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菲涅尔透镜

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  • 发布时间:2014/12/11 15:40:19
  • 作者:银河电气
定义
菲涅尔透镜是利用微分原理将通光口径划分若干个环带而设计和制成的透镜(在光伏系统中多为薄板式)。
参见:GB 2297-1989 太阳光伏能源系统术语
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菲涅尔透镜的简介

  菲涅尔透镜 (Fresnel lens) ,又称螺纹透镜,是由法国物理学家奥古斯汀•菲涅尔(Augustin•Fresnel)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,其厚度随用途而变,多在1mm左右,特性为面积较大,厚度薄及侦测距离远。

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菲涅尔透镜的原理

  其工作原理十分简单: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。

菲涅尔透镜原理

菲涅尔透镜原理图

  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。

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菲涅尔透镜的分类

  从光学设计上来分类,菲涅尔透镜分为两类:

  1、正菲涅尔透镜:

  光线从一侧进入,经过菲涅尔透镜在另一侧出来聚焦成一点或以平行光射出。焦点在光线的另一侧,并且是有限共轭。
  这类透镜通常设计为准直镜(如投影用菲涅尔透镜,放大镜)以及聚光镜(如太阳能用聚光聚热用菲涅尔透镜)。

正菲涅尔透镜示意图

正菲涅尔透镜示意图

  2、负菲涅尔透镜 :

  和正焦菲涅尔透镜刚好相反,焦点和光线在同一侧,通常在其表面进行涂层,作为第一反射面使用。

负菲涅尔透镜示意图

负菲涅尔透镜示意图

  从结构上划分:

  圆形菲涅尔透镜 、菲涅尔透镜阵列、柱状菲涅尔透镜、线性菲涅尔透镜、衍射菲涅尔透镜、菲涅尔反射透镜、菲涅尔光束分离器和菲涅尔棱镜。


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菲涅尔透镜的应用

  菲涅尔透镜应用于多个领域,包括:

  ●  投影显示:菲涅尔投影电视,背投菲涅尔屏幕,高射投影仪,准直器;
  ●  聚光聚能:太阳能用菲涅尔透镜,摄影用菲涅尔聚光灯,菲涅尔放大镜;
      ●  航空航海:灯塔用菲涅尔透镜,菲涅尔飞行模拟;
  ●  科技研究:激光检测系统等;
  ●  红外探测:无源移动探测器;
  ●  照明光学:汽车头灯,交通标志,光学着陆系统;
  ●  智能家居:安防系统探测器等。

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