Co je optický objektiv Fresnel

Fresnelová čočka snižuje množství požadovaného materiálu ve srovnání s konvenční čočkou rozdělením čočky do sady soustředných prstencových sekcí. Ideální čočka Fresnel by měla nekonečný počet sekcí. V každé části je celková tloušťka snížena ve srovnání s ekvivalentním jednoduchým čočkou. To účinně dělí kontinuální povrch standardního čočky na sadu povrchů stejného zakřivení s postupným diskontinuity mezi nimi.

V některých čočkách jsou zakřivené povrchy nahrazeny plochými povrchy s jiným úhlem v každé části. Takový objektiv lze považovat za řadu hranolů uspořádaných kruhovým způsobem, se strmějšími hranoly na okrajích a plochým nebo mírně konvexním centrem. V prvních (a největších) čočkách Fresnene byla každá sekce ve skutečnosti samostatným hranolem. Později byly vyrobeny „jednorázové“ objektivy Fresnel, které se používaly pro automobilové světlomety, brzdu, parkování a čočky signálu na řadě atd. V moderní době by mohly být k výrobě složitějších čoček použity počítačově řízené frézovací zařízení (CNC) nebo 3-D tiskárny.

Konstrukce čočky Fresnel umožňuje podstatné snížení tloušťky (a tedy hmotnosti a objemu materiálu) na úkor snížení kvality zobrazování čočky, a proto přesné zobrazovací aplikace, jako je fotografie, stále stále používají větší konvenční čočky.

Čočky Fresnel jsou obvykle vyrobeny ze skla nebo plastu; Jejich velikost se liší od velkých (staré historické majáky, velikost měřiče) až po médium (AIDS pro čtení knih, OHP View Graf Projektory) na malé (obrazovky kamery TLR/SLR, mikroptika). V mnoha případech jsou velmi tenké a ploché, téměř flexibilní, s tloušťkou v rozsahu 1 až 5 mm (1 ⁄ 32 až 3 ⁄ 16 palců).

Většina moderních čoček Fresnel se skládá pouze z refrakčních prvků. Objektivy s majáky však mají tendenci zahrnovat jak refrakční, tak odrážející prvky, přičemž druhé jsou mimo kovové prsteny, které jsou na fotografiích vidět. Zatímco vnitřní prvky jsou úseky refrakčních čoček, vnější prvky odrážejí hranoly, z nichž každá provádí dva refrakce a jednu celkovou vnitřní odraz, což zabrání ztrátě světla, ke kterému dochází v odrazu ze stříbrného zrcadla.

aplikace

Zobrazování

Plastová čočka Fresnel prodávaná jako zvětšující se zařízení pro televizní obrazovku

Čočka Fresnel používaná v přenosné TV Sinclair FTV1, která zvětšuje pouze vertikální aspekt displeje

Objektivy Fresnelu se používají jako jednoduché ruční lupy. Používají se také k opravě několika vizuálních poruch, včetně poruch oční motility, jako je Strabismus. [14] Objektivy Fresnelu byly použity ke zvýšení vizuální velikosti displejů CRT v kapesných televizích, zejména Sinclair TV80. Používají se také v semaforech.

Objektivy Fresnel se používají v evropských nákladech v levém pohonu vstupující do Velké Británie a Irské republiky (a naopak, irské a britské nákladní automobily vstupu do pevninské Evropy) k překonání slepých míst způsobených řidičem provozujícím vozidlo, zatímco jezdí z nich Sedí na nesprávné straně kabiny vzhledem k boku silnice, na kterém je auto. Připojí se k oknu na straně spolujezdce.

Další automobilová aplikace objektivu Fresnel je zesilovač zadního pohledu, protože široký úhel pohledu čočky připojené k zadnímu oknu umožňuje zkoumat scénu za vozidlem, zejména vysoký nebo bluff-ocasný, efektivněji než zadní pohled Zrcadlo samotné.

Více fokální čočky Fresnel se také používají jako součást identifikačních kamer sítnice, kde poskytují více obrázků fixačního cíle uvnitř fotoaparátu. Prakticky pro všechny uživatele bude alespoň jeden z obrázků v soustředění, což umožní správné zarovnání očí.

Objektivy Fresnel byly také použity v oblasti populární zábavy. Britský rockový umělec Peter Gabriel je využil ve svých raných sólových živých vystoupeních, aby zvětšil velikost jeho hlavy, na rozdíl od zbytku jeho těla, pro dramatický a komický efekt. Ve filmu Terry Gilliam Brazílie se plastové obrazovky Fresnel zdají zdánlivě jako zvětšovače pro malé monitory CRT používané v kancelářích ministerstva informací. Občas se však objevují mezi herci a kamerou a zkreslují měřítko a složení scény k vtipnému účinku. Film Pixar Wall-E nabízí objektiv Fresnel ve scénách, kde protagonista sleduje hudební ahoj, Dolly! zvětšeno na iPodu.

Fotografování

Canon a Nikon použili objektivy Fresnel ke zmenšení velikosti teleobjektiv. Fotografické čočky, které obsahují prvky Fresnel, mohou být mnohem kratší než odpovídající konvenční design čočky. Nikon nazývá technologickou fázi Fresnel.

Fotoaparát Polaroid SX-70 použil reflektor Fresnelu jako součást svého pozorovacího systému.

Viz a velké formátové kamery mohou využívat objektiv Fresnel ve spojení se zemním sklem, ke zvýšení vnímaného jasu obrazu promítaného čočkou na zemní sklo, čímž napomáhá úpravě zaostření a složení.

Osvětlení

Mechanismus hnací čočky a hnací čočky

Vysoce kvalitní skleněné čočky Fresnel byly použity v majách, kde byly považovány za nejmodernější na konci 19. a polovině 20. století; Většina majáků má nyní odešla skleněné fresnelové čočky ze servisu a nahradila je mnohem levnějšími a odolnějšími aerobeacony, které sami často obsahují plastové čočky Fresnel. a pod centrálním rovinným Fresnelem, aby zachytil veškeré světlo vyzařované ze zdroje světla. Světelná cesta těmito prvky může zahrnovat vnitřní odraz, spíše než jednoduchý refrakce v rovinném prvku Fresnel. Tyto čočky udělily návrhářům, stavitelům a uživatelům majáků a jejich osvětlení mnoho praktických výhod. Mimo jiné by se menší čočky mohly zapadnout do více kompaktních prostorů. Větší přenos světla na delší vzdálenosti a rozmanité vzory umožnil triangulaci polohy. [Potřebná citace]

Snad nejrozšířenější používání čoček Fresnel, na nějakou dobu, se vyskytlo v automobilových světlometech, kde mohou utvářet zhruba paralelní paprsek z parabolického reflektoru, aby splňoval požadavky na ponořené a hlavní paprsky, často obojí ve stejné jednotky světlometů (jako takové jako evropský design H4). Z důvodu ekonomiky, hmotnosti a nárazu se novější vozy vydávají se skleněnými čočkami Fresnel pomocí mnohostranných reflektorů s obyčejnými polykarbonátovými čočkami. Objektivy Fresnel však pokračují v širokém využívání v automobilovém ocasu, značce a obrácení světel.

Skleněné čočky Fresnel se také používají ve světelných nástrojích pro divadelní a filmy (viz Fresnel Lantern); Takové nástroje se často nazývají jednoduše fresnely. Celý nástroj se skládá z kovového pouzdra, reflektoru, sestavy lampy a čočky Fresnel. Mnoho Fresnelových nástrojů umožňuje, aby se lampa pohybovala vzhledem k ohniskovému bodu čočky, zvýšit nebo zmenšit velikost světelného paprsku. Výsledkem je, že jsou velmi flexibilní a často mohou produkovat paprsek tak úzký jako 7 ° nebo široký jako 70 ° . Objektiv Fresnel produkuje velmi měkký paprsek, takže se často používá jako praní. Držák před čočkou může držet barevný plastový film (gel), aby zabarvil světelné nebo drátěné obrazovky nebo matný plast, aby jej rozptýlil. Fresnelova čočka je užitečná při výrobě pohybových obrázků nejen kvůli jeho schopnosti soustředit paprsek jasnější než typický čočka, ale také proto, že světlo je relativně konzistentní intenzitou po celé šířce paprsku světla.

Optický přistávací systém na americkém námořnictvu letadlové lodi USS Dwight D. Eisenhower

Letadlové lodě a námořní vzduchové stanice obvykle používají čočky Fresnel ve svých optických systémech přistání. Světlo „masové kuličky“ pomáhá pilotovi při udržování správného klouzavého svahu pro přistání. Ve středu jsou jantarová a červená světla složená z objektivů Fresnel. Ačkoli světla jsou vždy zapnutá, úhel čočky z pohledu pilota určuje barvu a polohu viditelného světla. Pokud se světla objeví nad zelenou vodorovnou lištou, je pilot příliš vysoký. Pokud je níže, pilot je příliš nízký a pokud jsou světla červená, pilot je velmi nízký. [Citace je potřeba

Projekce

Použití čoček Fresnel pro projekci obrazu snižuje kvalitu obrazu, takže mají tendenci se vyskytovat pouze tam, kde není kvalita kritická nebo kde by byla většina pevných čoček zakázána. Levné čočky Fresnel mohou být vyraženy nebo formovány z průhledného plastu a používají se v projektorech a projekčních televizích.

V komerční projekci a kutilství se používají objektivy fresnelu různých ohniskových délek (jeden kolimátor a jeden sběratel). Objektiv kolimátoru má nižší ohniskovou vzdálenost a je umístěn blíže ke zdroji světla a kolektorová čočka, která zaostřuje světlo do trojicové čočky, je umístěna po projekčním obrazu (aktivní maticový LCD panel v LCD projektorech). Objektivy Fresnelu se také používají jako kolimátory v nadzemních projektorech.

Solární energie

Vzhledem k tomu, že plastové čočky Fresnel mohou být vyráběny větší než skleněné čočky, stejně jako mnohem levnější a lehčí, používají se k koncentraci slunečního světla pro vytápění v solárních vařičích, v solárních kovárnách a ve slunečních sběratelů používaných k zahřívání vody pro domácí použití. Mohou být také použity ke generování páry nebo k napájení Stirlingova motoru.

Čočky Fresnel mohou soustředit sluneční světlo na solární články s poměrem téměř 500: 1. [19] To umožňuje snížení aktivního povrchu solárních buněk, snížení nákladů a umožnění použití účinnějších buněk, které by jinak byly příliš drahé. Na začátku 21. století se fresnelové reflektory začaly používat při koncentraci sluneční energie (CSP) k koncentraci sluneční energie.

Čočky Fresnel lze použít k písemnému písku, což umožňuje 3D tisk ve skle.