是基于改变光线的传播方向,因此在使用过程中可能会出现一定的视觉扭曲。
这种扭曲的程度取决于透镜和用户眼中的距离以及透镜的结构设计。
四、结论菲涅尔透镜是VR设备中关键的光学元件,它通过改变光线传播的方向和干涉,将图像聚焦并投射到用户的眼中,为用户提供沉浸式的视觉体验。
随着技术的不断进步,菲涅尔透镜的设计和制造也在不断优化,以满足更高的分辨率、更宽的视场、更舒适的视觉体验等需求。
菲涅尔透镜原理
菲涅尔透镜是一种特殊的透镜,它是由法国物理学家奥古斯丁·菲涅尔发明的,用于聚光和集光。
菲涅尔透镜原理的核心是通过透镜的表面微结构,将光线聚焦或散射,从而实现光学器件的功能。
在本文中,我们将深入探讨菲涅尔透镜的原理及其应用。
首先,菲涅尔透镜的原理是基于光的折射和反射。
透镜的表面被分成许多小的
圆环形凸起,这些凸起能够使光线在经过透镜时发生折射,从而改变光线的传播方向。
这种微结构的设计使得菲涅尔透镜能够更有效地聚光或散射光线,相比于普通透镜具有更高的光学性能。
其次,菲涅尔透镜的应用非常广泛。
在光学仪器中,菲涅尔透镜常被用于聚光,例如在汽车大灯、探照灯和航空灯等光源中,通过菲涅尔透镜的设计,可以使光线更加集中和均匀,提高照明效果。
此外,菲涅尔透镜还被广泛应用于太阳能领域,用于集光聚焦太阳能发电,提高太阳能利用效率。
除此之外,菲涅尔透镜还在摄影和摄像领域有着重要的应用。
在摄影镜头和摄
像镜头中,菲涅尔透镜的设计能够有效地改善镜头的光学性能,提高成像质量。
同时,菲涅尔透镜还可以用于虚拟现实设备和头盔显示器中,通过其特殊的光学设计,实现更清晰、更真实的图像显示效果。
总的来说,菲涅尔透镜原理是基于光的折射和反射,通过透镜表面的微结构实
现光线的聚光和集光。
菲涅尔透镜在照明、太阳能利用、摄影和虚拟现实等领域都有着重要的应用价值,其特殊的光学设计能够有效地改善光学器件的性能,提高其使用效果。
希望本文能够帮助读者更加深入地了解菲涅尔透镜原理及其应用,为相关领域的研究和实践提供一定的参考价值。
菲涅尔透镜对光的损失-回复菲涅尔透镜是一种常见的光学元件,广泛应用于光学系统中。
它的主要作用是聚焦光线,将光线从一个点集中到另一个点上。
然而,在这个过程中,菲涅尔透镜也会引起一定程度的光的损失。
本篇文章将一步一步回答“菲涅尔透镜对光的损失”这个问题,并深入探讨菲涅尔透镜的原理、光的衍射、反射和透射过程中的损失等方面内容。
一、菲涅尔透镜简介菲涅尔透镜是由法国物理学家奥古斯丁·让·菲涅尔在19世纪初发明的一种透镜。
它由一系列的圆环状角质板组成,每个角质板都具有与圆形透镜相同的折射作用。
通过调整角质板的厚度和曲率,可以改变透镜的曲率和聚焦效果。
二、菲涅尔透镜原理菲涅尔透镜利用折射原理来实现对光线的聚焦。
当光线经过透镜时,由于透镜两侧的介质折射率不同,光线会发生折射。
透镜的曲率决定了光线的折射程度,从而使光线聚焦或发散。
三、菲涅尔透镜的光的损失在光线通过菲涅尔透镜的过程中,会引起一定程度的光的损失,主要体现在以下几个方面:1. 衍射损失当光线通过菲涅尔透镜时,会产生衍射现象。
衍射是光的一种波动性质,当光通过一个孔或透过物体的边缘时,会发生波动的扩散。
这种扩散会导致光的能量分散,从而造成光的损失。
2. 反射损失菲涅尔透镜的表面可能存在反射现象。
当光线从一个介质(如空气)射入到另一个介质(如透镜的材料)时,由于介质之间的折射率不同,部分光线会发生反射。
这些反射光线会损失一部分能量,并不能完全通过透镜。
3. 透射损失菲涅尔透镜不同部分的折射率可能存在微小差异。
这种差异会导致光线在透镜内部透射时发生折射,使光线偏离原本的轨迹。
这种透射损失会使一部分光线无法有效通过透镜。
四、如何减小菲涅尔透镜的光损失为了减小菲涅尔透镜对光的损失,可以采取以下措施:1. 优化材料选择选择合适的材料可以减少反射和透射损失。
一些具有较低反射率和较高透射率的材料可以使用在菲涅尔透镜上,以减少光的能量损失。
2. 表面处理通过表面处理,可以改善菲涅尔透镜的光学性能。
光学元件是很精密的元件,制作成本较高,如果能减少元件的厚度,甚至做成片状透镜,则不但可以减少光学元件的尺寸,从而缩小灯具或其他设备的大小,还可以节省材料,降低成本。
由于厚度减少,光吸收也减少,灯具或仪器效率也会随之提高,因此做成高质量的薄片形的光学零件一直是光学设计追求的目标之一。
菲涅尔(Fresnel)透镜是一种片状的薄形透镜,它一直以其轻、薄、价格低廉优势而在一些方面得到应用。
但市场上的菲涅尔透镜多为等差半径的同心圆结构,其制作缺乏精确的光学设计过程,导致成像质量不是很高,有的甚至只是简单的波纹结构,其光学质量就更差了。
即使是较好的菲涅尔透镜,也是通常将普通透镜分为小段后,近似为折线,并经过不同距离的简单平移而形成,这些设计方法上的缺陷造成了菲涅尔透镜的低质量。
LED体积很小,但市场上销售的LED用杯状透镜大都厚度在10mm以上,这成为LED在某些场合应用的致命问题,虽然可以用菲涅尔透镜来减薄透镜的厚度和减少光吸收,但如何进行精确的光学设计却很少见到文献报道。
本文介绍的是能获得精确的超薄锯齿形透镜的设计方法,其光学质量好,光线利用率较高。
因为一般的菲涅尔透镜在理论上就存在浪费,即透过透镜的光线理论上就有一部分不能到达设计的目的地,本方法得到的透镜对点光源来说理论上不存在浪费。
此外,各个小锯齿之间的距离也可根据需要而不同,而且在同一透镜中不同位置的锯齿间距也可变化,从而使这种方法设计的锯齿形透镜有更广泛的适应性,即它可以适应不同的使用条件和不同的加工条件的需求。
这种锯齿形透镜适用LED为光源的二次光学透镜。
对于LED这种尺寸很小的光源,具有小而薄的光学透镜是非常有意义的。
一、设计原理单个透镜一般是一个表面形状为曲面的透明材料,其作用是改变光线的方向,形成所需的光强空间分布。
其缺点是往往比较厚,因此体积大成本高,而且吸收也就大,特别是曲率大的透镜更是如此。
为简单计,举一个平凸透镜的例子,原始的平凹透镜见图1(a),相应地传统的菲涅尔透镜见图1(b),为了说明原理,图中齿距画得比较大。
“菲涅尔”透镜光学助降系统它由4组灯光组成,主要是中央竖排的5个分段的灯箱,通过菲涅尔透镜发出5层光束,光束与降落跑道平行,和海平面保持一定角度,形成5层坡面。
1设计起源二战后,英美航空母舰舰载机大量装舰。
可是这些舰载机着舰时,要降落在短而窄的斜角甲板上,不是一件很容易的事情。
常常由于航母的甲板太小、太窄,飞行员因着舰点选择不好而出事。
如果着舰点太靠前,飞机容易冲出舰甲板,甚至掉入海里;如果太靠后,飞机又可能与舰艉相撞。
为了解决这个令人头痛的问题,英美海军只好挑选一些专职引导员在航母甲板上利用信号旗引导飞机着舰。
这要求引导员既有丰富的指挥经验,又有很强的目测能力。
然而,事故仍然接踵而至。
英美海军有关当局不得不另寻方法。
1952年,英国海军中校格特哈特从女秘书对着镜子搽口红的动作中得到启发,设计出了早期的光学助降装置——助降镜。
它是一面大曲率反射镜,设在舰尾的灯光射向镜面再反射到空中,给飞行员提供一个光的下降坡面(与海平面夹角为3.5~4度),飞行员沿着这个坡面并以飞机在镜中的位置修正误差,直到安全降落。
但是,这种光学助降镜只是一定程度上起了作用,新的问题又来了:航母的舰体会因海涛涌浪的起伏而升沉摇摆,反射镜射出的光很不稳定,因此仍免不了时有事故发生。
60年代,英国又发明了更先进的“菲涅尔”透镜光学助降系统,它在原理上与助降镜相似,也是在空中提供一个光的下滑坡面,但这提供的信号更利于飞行员判断方位,修正误差。
美国于1960年在“富兰克林”号航母上正式安装了第一部。
2整体结构与工作原理该系统设在航母中部左舷的一个自稳平台上,以保证其光束不受舰体左右摇摆的影响。
每段光束层高在舰载机进入下滑道的入口处(距航母0.75海里)为6.6米,正中段为橙色光束,向上、向下分别转为黄色和红色光束,正中段灯箱两侧有水平的绿色基准定光灯。
当舰载机高度和下滑角正确时,飞行员可以看到橙色光球正处于绿色基准灯的中央,保持此角度就可以准确下滑着舰。
其工作原理十分简单:假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面(如:透镜表面),拿掉尽可能多的光学材料,而保留表面的弯曲度。
另外一种理解就是,透镜连续表面部分“坍陷”到一个平面上。
如下图:
从剖面看,其表面由一系列锯齿型凹槽组成,中心部分是椭圆型弧线。
每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同,但都将光线集中一处,形成中心焦点,也就是透镜的焦点。
每个凹槽都可以看做一个独立的小透镜,把光线调整成平行光或聚光。
这种透镜还能够消除部分球形像差。