Лінза Френеля

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Перетин лінзи Френеля (1) та аналогічної меніскової лінзи (2)

Лінза Френеля — складова пилкоподібна лінза, що складається з окремих концентричних кілець або поясів невеликої товщини, кожне з яких забезпечує таке саме заломлення світла, як і аналогічна частина звичайної лінзи. Запропонована Огюстеном Френелем 1820 року.

Перевагою конструкції є мала товщина й вага. Перетини кілець лінзи розраховуються так, щоб забезпечити невелику сферичну аберацію, завдяки чому промені від точкового джерела, поміщеного в фокусі лінзи, після заломлення в кільцях виходять практично паралельним пучком.

Недоліком конструкції є перевідбиття світла на неробочих поверхнях, що призводить до утворення паразитних бліків.

Діаметр лінзи Френеля може становити від мікрометрів[1] до кількох метрів.

Історія[ред. | ред. код]

Ідея створення тоншої й легшої лінзи у вигляді серії кільцевих сходинок приписується Жорж-Луї Леклерку, графу де Буффону[2]. Тоді як Буффон запропонував шліфувати таку лінзу з цільного скла, натомість Маркіз де Кондорсе (17431794) запропонував зробити її окремими секціями, встановленими в рамі[3]. Завдяки розробкам французького фізика та інженера Августина-Жан Френеля, багаточастинна лінза стала використовуватись в маяках.

Перша лінза Френеля була використана 1823 року в Кордовському маяку в гирлі Жиронди поблизу однойменного естуарію. Його світло було видно з більш ніж 32 км[4]. Вважається, що шотландсьий фізик Девід Брюстер згодом переконав Британію також використовувати ці лінзи у своїх маяках[5].

Застосування[ред. | ред. код]

Лінзи Френеля застосовуються в кіно- та фото- освітлювальних приладах[6], оптичних системах маяків, автомобільних фарах тощо. Завдяки можливості фокусування інфрачервоного випромінювання, вигнута лінза Френеля використовується у професійних системах відеоспостереження[7].

Застосування[ред. | ред. код]

Створення паралельного пучка світла лінзою Френеля (в центрі)
Перетин плоско-опуклої лінзи. Оскільки оптичний ефект досягається криволінійною поверхнею, частина матеріалу лінзи, що не впливає на кривизну, може бути видалена для отримання тоншої лінзи. При цьому лінза стає ступінчастою і складається з кільцевих зон

Основним недоліком лінзи Френеля в порівнянні зі звичайними лінзами і традиційними об'єктивами є високий рівень паразитного засвічення і різного роду «помилкові зображення» через наявність перехідних крайових ділянок між зонами, тому її використання для побудови оптично точних зображень ускладнено.

Проте, вже є позитивний досвід побудови і таких оптичних систем. Перспективним напрямком може бути побудова космічних телескопів діаметром в десятки і сотні метрів з використанням лінз Френеля на основі тонких мембран[8].

Лінзи Френеля застосовуються:

В дзеркальних фотоапаратах лінза Френеля використовується замість плоско-опуклою колективної лінзи, яка дзеркалитть зображення вихідної зіниці об'єктиву в площині окуляру видошукача [10]. Таким чином досягається рівномірна яскравість зображення в межах всього кадру і зручність візування. Кільцева структура лінзи маскується матуванням плоскій поверхні, призначеної для фокусування об'єктива, а паразитное розсіювання не впливає на зображення.

Випускаються тонкі плоскі лупи товщиною, меншою за папір, що представляють собою лист прозорого пластика, на якому відтиснута лінза Френеля. Лінза у вигляді пластикової плівки, наклеєної на заднє скло автомобіля, зменшує мертву (невидиму) зону за автомобілем при погляді через дзеркало заднього виду. Перспективним вважається використання лінз Френеля як концентраторів сонячної енергії для сонячних батарей, що дозволило довести ККД сонячних елементів до 44,7 %[11].

Галерея[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

  1. Graphene optical lens a billionth of a meter thick breaks the diffraction limit. Архів оригіналу за 6 лютого 2016. Процитовано 6 лютого 2016. 
  2. Britannica Academic. academic.eb.com. Архів оригіналу за 26 січня 2013. Процитовано 27 січня 2020. 
  3. Appleton's Dictionary of Machines, Mechanics, Engine-work, and Engineering (англ.). D. Appleton. 1874. Архів оригіналу за 15 березня 2020. Процитовано 27 січня 2020. 
  4. Watson, Bruce. "Science Makes a Better Lighthouse Lens." Smithsonian. August 1999 v30 i5 p30. produced in Biography Resource Center. Farmington Hills, Mich.: Thomson Gale. 2005.
  5. "Brewster, Sir David." [Архівовано 11 травня 2020 у Wayback Machine.] Encyclopædia Britannica. 2005. Encyclopædia Britannica Online. 11 November 2005.
  6. Oleg Tityaev. Линза Френеля (Fresnel lens). Архів оригіналу за 4 лютого 2020. Процитовано 19 лютого 2020. 
  7. Why motion detectors react to animals and how to avoid it | Ajax Systems Blog. Ajax Systems (англ.). Архів оригіналу за 24 січня 2020. Процитовано 27 січня 2020. 
  8. Лінзи Френеля в телескопах. Архів оригіналу за 27 травня 2010. Процитовано 19 лютого 2020. 
  9. review-1490.html Give Me 3D TV, Without The Glasses. Tom's Guide (англ.). 9 січня 2010. Процитовано 30 квітня 2017. 
  10. Фотоапарати, 1984.
  11. Архівована копія. Архів оригіналу за 13 листопада 2018. Процитовано 19 лютого 2020.