soczewka Fresnela

Przekroje konwencjonalnej soczewki, soczewki Fresnela ( soczewki reflektora lub paska) i soczewki mikrofresnela o tej samej ogniskowej

Soczewki Fresnela [ fʀɛnɛl ] soczewki Fresnela lub dokładniej Fresnela etap soczewka jest konstrukcja objętości i zmniejszona masa optycznej soczewki . Został pierwotnie opracowany dla latarni morskich przez francuskiego fizyka Augustina Jeana Fresnela około 1822 roku . Zasada działania została wymyślona przez Georgesa-Louisa Leclerca de Buffona w 1748 roku.

budowa

Soczewka paska w latarni morskiej w Grasøyane fyr w Ulstein w Norwegii . Jeden z czterech segmentów zostaje usunięty.

Ponieważ światło jest załamywane tylko wtedy, gdy przechodzi przez powierzchnie soczewki , kąt załamania nie zależy od grubości, a jedynie od kąta między dwiema powierzchniami. Objętość soczewki Fresnela zmniejsza się, dzieląc ją na obszary w kształcie pierścienia, których maksymalna grubość szkła jest w przybliżeniu taka sama. Wymagana krzywizna powierzchni daje soczewce szereg pierścieniowych stopni. Obiektyw zachowuje swoją ogniskową, ale jakość obrazu jest pogorszona przez strukturę schodkową.

Obecnie istnieją zasadniczo dwa rodzaje soczewek Fresnela: reflektorów soczewek i pasów soczewek .

  • Reflektor soczewek, takich jak konwencjonalne soczewki mają jest osią optyczną . Skupiają światło w kierunku tej osi.
  • Soczewka pasowa to wydrążony korpus rewolucji . Jego kształt jest tworzony przez obracanie przekroju soczewki Fresnela wokół osi prostopadłej do osi optycznej soczewki. Źródło światła jest umieszczone na przecięciu dwóch osi. Soczewki pasowe skupiają ich światło w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu i emitują je równomiernie we wszystkich kierunkach.

posługiwać się

Optyka latarni morskiej

W XIX wieku soczewki Fresnela były używane głównie w latarniach morskich . Składały się z ręcznie polerowanych pryzmatów ze szkła, które ułożono w ramę wykonaną z metalu, najczęściej z mosiądzu . Dzięki znacznie większemu natężeniu światła w porównaniu z wcześniejszą optyką beacon, zrewolucjonizowały technologię latarni morskich. Produkcja wczesnych soczewek Fresnela była skomplikowana i kosztowna. Najważniejsze ośrodki produkcyjne znajdowały się w Wielkiej Brytanii i Francji, najważniejszym producentem w Niemczech była firma Weule .

Podział optyki latarni na zamówienia

W obiektywach do latarni morskich termin kolejność jest używany do określenia ich wielkości geometrycznej - z którą związana jest ogniskowa wielkości optycznej . Duże soczewki (duża ogniskowa) wytwarzają jaśniejsze, bardziej dalekosiężne światło latarni morskiej niż małe soczewki z tym samym źródłem światła. Sześć zamówień jest standaryzowanych w USA:

właściwe
planowanie		 Ogniskowa
(mm)		 Wysokość
(mm)		 Masa
(kg)		 Typowe zastosowanie
w USA
01. 00920 02590 5800 Największe nadmorskie latarnie morskie
02. 00700 02069 1600 Wielkie jeziora, wyspy u wybrzeży, cieśniny
03. 00500 01576 0900 Wybrzeże, ujścia na cieśniny, zatoki, kanały
04. 00250 00722 0200-300 płycizny, rafy, porty, wyspy rzeczne
05. 00187,5 00541 0120-200 Doki, rzeki, mniejsze wysepki w cieśninach
06. 00150 00433 0100 Doki i nabrzeża

Dalsze przykłady

Soczewka częściowego paska z latarni morskiej Loschen w Bremerhaven (kąt mocowania 60 °)

Soczewki Fresnela są nadal używane, gdy waga soczewek ma kluczowe znaczenie, a jakość obrazu jest drugorzędna.

W przypadku świateł natarcia używana jest tylko jedna soczewka, podczas gdy przy światłach obrotowych kilka soczewek jest ułożonych w okrąg tak, aby mogły obracać się wokół źródła światła.

Soczewka Fresnela została umieszczona za ekranami do tylnej projekcji, aby poprawić oświetlenie ekranu dla widza.

Niektóre reflektory do oświetlania wydarzeń są zaprojektowane jako reflektory z soczewkami stopniowanymi. Taka konstrukcja oszczędza masę. Soczewka Fresnela reflektorów do oświetlenia filmowego i telewizyjnego jest matowa („matowa”), aby zamazać projekcję pierścieni schodkowych.

Soczewki Fresnela są często formowane z tworzywa sztucznego i osiągają wysoki poziom precyzji. Stosowane są w projektorach światła dziennego , w prostych ręcznych lupach , w tylnych światłach samochodowych oraz jako obiektywy szerokokątne (filmy) w tylnych szybach samochodów (martwe punkty) oraz w kasach (sprawdzanie wózków sklepowych). Matówki w wizjerze lustrzanek mają również obszar soczewki Fresnela.

W czujnikach ruchu wykorzystujących czujniki piroelektryczne soczewki Fresnela umożliwiają przypisanie źródła ciepła do określonego segmentu kąta bryłowego. Dzięki temu mogą wykrywać ruchy na przejściach między segmentami.

Obiektywy stopniowane są również częścią teleobiektywów o długiej ogniskowej, aby zmniejszyć ich wagę.

W przypadku koncentratorowych ogniw słonecznych soczewki służą do skupiania promieni słonecznych na mniejszym elemencie przetwornika, co zmniejsza jego powierzchnię, a tym samym cenę.

Co więcej, soczewki Fresnela stosowane w sygnalizacji optycznej i specjalnych systemach sygnalizacyjnych (Xenonblitz-, wszystkie kolory obracające się światło ostrzegawcze ).

Soczewki Fresnela są również często używane w zestawach do wirtualnej rzeczywistości (przykłady: HP Reverb G1 i G2, Oculus Quest i Oculus Quest 2 , Oculus Rift S , Valve Index ).

  • Soczewka reflektora w tylnym świetle samochodu

  • Obraz żaby (z lewej, z przodu) z cienką soczewką Fresnela (z lewej, z tyłu); Obraz i obiektyw (po prawej)

  • Latarnia okrętowa z jednoczęściową soczewką w pasie

  • Arkusz Fresnela do powiększania tekstów

  • Soczewki Fresnela w zakrzywionej części obudowy detektora ruchu. Podświetlany od tyłu, aby pokazać efekt soczewki.

Zobacz też

literatura

  • Dietrich Kühlke: Optyka. Podstawy i aplikacje . Wydanie drugie, poprawione i rozszerzone. Harri Deutsch Verlag, Frankfurt nad Menem 2004, ISBN 3-8171-1741-8 , s. 122 .

Linki internetowe / referencje

Wikisłownik: Soczewka Fresnela  - wyjaśnienia znaczeń, pochodzenie słów, synonimy, tłumaczenia
Commons : Soczewka Fresnela  - kolekcja obrazów, filmów i plików audio

Uwagi

  1. ↑ Traité élémentaire de physique, tom 2 .
  2. ↑ Informacje dotyczące optyki świateł ostrzegawczych: soczewki reflektorów . Wyspecjalizowana agencja inżynierii ruchu. Źródło 30 grudnia 2010.
  3. ↑ Informacje dotyczące optyki nawigacyjnej: soczewki paskowe . Specjalista ds. inżynierii ruchu. Źródło 30 grudnia 2010.
  4. ↑ W tym i następnych vlg. Ray Jones, Encyklopedia latarni morskiej. The Definitive Reference , Guilford, CT 2004, s. 88f.
  5. ↑ W przypadku nowoczesnych, jaśniejszych źródeł światła zasięg można zwiększyć lub zastosować mniejszą soczewkę (wyższego rzędu) przy tym samym zakresie.
  6. ↑ patrz tabela porównawcza zamówień obiektywów
  7. ↑ patrz Tabela porównawcza zamówień obiektywów , w: Dennis L. Noble, Lighthouses & Keppers. US Lighthouse Service i jego dziedzictwo , Annapolis, MD 1997, s. 24.
  8. ↑ United States Lighthouse Society „Zamówienia, rozmiary, wagi, ilości i koszty soczewek Fresnela”
  9. ↑ Informacje dotyczące optyki nawigacyjnej: Soczewki obrotowe: Rys . 3 . Specjalista ds. inżynierii ruchu. Źródło 30 grudnia 2010 .
  10. ↑ Nikon: Phase Fresnel Lens (PF) , dostęp 25 września 2018
  11. ^ Bliższe spojrzenie na nową technologię soczewek Fresnela (PF) firmy Nikon : Bliższe spojrzenie na technologię soczewek nowej fazy Fresnela (PF) firmy Nikon , dostęp 25 września 2018 r.
  12. ↑ Rolf Hug: Koncentrator fotowoltaiki doprowadza słońce do punktu: nowa niemiecka technologia dla wydajnych elektrowni słonecznych . Serwer słoneczny. 17 kwietnia 2008 . Źródło 30 grudnia 2010 .