เลนส์ Optical Fresnel คืออะไร

เลนส์ Fresnel ลดปริมาณวัสดุที่ต้องการเมื่อเทียบกับเลนส์ทั่วไปโดยการแบ่งเลนส์ออกเป็นชุดของส่วนที่เป็นวงแหวนศูนย์กลาง เลนส์เฟรสในอุดมคติจะมีจำนวนส่วนที่ไม่มีที่สิ้นสุด ในแต่ละส่วนความหนาโดยรวมจะลดลงเมื่อเทียบกับเลนส์ง่าย ๆ สิ่งนี้จะแบ่งพื้นผิวอย่างต่อเนื่องของเลนส์มาตรฐานออกเป็นชุดของพื้นผิวที่มีความโค้งเดียวกันโดยมีความไม่ต่อเนื่องแบบขั้นตอนระหว่างพวกเขา

ในเลนส์บางส่วนพื้นผิวโค้งจะถูกแทนที่ด้วยพื้นผิวเรียบโดยมีมุมที่แตกต่างกันในแต่ละส่วน เลนส์ดังกล่าวถือได้ว่าเป็นปริซึมที่จัดเรียงในแบบวงกลมโดยมีปริซึมที่สูงชันบนขอบและศูนย์แบนหรือนูนเล็กน้อย ในเลนส์ Fresnel แรก (และใหญ่ที่สุด) แต่ละส่วนเป็นปริซึมแยกต่างหาก เลนส์ Fresnel 'ชิ้นเดียว' ถูกสร้างขึ้นในภายหลังโดยใช้สำหรับไฟหน้ารถยนต์เบรกที่จอดรถและเลนส์เปิดสัญญาณและอื่น ๆ ในยุคปัจจุบันอุปกรณ์การกัดที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ (CNC) หรือเครื่องพิมพ์ 3 มิติอาจใช้ในการผลิตเลนส์ที่ซับซ้อนมากขึ้น

การออกแบบเลนส์ Fresnel ช่วยให้ความหนาลดลงอย่างมาก (และทำให้มวลและปริมาณของวัสดุ) ซึ่งค่าใช้จ่ายในการลดคุณภาพการถ่ายภาพของเลนส์ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการใช้งานการถ่ายภาพที่แม่นยำเช่นการถ่ายภาพมักจะใช้เลนส์ทั่วไปขนาดใหญ่

เลนส์เฟรสเนลมักทำจากแก้วหรือพลาสติก ขนาดของพวกเขาแตกต่างจากขนาดใหญ่ (ประภาคารประวัติศาสตร์เก่า ๆ ขนาดมิเตอร์) ถึงปานกลาง (เอดส์การอ่านหนังสือ, มุมมอง OHP กราฟโปรเจ็กเตอร์) ไปยังหน้าจอขนาดเล็ก (หน้าจอกล้อง TLR/SLR, micro-optics) ในหลายกรณีพวกเขาบางและแบนเกือบยืดหยุ่นมีความหนาในช่วง 1 ถึง 5 มม. (1⁄32 ถึง 3⁄16 นิ้ว )

เลนส์ Fresnel ที่ทันสมัยส่วนใหญ่ประกอบด้วยองค์ประกอบการหักเหของแสงเท่านั้น อย่างไรก็ตามเลนส์ประภาคารมีแนวโน้มที่จะรวมทั้งการหักเหและสะท้อนองค์ประกอบหลังอยู่นอกวงแหวนโลหะที่เห็นในภาพถ่าย ในขณะที่องค์ประกอบด้านในเป็นส่วนของเลนส์หักเห แต่องค์ประกอบด้านนอกจะสะท้อนปริซึมซึ่งแต่ละตัวจะทำการหักเหสองตัวและการสะท้อนภายในทั้งหมดหนึ่งครั้งหลีกเลี่ยงการสูญเสียแสงที่เกิดขึ้นจากการสะท้อนจากกระจกสีเงิน

แอปพลิเคชัน

การถ่ายภาพ

เลนส์พลาสติก Fresnel ขายเป็นอุปกรณ์ขยายหน้าจอทีวี

เลนส์ Fresnel ที่ใช้ใน Sinclair FTV1 Portable CRT TV ซึ่งขยายแง่มุมแนวตั้งของจอแสดงผลเท่านั้น

เลนส์ Fresnel ใช้เป็นเครื่องขยายเสียงมือถืออย่างง่าย พวกเขายังใช้ในการแก้ไขความผิดปกติทางสายตาหลายประการรวมถึงความผิดปกติของความผิดปกติของตาเช่น Strabismus [14] เลนส์ Fresnel ถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มขนาดภาพของจอแสดงผล CRT ในโทรทัศน์กระเป๋าโดยเฉพาะอย่างยิ่ง Sinclair TV80 พวกเขายังใช้ในสัญญาณไฟจราจร

เลนส์ Fresnel ใช้ในรถบรรทุกยุโรปทางซ้ายมือที่เข้าสู่สหราชอาณาจักรและสาธารณรัฐไอร์แลนด์ (และในทางกลับกันรถบรรทุกไอริชและรถบรรทุกอังกฤษมือขวาเข้าสู่ยุโรปแผ่นดินใหญ่) เพื่อเอาชนะจุดบอดที่เกิดจากคนขับรถบรรทุก นั่งอยู่ด้านผิดของห้องโดยสารเมื่อเทียบกับด้านข้างของถนนที่รถเปิดอยู่ พวกเขาแนบไปกับหน้าต่างด้านผู้โดยสาร

แอปพลิเคชั่นรถยนต์อีกหนึ่งแอปพลิเคชันของเลนส์ Fresnel คือตัวเพิ่มมุมมองด้านหลังเนื่องจากมุมมองกว้างของเลนส์ที่ติดอยู่กับหน้าต่างด้านหลังอนุญาตให้ตรวจสอบฉากที่อยู่เบื้องหลังยานพาหนะโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่สูง กระจกคนเดียว

เลนส์ Fresnel หลายโฟกัสยังใช้เป็นส่วนหนึ่งของกล้องระบุเรตินาซึ่งให้ภาพหลายภาพทั้งในและนอกโฟกัสของเป้าหมายการตรึงภายในกล้อง สำหรับผู้ใช้แทบทุกคนอย่างน้อยหนึ่งภาพจะอยู่ในโฟกัสดังนั้นจึงช่วยให้การจัดตำแหน่งตาถูกต้อง

เลนส์ Fresnel ยังถูกนำมาใช้ในด้านความบันเทิงยอดนิยม ศิลปินร็อคชาวอังกฤษปีเตอร์กาเบรียลใช้ประโยชน์จากพวกเขาในการแสดงเดี่ยวครั้งแรกของเขาเพื่อขยายขนาดของหัวของเขาตรงกันข้ามกับส่วนที่เหลือของร่างกายของเขาเพื่อผลที่น่าทึ่งและการ์ตูน ในภาพยนตร์เทอร์รี่กิลเลียมบราซิลหน้าจอพลาสติก Fresnel ปรากฏขึ้นอย่างเห็นได้ชัดว่าเป็นแว่นขยายสำหรับจอภาพ CRT ขนาดเล็กที่ใช้ทั่วทั้งสำนักงานของกระทรวงข้อมูล อย่างไรก็ตามบางครั้งพวกเขาก็ปรากฏขึ้นระหว่างนักแสดงและกล้องบิดเบือนขนาดและองค์ประกอบของฉากไปสู่เอฟเฟกต์อารมณ์ขัน The Pixar Movie Wall-E มีเลนส์ Fresnel ในฉากที่ตัวเอกดูละครเพลงสวัสดีดอลลี่! ขยายบน iPod

การถ่ายภาพ

Canon และ Nikon ใช้เลนส์ Fresnel เพื่อลดขนาดของเลนส์เทเลโฟโต้ เลนส์ภาพถ่ายที่มีองค์ประกอบ Fresnel อาจสั้นกว่าการออกแบบเลนส์ทั่วไปที่สอดคล้องกันมาก Nikon เรียกเฟสเทคโนโลยี

กล้องโพลารอยด์ SX-70 ใช้ตัวสะท้อนแสง Fresnel เป็นส่วนหนึ่งของระบบการดู

มุมมองและกล้องรูปแบบขนาดใหญ่สามารถใช้เลนส์ Fresnel ร่วมกับกระจกพื้นเพื่อเพิ่มความสว่างที่รับรู้ของภาพที่ฉายโดยเลนส์ลงบนกระจกพื้นดังนั้นช่วยในการปรับโฟกัสและองค์ประกอบ

การส่องสว่าง

เลนส์ประภาคาร Inchkeith และกลไกการขับขี่

เลนส์เฟรสเนลที่มีคุณภาพสูงถูกนำมาใช้ในประภาคารซึ่งพวกเขาได้รับการพิจารณาว่าเป็นรัฐในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 และผ่านกลางศตวรรษที่ 20; ประภาคารส่วนใหญ่ตอนนี้ได้ออกเลนส์เฟรสลัสเฟรสแก้วออกจากการบริการและแทนที่ด้วยแอโรบิคที่มีราคาถูกกว่าและทนทานกว่ามากซึ่งตัวเองมักจะมีเลนส์พลาสติกเฟรสเนลล์ และด้านล่างของระนาบกลาง Fresnel เพื่อจับแสงทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสง เส้นทางแสงผ่านองค์ประกอบเหล่านี้อาจรวมถึงการสะท้อนกลับภายในแทนที่จะหักเหง่าย ๆ ในองค์ประกอบของ Planar Fresnel เลนส์เหล่านี้มอบผลประโยชน์ในทางปฏิบัติมากมายให้กับนักออกแบบผู้สร้างและผู้ใช้ประภาคารและการส่องสว่าง เหนือสิ่งอื่นใดเลนส์ขนาดเล็กสามารถพอดีกับพื้นที่ขนาดกะทัดรัดมากขึ้น การส่งผ่านแสงที่มากขึ้นในระยะทางไกลและรูปแบบที่หลากหลายทำให้เป็นไปได้ที่จะสร้างตำแหน่งเป็นรูปสามเหลี่ยม [จำเป็นต้องมีการอ้างอิง]

บางทีการใช้เลนส์ Fresnel ที่แพร่หลายมากที่สุดในช่วงเวลาหนึ่งเกิดขึ้นในไฟหน้ารถยนต์ซึ่งพวกเขาสามารถกำหนดลำแสงขนานโดยประมาณจากตัวสะท้อนแสงพาราโบลาเพื่อตอบสนองความต้องการสำหรับรูปแบบจุ่มและคานหลักซึ่งมักจะอยู่ในหน่วยไฟหน้าเดียวกัน (เช่นเช่น ในฐานะการออกแบบ H4 ในยุโรป) ด้วยเหตุผลของเศรษฐกิจน้ำหนักและความต้านทานต่อแรงกระแทกรถยนต์รุ่นใหม่ได้จ่ายด้วยเลนส์แก้วเฟรสเนลโดยใช้ตัวสะท้อนแสงหลายแง่มุมที่มีเลนส์โพลีคาร์บอเนตธรรมดา อย่างไรก็ตามเลนส์ Fresnel ยังคงใช้งานอย่างกว้างขวางในหางรถยนต์เครื่องหมายและไฟย้อนกลับ

เลนส์ Glass Fresnel ยังใช้ในเครื่องมือแสงสำหรับโรงละครและภาพเคลื่อนไหว (ดู Fresnel Lantern); เครื่องมือดังกล่าวมักเรียกว่า Fresnels เครื่องมือทั้งหมดประกอบด้วยตัวเรือนโลหะตัวสะท้อนแสงชุดหลอดไฟและเลนส์ Fresnel เครื่องมือ Fresnel จำนวนมากอนุญาตให้ใช้หลอดไฟเมื่อเทียบกับจุดโฟกัสของเลนส์เพื่อเพิ่มหรือลดขนาดของลำแสงแสง เป็นผลให้พวกเขามีความยืดหยุ่นมากและมักจะผลิตลำแสงแคบถึง 7 ° หรือ กว้างถึง 70 ° เลนส์ Fresnel ผลิตลำแสงที่มีขอบนุ่มมากดังนั้นจึงมักใช้เป็นไฟล้าง ตัวยึดด้านหน้าของเลนส์สามารถเก็บฟิล์มพลาสติกสี (เจล) เพื่อให้สีหน้าจอแสงหรือลวดหรือพลาสติกน้ำค้างแข็งเพื่อกระจาย เลนส์ Fresnel มีประโยชน์ในการสร้างภาพเคลื่อนไหวไม่เพียงเพราะความสามารถในการโฟกัสลำแสงที่สว่างกว่าเลนส์ทั่วไป แต่ยังเป็นเพราะแสงมีความเข้มที่ค่อนข้างสอดคล้องกันทั่วทั้งความกว้างของลำแสง

ระบบการลงจอดแบบออพติคอลบนเรือบรรทุกเครื่องบินสหรัฐฯ USS USS Dwight D. Eisenhower

เรือบรรทุกเครื่องบินและสถานีอากาศทหารเรือมักจะใช้เลนส์เฟรสเนลในระบบการลงจอดแบบออพติคอล แสง "ลูกชิ้น" ช่วยนักบินในการรักษาความชันร่อนที่เหมาะสมสำหรับการลงจอด ตรงกลางมีไฟอำพันและสีแดงประกอบด้วยเลนส์เฟรส แม้ว่าไฟจะเปิดอยู่เสมอมุมของเลนส์จากมุมมองของนักบินจะกำหนดสีและตำแหน่งของแสงที่มองเห็นได้ หากไฟปรากฏขึ้นเหนือแถบแนวนอนสีเขียวนักบินจะสูงเกินไป หากอยู่ด้านล่างนักบินจะต่ำเกินไปและถ้าไฟเป็นสีแดงนักบินก็ต่ำมาก [จำเป็นต้องมีการอ้างอิง

การฉายภาพ

การใช้เลนส์ Fresnel สำหรับการฉายภาพช่วยลดคุณภาพของภาพดังนั้นจึงมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นเฉพาะในกรณีที่คุณภาพไม่สำคัญหรือในกรณีที่เลนส์แข็งจำนวนมากจะถูกห้าม เลนส์ Fresnel ราคาถูกสามารถประทับตราหรือหล่อขึ้นรูปพลาสติกโปร่งใสและใช้ในโปรเจ็กเตอร์เหนือศีรษะและโทรทัศน์ฉาย

เลนส์ Fresnel ที่มีความยาวโฟกัสที่แตกต่างกัน (หนึ่ง collimator และหนึ่ง collector) ใช้ในการฉายเชิงพาณิชย์และ DIY เลนส์ collimator มีความยาวโฟกัสที่ต่ำกว่าและอยู่ใกล้กับแหล่งกำเนิดแสงและเลนส์คอลเลคเตอร์ซึ่งมุ่งเน้นแสงเข้าไปในเลนส์ทริปเล็ตจะถูกวางไว้หลังจากภาพฉายภาพ เลนส์ Fresnel ยังใช้เป็น collimators ในโปรเจ็กเตอร์เหนือศีรษะ

พลังงานแสงอาทิตย์

เนื่องจากเลนส์พลาสติก Fresnel สามารถทำเลนส์ขนาดใหญ่กว่าแก้วได้เช่นเดียวกับที่มีราคาถูกกว่าและเบากว่ามากจึงใช้เพื่อให้ความร้อนจากแสงแดดสำหรับการทำความร้อนในหม้อหุงแสงอาทิตย์ในอุปถัมภ์แสงอาทิตย์และในนักสะสมพลังงานแสงอาทิตย์ที่ใช้ในการให้ความร้อนกับการใช้งานภายในประเทศ พวกเขายังสามารถใช้ในการสร้างไอน้ำหรือเพื่อเปิดเครื่องยนต์สเตอร์ลิง

เลนส์ Fresnel สามารถรวมแสงแดดไปยังเซลล์แสงอาทิตย์ด้วยอัตราส่วนเกือบ 500: 1 [19] สิ่งนี้ช่วยให้พื้นผิวเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้งานลดลงลดต้นทุนและช่วยให้สามารถใช้เซลล์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นซึ่งอาจมีราคาแพงเกินไป ในช่วงต้นศตวรรษที่ 21 ตัวสะท้อนแสงเฟรสเริ่มใช้ในการมุ่งเน้นพืชพลังงานแสงอาทิตย์ (CSP) เพื่อให้ความสนใจกับพลังงานแสงอาทิตย์

เลนส์ Fresnel สามารถใช้กับทรายเผาช่วยให้พิมพ์ 3 มิติในแก้ว