Линза френеля это: E-Tay Часто задаваемые вопросы | E-TAY INDUSTRIAL CO., LTD.

Содержание

Линза Френеля — это… Что такое Линза Френеля?

Поперечное сечение
(1) линзы Френеля и
(2) обычной линзы. Создание параллельного пучка света линзой Френеля (находится в центре).

Ли́нза Френе́ля — сложная составная линза. Состоит не из цельного шлифованного куска стекла со сферической или иными поверхностями (как обычные линзы), а из отдельных примыкающих друг к другу концентрических колец небольшой толщины, которые в сечении имеют форму призм специального профиля. Предложена Огюстеном Френелем.

Эта конструкция обеспечивает малую толщину (а следовательно, и вес) линзе Френеля даже при большой угловой апертуре. Сечения колец у линзы строятся таким образом, что сферическая аберрация линзы Френеля невелика, лучи от точечного источника, помещённого в фокусе линзы, после преломления в кольцах выходят практически параллельным пучком (в кольцевых линзах Френеля).

Линзы Френеля бывают кольцевыми и поясными. Кольцевые направляют световой поток в каком-либо одном направлении. Поясные линзы посылают свет от источника по всем направлениям в определённой плоскости.

Диаметр линзы Френеля может составлять от единиц сантиметров до нескольких метров.

Применение

Основным недостатком линзы Френеля является то, что из-за наличия переходных краевых участков между зонами велик уровень паразитной засветки и разного рода «ложных изображений» (по сравнению с обычными линзами и традиционными объективами). Поэтому её использование для построения оптически точных изображений затруднено.

Тем не менее, уже есть положительный опыт построения и таких оптических систем. Перспективным направлением может быть построение космических телескопов диаметром в десятки и сотни метров, с использованием линз Френеля на основе тонких мембран^[1].
Массово применяется в осветительных устройствах, особенно подвижных, для минимизации веса и затрат на перемещение.
Помещая линзу Френеля вблизи фокальной плоскости объектива и окуляра оптической системы (в зеркальных фотоаппаратах), конструкторы достигают максимальной равномерности освещённости изображения на матовом стекле видоискателя. При этом кольцевая структура линзы маскируется матовым стеклом, а паразитное рассеивание не оказывает влияния на изображение.
Линзы Френеля применяются в крупногабаритных фокусирующих системах морских маяков, в проекционных телевизорах, оверхед-проекторах (кодоскопах), Линзы Френеля в маяке фотовспышках, светофорах, железнодорожных семафорных фонарях и фонарях пассажирских вагонов.

Сверхплоская лёгкая лупа — тонкий лист пластика, отлитый в форме линзы Френеля, оказывается удобным увеличительным стеклом для людей с пониженным зрением, вынужденных читать текст, напечатанный мелким шрифтом. Благодаря малой толщине, такая лупа используется как закладка и линейка. Увеличивающая линза Френеля в виде плоского пластикового экрана.
Акустические линзы Френеля (в действительности — не линзы, а акустические зонные пластинки Френеля [1]) применяют при формирования звукового поля в акустике. Изготавливают из звукопоглощающих материалов.
Пластиковая плёнка в виде линзы Френеля, наклеенная на заднее стекло автомобиля, уменьшает мёртвую (невидимую) зону позади автомобиля при взгляде через зеркало заднего вида.

Перспективным в настоящее время считается использование линз Френеля в качестве концентратора солнечной энергии для солнечных батарей.
Линзы Френеля применяются в инфракрасных (пирометрических) датчиках движения охранных сигнализаций.

См. также

Примечания

Линза Френеля, которая всегда с собой

Крупными буквами печатались слова совершенно несущественные, а все существенное изображалось самым мелким шрифтом.
М.Е. Салтыков-Щедрин

Всякий раз, перечитывая Михаила Евграфовича, поражаешься прозорливости тверского вице-губернатора. Вот откуда он узнал про

продукты сырные, напитки пивные и прочий притворившийся едой корм, с крошечными буковками на упаковках?! Да, буковки разглядеть в 20 лет без проблемы. Но молодость — недуг, что проходит сам собой. И если у вас свои глаза ещё позволяют микротексты жёлтым по розовому читать, вашим старикам может очень пригодиться.

В принципе, наштамповать такие штуки (называется линза Френеля) не сложно. Штука сделать годную. Я опасался гораздо худшего. Но с качеством явно повезло.

Предварительный тест

На упаковке иероглифами написано «Увеличительное стекло высокой чёткости в формате визитки». Взял первую попавшуюся листовку. Кстати, можно грубо оценить увеличение.

Видим, что изображение не как в хорошем объективе — по направлению от центра к периферии чёткость немного падает. Но остаётся вполне приличным. В самой нижней части, где линза прикреплена к рамке — искажение. Но радужных разводов (хроматическая аберрация) и дисторсии (превращения квадрата в подушку или бочку) не заметно

Иллюстрации про аберрации

Дисторсия
Хроматическая аберрация

И пример
Пара примеров, как картинка выглядит на рекламных(!) фото на взгляд совершенно аналогичных линз.

Лот с амазона, дороже. Мыло по всему полю, кроме небольшой центральной части. Бочкообразная дисторсия по самое не-балуй

Лот с e-bay, во много раз дешевле. Хроматическая аберрация и подушкообразная дисторсия. Хотя пользоваться IMHO можно.

Изображение из Википедии — и подушкообразная дисторсия и хроматическая аберрация и мыло

В общем, обозреваемая линзу оценю как весьма приличную. Но точно не самую дешёвую.

Френель и его линза, исторический экскурс

Дополнительная информация

В начале XIX века европейские морские государства решили совместными усилиями усовершенствовать маяки — важнейшие навигационные устройства того времени. Во Франции для этой цели была создана специальная комиссия, и работать в ней ввиду богатого инженерного опыта и глубокого знания оптики пригласили Френеля.

Свет маяка должен быть виден далеко, поэтому маячный фонарь поднимают на высокую башню. А чтобы собрать его свет в лучи, фонарь нужно поместить в фокус либо вогнутого зеркала, либо собирающей линзы, причём довольно большой. Зеркало, конечно, можно сделать любого размера, но оно даёт только один луч, а свет маяка должен быть виден отовсюду. Поэтому на маяках ставили порой полтора десятка зеркал с отдельным фонарём в фокусе каждого зеркала. Вокруг одного фонаря можно смонтировать несколько линз, но сделать их необходимого — большого — размера практически невозможно. В стекле массивной линзы неизбежно будут неоднородности, она потеряет форму под действием собственной тяжести, а из-за неравномерного нагрева может лопнуть.

Нужны были новые идеи, и комиссия, пригласив Френеля, сделала правильный выбор: в 1819 году он предложил конструкцию составной линзы, лишённую всех недостатков, присущих линзе обычной. Френель рассуждал, вероятно, так. Линзу можно представить в виде набора призм, которые преломляют параллельные световые лучи — отклоняют их на такие углы, что после преломления они сходятся в точке фокуса. Значит, вместо одной большой линзы можно собрать конструкцию в виде тонких колец из отдельных призм треугольного сечения.

Френель не только рассчитал форму профилей колец, он также разработал технологию и проконтролировал весь процесс их создания, нередко исполняя обязанности простого рабочего (подчинённые оказались крайне неопытными). Его усилия дали блестящий результат. «Яркость света, которую даёт новый прибор, удивила моряков», — писал Френель друзьям. И даже англичане — давние конкуренты французов на море — признали, что конструкции французских маяков оказались самыми лучшими. Их оптическая система состояла из восьми квадратных линз Френеля со стороной 2,5 м, имевших фокусное расстояние 920 мм.

Огюстен Френель и его линза

Как линза Френеля устроена

Дополнительная информация

Линза Френеля из экспозиции музея маяков в Пойнт Арена, Калифорния

Обычно для понимания идеи линзы Френеля приводят подобные картинки.

.»… давайте разрежем плоско-выпуклую линзу на кольца и сложим их к плоскости.» Конечно, это лишь упрощённая модель. Во-первых, в таком варианте разные зоны не соберут свет в одной точке, будет сдвиг вдоль оптической оси. Во-вторых, чтобы линза работала для наклонных пучков, переход от зоны к зоне делают не отвесным, а наклонным. В третьих, приходится искать компромисс между узкими и широкими кольцами… В результате расчёт получается достаточно сложным. Но нам, к счастью, считать и не надо 🙂 Надо изготовителю.

Доставка и упаковка

Заказ 19 июля 2018, отгрузка 22 июля, получено 06 августа. Полный трек

Транспортная упаковка — серый ПЭ пакет. Коммерческая упаковка — прозрачный ПЭ пакет. Оба не заслуживают личных портретов.

Спецификация

Прозрачная лупа RIMIX
Цвет: Случайный
Материал: ПВХ
Размер: 85x55x1
Увеличение: 3 X

Внешний вид

Линза укомплектована пластиковым чехлом-кармашком, защищающим оптическую поверхность от царапин и загрязнений. Надпись иероглифами на чехле «Увеличительное стекло высокой чёткости в формате визитки» (Карта Тройка — для масштаба. Соответствует по размерам пластиковой банковской карте, но не палит номера карты.

Размеры карточки (не чехла) точно соответствуют размерам пластиковых карт

Увеличение на глаз я бы оценил раза в два, вот и проверим.

Фокусное расстояние

Проверяемых характеристик, кроме размеров всего одна — 3X увеличение
На бытовом уроне под увеличением понимают частное от деления расстояния оптимального зрения (принимается 250 мм, хотя у разных глаз — разное) и фокусного расстояния линзы. Приблизительно* измерить его проще всего, построив изображение от удалённого источника и измерив дистанцию от линзы до изображения. В качестве удалённого источника идеально подходит солнце за облаком — на листе бумаги появляется изображение не только солнца, но и облаков. То, что линза Френеля построила вполне чёткое изображение меня приятно удивило. Это на обычной линзе получается почти всегда. Линзы Френеля вроде нашей часто делают грубее и вместо изображения облаков получается туман. К сожалению, сфотать это дело мне это не удалось — диапазона яркостей камеры смартфона не хватило 🙁

*Прим. для зануд

На самом деле измерять нужно не от края лупы, а от т.н. задней главной плоскости. Но с нашей точностью разницей можно пренебречь. Тем более, что у линзы Френеля строго говоря столько же пар главных плоскостей, сколько кольцевых зон 🙂

Так вот, фокусное расстояние я намерил грубо 140 мм. То есть увеличение реально около 2Х крат (при 3, напомню, обещанных). А оптическая сила — около 7D. 7 диоптрий — это много по меркам очков. Характерная оптическая сила очков для пенсионеров 2-2.5-3 диоптрии. Хотя бывает и много больше, конечно.

В магазине

Это, конечно, главное применение. Линза нашла постоянное место в моём кошельке и пользуюсь ежедневно. Пример — типа сыр в Пятёрочке

Страшное слово ХИМОЗИН на проверку оказалось вполне законным составляющим — сычужным ферментом (хоть и вряд ли натуральным). А вот соли цианистой кислоты меня как-то напрягли.

Е536 – Ферроцианид калия
Само вещество — ферроцианид калия — очень слаботоксично, но при взаимодействии его с водой в процессе реакции выделяются ядовитые газы. Но их количество, как правило, не представляет серьезной опасности для здоровья. При взаимодействии гексацианоферрата с некоторыми кислотами может выделятся большое количество сильно-токсичного газа цианистого водорода. В пищевой промышленности используется, в основном, для предотвращения комкования и слеживания, в качестве добавки к поваренной соли. Так же применяется при производстве колбас, о чем всегда незамедлительно сообщает белый налет на оболочке продукта.

Собираем солнечный свет

Для детей такая штука тоже может быть забавной игрушкой, прежде всего жечь что-то солнечными лучами. Опыты ниже ставили в деревне на ~~подручных~~ подножных материалах, не стреляйте в пианиста. От чёрного шланга сразу идёт дым и воняет. На чек от термопринтера сфокусировать труднее, но получается, тк при нагреве он чернеет. А вот прожечь листок из школьной тетрадки я смог только со второй попытки и только около полудня

В процессе выяснилось, что у линзы огромная кома. На практике это означает, что держать для выжигания её нужно довольно точно перпендикулярно направлению на солнце. У меня это не вызывало проблем, а вот у дочери всё время получалось примерно вот так. (внимание на изображение на шланге)

Детские стихи: Подарил мне папа лупу

Подарил мне папа лупу
(Мне ужасно повезло!),
Всё рассматривать я буду
В это толстое стекло.

Увеличивает лупа
Всё, что только видит глаз,
Я теперь узнал, что в супе
Мама варит каждый раз.

У капусты вид ужасный —
Всё, пропал мой аппетит…
А второе съел я сразу,
И теперь мне не влетит.

Я поймал на кухне кошку,
Чтобы рассмотреть усы,
А она тотчас — в окошко,
Хоть страшней не лупа — псы!

Солнце светит в окна ярко,
Лучик мне в ладонь упал…
Лупу я навёл… как жарко!
Луч рассматривать я стал…

Точка обожгла ладошку
Я невольно вскрикнул… ой!..
Но поплакал я немножко,
Пряча лупу под тахтой.

Чтобы мама не ругала
Папу, лупу и меня,
Эту маленькую ранку
Смажу сам зеленкой я.

Олля Лукоева

Достоинства и недостатки

+ Неожиданно качественная картинка для такого типа линз. Говорит о качественном материале, правильном конструкторском расчёте и соблюдении технологии.
+ Лёгкая и компактная, умещается в кошельке и окажется в нужное время под рукой
+ Можно использовать в образовательных целях и как игрушку, поджигать солнечным светом
+ На длинной стороне небольшая линейка

— Не дешёвый вариант. Линзы этого типоразмера есть и в разы дешевле
— Недодали кратности — 2 при заявленных 3
— В чехле не лезет в отделение для пластиковых карт. А без чехла нельзя, быстро придёт в негодность.

Итого

Линза мне понравилась больше, чем я ожидал. Ещё раз уточню, то полно предложений во много раз дешевле. Сильно сомневаюсь, что аналогичного качества. Но для целей изучения состава фальш-сыра в магазине радужные разводы по краям не смертельны. Так что каждый может выбрать под себя дешевле или качественнее. С оптикой постоянно такая петрушка.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Огюстен Френель и его линза

Линза Френеля увеличивает портрет своего создателя. (Страница из тома «Физика, часть 2» Детской энциклопедии издательства «Аванта+»).

Собратъ свет в узкий луч можно при помощи вогнутого зеркала (а) или линзы (б), поместив источник света в точку фокуса. У сферического зеркала она лежит на расстоянии половины радиуса кривизны зеркала.

Собирающую линзу можно представить как набор призм, которые отклоняют световые лучи в одну точку — фокус. Многократно увеличив число этих призм, соответственно уменьшив их размер, мы получим практически плоскую линзу — линзу Френеля.

Конструкция осветительной системы маяка (чертёж Френеля). Свет горелки F фокусируют линзы L и L’, отражённые зеркалами М. Свет горелки, распространяющийся вниз, отражается в нужном направлении системой зеркал (показаны пунктиром).

Так выглядит современная линза Френеля. Нередко её изготавливают из одного куска стекла.

Френелевская линза-линейка фокусирует солнечные лучи не хуже, а даже лучше (потому что она больше) обычной стеклянной линзы. Солнечные лучи, собранные ею, мгновенно поджигают сухую сосновую доску.

‹

›

Один из создателей волновой теории света, выдающийся французский физик Огюстен Жан Френель родился в маленьком городке близ Парижа в 1788 году. Он рос болезненным мальчиком. Учителя считали его бестолковым: в восьмилетнем возрасте не умел читать и с трудом мог запомнить урок. Однако в средней школе у Френеля проявились замечательные способности к математике, особенно к геометрии. Получив инженерное образование, он с 1809 года участвовал в проектировании и строительстве дорог и мостов в разных департаментах страны. Однако его интересы и возможности были гораздо шире простой инженерной деятельности в провинциальной глуши. Френель хотел заниматься наукой; особенно его интересовала оптика, теоретические основы которой только-только начали складываться. Он исследовал поведение световых лучей, проходящих сквозь узкие отверстия, огибающих тонкие нити и края пластинок. Объяснив особенности возникающих при этом картин, Френель в 1818-1819 годах создал свою теорию оптической интерференции и дифракции — явлений, возникающих по причине волновой природы света.

Свет маяка должен быть виден далеко, поэтому маячный фонарь поднимают на высокую башню. А чтобы собрать его свет в лучи, фонарь нужно поместить в фокус либо вогнутого зеркала, либо собирающей линзы, причём довольно большой. Зеркало, конечно, можно сделать любого размера, но оно даёт только один луч, а свет маяка должен быть виден отовсюду. Поэтому на маяках ставили порой полтора десятка зеркал с отдельным фонарём в фокусе каждого зеркала (см. «Наука и жизнь» № 4, 2009 г., статья «Жизнь на маяках»). Вокруг одного фонаря можно смонтировать несколько линз, но сделать их необходимого — большого — размера практически невозможно. В стекле массивной линзы неизбежно будут неоднородности, она потеряет форму под действием собственной тяжести, а из-за неравномерного нагрева может лопнуть.

С тех пор прошло 190 лет, но конструкции, предложенные Френелем, остаются непревзойдённым техническим устройством, и не только для маяков и речных бакенов. В виде линз Френеля до недавнего времени делали стёкла различных сигнальных фонарей, автомобильных фар, светофоров, деталей лекционных проекторов. И уж совсем недавно появились лупы в виде линеек из прозрачного пластика с еле заметными круговыми бороздками. Каждая такая бороздка — миниатюрная кольцевая призма; а все вместе они образуют собирающую линзу, которая может работать и как лупа, увеличивая предмет, и как объектив фотоаппарата, создавая перевёрнутое изображение. Такая линза способна собрать свет Солнца в маленькое пятнышко и поджечь сухую доску, не говоря уж о листке бумаги (особенно чёрной).

Линза Френеля может быть не только собирающей (положительной), но и рассеивающей (отрицательной) — для этого нужно кольцевые призмы-бороздки на куске прозрачного пластика сделать другой формы. Причём отрицательная френелевская линза с очень коротким фокусным расстоянием имеет широкое поле зрения, в нём в уменьшенном виде помещается кусок пейзажа, в два-три раза больший, чем охватывает невооружённый глаз. Такие «минусовые» пластинки-линзы используют вместо панорамных зеркал заднего вида в больших автомобилях типа микроавтобусов и универсалов.

Грани миниатюрных призмочек можно покрыть зеркальным слоем — скажем, напылив алюминий. Тогда линза Френеля превращается в зеркало, выпуклое или вогнутое. Изготовленные с использованием нанотехнологий, такие зеркала применяют в телескопах, работающих в рентгеновском диапазоне. А отштампованные в гибком пластике зеркала и линзы для видимого света настолько просты в изготовлении и дёшевы, что их выпускают буквально километрами в виде лент для оформления витрин или штор для ванных комнат.

Были попытки использовать линзы Френеля при создании плоских объективов для фотоаппаратов. Но на пути конструкторов встали трудности технического характера. Белый свет в призме разлагается в спектр; то же происходит и в миниатюрных призмочках линзы Френеля. Поэтому она имеет существенный недостаток — так называемую хроматическую аберрацию. Из-за неё на краях изображений предметов появляется радужная кайма. В хороших объективах кайму ликвидируют, ставя дополнительные линзы (см. «Наука и жизнь» № 3, 2009 г., статья «От камеры-обскуры — к телецентрическому объективу»). Так же можно было бы поступить и с френелевской линзой, но плоского объектива тогда уже не получится.

Огюстен Френель вошёл в историю науки и техники не только и не столько благодаря изобретению своей линзы. Его исследования и созданная на их основе теория окончательно подтвердили волновую природу света и разрешили важнейшую проблему физики того времени — нашли причину прямолинейного распространения света. Работы Френеля легли в основу современной оптики. Попутно он предсказал и объяснил несколько парадоксальных оптических явлений, которые тем не менее несложно проверить и теперь (см. «Наука и жизнь» № 5, 2009 г., статья «Зонная пластинка Френеля»).

Принцип и теория работы линз Френеля

Линзы Френеля состоят из набора концентрических канавок, выгравированных на поверхности пластины из прозрачного материала. Благодаря компактным размерам, небольшому весу и свойству собирать излучение линзы широко применяются в качестве увеличителей, устанавливаются в эмиттерах и системах обнаружения. Также применяются как проекционные линзы в системах подсветки и при формировании изображений.

Профиль френелевской линзы отличается от сглаженного сферического профиля обычных линз ступенчатой формой. Каждую ступень можно рассматривать как отдельную небольшую линзу, которая изгибает параллельные световые волны и фокусирует свет. Благодаря этой конфигурации, линза фокусирует свет также, как традиционные собирающие линзы, но имеет меньший вес.

Рисунок 1. Профиль френелевской линзы (главный вид и вид сбоку)

Принцип и теория линз Френеля

Задача сохранения начального направления распространения излучения в среде привела к концепции френелевской линзы еще в 18 веке. В то время оптика еще являлась отдельным направлением естественных наук.

Изучение оптических явлений, свойств различных материалов преломлять, фокусировать и рассеивать свет привело к созданию известных видов линз – собирающих и рассеивающих. Основной проблемой собирающих линз являлась их большая масса и высокое поглощение материала, и тогда французский физик А. Френель предложил конфигурацию линзы, обладавшую небольшой массой и свойством собирать излучение. Линза, предложенная Френелем, предназначалась для маяка.

Линза была создана из цельного куска стекла, на который наносились штрихи – концентрические окружности через малые промежутки. По форме линза напоминала уже существующие тогда собирающие сферические линзы, за исключением малой толщины и особого профиля (см. рис. 2).

Дальнейший, в том числе современный, анализ параметров линзы Френеля привел к выводу, что повышение частоты наносимых штрихов позволяет добиться высокого качества изображения, снижение – лучшей фокусировки. Нужно отметить, что на сегодняшний день изображения высокого качества получают чаще с помощью асферических линз или дублетов.

Рисунок 2. Боковой профиль традиционной линзы (слева), линзы Френеля (справа)

Изготовление линз Френеля

Конечно, первые линзы Френеля была сделаны вручную – полировка стекла и гравировка штрихов занимала продолжительное время. Начальный этап изготовления линзы, плавка стекла в формах, несколько веков назад была опасна и являлась длительным процессом. К счастью, с развитием технологии пластмасс и литья под давлением в 20 веке использование линз Френеля в промышленности стало практически и коммерчески целесообразным.

Сейчас линзы Френеля изготавливают из множества различных материалов – от акрила до поликарбоната и винила, в зависимости от длины волны излучения, на которой предполагается работа линзы. Чаще всего в производстве используют акрил – такие линзы имеют высокую пропускательную способность в видимом и УФ диапазонах. Для жестких внешних условий больше подойдет линза из поликарбоната – этот материал известен своей устойчивостью к температурным перепадам.

Примеры приложений

Стоит отметить, что к идее френелевской линзы шли многие ученые, но популяризовать ее удалось лишь А. Френелю. Он был первым, предложившим практическое применение – установку линзы в объектив маяка. С тех пор были открыто и другое свойство френелевской линзы – увеличение.

Получение параллельного пучка

С помощью линзы Френеля и точечного источника, размещенного на фокусном расстоянии, легко формируется параллельный пучок излучения. В случае, когда требуется добиться сходимости параллельного пучка в точку, линза (для большей эффективности) должна располагаться несколько ближе к источнику (см. рис. 3 — 4).

Рисунок 3. Получение параллельного пучка с помощью линзы Френеля

Фокусировка излучения

Основное практическое применение линз Френеля – фокусировка солнечного излучения, которое в бесконечном приближении может считаться практически параллельным. Так, линзы Френеля стали основным компонентом солнечных батарей, которые используются для нагрева целых домов или бассейнов. Очевидно, что площадь поверхности этих линз определяет количество собранного излучения.

Рисунок 4. Фокусировка излучения от точечного источника, расположенного на бесконечности

Увеличительная способность

Другое популярное применение линз Френеля – увеличение (например, в микроскопах и проекционные объективы). Ограничение на практике накладывает высокий уровень паразитной засветки, присущей всем линзам Френеля, потому эти линзы для эффективного увеличения используются нечасто.

Тем не менее, линзы Френеля по-прежнему остаются относительно недорогим и физически невесомым приспособлением для различных систем солнечного нагрева. Концепция не отличается новизной, однако с развитием технологий изготовления и открытием новых материалов, линзы Френеля точно не утратят своей популярности.

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Edmund Optics на территории РФ

Лупа-линза Френеля | Медтехника №7 Самара

Особая лупа, сделанная по технологии Френеля, представляет собой конструкцию из концентрических колец треугольного сечения с криволинейной стороной. От привычных луп Лупы Френеля отличаются своей формой, легкостью и гибкостью. В быту их применяют для чтения книг, журналов и газет. Существуют варианты как размером с кредитную карточку, так и огромные листы в несколько десятков метров.

Что такое Лупа Френеля:

Когда человек говорит про лупу или линзу, в большинстве случаях представляется стекло вогнутой или выпуклой формы. Неискушенному человеку сложно представить, что лупа может выглядеть как прозрачный лист пластика. В то же время мы сталкиваемся с линзами Френеля практически каждый день – наиболее частое их применение это рассеивающие элементы в фарах автомобилей и светофорах. Однако в повседневной жизни такие лупы изготавливают из оптического пластика самых различных размеров и форм. Наиболее удобны модели по габаритам с кредитную карточку и с лист формата А4.

Принцип работы:

Самые первые линзы сконструированные Огюстом Френелем представляли собой сложную конструкцию из тонких колец из стекла, плотно подогнанные друг к другу. На распиле это кольцо представляет собой прямоугольный треугольник, на котором гипотенуза представляет собой кривую выгнутую линию. То есть по сути это спил с края обычной линзы. Собранные и плотно подогнанные друг к другу стекла составляли единое целое и были значительно тоньше, чем стандартные линзы при сопоставимом увеличении. Основной принцип увеличения заключается в создании параллельного потока света, концентрированным в определённом направлении. Таким образом, Френель решил проблему с дальнобойностью света на маяках. С развитием технологии микротехники и повсеместном внедрении пластика такие линзы стали делать уже не разборными, а сразу вырезать необходимые контуры на оптическом пластике, что позволило выполнить их легкими, гибкими и безопасными.

Где применяются в технике:

Наиболее частым и популярным изделием, которое использует линзы Френеля это зеркальная фототехника, в которой необходимо уменьшить изображение без искажений до размеров светочувствительной матрицы. И благодаря малым размерам лупы Френеля тут подходят как никакие другие. Так же очень часто их используют как рассеивающие элементы в различных лампах – фары автомобилей, светофоры и др. Отрицательная линза Френеля с малым фокусом хорошо себя зарекомендовала в качестве наклейки на заднее стекло, такая парковочная линза увеличивает поля зрения водителя и облегчает параллельную парковку автомобиля.

Применение в быту:

В домашних условиях линзы Френеля пока не так популярны, как классические линзы, но всё больше и больше людей делают выбор в их сторону, когда выбирают лупы. Линза Френеля для чтения может, в зависимости от своего размера, увеличить как весь лист формата А4, так и отдельный участок текста.

Основным преимуществам такого устройства, является их легкость и то, что они плоские и гибкие. Это позволяет, не напрягая руки, держать их перед страницами при чтении, и изгибать на месте переплета книги. Многие используют её и как закладку в книгах, линейку и так далее, чтобы избавиться от лишних приспособлений. Так же существуют модели жесткого типа с подсветкой. Они отличаются тем, что сама Лупа Френеля для чтения заключена в жесткий корпус, в который встроена LED-подсветка.

Отдельно стоит упомянуть такую вариацию как линза Френеля настольная. Она представляет собой конструкцию из стандартной линзы на небольших ножках, то есть сама лупа возвышается над поверхностью, тем самым освобождая руки для работы над объектом, который располагается под ней. Также существуют модели со встроенной подсветкой и без неё. Такая линза идеально подходит для чтения газет, рукописей, рукоделья, моделирования и других хобби. Основным плюсом линз Френеля является их пожаробезопасность. Это достигается тем, что при использовании луп такого типа создается направленный световой поток и не существует единого фокуса. Однако, как и любые другие лупы их следует оберегать от попадания солнечных лучей, пожаров возникших по причине использования линз Френеля не зафиксировано, но лучше даже не допускать такой возможности.

На текущий момент купить линзу Френеля в Самаре не сложно. Для этого вы можете обратиться к нам по адресу Байкальский переулок д. 12 магазин «Медтехника» и получить полноценную консультацию по ним. Так же вы можете оформить заказ на сайте и оформить доставку на дом. Подробности уточняйте у наших менеджеров по телефонам: (846)250-03-23, сот 8-939-752-60-85.

Как найти фокус линейной линзы френеля. Линза френеля и ее роль в датчиках движения

Поперечное сечение
(1) линзы Френеля и
(2) обычной линзы

Ли́нза Френе́ля — сложная составная линза , образованная совокупностью концентрических колец относительно небольшой толщины, примыкающих друг к другу. Сечение каждого из колец имеет форму треугольника, одна из сторон которого криволинейна, и это сечение представляет собой элемент сечения сплошной сферической линзы . Предложена Огюстеном Френелем .

Линзы Френеля бывают кольцевыми и поясными . Кольцевые концентрируют световой поток в одном направлении, поясные по всем направлениям в определённой плоскости .

Диаметр линзы Френеля может составлять от долей сантиметра до нескольких метров.

Создание параллельного пучка света линзой Френеля (находится в центре)

Акустические линзы Френеля (точнее, изготавливаемые из звукопоглощающих материалов акустические зонные пластинки Френеля ) используются в акустике для формирования звукового поля.

Всякий раз, перечитывая Михаила Евграфовича, поражаешься прозорливости тверского вице-губернатора. Вот откуда он узнал про продукты сырные , напитки пивные и прочий притворившийся едой корм, с крошечными буковками на упаковках?! Да, буковки разглядеть в 20 лет без проблемы. Но молодость — недуг, что проходит сам собой. И если у вас свои глаза ещё позволяют микротексты жёлтым по розовому читать, вашим старикам может очень пригодиться.

Видим, что изображение не как в хорошем объективе — по направлению от центра к периферии чёткость немного падает. Но остаётся вполне приличным. В самой нижней части, где линза прикреплена к рамке — искажение. Но радужных разводов (хроматическая аберрация) и дисторсии (превращения квадрата в подушку или бочку) не заметно

Линза Френеля из экспозиции музея маяков в Пойнт Арена, Калифорния

Обычно для понимания идеи линзы Френеля приводят подобные картинки.

.»… давайте разрежем плоско-выпуклую линзу на кольца и сложим их к плоскости.» Конечно, это лишь упрощённая модель. Во-первых, в таком варианте разные зоны не соберут свет в одной точке, будет сдвиг вдоль оптической оси. Во-вторых, чтобы линза работала для наклонных пучков, переход от зоны к зоне делают не отвесным, а наклонным. В третьих, приходится искать компромисс между узкими и широкими кольцами… В результате расчёт получается достаточно сложным. Но нам, к счастью, считать и не надо:) Надо изготовителю.

Размеры карточки (не чехла) точно соответствуют размерам пластиковых карт

Увеличение на глаз я бы оценил раза в два, вот и проверим.

*Прим. для зануд

Страшное слово ХИМОЗИН на проверку оказалось вполне законным составляющим — сычужным ферментом (хоть и вряд ли натуральным). А вот соли цианистой кислоты меня как-то напрягли.

Подарил мне папа лупу
(Мне ужасно повезло!),
Всё рассматривать я буду
В это толстое стекло.

Увеличивает лупа
Всё, что только видит глаз,
Я теперь узнал, что в супе
Мама варит каждый раз.

У капусты вид ужасный —
Всё, пропал мой аппетит…
А второе съел я сразу,
И теперь мне не влетит.

Я поймал на кухне кошку,
Чтобы рассмотреть усы,
А она тотчас — в окошко,
Хоть страшней не лупа — псы!

Солнце светит в окна ярко,
Лучик мне в ладонь упал…
Лупу я навёл… как жарко!
Луч рассматривать я стал…

Точка обожгла ладошку
Я невольно вскрикнул… ой!..
Но поплакал я немножко,
Пряча лупу под тахтой.

Чтобы мама не ругала
Папу, лупу и меня,
Эту маленькую ранку
Смажу сам зеленкой я.

Не дешёвый вариант. Линзы этого типоразмера есть и в разы дешевле
— Недодали кратности — 2 при заявленных 3
— В чехле не лезет в отделение для пластиковых карт. А без чехла нельзя, быстро придёт в негодность.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Планирую купить +22 Добавить в избранное Обзор понравился +61 +96

Линза Френеля — сложная составная линза. Состоит не из цельного шлифованного куска стекла со сферической или иными поверхностями (как обычные линзы), а из отдельных, примыкающих друг к другу концентрических колец небольшой толщины, которые в сечении имеют форму призм специального профиля. Предложена Огюстеном Френелем.

Эта конструкция обеспечивает малую толщину (а следовательно, и вес) линзе Френеля даже при большой угловой апертуре. Сечения колец у линзы строятся таким образом, что сферическая аберрация линзы Френеля невелика, лучи от точечного источника, помещённого в фокусе линзы, после преломления в кольцах выходят практически параллельным пучком (в кольцевых линзах Френеля).

Линза Френеля — один из первых приборов, действие которого основано на физическом принципе дифракции света.

Данный прибор, и по сей день не утерял своего практического значения. Общая схема физической модели, на которой основано его действие, представлена на (рис. 1).

Рис. 1 Схема построения зон Френеля для бесконечно удаленной точки наблюдения (плоская волна)

Примем, что в точке О расположен точечный источник оптического излучения длины волны l. Естественным образом, как всякий точечный источник, он излучает сферическую волну, волновой фронт которой и изображен на рисунке окружностью. Зададимся условием изменить данную волну на плоскую, которая будет распространяться вдоль пунктирной оси. Несколько волновых фронтов этой изменяемой волны, отстающих друг от друга на l/2, изображены на (рис. 1). Для начала отметим, что рассматриваем изменяемую плоскую волну из имеющейся сферической в свободном пространстве. Поэтому, в соответствие с принципом Гюйгенса-Френеля, “источниками” данной изменяемой волны могут служить лишь электромагнитные колебания в имеющейся. И если это не устраивает пространственное распределение фазы этих колебаний, то есть волновой фронт (сферический) исходной волны. Давайте попробуем его подкорректировать. Проведем все по действиям.

Действие первое: заметим, что с точки зрения вторичных волн Гюйгенса — Френеля (которые сферические) пространственное смещение на целую длину волны в любом направлении не меняет фазы вторичных источников. Поэтому мы можем позволить себе например “разорвать” волновой фронт исходной волны как показано на (рис. 2).

Рис. 2 Эквивалентное распределение фазы вторичных излучателей в пространстве

Таким образом, мы “разобрали” исходный сферический волновой фронт на “кольцевые запчасти” номер 1, 2… и так далее. Границы этих колец, называемых зонами Френеля, определяются пересечением волнового фронта исходной волны с последовательностью смещенных друг относительно друга на l/2 волновых фронтов “проектируемой волны”. Получившаяся картинка уже существенно “попроще”, и представляет собой 2 слегка “шероховатых” плоских вторичных излучателя (зеленый и красный на рис. 2), которые однако, гасят друг друга из-за упомянутого полуволнового взаимного смещения.

Итак, мы видим, что зоны Френеля с нечетными номерами не только не способствуют выполнению поставленной задачи, но даже активно вредительствуют. Способов борьбы с этим два.

Первый способ (амплитудная линза Френеля). Можно данные нечетные зоны просто геометрически закрыть непрозрачными кольцами. Так и делается в крупногабаритных фокусирующих системах морских маяков. Конечно, этим можно не добиться идеальной коллимации пучка. Можно увидеть, что оставшаяся, зеленая, часть вторичных излучателей во-первых, не совсем плоская, а во-вторых разрывная (с нулевыми провалами на месте бывших нечетных зон Френеля).

Поэтому строго коллимированная часть излучения (а ее амплитуда — ни что иное как нулевая двумерная Фурье-компонента пространственного распределения фазы зеленых излучателей по плоскому волновому фронту с нулевым смещением, см. (рис. 2) будет сопровождаться широкоугловым шумом (все остальные Фурье-компоненты кроме нулевой). Поэтому линзу Френеля почти нереально использовать для построения изображений — только для коллимации излучения. Однако, тем не менее коллимированная часть пучка будет существенно мощнее, чем в отсутствие линзы Френеля, поскольку мы по крайней мере избавились от отрицательного вклада в нулевую Фурье-компоненту от нечетных зон Френеля.

Второй способ (фазовая линза Френеля). Можно сделать кольца, закрывающие нечетные зоны Френеля, прозрачными, с толщиной, соответствующей дополнительному фазовому набегу l/2. В таком случае волновой фронт “красных” вторичных излучателей сместится и станет “зеленым”, см. рис. 3.

Рис.3 Волновой фронт вторичных излучателей за фазовой линзой Френеля

Реально фазовые линзы Френеля имеют два варианта исполнения. Первый представляет собой плоскую подложку с напыленными полуволновыми слоями в областях нечетных зон Френеля (более дорогостоящий вариант). Второй — это объемная токарная деталь (или даже полимерная штамповка по единожды сделанной матрице, вроде грампластинки), исполненная в виде “ступенчатого конического пьедестала” со ступенькой в полдлины волны фазового набега.

Таким образом, Френелевские линзы позволяют справиться с колимацией пучков большой поперечной апертуры, одновременно являясь плоскими деталями небольшого веса и относительно небольшой сложности изготовления. Эквивалентная по эффективности обычная стеклянная линза для маяка весит с полтонны и стоит немногим дешевле, чем линза для астрономического телескопа.

Обратимся теперь к вопросу о том, что произойдет при смещении источника света вдоль оси относительно линзы Френеля, спроектированной исходно для коллимации излучения источника в положении О (рис. 1). Исходное расстояние от источника до линзы (то есть исходную кривизну волнового фронта на линзе) заранее условимся называть фокусным расстоянием F по аналогии с обычной линзой, см. (рис. 4).

Рис. 4 Построение изображения точечного источника линзой Френеля

Итак, чтобы при смещении источника из положения О в положение А линза Френеля продолжала быть линзой Френеля, нужно, чтобы границы зон Френеля на ней остались прежними. А эти границы — это расстояния от оси, на котором пересекаются волновые фронты падающей и “проектируемой” волны. Исходно падающая имела фронт с радиусом кривизны F, а “проектируемая” была плоской (красным цветом на рис. 4). На расстоянии h от оси эти фронты пересекаются, задавая границу какой-то из зон Френеля,

где n — номер зоны, начинающейся на этом расстоянии от оси.

При перемещении источника в точку А радиус падающего волнового фронта увеличился и стал R1 (синий цвет на рисунке). Значит, нам надо придумать новую поверхность волнового фронта, такую, чтобы она пересеклась с синей на том же расстоянии h от оси, дав то же MN на самой оси. Мы подозреваем, что такой поверхностью проектируемого волнового фронта может быть сфера с радиусом R2 (зеленый цвет на рисунке). Докажем это.

Расстояние h легко рассчитывается из “красной” части рисунка:

Здесь мы пренебрегаем малым квадратом длины волны по сравнению с квадратом фокуса — приближение, полностью аналогичное параболическому приближению при выводе обычной формулы тонкой линзы. С другой стороны, мы хотим найти новую границу n-й зоны Френеля в результате пересечения синего и зеленого волновых фронтов, назовем ее h2. Исходя из того, что мы требуем прежней длины отрезка MN:

Наконец, требуя h=h2, получаем:

Это уравнение совпадает с обычной формулой тонкой линзы. Более того, оно не содержит номера n рассматриваемой границы зон Френеля, а значит, справедливо для всех зон Френеля.

Таким образом, мы видим, что линза Френеля может не только коллимировать пучки, но и строить изображения. Правда, нужно иметь ввиду, что линза все-таки ступенчатая, а не непрерывная. Поэтому качество изображения будет заметно ухудшено за счет примеси высших Фурье-компонент волнового фронта, обсуждавшихся в начале этого раздела.

То есть линзу Френеля можно использовать для фокусирования излучения в заданную точку, но не для прецизионного построения изображений в микроскопических и телескопических устройствах.

Все вышесказанное относилось к монохроматическому излучению. Однако можно показать, что путем аккуратного выбора диаметров обсуждавшихся колец можно добиться разумного качества фокусировки и для естественного света.

ЛИНЗА ФРЕНЕЛЯ

В предыдущем разделе мы определились, что для освещения нашей LCD панели необходима линза Френеля, или «френель». Линза названа по имени ее изобретателя, французского физика Огюстена Жана Френеля. Первоначально использовалась в маяках. Основное свойство френели в том, что она легкая, плоская и тонкая, но при этом обладает всеми свойствами обычной линзы. Френель состоит из концентрических канавок треугольного профиля. Шаг канавок сопоставим с высотой их профиля. Таким образом, получается, что каждая канавка является как бы частью обычной линзы.

Нужно отметить, что в проекторе вместо одной френели используется пара. Если тебе попадется френель от оверхед-проектора, обрати внимание, что она с обеих сторон гладкая, т.е. на самом деле состоит из двух френелей, обращенных ребристыми поверхностями друг к другу и склеенных по периметру.

Зачем использовать две френели и можно ли обойтись одной?

Взгляни на схему и все станет ясно.

Если использовать только одну френель, необходимо, чтобы лампа находилась примерно в двойном фокусе. Лучи от лампы будут также сходиться примерно в двойном фокусе. Минимальное фокусное расстояние у доступных френелей составляет 220 мм. Это означает, что конструкцию придется сильно удлинить. Но самое главное — при таком расстоянии от лампы до френели эффективный телесный угол лампы оказывается очень мал.

При использовании 2 френелей от обоих недостатков удается избавиться. Источник света располагается чуть ближе фокусного расстояния от левой френели, а она формирует «мнимый» источник за пределами двойного фокусного расстояния правой френели. После прохождения правой френели лучи будут сходится между фокусом и двойным фокусом.

Вернемся к нашей оптической схеме из предыдущего раздела (имеем в виду, что у нас две френели, хотя нарисована одна):

Помнишь, я говорил, что эта схема упрощена? Если бы все было так, как нарисовано, объектив нам был бы не нужен. Каждый луч от источника света проходил бы через единственную точку френели, затем через единственную точку на матрице и летел бы себе дальше, пока не наткнется на экран и не сформирует на нем точку нужного цвета. Для точечного источника и идеальной матрицы это было бы верно. Теперь добавляем реализма — неточечный источник.

В виду того, что у нас в качестве источника света используется лампа, т.е. светящееся тело вполне определенных, конечных размеров, реальная схема прохождения лучей будет выглядеть следующим образом:

1-й этап построения — левая френель формирует «мнимое изображение» электрической дуги лампы. Оно необходимо нам, чтобы правильно построить ход лучей через правую френель.

2-й этап построения — забываем про наличие левой линзы и строим ход лучей для правой линзы, как если бы «мнимое» изображение было реальным.

3-й этап — отбрасываем все лишнее и объединяем две схемы.

Нетрудно догадаться, что именно в той точке, где формируется изображение дуги лампы, нам и нужно установить объектив. Изображение дуги при этом несет в себе информацию о цвете каждого пикселя матрицы, через которую прошел свет (на рисунке не показана).

Какое фокусное расстояние должно быть у френелей?

Френель, обращенная к лампе, берется максимально короткофокусной для большего угла охвата. Фокусное расстояние второй френели должно быть на 10-50% больше фокусного расстояния объектива (1-2 см расстояние от френели до матрицы, сама матрица находится между фокусом и двойным фокусом объектива, в зависимости от расстояния от объектива до экрана). Фактически на рынке наиболее распространены френели с 2 значениями фокусных расстояний: 220 мм и 330 мм.

При выборе фокусного расстояния френелей нужно обращать внимание на тот факт, что, в отличие от обычных линз, френели капризны к углу падения света. Поясню двумя схемами:

Каприз заключается в том, что лучи, падающие на рифленую поверхность френели, должны быть параллельны оптической оси (или иметь минимальное отклонение от нее). В противном случае эти лучи «улетают вникуда». На левой схеме источник света находится приблизительно в фокусе левой линзы, поэтому лучи между линзами идут почти параллельно оптической оси и в итоге сходятся приблизительно в фокусе второй линзы. На правой схеме источник света расположен гораздо ближе фокусного расстояния, поэтому часть лучей попадает на нерабочие поверхности правой линзы. Этот эффект тем больше, чем больше расстояние от фокуса до источника и чем больше диаметр линзы.

1. Линзы должны размещаться рифлеными сторонами друг к другу, а не наоборот.

2. Источник света желательно располагать как можно ближе к фокусу первой линзы, и как следствие:

3. Возможности по перемещению источника света для регулировки точки схождения пучка в объектив ограничены всего несколькими сантиметрами, иначе — потрея яркости картинки по краям и появление муара.

Какого размера должны быть френели?

Из какого материала должны быть френели?

Наиболее доступны в настоящий момент френели из оптического акрила (оргстекла, иначе говоря). Они имеют отличную прозрачность и немного эластичны. Для нашей цели этого достаточно, учитывая, что качество френелей АБСОЛЮТНО НЕ ВЛИЯЕТ на резкость и геометрию картинки (только на яркость).

Как обращаться с френелями?

1. Не оставляй отпечатков пальцев на рифленой стороне френели. Тщательно мой руки с мылом перед любыми операциями над френелями. Лучше всего с момента покупки и до окончания экспериментов обернуть френели полиэтиленовой пленкой для упаковки продуктов.

2. Если отпечатки на рифленой стороне все-таки появились, НЕ ПЫТАЙСЯ их стереть. Никакие моющие средства (в т.ч. средства для мытья окон на основе нашатыря) не помогают, т.к. не проникают достаточно глубоко. Наружные ребра канавок при этом слегка скругляются, а между канавками забиваются частички от салфетки/ваты, используемой для протирки. В итоге френель начинает рассеивать лучи. Лучше оставить с отпечатками. Гладкую сторону протирать можно, но только будучи уверенным, что моющее средство не попадет на рифленую сторону.

3. Следи за температурным режимом. Не допускай нагрева френелей выше 70 градусов. При 90 градусах линзы начинают плыть, а пучок света теряет форму. Лично я запорол один комплект линз из-за этого. Для контроля температуры используй тестер с термопарой. Продается в любом радиомагазине.

ОБЪЕКТИВ

Что такое объектив и зачем он нужен, думаю, ты понял. Самое главное правильно его выбрать, а, выбрав, найти, где купить:) Для выбора нам необходимо знать 4 основные характеристики:

Количество линз

В принципе объективом может служит и одна линза, например лупа. Однако чем дальше от центра картинки, тем хуже будет ее качество. Появятся сферические искажения (абберации), хроматические абберации (за счет разных углов преломления лучей различных длин волн белая точка, например, превращается в кусочек радуги), потеря резкости. Поэтому для достижения максимального качества картинки используются ахроматические объективы из 3 или более линз. Такие использовались в эпидиаскопах, старых фотокамерах, аппаратах для аэрофотосъемки и т.п. В оверхед-проекторах также используются трехлинзовые объективы, но такие модели проекторов дороже, чем модели с однолинзовыми объективами.

Фокусное расстояние

От фокусного расстояния объектива зависит, на каком расстоянии от исходного объекта (матрицы) его нужно расположить и какого размера изображение на экране ты получишь. Чем больше фокусное расстояние, тем меньше размер экрана, тем дальше от экрана можно разместить проектор, тем длиннее корпус проектора. И наоборот.

Угол зрения

Показывает, какого размера исходное изображение может охватить объектив, сохраняя приемлемую яркость, резкость (разрешающую способность) и т.п. «Приемлемое» — понятие растяжимое. Если для аэрофотообъектива в паспорте указан угол зрения, например, 30 градусов, это может означать, что реально он охватит и 50 градусов, но резкость по краям для аэрофотосъемки уже не годится, зато для нашего проектора, где не нужна большая разрешающая способность, вполне подойдет.

Светосила и относительное отверстие

Относительное отверстие, если упрощенно — отношение диаметра объектива к его фокусному расстоянию. Обозначается в виде дроби, например 1:5,6, где 5,6 — «диафрагменное число». Если у нас есть объектив с диаметром внутренней линзы 60 мм и фокусным расстоянием 320 мм, его относительное отверстие будет равно 1:5,3. Чем больше относительное отверстие (меньше диафрагменное число), тем больше светосила объектива — способность передавать яркость объекта — и тем обычно хуже резкость/разрешающая способность.

Каким должно быть относительное отверстие?

Относительное отверстие можно найти, зная диаметр линз и фокусное расстояние. Применительно к нашей оптической схеме можно сказать, что диаметр линз объектива должен быть не меньше размера изображения дуги лампы, формируемого френелями. Иначе часть света лампы будет потеряна.

Тут настало время сделать еще одно уточнение к нашей оптической схеме.

Очевидно, что матрица рассеивает проходящие сквозь нее лучи. Т.е. каждый луч, попадающий на матрицу, выходит из нее уже в виде пучка лучей с различным угловым отклонением. В итоге изображение дуги лампы в плоскости объектива оказывается «расплывчатым», увеличивается в размерах, однако продолжает нести в себе информацию о цветах пикселей матрицы.

Наша задача — собрать это «расплывчатое изображение дуги» объективом полностью.

Отсюда вывод: относительное отверстие объектива должно быть таким, чтобы собрать изображение лампы, но не более того.

Какими должны быть фокусное расстояние и угол зрения?

Эти параметры определяются размером исходного изображения (матрицы), расстояния от объектива до экрана и размером желаемого изображения на экране.

F объектива=L*(d/(d+D)), где

L-расстояние до экрана

d-диагональ матрицы

D-диагональ экрана

Вот калькулятор для расчетов (содранный с www.opsci.com , слегка адаптированный и переведенный на понятный язык)

Я обещал начать рассказывать о студийных приборах и начну с линзы Френеля. В обычной фотостудии, сдаваемой в аренду вы её вряд ли найдете. Первая причина в том, что она достаточно дорогая, а вторая — большинство тех, кто приходит в такие студии про линзу Френеля ничего не знают.
А порочная идея: «Если вы не знаете зачем вам это нужно — вам это не нужно» делает своё дело. Иногда нужно просто попробовать.

слева: Линза Френеля, справа: обычная линза

Итак, линза Френеля выполняла изначально две функции:

1) уменьшала вес линзы т.к. если линзу делать стандартной формы, то, например, линза для маяка может весить и пару тонн.

2) собирала весь свет в пучок, сохраняя мягкие границы пучка света. Это тоже использовалось на маяках, так как позволяло светить очень ярко.

В дальнейшем оба этих свойства были успешно использованы кинематографом, в том числе Голливудом. А так как Голливуд прославился на весь свет своими фильмами, то и свет стал называться «голливудским».

Иллюстрация из книги «Hollywood portraits» . Весьма, кстати, полезная книга. В ней описана идеология работы с источниками, оснащенными линзами Френеля (ссылка в конце статьи). Также принято их называть спотами, т.к. они дают пятно.

Работа со светом пятнами — это профессиональная работа фотографа. Пятна с мягко растушеванными границами плавно перетекают друг в друга, позволяя сохранять естественность светотеневого рисунка.

здесь два пятна света: оранжевый и синий, которые мягко перетекают друг в друга, почти не гася друг друга

на фото: на заднем плане 11 спотов, которые формируют букву P (Скорее всего от Paramount). Такое возможно только в крупных киностудиях.

Приборы для постоянного света существовали еще с начала 20-ого века, а что же со вспышками? Ведь постоянный свет требует длинных выдержек, сильно греет и с ним неудобно работать, используя цветные гели т.к. падает мощность.

У вспышек нет таких недостатков и многие серьезные производители выпустили свои варианты спот-приборов. Например, у любимого мной Broncolor есть аж два таких прибора.

Broncolor Pulsospot 4

и, основной прибор с линзой Френеля…

Broncolor Flooter

Устройство этих приборов не менялось уже целый век и оно довольно простое.

Внутри прибора Broncolor Pulsospot 4 две лампы: импульсная лампа-вспышка и галогеновая лампа пилотного света. За лампами расположен пароболический металлический отражатель, а сами лампы стоят на рельсах и могут перемещаться ближе к линзе Френеля или дальше. Отъезжая вглубь корпуса прибора мы получаем пятно меньшего диаметра и наоборот. Это все. Больше ничего нет, кроме вентилятора.
Угол светового конуса от 15 до 40 градусов.

линза Френеля

Broncolor Flooter — это вообще насадка на стандартную световую головку. Её преимущество в более крупной линзе Френеля, которая позволяет получить более крупное пятно. Также позволяет использовать лампы HMI (постоянный свет, металло-галогенная лампа).
Угол светового конуса от 15 до 70 градусов.

Цена первого и второго приборов около 5000 usd (приборы автономно не работают, нужно подключать к студийному генератору).

Свет мягкий, и очень управляемый. А прибор компактный. Оттого с ним вдвойне приятно работать. Моделей я с ним еще не снимал, так как получил его недавно.

Жалко, что он у меня пока один и не получится сделать снимок, полностью освещеннный пятнами света от таких приборов, имитируя голливудский свет. Но можно сделать свет от спота основным, а местами подсветить, скажем, портретной тарелкой и мягким рассеивателем, грубо имитируя спот.

Вот такой вот лёгкий студийный «инсайт», а вскорости, надеюсь, дополнить статью снимками моделей.

Книгу Hollywood portraits очень советую почитать. Там есть и схемы освещения. Ссылка на неё ниже.

Снимки, с использование светильников с линзой Френеля, любезно предоставленные Вадимом (Blitzphoto)

Женский портрет
Схема: рисующий 650 Вт, контровой 650 Вт, заполняющий 650 Вт через зонт, фоновый 300 Вт. Фотоаппарат Sony a7, объективы везде разные — SMS Pentax-M 75-150/4, SMS Pentax-M 100/2,8, SMS Pentax-A 135/2,8. Чувствительность 1000 ед., выдержка менялась в районе 1/160, 5,6.
Ретушь — плагин Portraiture

Мужской портрет
Ретуши не было — поэтому хорошо видно как рисует направленный прожектор. Фотокамера опять Sony a7, оптика везде SMS Pentax-M 75-150/4, диафрагма 5.6, выдержка 1/125, чувствительность 500 ед. Схема освещения аналогична предыдущей съёмке, за некоторым исключением — на двух снимках в сцену введён ещё один светильник, Френель на 300 вт. На снимке 02 он с другим таким же светит на фон, а на снимке 04 подсвечивает руки.

Линзы Френеля — прибор для студийной фотосъемки

слева: Линза Френеля, справа: обычная линза

Итак, линза Френеля выполняла изначально две функции:

Иллюстрация из книги «Hollywood portraits». Весьма, кстати, полезная книга. В ней описана идеология работы с источниками, оснащенными линзами Френеля (ссылка в конце статьи). Также принято их называть спотами, т.к. они дают пятно.

здесь два пятна света: оранжевый и синий, которые мягко перетекают друг в друга, почти не гася друг друга

Broncolor Pulsospot 4

и, основной прибор с линзой Френеля…

Broncolor Flooter

Устройство этих приборов не менялось уже целый век и оно довольно простое.

линза Френеля

Вот такой вот лёгкий студийный «инсайт», а вскорости, надеюсь, дополнить статью снимками моделей.

Книгу Hollywood portraits очень советую почитать. Там есть и схемы освещения. Ссылка на неё ниже.

[lock][download id=203][/lock]

Снимки, с использование светильников с линзой Френеля, любезно предоставленные Вадимом (Blitzphoto)

Преимущества линз Френеля | Эдмунд Оптикс

Теория | Производство | Приложения

Линзы Френеля состоят из серии концентрических канавок, вытравленных в пластике. Их тонкая и легкая конструкция, доступность как малых, так и больших размеров, а также отличная светосила делают их полезными в различных областях применения. Линзы Френеля чаще всего используются в приложениях для сбора света, таких как конденсаторные системы или установки излучателя / детектора. Их также можно использовать в качестве увеличительных линз или проекционных линз в системах освещения и для создания изображений.

Линза Френеля (произносится как fray-NEL) заменяет изогнутую поверхность обычной оптической линзы серией концентрических канавок. Эти контуры действуют как отдельные преломляющие поверхности, изгибая параллельные световые лучи до общего фокусного расстояния (рис. 1). В результате линза Френеля, хотя физически имеет узкий профиль, способна фокусировать свет аналогично обычной оптической линзе, но имеет несколько преимуществ по сравнению со своим более толстым аналогом.

Рисунок 1: Профиль линзы Френеля

ТЕОРИЯ ЛИНЗ ФРЕСНЕЛЯ

Движущий принцип концепции линзы Френеля заключается в том, что направление распространения света в среде не изменяется (если не рассеивается).Вместо этого световые лучи отклоняются только от поверхности среды. В результате основная масса материала в центре линзы служит только для увеличения веса и поглощения в системе.

Чтобы воспользоваться этим физическим свойством, 18 физиков ^-го-го века начали экспериментировать с созданием того, что сегодня известно как линза Френеля. В то время в стекле прорезали бороздки для создания кольцевых колец криволинейного профиля.Этот изогнутый профиль при выдавливании образовывал обычную изогнутую линзу — сферическую или асферическую (рис. 2). Благодаря такому оптическому свойству, аналогичному обычному оптическому объективу, линза Френеля может предложить немного лучшие характеристики фокусировки в зависимости от области применения. Кроме того, высокая плотность канавок позволяет получать изображения более высокого качества, а низкая плотность канавок обеспечивает лучшую эффективность (что необходимо в приложениях для сбора света). Однако важно отметить, что когда требуется высокоточная визуализация, лучше всего подходят обычные синглетные, дублетные или асферические оптические линзы.

Рисунок 2: Сравнение бокового профиля плосковыпуклой (PCX) и линзы Френеля

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЛИНЗ FRESNEL

Первые линзы Френеля были изготовлены путем кропотливой шлифовки и полировки стекла вручную. В конце концов, расплавленное стекло разливали в формы, но только с развитием пластиков оптического качества и технологии литья под давлением в 20^-м-м веке использование линз Френеля во многих промышленных и коммерческих целях стало практичным.

Линзы Френеля

могут быть изготовлены из различных материалов. Они производятся от акрила до поликарбоната и винила, в зависимости от желаемой рабочей длины волны. Акрил является наиболее распространенным субстратом из-за его высокого коэффициента пропускания в видимой и ультрафиолетовой (УФ) областях, но поликарбонат является предпочтительным субстратом в суровых условиях из-за его устойчивости к ударам и высокой температуре.

ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ

Хотя французский физик Огюстен-Жан Френель (1788–1827) не был первым, кто концептуализировал линзу Френеля, он смог популяризировать ее, интегрировав в маяки.С тех пор линзы Френеля использовались в самых разных областях, от коллимации света и сбора света до увеличения.

Коллимация света

Линза Френеля может легко коллимировать точечный источник, разместив его на расстоянии одного фокусного расстояния от источника. В системе с конечным сопряжением сторона линзы Френеля с канавками должна быть обращена к более длинному сопряженному элементу (рис. 3–4), поскольку это обеспечивает наилучшие характеристики.

Рисунок 3: Коллимация света точечного источника с линзой Френеля

Световая коллекция

Одним из наиболее распространенных применений линзы Френеля является сбор солнечного света, который считается почти параллельным (бесконечно-сопряженная система).Использование линзы Френеля для сбора света идеально подходит для концентрации света на фотоэлементе или для нагрева поверхности. Например, линзу Френеля можно использовать для популярного домашнего обслуживания, такого как обогрев дома или бассейна! В этих случаях общая площадь поверхности линзы определяет количество собираемого света.

Рисунок 4: Коллимация света точечного источника с линзой Френеля

Увеличение

Еще одно распространенное применение линзы Френеля — увеличение.Его можно использовать как лупу или проекционный объектив; однако это не рекомендуется из-за высокого уровня искажений. Кроме того, качество изображения не сравнивается с качеством более точной системы, учитывая количество искажений.

Обычно линзы Френеля используются в солнечных батареях, но они идеальны для любых применений, требующих недорогих, тонких и легких положительных линз. Линзы Френеля — не новая технология, но их распространение увеличилось с улучшением технологий производства и материалов.Линзы Френеля — это поистине уникальные оптические линзы, которые делают их отличным инструментом для целого ряда интересных и забавных оптических конструкций.

Как работают линзы Френеля?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 23 апреля 2020 г.

Если тебе не повезло попасть в шторм на море, Нет ничего более обнадеживающего, чем дружеский подмигивание с ближайшего маяка. Но вы когда-нибудь задумывались, как этот свет может путешествовать так далеко? океан? В значительной степени это связано с линзами — удивительными изогнутыми линзами Френеля (произносится «Френель» с тихой буквой «s»), которые концентрируют свет в сверхмощный луч.Давайте посмотрим внимательнее как они работают!

Фото: Если вы видите свет, проходящий через кусок стекло или пластик с этим странным узором из концентрических кругов на поверхности, вы можете быть уверены, что смотрите на линзу Френеля.

Как линзы Френеля питают маяк

Фотографии: линза Френеля на маяке Анвил-Пойнт недалеко от Суонедж в Дорсете, Англия, который был первоначально построен в 1881 году и полностью автоматизирован более века спустя в 1991 году.

Маяк использует те же науки, что и телескоп, но работает в прямо противоположным образом — с помощью линзы Френеля.Стеклянные линзы телескопа преломляют (отклоняют) световые лучи от далеких объектов, так что они кажутся намного ближе. Но в маяке линза Френеля, обернутая вокруг лампы, концентрирует световые лучи в мощный и параллельный луч, чтобы люди могли его видеть, просто обнаженным глаза, на расстояние 30 км (около 20 миль) или больше!

Это стало возможным благодаря трем хитростям:

В маяках используются удивительно мощные ксеноновые лампы (немного немного похожи на неоновые лампы) что в сотни тысяч раз ярче, чем лампы в вашем доме.
Они устанавливают свои светильники в башнях высоко над уровнем моря, что делает они видны примерно в пять раз дальше.
Они используют линзы и призмы особой формы, чтобы сконцентрировать свой свет в сверхмощный луч.

Фотографии: крупный план линзы Френеля на маяке Анвил-Пойнт. Луч в 1080 кандел вылетает на высоте примерно 45 м (148 футов) над уровнем моря, и его можно заметить на расстоянии до 17 км (9 морских миль).

Теоретически можно сделать луч маяка, обычная стеклянная линза, но она должна быть огромной и тяжелой и это сделало бы это невероятно дорогим и совершенно непрактичным.Вот почему маяки используют полые легкие линзы Френеля, которые имеют очень характерная «ступенчатая» поверхность, которая отклоняет свет до толстая, тяжелая стеклянная линза. Они названы в честь французского физика Огюстена-Жана Френеля (1788–1827). кто их пионер в начале 19 века. В автомобильных фарах используются линзы Френеля, отлитые из пластика. примерно так же, и вы также найдете их на некоторых светофорах (светофорах) стоя на твоей улице.

Присмотритесь к маяку, и вы увидите линзу Френеля, окружающую лампу.Концентрические кольца на самом деле являются «ступеньками» (толстыми выступами) на поверхности линзы. Каждый шаг изгибает свет немного больше, чем тот, что находится под ним, поэтому все световые лучи образуют идеальный параллельный луч, который проходит через океан на много километров / миль.

Лампа в этом конкретном маяке вращается, так что она охватывает гораздо большую площадь моря. Вращение также означает, что кажется, что свет мигает каждые 10 секунд, когда вы находитесь далеко от него. Это делает лампу более заметной, а поскольку разные маяки мигают с разной частотой, моряки могут рассчитывать время вспышек, чтобы определить, на какой маяк они смотрят и где они находятся.

Трудно подойти достаточно близко к линзе Френеля на маяке, чтобы точно увидеть, на что она похожа, но если вы находитесь рядом с научным музеем, вам может просто повезти — там иногда выставляются старые линзы Френеля. Вот несколько фотографий работающей линзы Френеля из Think Tank, научного музея в Бирмингеме, Англия. Обратите внимание на линзы Френеля с каждой стороны лампы (всего восемь) с призмами (изогнутыми кусками стекла), установленными над и под линзой, чтобы притягивать световые лучи, которые отклоняются от центральной оси, делая еще более ярким. луч.

Фотографии: выставка линз Френеля в Think Tank, научном музее в Бирмингеме, Англия. Серебристая деталь внизу — это электрический поворотный стол, который заставляет всю лампу и линзу вращаться очень медленно.

Какие материалы лучше всего?

Фото: В автомобильных фарах часто используются недорогие пластиковые линзы Френеля, которые рассеивают свет вдаль. Хотя пластиковые линзы Френеля грубее и дают изображения худшего качества, чем традиционные стеклянные линзы, в данном случае это не имеет значения: все, что важно, — это концентрировать свет в луч в достаточно хорошо сфокусированной точке на дороге впереди.

Линзы Френеля предназначены для создания больших мощных лучей света, которые простираются на очень большие расстояния. В отличие от обычного линзы в чем-то вроде телескопа, оптическое качество светового луча, выходящего из линзы Френеля, часто не имеет большого значения: если вы управляете маяком, все, что вы пытаетесь сделать, это выбросить свет вдаль; неважно, видят ли моряки «размытое» изображение маяка … главное, чтобы они что-то видели! Это означает, что линзы Френеля могут быть изготовлены из относительно недорогого пластика, такого как акрил или поликарбонат, а также из стекла.Вам просто понадобится форма, содержащая обратный узор линз, и тогда вы сможете сделать столько идентичных линз Френеля, сколько захотите! Пластиковые линзы Френеля меньше, тоньше, меньше весят и стоят меньше, чем сопоставимые стеклянные линзы.

Artwork: Маяки и автомобильные фары — не единственные места, где вы найдете линзы Френеля. Системы проекционного телевидения иногда используют их для создания больших увеличенных изображений. В этом дизайне 1980-х годов RCA, генератор изображений (зеленый, 102, может быть традиционный ЭЛТ или ЖК-экран), передает свое изображение на экран обратной проекции через призму и зеркала (синий, 103/104) через составной Френелевский экран. линза (красная, 10) и фокусирующая линза (9, розовая).Иллюстрация из патента США 4 482 206: Телевизионный экран обратной проекции с многослойной линзой Френеля. Автор Бертрам Ван Бримен, RCA, 13 ноября 1984 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Коррекция аберраций

Если вы хотите использовать линзу Френеля по-другому — собирать световые лучи на расстоянии и преобразовывать их в резко сфокусированное изображение — вам нужно быть более точным. Недорогие линзы Френеля дают изображения худшего качества, чем традиционные стеклянные линзы из-за проблемы, называемой сферической аберрацией: световые лучи, проходящие через линзу Френеля под разными углами, будут фокусироваться в немного разных точках, давая размытое изображение.Вы получаете довольно небольшое искажение, потому что поверхность линзы Френеля является прерывистой: в отличие от плавно изогнутой линзы, есть внезапные скачки от одного сегмента линзы Френеля к другому. Вы, вероятно, также обнаружите, что разные цвета преломляются линзой в разной степени, создавая нежелательные цветовые полосы на вашем изображении (проблема, называемая хроматической аберрацией). Хотя можно отрегулировать угол ступенек в линзе Френеля, чтобы минимизировать аберрации, обычно вы должны использовать обычную линзу (вероятно, сделанную из стекла оптического качества) для более высоких оптических характеристик.

Спасти Землю от изменения климата?

Линзы Френеля спасают своенравных моряков от кораблекрушений и гибели на скалах, но могут ли они спасти нашу планету от климатическая катастрофа? По мере того как люди начинают больше осознавать изменение климата и огромные проблемы, которые оно представляет, некоторые ученые думаю, у нас не будет иного выбора, кроме как попробовать одну или несколько форм геоинженерии: технические исправления для охлаждения планеты. Один из предложенных вариантов — гигантская линза Френеля, расположенная между Землей и Солнцем для рассеивания солнечная радиация и охлаждает нашу планету.Хотя подобные схемы крайне противоречивы, они все же иллюстрируют увлекательные приложения блестящих идей Огюстена-Жана Френеля!

Иллюстрация: Как элементы линзы Френеля в маяке изгибают входящие световые лучи на разную величину, создавая параллельный луч исходящих световых лучей. Перерисовано с исторической иллюстрации [Адольф Гано (1872) Естественная философия для обычных читателей и молодежи, Д. Эпплтон и Ко., Нью-Йорк, стр. 328, рис. 257], любезно предоставлено Wikimedia Commons.

Почему Френель?

Но подождите минутку, почему Френель получает всю заслугу? Он, безусловно, был пионером этого типа линз в 1822/23 году, но Идея разрезать кусок стекла до полезного преломляющего внешнего края не была оригинальной. Примерно полвека назад, например, француз Жорж де Бюффон высказал очень похожую идею, которая Британский физик-оптик сэр Дэвид Брюстер впоследствии превратился в альтернативную технологию маяков под названием сборная или многозональная линза около 1811 г.В соответствии с Домашняя жизнь сэра Дэвида Брюстера, книга, опубликованная в 1870 году его дочерью Маргарет Гордон:

«Он был построен в зонах или« кругах »… Каждая зона линзы Брюстера была сформирована или« построена »из отдельных сегментов, и поэтому он получил название многозональной линзы — важнейшее усовершенствование для устранения большого практическая трудность использования линз для освещения, заключающаяся в получении чистых и однородных Стекло в массе достаточно большое. Чтобы усилить светосилу своей новой формы линз, доктор Брюстер соединил его с совершенно новым линзовидным аппаратом, состоящим из небольших линз и плоских отражателей, для сосредоточения в одной точке или фокусировки солнечного света, или для того, чтобы бросить в один параллельный луч все лучи света, расходящиеся от этого единственного фокуса, представленного лампой.»

Сегодня мы помним Брюстера за другие оптические инновации, особенно за его работу над поляризованным светом. В конце концов, именно Френель придумал, как сделать простой, практичный, доступный, состоящий из нескольких частей объектив, который можно было бы эффективно использовать в маяках — и именно поэтому он получил признание!

Если вам понравилась эта статья …

… вам могут понравиться мои книги. Мой последний Breathess: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Линза Френеля: отличное 5-минутное видео Джонатана Хэра из Vega Science Trust, который объясняет с большой (как линзы!) Ясностью, почему маякам нужны линзы и почему линзы Френеля работают лучше всего.
Как сделать линзу Френеля: Стивен Дюфрен объясняет основную теорию линз Френеля и показывает, где вы можете найти свою.
Огюстен Френель: Биография: Краткий отчет о жизни Френеля и его исследованиях поведения световых волн.
Линза Френеля 4-го порядка: интересное описание выставки линз Френеля в Оксфордском музее, штат Мэриленд.

Новости

Книги

Для читателей постарше

Для младших читателей

Д.К. Свидетель: Свет Дэвида Берни.Дорлинг Киндерсли, 2000. Хорошее введение в историю световой науки из превосходной серии DK Eyewitness. Возраст 9–12 лет.

Как работают линзы Френеля?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 23 апреля 2020 г.

Как линзы Френеля питают маяк

Это стало возможным благодаря трем хитростям:

В маяках используются удивительно мощные ксеноновые лампы (немного немного похожи на неоновые лампы) что в сотни тысяч раз ярче, чем лампы в вашем доме.
Они устанавливают свои светильники в башнях высоко над уровнем моря, что делает они видны примерно в пять раз дальше.
Они используют линзы и призмы особой формы, чтобы сконцентрировать свой свет в сверхмощный луч.

Какие материалы лучше всего?

Коррекция аберраций

Спасти Землю от изменения климата?

Почему Френель?

«Он был построен в зонах или« кругах »… Каждая зона линзы Брюстера была сформирована или« построена »из отдельных сегментов, и поэтому он получил название многозональной линзы — важнейшее усовершенствование для устранения большого практическая трудность использования линз для освещения, заключающаяся в получении чистых и однородных Стекло в массе достаточно большое. Чтобы усилить светосилу своей новой формы линз, доктор Брюстер соединил его с совершенно новым линзовидным аппаратом, состоящим из небольших линз и плоских отражателей, для сосредоточения в одной точке или фокусировки солнечного света, или для того, чтобы бросить в один параллельный луч все лучи света, расходящиеся от этого единственного фокуса, представленного лампой.»

Если вам понравилась эта статья …

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Линза Френеля: отличное 5-минутное видео Джонатана Хэра из Vega Science Trust, который объясняет с большой (как линзы!) Ясностью, почему маякам нужны линзы и почему линзы Френеля работают лучше всего.
Как сделать линзу Френеля: Стивен Дюфрен объясняет основную теорию линз Френеля и показывает, где вы можете найти свою.
Огюстен Френель: Биография: Краткий отчет о жизни Френеля и его исследованиях поведения световых волн.
Линза Френеля 4-го порядка: интересное описание выставки линз Френеля в Оксфордском музее, штат Мэриленд.

Новости

Книги

Для читателей постарше

Для младших читателей

Д.К. Свидетель: Свет Дэвида Берни.Дорлинг Киндерсли, 2000. Хорошее введение в историю световой науки из превосходной серии DK Eyewitness. Возраст 9–12 лет.

Как работают линзы Френеля?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 23 апреля 2020 г.

Как линзы Френеля питают маяк

Это стало возможным благодаря трем хитростям:

В маяках используются удивительно мощные ксеноновые лампы (немного немного похожи на неоновые лампы) что в сотни тысяч раз ярче, чем лампы в вашем доме.
Они устанавливают свои светильники в башнях высоко над уровнем моря, что делает они видны примерно в пять раз дальше.
Они используют линзы и призмы особой формы, чтобы сконцентрировать свой свет в сверхмощный луч.

Какие материалы лучше всего?

Коррекция аберраций

Спасти Землю от изменения климата?

Почему Френель?

«Он был построен в зонах или« кругах »… Каждая зона линзы Брюстера была сформирована или« построена »из отдельных сегментов, и поэтому он получил название многозональной линзы — важнейшее усовершенствование для устранения большого практическая трудность использования линз для освещения, заключающаяся в получении чистых и однородных Стекло в массе достаточно большое. Чтобы усилить светосилу своей новой формы линз, доктор Брюстер соединил его с совершенно новым линзовидным аппаратом, состоящим из небольших линз и плоских отражателей, для сосредоточения в одной точке или фокусировки солнечного света, или для того, чтобы бросить в один параллельный луч все лучи света, расходящиеся от этого единственного фокуса, представленного лампой.»

Если вам понравилась эта статья …

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Линза Френеля: отличное 5-минутное видео Джонатана Хэра из Vega Science Trust, который объясняет с большой (как линзы!) Ясностью, почему маякам нужны линзы и почему линзы Френеля работают лучше всего.
Как сделать линзу Френеля: Стивен Дюфрен объясняет основную теорию линз Френеля и показывает, где вы можете найти свою.
Огюстен Френель: Биография: Краткий отчет о жизни Френеля и его исследованиях поведения световых волн.
Линза Френеля 4-го порядка: интересное описание выставки линз Френеля в Оксфордском музее, штат Мэриленд.

Новости

Книги

Для читателей постарше

Для младших читателей

Д.К. Свидетель: Свет Дэвида Берни.Дорлинг Киндерсли, 2000. Хорошее введение в историю световой науки из превосходной серии DK Eyewitness. Возраст 9–12 лет.

Линза Френеля (Служба национальных парков США)

Линзы Фреснала первого порядка в Морском музее Сан-Франциско

NPS

Использование линз в маяках началось в Англии в 18^{-м веке} и было принято в Соединенных Штатах к 1810 году. Эти ранние линзы были толстыми, чрезмерно тяжелыми и из некачественного стекла. Поэтому они были не очень эффективны и были склонны к потере света через толстое стекло.В 1811 году Французская комиссия по маякам учредила комитет для исследования улучшений в освещении маяков. Среди членов комитета был Огюстен Френель, который в 1822 году завершил дизайн своей светящейся линзы, используя тонкие панели в форме бычьего глаза, которые преломляли свет как по горизонтали, так и по вертикали, давая гораздо более сильный луч света.

Линза Френеля (произносится как «Фрей Нель»), как ее стали называть, представляет собой монументальный шаг вперед в технологии освещения маяков и, следовательно, в безопасности на море.В линзе Френеля колбу лампы окружают сотни кусков специально вырезанного стекла. Эта конструкция усиливает свечение света, фокусируя лучи света, которые обычно рассеиваются, в один интенсивный луч света, который светит в определенном направлении. Линза могла производить неограниченное количество комбинаций миганий и усиливать свет, чтобы его можно было видеть с больших расстояний, что позволяло морякам быть более безопасными при навигации вблизи берега.

Линзы Френеля могут быть фиксированными, показывая постоянный свет вокруг горизонта, или вращаться, производя вспышку.Количество вспышек в минуту определяется количеством панелей вспышки и скоростью вращения объектива. Уникальный образец вспышки для каждого источника света создается за счет изменения количества светлых и темных периодов. Например, свет может регулярно мигать каждые пять секунд. В качестве альтернативы он может иметь период темноты в десять секунд и период яркости в три секунды или любое количество других комбинаций. Индивидуальный образец мигания каждого источника света называется его характеристикой .Моряки обращаются к списку огней или морской карте, в которых указано, какой свет мигает с этой конкретной характеристикой и какого цвета огонь. Это позволило им определить свое положение в море по отношению к суше.

Большинство линз Френеля выглядят как улей или бочка; большинство из них содержат от двух до двадцати четырех различных панелей. Механизм часового типа, который нужно было заводить вручную каждые несколько часов перед автоматизацией, использовался для того, чтобы вращающиеся линзы вращались вокруг самой лампы, чтобы произвести вспышку.Движение объектива рассчитано точно по времени, поэтому панель пройдет мимо, когда сработает вспышка.

Линзы Френеля были разных размеров или заказов, от самых больших, Hyper-Radial, до самых маленьких, восьмого порядка. Не все заказы использовались в США. Большие линзы первого порядка, такие как те, которые до сих пор стоят на маяке Фоуи-Рокс в национальном парке Бискейн или на маяке острова Боди на национальном побережье мыса Хаттерас, обычно использовались на крупных морских побережьях с более мощным лучом, который светит до двадцати одного. миль к морю.Огни пятого или шестого порядка, наименьшие из используемых в Соединенных Штатах, использовались в небольших водоемах, таких как заливы или реки. Маяк Джонс-Пойнт на реке Потомак в Александрии, штат Вирджиния, использовал линзу пятого порядка для сравнительно меньших расстояний, которые он должен был покрыть, но, тем не менее, он был необходим для сотен торговых, пассажирских, рыболовных и военно-морских судов, которые путешествовали по водам. вокруг Вашингтона, округ Колумбия, ежедневно.

Почти все маяки в национальных парках изначально имели линзы Френеля, хотя многие из них были удалены и / или заменены более современными механизмами освещения.Однако красота линз и их ключевое место в истории маяков во многих случаях обеспечили их сохранность. Некоторые из них находятся в музеях, связанных с самим историческим маяком; другие находятся в музеях вдали от маяка. И, конечно же, есть еще много линз Френеля на американских маяках, которые не являются частью национальных парков. Общество маяков США хранит большой объем информации об истории и технологии линз Френеля, а также списки текущих и действующих линз Френеля в Соединенных Штатах.

Дополнительная литература: Линза Френеля, Томас Тэг

Seeing The Light — Линза Френеля

К середине восемнадцатого века «государство искусство »в оптике маяка состояло из одиночного или множественного китового жира горящие лампы помещены в фонарь наверху башни. Этот метод был крайне неэффективен, так как только три процента света в конечном итоге их можно было увидеть в любой точке моря. Единственный способ доступный, с помощью которого можно было увеличить мощность лампы, было до увеличить размер пламени, тем самым сжигая больше топлива и делая свет более трудоемкий и дорогостоящий в эксплуатации.

К началу 19 ^-го века оптика маяков США перешли к использованию параболического отражателя из посеребренного металла, размещенного за китовой масляной лампой, известной как Argand Лампа . При таком расположении не только свет сам источник виден прямо в море, но параболический отражатель захватил свет, который был бы потерян за светом, и сконцентрировал его в море в желаемом направлении.

Хотя эта система была работоспособной и значительно улучшила простую лампы, она тоже была очень неэффективной, всего тридцать девять процентов исходный источник света, передаваемый в желаемом направлении. Таким образом, пока видимое расстояние увеличилось, оно все еще было ограничено максимумом пятнадцать-двадцать миль в ясных условиях. К тому времени, как судно увидело такой свет, у них будет очень мало времени, чтобы отвернуться от надвигающегося опасность, о которой должен предупреждать свет.

С увеличением поставок по всему миру оптическая система была отчаянно нуждались в том, чтобы свет мог быть брошен на много миль в море, обеспечивая заблаговременное предупреждение об опасности или о безопасной гавани.

В 1819 г., французское правительство поручило 34-летнему Огюстену Жану Френель (произносится Fruh-nell) для разработки улучшенной системы освещения для французских маяков. Френель был физиком, известным своими его эксперименты с теориями отражения света и преломление.

Игнорируя парадигму отражателя, Френель вместо этого начал исследовать способы использования стеклянных линз для концентрации источника света. Поскольку одна линза достаточной силы была бы слишком большой, чтобы ее можно было практично, Френель начал искать способы, которыми несколько линз окружающий источник света может улавливать испускаемые световые лучи от одного источника света и направить их в узкий горизонтальный луч

В своей простейшей форме конструкция Френеля представляла собой бочкообразный массив линзы, окружающие источник света.В области сразу по горизонтали к источнику света диоптрические линзы увеличивали и концентрировали видимый свет, проходящий прямо через них. В то же время выше и под источником света несколько катадиоптрических призм , установленных по периферии ствола каждый собирал и усиливал свет и перенаправлял его в той же плоскости, что и диоптрические линзы .

С оптической решеткой Френеля выход был значительно увеличен с старые рефлекторные системы, в которых до восьмидесяти процентов света передавалось в море на расстояние более двадцати миль.

Неудивительно, что этот тип оптических массивов быстро стал известная как линза Френеля.

Автор вращая оптическую матрицу, множество возможностей вспышки узоры можно было получить путем установки панелей в виде яблочка вокруг окружность массива. Также, разместив цветные стеклянные панели спереди бычьих глаз, единственная свет можно было не только заставить мигать легко узнаваемым характеристику, но можно заставить мигать разными цветами в пределах последовательность.

Это было огромным преимуществом в ситуациях, когда несколько маяки располагались вдоль береговой линии. Предоставляя каждому свой собственная фирменная комбинация частоты вспышки и цвета, не только огни предупреждают о препятствиях или безопасной гавани, но моряки могут точно определить их местонахождение ночью путем триангуляции с известными расположение огней.

Еще одним преимуществом революционного дизайна Fresnels было то, что модульная конструкция.Линза Френеля может быть построена в одном месте, разбирается и легко транспортируется на несколько небольших секций, что делает транспортировка и повторная сборка в тесноте фонарного помещения значительно проще, чем это было бы в случае изготовленной оптики из нескольких огромных стеклянных компонентов. Кроме того, модульный характер конструкции позволял легко изменение характеристики за счет вставки панелей «бычий глаз» и изменения скорости вращения линз.

Дизайн Френельса был настолько революционным, что был немедленно принят на вооружение. во всем мире в качестве стандартных линз для маяков, преимущество в том, что они хорошо сохранился в двадцатом веке. Пока Август Френель видел быстрое освоение его оптической матрицы, он никогда не дожил до того, чтобы она стала принято повсеместно в связи с его смертью пятью годами позже в 1827 году.

Конструкция линзы Френеля в конечном итоге будет преобразован в одиннадцать заказов, причем каждый заказ со стандартным фокусным расстоянием.Фокусное расстояние — это расстояние от центр плотного источника (фокус) к объективу.

Из этих одиннадцати заказов только Второй , Третий , Третий с половиной , Четвертый , Пятый и Шестой Заказы были используется в маяках Вестерн Грейт Озера.

Огромные гиперрадиальные, мезорадиальные линзы и линзы первого порядка были зарезервированы для использования в прибрежных районах. маяки с соленой водой и самые маленькие линзы шестого, седьмого и восьмого порядков для речного и портового судоходства.

Франсуа Солей старший был первым, кто построил линзы для Френеля. Его сын Франсуа-младший взял на себя работу и продолжил работать в Париже, пока он не уехал в петербург Россия, где он продолжал строить линзы. Несколько французских компаний, расположенных в окрестностях Парижа, были отвечает за производство почти всех линз Френеля, используемых в США. маяки в девятнадцатом веке.

Этих компаний:

Letourneau & Co, пришедшая на смену Франсуа Солейл младший
Henry-Lepaute
Lemonier
Sauter, который пришел на смену Letourneau, а затем слился с Lemonier.
Barbier & Fenestre.
Barbier, Benard & Turenne, которая сменила Barbier & Фенестре.
Грисман, сменивший компанию Barbier, Benard & Turenne.

В конце концов, линзы, построенные в соответствии с конструкциями Френеля, также были производится в Англии компанией Chance Brothers, а в Германии — компанией Вильгельм Вёле. Компания Macbeth-Evans также начала производство в стиле Френеля. линзы в Соединенных Штатах, однако относительно немногие из их линз были используется в Великих озерах.Ряд американских компаний также производили небольшие модели в стиле Френеля. линзы для буев, наиболее заметной из которых была компания Corning.

Нажмите здесь , чтобы увидеть полный список западных огней Великих озер и линзы, которыми они были оснащены.

Справочные источники

Что такое линза Френеля?

Линза Френеля, которая чаще всего используется для сбора света, представляет собой компактную линзу, первоначально разработанную французским физиком Огюстен-Жаном Френелем для маяков.Эти линзы легкие, доступны в бесчисленных размерах, обладают идеальной способностью собирать свет и сделаны из пластика. Чаще всего линзу Френеля можно встретить в конденсаторных системах или при работе с детектором / эмиттером. Линзы Френеля также используются для увеличения в проекционных линзах и в осветительных устройствах.

Линза маяка

Линза Френеля заменяет обычную оптическую линзу; контуры линзы Френеля лучше способны индивидуально преломлять поверхности, изгибать параллельные световые лучи и фокусировать их на общем фокусном расстоянии.Преимущество использования линз Френеля заключается в том, что даже несмотря на то, что они физически более узкие, чем другие линзы, они могут фокусировать свет так же, как и обычные оптические линзы, но в меньшей и более тонкой модели. Эти линзы не рассеивают свет через среду, что означает, что большая часть материала в центре линзы будет увеличивать поглощение и вес внутри просматриваемого объекта.

Идея линзы Френеля была впервые разработана в 18, ^, веке как способ создания кольцевых колец и изогнутого профиля.Тогда этот профиль будет образовывать обычную изогнутую линзу. «Высокая интенсивность канавок» позволяет улучшить фокусировку и получать изображения более высокого качества по сравнению со стандартными объективами.