一、菲涅爾透鏡及其基本原理
菲涅爾(也譯作菲涅耳)透鏡,是由法國物理學家奧古斯汀.菲涅爾(Augustin.Fresnel)發明的,他在1822年最初使用這種透鏡設計用於建立一個玻璃菲涅爾透鏡系統——燈塔透鏡。
菲涅爾透鏡(Fresnel Lense)是一種微細結構的光學元件,從正面看其象一個飛鏢盤,由一環一環的同心園組成(見圖1)。
其工作原理十分簡單:假設一個透鏡的折射能量僅僅發生在光學表面(如:透鏡表面),拿掉儘可能多的光學材料,而保留表面的彎曲度(如圖2)。
另外一種理解就是,透鏡連續表面部分“坍陷”到一個平面上。如圖3:
圖3:(側面輪廓) 連續表面非球面透鏡坍塌成相等的能量菲涅爾透鏡從剖面看,其表面由一系列鋸齒型凹槽組成,中心部分是橢圓型弧線。每個凹槽都與相鄰凹槽之間角度不同,
但都將光線集中一處,形成中心焦點,也就是透鏡的焦點。每個凹槽都可以看做一個獨立的小透鏡,把光線調整
成平行光或聚光。這種透鏡還能夠消除部分球形像差。
二、菲涅爾透鏡分類
1、 從光學設計上來劃分:
1.1 正菲涅爾透鏡:
光線從一側進入,經過菲涅爾透鏡在另一側出來聚焦成一點或以平行光射出。焦點在光線的另一側,並且是有限共軛。
這類透鏡通常設計為準直鏡(如投影用菲涅爾透鏡,放大鏡)以及聚光鏡(如太陽能用聚光聚熱用菲涅爾透鏡)。
1.2 負菲涅爾透鏡 :
和正焦菲涅爾透鏡剛好相反,焦點和光線在同一側,通常在其表面進行塗層,作為第一反射面使用。
三、菲涅爾透鏡套用:
菲涅爾透鏡套用於多個領域,包括:
1、投影顯示:菲涅爾投影電視,背投菲涅爾螢幕,高射投影儀,準直器;
2、聚光聚能:太陽能用菲涅爾透鏡,攝影用菲涅爾聚光燈,菲涅爾放大鏡;
3、航空航海:燈塔用菲涅爾透鏡,菲涅爾飛行模擬;
4、科技研究:雷射檢測系統等;
5、紅外探測:無源移動探測器;
6、照明光學:汽車頭燈,交通標誌,光學著陸系統。
四、菲涅爾透鏡的製造工藝
菲涅爾透鏡是一種套用十分廣泛的光學元件,其設計和製造設計到多個技術領域,包括光學工程,高分子材料工程,CNC機械加工,金剛石車削工藝,鍍鎳工藝;模壓、注塑、澆鑄等製造工藝。
國內擁有設計及製造能力的公司不多,成都菲斯特科技有限公司從1999年開始致力於菲涅爾透鏡的研究,開發和生產,擁有先進的大型單點金剛石超精密模具加工設備和多種生產手段,擅長大型、高精密菲涅爾透鏡的設計、開發和生產,同時是成都光電顯示工程技術中心的依託單位。