Was ist optisches Fresnel -Objektiv

Die Fresnel -Linse reduziert die erforderliche Menge an Material im Vergleich zu einer herkömmlichen Linse, indem die Linse in einen Satz konzentrischer ringförmiger Abschnitte unterteilt wird. Ein ideales Fresnel -Objektiv hätte eine unendliche Anzahl von Abschnitten. In jedem Abschnitt wird die Gesamtdicke im Vergleich zu einer gleichwertigen einfachen Linse verringert. Dies unterteilt die kontinuierliche Oberfläche einer Standardlinse effektiv in einen Satz von Oberflächen derselben Krümmung, wobei schrittweise Diskontinuitäten zwischen ihnen sind.

In einigen Objektiven werden die gekrümmten Oberflächen durch flache Oberflächen mit einem anderen Winkel in jedem Abschnitt ersetzt. Eine solche Linse kann als eine Reihe von Prismen angesehen werden, die kreisförmig angeordnet sind, mit steileren Prismen an den Rändern und einem flachen oder leicht konvexen Zentrum. In den ersten (und größten) Fresnel -Linsen war jeder Abschnitt tatsächlich ein separates Prisma. Später wurden "einteilige" Fresnel-Objektive hergestellt, die für Automobilschreißungen, Bremsen, Parken und Blinker und Blinker usw. verwendet wurden. In der modernen Zeit können computergesteuerte Fräsausrüstung (CNC) oder 3-D-Drucker verwendet werden, um komplexere Objektive herzustellen.

Das Entwurf von Fresnel -Objektiven ermöglicht eine erhebliche Verringerung der Dicke (und damit die Masse und damit das Material) auf Kosten der Reduzierung der Bildgebungsqualität der Linse, weshalb präzise Bildgebungsanwendungen wie die Fotografie normalerweise immer noch größere konventionelle Linsen verwenden.

Fresnel -Objektive bestehen normalerweise aus Glas oder Plastik; Ihre Größe ändert Graph-Projektoren) bis klein (TLR/SLR-Kamerabildschirme, Mikrooptik). In vielen Fällen sind sie sehr dünn und flach, fast flexibel, mit Dicken im Bereich von 1 bis 5 mm (1 ⁄ 32 bis 3 ⁄ 16 Zoll).

Die meisten modernen Fresnel -Objektive bestehen nur aus refraktiven Elementen. Lighthouse -Objektive umfassen jedoch tendenziell sowohl das Bresions- als auch die reflektierenden Elemente, wobei letztere außerhalb der Metallringe auf den Fotos liegen. Während die inneren Elemente Abschnitte von Brechungslinsen sind, spiegeln die äußeren Elemente Prismen wider, von denen jede zwei Brechungen und eine Gesamtinnenreflexion durchführt, wodurch der Lichtverlust vermieden wird, der bei der Reflexion von einem versilberten Spiegel auftritt.

Anwendung

Bildgebung

Ein Plastik-Fresnel-Objektiv, der als TV-Bildschirmvergrößerungsgerät verkauft wird

Das im Sinclair FTV1 tragbare CRT -TV verwendete Fresnel -Objektiv, der nur den vertikalen Aspekt der Anzeige vergrößert

Fresnel-Objektive werden als einfache Handgrades verwendet. Sie werden auch verwendet, um mehrere visuelle Erkrankungen zu korrigieren, einschließlich Augenmotilitätsstörungen wie Strabismus. [14] Fresnel -Objektive wurden verwendet, um die visuelle Größe von CRT -Displays in Taschenfernsehern zu erhöhen, insbesondere der Sinclair TV80. Sie werden auch in Ampeln verwendet.

Fresnel-Objektive werden in europäischen Lastwagen in Großbritannien und der Republik Irland (und umgekehrt, irische und britische Lastwagen, die in das Europa in das Festland eintreten) verwendet, um die durch den Fahrer betriebenen blinden Stellen zu überwinden Sitzen auf der falschen Seite der Kabine relativ zum Straßenrand, auf dem sich das Auto befindet. Sie befestigen am Beifahrerseiten.

Eine weitere Automobilanwendung eines Fresnel-Objektivs ist ein Rückblickerverstärker, da der weite Blickwinkel eines an der Heckscheibe befestigten Objektiv Spiegel allein.

Multi-Fokel-Fresnel-Objektive werden auch als Teil von Retina-Identifikationskameras verwendet, bei denen sie mehrere In- und Out-of-Focus-Bilder eines Fixierungsziels in der Kamera bereitstellen. Für praktisch alle Benutzer befinden sich mindestens eines der Bilder im Fokus, wodurch eine korrekte Augenausrichtung ermöglicht wird.

Fresnel -Objektive wurden auch im Bereich der beliebten Unterhaltung eingesetzt. Der britische Rockkünstler Peter Gabriel nutzte sie in seinen frühen Solo -Live -Auftritten, um die Größe seines Kopfes im Gegensatz zu dem Rest seines Körpers für dramatische und komische Effekte zu vergrößern. Im Terry Gilliam -Film Brasilien erscheinen Plastik -Fresnel -Bildschirme angeblich als Lupe für die kleinen CRT -Monitore, die in den Büros des Informationsministeriums verwendet werden. Sie treten jedoch gelegentlich zwischen den Schauspielern und der Kamera auf und verzerren die Skala und Zusammensetzung der Szene zu humorvollen Effekten. Der Pixar-Film Wall-E enthält ein Fresnel-Objektiv in den Szenen, in denen der Protagonist das musikalische Hallo, Dolly! auf einem iPod vergrößert.

Fotografie

Canon und Nikon haben Fresnel -Objektive verwendet, um die Größe der Teleobjektive zu verringern. Fotobinsen mit Fresnel -Elementen können viel kürzer sein als das entsprechende konventionelle Objektivdesign. Nikon nennt die Technologiephase Fresnel.

Die Polaroid SX-70-Kamera verwendete einen Fresnel-Reflektor als Teil ihres Betrachtungssystems.

Ansicht und große Formatkameras können eine Fresnel -Linse in Verbindung mit dem gemahlenen Glas verwenden, um die wahrgenommene Helligkeit des Bildes zu erhöhen, das durch eine Linse auf dem Erdglas projiziert wird, wodurch sich der Fokus und die Zusammensetzung anpassen.

Erleuchtung

Inchkeith Lighthouse Objektiv und Antriebsmechanismus

Hochwertige Glas-Fresnel-Objektive wurden in Leuchttürmen verwendet, wo sie im späten 19. und Mitte des 20. Jahrhunderts als Stand der Technik gelten. Die meisten Leuchttürme haben inzwischen pensionierte Glasfelllinsen im Ruhestand und ersetzt sie durch viel günstigere und haltbarere Aerobeacons, die selbst häufig Kunststoff -Fresnel -Linsen enthalten. und unter dem zentralen planaren Fresnel, um das gesamte Licht aus der Lichtquelle zu fangen. Der Lichtweg durch diese Elemente kann eher eine interne Reflexion als die einfache Brechung im planaren Fresnelelement umfassen. Diese Objektive brachten den Designer, Bauherren und Nutzern von Leuchttürmen und ihrer Beleuchtung viele praktische Vorteile. Unter anderem könnten kleinere Objektive in kompaktere Räume passen. Eine größere Lichtübertragung über längere Strecken und unterschiedliche Muster ermöglichte es, eine Position zu triangulieren. [Zitat erforderlich]

Die vielleicht am weitesten verbreitete Verwendung von Fresnel-Objektiven für eine Zeit in Automobilunternehmen ereignete als europäisches H4 -Design). Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit, des Gewichts und der Wirkungsfestigkeit haben neuere Autos mit Glasfreennellinsen mit vielfältigen Reflektoren mit einfachen Polycarbonatlinsen angewendet. Die Fresnel -Objektive werden jedoch bei Automobilschwanz-, Marker- und Umkehrlichtern weiter verwendet.

Glasfresnel -Objektive werden auch in Beleuchtungsinstrumenten für Theater- und Kinobilder verwendet (siehe Fresnel -Laterne); Solche Instrumente werden oft einfach Fresnels genannt. Das gesamte Instrument besteht aus einem Metallgehäuse, einem Reflektor, einer Lampenbaugruppe und einem Fresnel -Objektiv. In vielen Fresnel -Instrumenten kann die Lampe relativ zum Brennpunkt der Linse bewegt werden, um die Größe des Lichtstrahls zu erhöhen oder zu verringern. Infolgedessen sind sie sehr flexibel und können häufig einen Strahl von so schmal wie 7 ° oder so breit wie 70 ° erzeugen . Das Fresnel-Objektiv erzeugt einen sehr weichen Strahl und wird oft als Waschlicht verwendet. Ein Halter vor der Linse kann einen farbigen Kunststofffilm (Gel) halten, um die Licht- oder Drahtschirme oder ein gefrosteter Kunststoff zu färben, um ihn zu diffundieren. Das Fresnel -Objektiv ist nicht nur aufgrund seiner Fähigkeit, den Strahl heller als eine typische Linse zu fokussieren, nützlich, sondern auch, weil das Licht eine relativ konsistente Intensität über die gesamte Breite des Lichtstrahls ist.

OPTICAL Landing System auf US Navy Aircraft Carrier USS Dwight D. Eisenhower

Flugzeugträger und Navalluftstationen verwenden typischerweise Fresnel -Objektive in ihren optischen Landesystemen. Das "Fleischbällchen" leuchtet den Piloten bei der Aufrechterhaltung des richtigen Gleithangs für die Landung. In der Mitte befinden sich die aus Fresnel -Objektiven zusammengestellten roten Lichter. Obwohl die Lichter immer angelegt sind, bestimmt der Winkel der Linse aus der Sicht des Piloten die Farbe und Position des sichtbaren Lichts. Wenn die Lichter über der grünen horizontalen Balken erscheinen, ist der Pilot zu hoch. Wenn es unten ist, ist der Pilot zu niedrig und wenn die Lichter rot sind, ist der Pilot sehr niedrig. [Zitat benötigt

Projektion

Die Verwendung von Fresnel -Objektiven zur Bildprojektion reduziert die Bildqualität, sodass sie nur dann auftreten, wo die Qualität nicht kritisch ist oder wenn der Großteil einer festen Linse unerschwinglich wäre. Günstige Fresnel -Objektive können aus transparentem Kunststoff gestempelt oder geformt werden und werden in Overhead -Projektoren und Projektionsfernsehern verwendet.

Fresnel -Objektive mit unterschiedlichen Brennweiten (ein Kollimator und ein Sammler) werden in der kommerziellen und DIY -Projektion verwendet. Die Kollimatorlinse hat die niedrigere Brennweite und wird näher an der Lichtquelle platziert, und die Kollektorlinse, die das Licht in das Triplettobjektiv fokussiert, wird nach dem Projektionsimpage (einer aktiven Matrix -LCD -Panel in LCD -Projektoren) platziert. Fresnel -Objektive werden auch als Kollimatoren in Overhead -Projektoren verwendet.

Solarenergie

Da Plastik -Fresnel -Objektive größer als Glaslinsen sind und viel billiger und leichter sind, werden sie verwendet, um das Sonnenlicht für das Erhitzen in Solarkochern, in Solarschmiedungen und in Solarsammlern zu konzentrieren, die zum Heizen von Wasser für den Hausgebrauch verwendet werden. Sie können auch verwendet werden, um Dampf zu erzeugen oder einen Stirling -Motor mit Strom zu versorgen.

Fresnel -Objektive können Sonnenlicht auf Solarzellen mit einem Verhältnis von fast 500: 1. [19] konzentrieren. [19] Auf diese Weise kann die aktive Solarzellenoberfläche reduziert werden, die Kosten senken und die Verwendung effizienterer Zellen ermöglichen, die ansonsten zu teuer wären. Im frühen 21. Jahrhundert wurden Fresnel -Reflektoren für die Konzentration von Solarenergieanlagen (CSP) verwendet, um Sonnenenergie zu konzentrieren.

Mit Fresnel -Objektiven können Sintersand verwendet werden, wodurch 3D -Druck in Glas gedruckt werden können.