Optik Fresnel lens nedir

Fresnel lens, lensi bir dizi eşmerkezli halka şeklinde bölüme bölerek geleneksel bir merceğe kıyasla gereken malzeme miktarını azaltır. İdeal bir Fresnel lensinin sonsuz sayıda bölüme sahip olması gerekir. Her bölümde, toplam kalınlık, eşdeğer basit bir lense kıyasla azalır. Bu, standart bir lensin sürekli yüzeyini aynı eğriliğin bir dizi yüzeyine, aralarında aşamalı süreksizlikler ile etkili bir şekilde böler.

Bazı lenslerde, kavisli yüzeyler, her bölümde farklı bir açı olan düz yüzeylerle değiştirilir. Böyle bir lens, kenarlarda daha dik prizmalar ve düz veya hafif dışbükey bir merkezi olan dairesel bir şekilde düzenlenmiş bir dizi prizma olarak kabul edilebilir. İlk (ve en büyük) Fresnel lenslerinde, her bölüm aslında ayrı bir prizma idi. Otomobil farları, fren, park ve dönüş sinyal lensleri vb. İçin 'tek parça' Fresnel lensleri üretildi. Modern zamanlarda, daha karmaşık lensler üretmek için bilgisayar kontrollü freze ekipmanı (CNC) veya 3 boyutlu yazıcılar kullanılabilir.

Fresnel lens tasarımı, lensin görüntüleme kalitesini azaltma pahasına kalınlıkta (ve dolayısıyla malzeme kütlesi ve hacmi) önemli bir azalmaya izin verir, bu nedenle fotoğraf gibi kesin görüntüleme uygulamaları genellikle daha büyük geleneksel lensler kullanır.

Fresnel lensleri genellikle cam veya plastikten yapılmıştır; Boyutları büyük (eski tarihsel deniz fenerleri, metre boyutu) arasında değişir (kitap okuma yardımcıları, OHP görünümü grafik projektörleri) küçük (TLR/SLR kamera ekranları, mikro optik). Birçok durumda çok ince ve düz, neredeyse esnektir, 1 ila 5 mm (1 ⁄ 32 ila 3 ⁄ 16 inç) aralığında kalınlıklar vardır.

Modern Fresnel lenslerinin çoğu sadece kırılma elemanlarından oluşur. Bununla birlikte, deniz feneri lensleri, hem kırılma hem de yansıtma elemanlarını içerme eğilimindedir, ikincisi fotoğraflarda görülen metal halkaların dışındadır. İç elemanlar kırılma lenslerinin bölümleri olsa da, dış elemanlar her biri iki kırılma ve bir toplam iç yansıma gerçekleştiren prizmaları yansıtır ve gümüş bir aynanın yansımasında meydana gelen ışık kaybından kaçınır.

Başvuru

Görüntüleme

TV ekranlı büyütme cihazı olarak satılan bir plastik Fresnel lens

Sinclair FTV1 taşınabilir CRT TV'de kullanılan Fresnel lens, yalnızca ekranın dikey yönünü genişleten

Fresnel lensleri basit eli büyüteçler olarak kullanılır. Ayrıca şaşılık gibi oküler-motilite bozuklukları da dahil olmak üzere çeşitli görsel bozuklukları düzeltmek için kullanılırlar. [14] Fresnel lensleri, cep televizyonlarındaki CRT ekranlarının görsel boyutunu, özellikle Sinclair TV80'i arttırmak için kullanılmıştır. Ayrıca trafik ışıklarında da kullanılırlar.

Fresnel lensleri, İngiltere ve İrlanda Cumhuriyeti'ne giren sola sürücü Avrupa kamyonlarında kullanılır (ve tam tersi, sağa, sağa sürücü İrlandalı ve anakara Avrupa'ya giren İngiliz kamyonlar), kamyonu çalıştıran sürücünün neden olduğu kör noktaların üstesinden gelmek Kabinin yanlış tarafında otururken, arabanın yolunda olduğu yolun kenarına göre. Yolcu tarafı penceresine bağlanırlar.

Bir Fresnel lensinin bir başka otomobil uygulaması, arka görünüm arttırıcıdır, çünkü arka pencereye bağlı bir lensin geniş görünüm açısı, bir aracın arkasındaki sahneyi, özellikle de uzun veya blöf kuyruklu bir, bir arka görüşten daha etkili bir şekilde incelemeye izin verir. tek başına ayna.

Çok odaklı Fresnel lensleri, retina tanımlama kameralarının bir parçası olarak kullanılır ve burada kameranın içindeki bir fiksasyon hedefinin birden fazla ve odak dışı görüntüsünü sağlarlar. Hemen hemen tüm kullanıcılar için, görüntülerden en az biri odaklanacak ve böylece doğru göz hizalamasına izin verecektir.

Fresnel lensleri popüler eğlence alanında da kullanılmıştır. İngiliz rock sanatçısı Peter Gabriel, dramatik ve komik etki için vücudunun geri kalanının aksine, başının büyüklüğünü büyütmek için ilk solo canlı performanslarında kullandı. Terry Gilliam filmi Brezilya'da, plastik Fresnel ekranları görünüşte Bilgi Bakanlığı ofislerinde kullanılan küçük CRT monitörleri için büyüteç olarak görünmektedir. Bununla birlikte, zaman zaman aktörler ve kamera arasında ortaya çıkarlar, sahnenin ölçeğini ve kompozisyonunu mizahi etkiye çarptırırlar. Pixar filmi Wall-E, kahramanın müzikal merhaba, Dolly'yi izlediği sahnelerde bir Fresnel lensine sahiptir! bir iPod'da büyütüldü.

Fotoğrafçılık

Canon ve Nikon, telefoto lenslerin boyutunu azaltmak için Fresnel lensleri kullandılar. Fresnel elemanlarını içeren fotoğraf lensleri, karşılık gelen geleneksel lens tasarımından çok daha kısa olabilir. Nikon teknoloji aşamasını Fresnel olarak adlandırıyor.

Polaroid SX-70 kamera, görüntüleme sisteminin bir parçası olarak bir Fresnel reflektörü kullandı.

Görünüm ve geniş format kameralar, bir lens tarafından zemin cam üzerine yansıtılan görüntünün algılanan parlaklığını arttırmak için bir Fresnel lensini toprak camla birlikte kullanabilir, böylece odak ve kompozisyonun ayarlanmasına yardımcı olur.

Aydınlatma

İnchkeith deniz feneri lensi ve sürücü mekanizması

Yüksek kaliteli cam Fresnel lensler, 19. yüzyılın sonlarında ve 20. yüzyılın ortalarında son teknoloji olarak kabul edildikleri deniz fenerlerinde kullanıldı; Çoğu fener şimdi emekli cam Fresnel lensleri hizmetten aldı ve bunları çok daha az pahalı ve daha dayanıklı aerobeaconlarla değiştirdi. ve ışık kaynağından yayılan tüm ışığı yakalamak için merkezi düzlemsel Fresnel'in altında. Bu elemanlardan gelen ışık yolu, düzlemsel Fresnel elemanındaki basit kırılma yerine içsel bir yansıma içerebilir. Bu lensler, tasarımcılar, inşaatçılar ve fener kullanıcıları ve aydınlatmaları için birçok pratik fayda sağladı. Diğer şeylerin yanı sıra, daha küçük lensler daha kompakt boşluklara sığabilir. Daha uzun mesafelerde ve çeşitli desenler boyunca daha fazla ışık iletimi, bir pozisyonun üçgenlenmesini mümkün kıldı. [Atıf gerekli]

Fresnel lenslerin belki de en yaygın kullanımı, bir süre için, genellikle aynı far ünitesinde (böyle bir far ünitesinde (böyle bir ana ışın desenleri için gereksinimleri karşılamak için parabolik reflektörden kabaca paralel ışını şekillendirebilecekleri otomobil farlarında meydana geldi. Avrupa H4 tasarımı olarak). Ekonomi, ağırlık ve darbe direnci nedeniyle, daha yeni otomobiller, düz polikarbonat lenslerle çok yönlü reflektörler kullanarak cam Fresnel lenslerle dağıtılmıştır. Bununla birlikte, Fresnel lensleri otomobil kuyruğu, işaretleyici ve ters ışıklarda geniş kullanıma devam eder.

Cam Fresnel lensleri ayrıca tiyatro ve hareketli resimler için aydınlatma aletlerinde de kullanılır (bkz. Fresnel Fener); Bu tür enstrümanlara genellikle Simply Fresnels denir. Tüm alet metal bir gövde, bir reflektör, bir lamba düzeneği ve bir Fresnel lensinden oluşur. Birçok Fresnel enstrümanı, lambanın lensin odak noktasına göre hareket ettirilmesine, ışık ışınının boyutunu artırmasına veya azaltmasına izin verir. Sonuç olarak, çok esnektirler ve genellikle 7 ° veya 70 ° kadar geniş bir ışın üretebilirler . Fresnel lensi çok yumuşak kenarlı bir ışın üretir, bu nedenle genellikle yıkama ışığı olarak kullanılır. Lensin önündeki bir tutucu, ışığı veya tel ekranları renklendirmek için renkli bir plastik film (jel) veya yaymak için buzlu plastik tutabilir. Fresnel lensi, hareketli resimlerin yapımında sadece kirişin tipik bir mercekten daha parlak odaklanma yeteneği nedeniyle değil, aynı zamanda ışık ışınının tüm genişliği boyunca nispeten tutarlı bir yoğunluk olduğu için de yararlıdır.

ABD Donanması Uçak gemisi USS'de optik iniş sistemi Dwight D. Eisenhower

Uçak gemileri ve deniz hava istasyonları genellikle optik iniş sistemlerinde Fresnel lensleri kullanır. "Köfte" ışık, pilota iniş için uygun kayma eğimini korumaya yardımcı olur. Merkezde kehribar ve kırmızı ışıklar Fresnel lenslerinden oluşur. Işıklar her zaman açık olsa da, lensin pilotun bakış açısından açısı görünür ışığın rengini ve konumunu belirler. Işıklar yeşil yatay çubuğun üzerinde görünürse, pilot çok yüksektir. Aşağıda ise, pilot çok düşük ve ışıklar kırmızı ise, pilot çok düşük. [Atıf gerekli

Projeksiyon

Görüntü projeksiyonu için Fresnel lenslerinin kullanımı görüntü kalitesini azaltır, bu nedenle sadece kalitenin kritik olmadığı veya katı bir lensin büyük kısmının yasaklayıcı olacağı durumlarda ortaya çıkma eğilimindedirler. Ucuz Fresnel lensleri şeffaf plastikten damgalanabilir veya kalıplanabilir ve havai projektörlerde ve projeksiyon televizyonlarında kullanılır.

Ticari ve DIY projeksiyonunda farklı odak uzunluklarında (bir kolimatör ve bir koleksiyoncu) Fresnel lensleri kullanılır. Kolimatör lens daha düşük odak uzunluğuna sahiptir ve ışık kaynağına daha yakın yerleştirilir ve ışığı üçlü lense odaklayan koleksiyoncu lens, projeksiyon görüntüsünden (LCD projektörlerindeki aktif bir matris LCD paneli) yerleştirilir. Fresnel lensleri ayrıca havai projektörlerde kolimatör olarak kullanılır.

Güneş enerjisi

Plastik Fresnel lensleri cam lenslerden daha büyük yapabileceğinden, çok daha ucuz ve daha hafif olmanın yanı sıra, güneş ışığını güneş ocaklarında, güneş kıyafetlerinde ve iç kullanım için su ısıtması için kullanılan güneş koleksiyoncularında ısıtma için konsantre olmak için kullanılırlar. Ayrıca buhar oluşturmak veya bir Stirling motoruna güç sağlamak için de kullanılabilirler.

Fresnel lensleri, yaklaşık 500: 1 oranında güneş ışığını güneş hücrelerine konsantre edebilir. [19] Bu, aktif güneş-hücre yüzeyinin azaltılmasını sağlar, maliyeti düşürür ve aksi takdirde çok pahalı olacak daha verimli hücrelerin kullanılmasına izin verir. 21. yüzyılın başlarında, Fresnel reflektörleri güneş enerjisini konsantre etmek için güneş enerjisi (CSP) bitkilerinin konsantre edilmesinde kullanılmaya başladı.

Fresnel lensleri, 3D baskıya camda kumu sinterlemek için kullanılabilir.