菲涅尔透镜的原理分类应用

菲涅尔透镜,又名螺纹透镜,多是由聚烯烃材料注压而成的薄片,也有玻璃制作的,镜片表面一面为光面,另一面刻录了由小到大的同心圆,它的纹理是根据光的干涉及扰射以及相对灵敏度和接收角度要求来设计的。菲涅尔透镜在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜,效果较好,但成本比普通的凸透镜低很多。多用于对精度要求不是很高的场合,如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。

菲涅尔透镜是透镜的一个分支,由于它同其他的透镜相比,具有体积小,重量轻,结构紧凑的优点,同时它拥有不逊于其它透镜的良好聚光性和成像性能,埃莫森-阿帕雷西多因此在国防、航空、空…[查看全部]

菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片,镜片表面一面为光面,另一面刻录了由小到大的同心圆。菲涅尔透镜的在很多时候相当于凸透镜,效果较好,但成本比普通的凸透镜低很多。

菲涅尔透镜的工作原理十分简单:假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面(如:透镜表面),拿掉尽可能多的光学材料,而保留表面的弯曲度。另外一种理解就是,透镜连续表面部分“坍陷”到一个平面上。如图:

菲涅尔透镜塌陷到平面从剖面看,其表面由一系列锯齿型凹槽组成,中心部分是椭圆型弧线。每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同,但都将光线集中一处,形成中心焦点,也就是透镜的焦点。每个凹槽都可以看做一个独立的小透镜,把光线调整成平行光或聚光。菲涅尔透镜还能够消除部分球形像差。

简单地说,菲涅尔透镜一面是平坦的,另一面是凸起的。人们首次使用菲涅尔透镜是在18世纪初,当时它被用在灯塔的探照灯上,聚焦射出来的光束。当人们需要一面又薄又轻的透镜时,塑料菲涅尔透镜便派上了用场。尽管成像质量不如玻璃透镜,但是在很多应用中并不需要完美的图像质量。

菲涅尔透镜背后的基本思想很简单。想象一下,取一面塑料放大镜并将其切成一百个同心圆环(就像树的年轮)薄片。每个圆环都比旁边的圆环稍微小一点,并将光会聚到中心。现在,取出并修改每一个圆环,使其一边平坦并且与其余圆环等厚。为了保持圆环向中心会聚光线的能力,各个圆环的斜面的角度将有所不同。现在,若将所有圆环堆叠在一起,就可以得到一面菲涅尔透镜了。当然也可以将透镜做得特别大,大型菲涅尔透镜经常用作太阳能聚光器。

菲涅尔透镜,简单的说就是在透镜的一侧有等距的齿纹。通过这些齿纹,可以达到对指定光谱范围的光带通(反射或者折射)的作用。传统的打磨光学器材的带通光学滤镜造价昂贵,菲涅尔透镜可以极大的降低成本。

菲涅尔透镜是由聚烯烃材料注压而成的薄片,镜片表面一面为光面,另一面刻录了由小到大的同心圆,它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的,透镜的要求很高,一片优质的透镜必须是表面光洁,纹理清晰,其厚度一般在1mm左右,特性为面积较大,厚度薄及侦测距离远。

菲涅尔透镜是由法国物理学家奥古斯汀.菲涅尔发明的,他在1822年最初使用这种透镜设计用于建立一个玻璃菲涅尔透镜系统——灯塔透镜。

菲涅尔透镜是一种微细结构的光学元件,从正面看其象一个飞镖盘,由一环一环的同心圆组成。

菲涅尔透镜工作原理十分简单:假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面(如:透镜表面),拿掉尽可能多的光学材料,而保留表面的弯曲度。另外一种理解就是,透镜连续表面部分“坍陷”到一个平面上。

从剖面看,其表面由一系列锯齿型凹槽组成,中心部分是椭圆型弧线。每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同,但都将光线集中一处,形成中心焦点,也就是透镜的焦点。每个凹槽都可以看做一个独立的小透镜,把光线调整成平行光或聚光。这种透镜还能够消除部分球形像差。

通过将数个独立的截面安装在一个框架上从而制作出更轻更薄的透镜,这一想法常被认为是由布封伯爵提出的。孔多塞(1743-1794)提议用单片薄玻璃来研磨出这样的透镜。而法国物理学家兼工程师菲涅耳亦对这种透镜在灯塔上的应用寄予厚望。根据史密森学会的描述,1823年,第一枚菲涅尔透镜被用在了吉伦特河口的哥杜昂灯塔上;透过它发射的光线千米)以外看到。苏格兰物理学家大卫布儒斯特爵士被看作是促使英国在灯塔中使用这种透镜的推动者。

国际上有人研制大型菲涅尔透镜,试图用于制作太阳能聚光集热器。菲涅尔透镜是平面化的聚光镜,重量轻,价格比较低,也有点聚焦和线聚焦之分

菲涅尔透镜是一种应用十分广泛的光学元件,其设计和制造设计到多个技术领域,包括光学工程,高分子材料工程,CNC机械加工,金刚石车削工艺,镀镍工艺;模压、注塑、浇铸等制造工艺。

边缘光线原理是指在设计菲涅尔透镜的时候,入射光中的最外边光线也要入射到接受面的边缘上,而不是指在最大接收角之内的入射光线在接收面上形成一个清晰的像。

根据边缘光线原理设计的菲涅尔透镜虽然不具有最高的聚光性能,但几何聚光比上还是具有很大优势的,因此这一原理在高倍聚光菲涅尔透镜的设计过程中有着很重要的指导性意义。

以几何光学为基础,光线为分析单元的光线追迹方法主要有光学图解法和计算法。几何光学中有三条光线传播定律,即直线传播定律,独立传播定律,反射定律和折射定律。

根据直线传播定律,独立传播定律,反射定律和折射定律,研究人员在研究菲涅尔透镜聚光系统的性能的时候可以确定系统中的每条光线走过的路径和光线最后的汇聚位置和角度。

光线追迹法主要有两种不同的形式,即序列光线追迹和非序列光线追迹。序列光线追迹法是讲究光学系统中的光学表面的先后顺序,其在分析过程中是以系统中的每一个光学表面作为研究的对象,根据光学表面的先后顺序,每次计算每一个光学表面的相关研究参数。序列光线追迹的优点是计算速度快,可以优化和公差分析。

非序列光线追迹法相比于序列光线追迹法最大的不同是不考虑光学系统中光学表面的先后顺序和在分析的过程中不以每一个光学表面作为研究对象。菲涅尔透镜光学系统中采用非序列光线追迹法进行研究的时候,不用考虑光学系统中每个光学面相互之间先后顺序。光学系统中光源的相关参数即光源发出的每一条光线的初始参数,每一条光线的具体位置,每一条光线的具体方向等等都是不确定的。

非序列光线追迹需要追迹大量光线来分析光学系统的特性,埃莫森-阿帕雷西多光线追迹是通过Monte

菲涅尔透镜是透镜的一个分支,由于它同其他的透镜相比,具有体积小,重量轻,结构紧凑的优点,同时它拥有不逊于其它透镜的良好聚光性和成像性能,因此在国防、航空、空间、工业生产和民用等各个领域获得广泛的应用。

菲涅尔透镜被证明最佳应用就是在投影系统中,其作用就是准直光线和聚焦光线。菲涅尔透镜将光源发出的束光源调整为平行光,显著提高显示面板四周亮度,消除了太阳斑效应,从而提高整体显示亮度均匀性。通常菲涅尔透镜与其他显示元件(如柱面镜)一起使用。

菲涅尔透镜应用在投影系统中的优势就是,通过聚焦或调整光线准直从而增增体显示亮度,如果取消准直镜,光线在穿过面板时会大量损失,显示中会出现明显的热斑效应,降低显示屏幕四周亮度。同样,在LCD屏幕的另一面,
更多精彩尽在这里,详情点击:http://messengerbagshop.com/,埃莫森-阿帕雷西多我们也必须将光线从面板上集中到投影透镜中。

在光学系统中,应用菲涅尔透镜的作用就是将光线从相对较大的区域面积转换成相当小的面积上,这种透镜也被称做集光器或聚光器。

在太阳聚光领域,菲涅尔透镜是聚光太阳能系统(CPV)中重要的光学部件之一。太阳能菲涅尔透镜聚光镜就是,透镜的焦点刚好落在太阳能芯片上。当透镜面垂直面向太阳时,光线将会被聚焦在电池片上,汇聚了更多的能量,因而需要较小的电池片面积,大大节约了成本。

应用菲涅尔透镜能够将太阳光聚焦到入光面1/10至1/1000甚至更小的接收面(高性能电池片)上,比传统平板光伏(FPV)发电效率提高30%以上,满足太阳能聚光发电(CPV)和聚热系统(TPV)中高能量高温需求。

典型的太阳能菲涅尔透镜就是将齿型朝向电池片,这和之前谈到的准直应用中齿型朝向长共轭方向刚好相反。齿型朝内的另外潜在好处的减少太阳辐射对干扰角的冲击,也能够避免结构面里堆积灰尘和沙砾。

这种类型菲涅尔透镜通常看作是非成像透镜,因为穿过透镜的有效区域焦距是固定的。其主要的作用是最大限

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