菲涅耳透鏡 | 密如菲
1:菲涅耳透鏡的截面圖2:等效的一般平凸透鏡的截面圖菲涅耳透鏡(英語:Fresnellens),又譯菲涅爾透鏡,別稱螺紋透鏡,是由法國物理學家奧古斯丁·菲涅耳所發明的一種透鏡。此設計原來被應用於燈塔,這個設計可以建造更大孔徑的透鏡,其特點是焦距短,且比一般的透鏡的材料用量更少、重量與體積更小。和早期的透鏡相比,菲涅耳透鏡更薄,因此可以傳遞更多的光,使得燈塔即使距離相當遠仍可看見。通過將數個獨立的截面安裝在一個框架上從而製作出更輕更薄的透鏡,這一想法常被認為是由布封伯爵提出的。孔多塞(1743-1794)提議用單片...
1:菲涅耳透鏡的截面圖2:等效的一般平凸透鏡的截面圖菲涅耳透鏡(英語:Fresnel lens),又譯菲涅爾透鏡,別稱螺紋透鏡,是由法國物理學家奧古斯丁·菲涅耳所發明的一種透鏡。此設計原來被應用於燈塔,這個設計可以建造更大孔徑的透鏡,其特點是焦距短,且比一般的透鏡的材料用量更少、重量與體積更小。和早期的透鏡相比,菲涅耳透鏡更薄,因此可以傳遞更多的光,使得燈塔即使距離相當遠仍可看見。
通過將數個獨立的截面安裝在一個框架上從而製作出更輕更薄的透鏡,這一想法常被認為是由布封伯爵提出的。孔多塞(1743-1794)提議用單片薄玻璃來研磨出這樣的透鏡。而法國物理學家兼工程師菲涅耳亦對這種透鏡在燈塔上的應用寄予厚望。根據史密森學會的描述,1823年,第一枚菲涅耳透鏡被用在了吉倫特河口的哥杜昂燈塔(Phare de Cordouan)上;透過它發射的光線可以在20英里(32公里)以外看到。蘇格蘭物理學家大衛·布儒斯特爵士被看作是促使英國在燈塔中使用這種透鏡的推動者。
菲涅耳透鏡的原理演示動畫,此為透鏡截面視圖。由於光的折射發生在介質的交界面,這裡以玻璃與空氣為例,若能去除光在玻璃中直線傳播的部分而保留發生折射的曲面,便能省下大量材料同時達到相同的聚光效果。如圖,菲涅耳透鏡便是通過此法使透鏡變薄。曲面劃分得越細,透鏡越能夠做薄。相比傳統的球面透鏡,菲涅耳透鏡通過將透鏡劃分出為一系列理論上無數多個同心圓紋路(即菲涅耳帶)達到相同的光學效果,同時節省了材料的用量。[1]
在此透鏡的第一個也是最大的一個變種上,每一個環都實際上都是彼此不同的稜鏡。儘管菲涅耳透鏡也許看起來像一片單獨的玻璃,但仔細檢查會發現他是由許多微小的片狀結構組成的。現代的數控工具機問世後,利用單塊玻璃生產菲涅耳透鏡已變為現實,而光學塑料的誕生也使得菲涅耳透鏡的製作變得容易。
正是因為這些紋路,透鏡的總體厚度減小了;菲涅耳透鏡實際上是普通凸透鏡連續的曲面被截為一段一段曲率不變的不連續曲面,因為曲面被劃分得很細,故看上去像一圈一圈的紋路。事實上菲涅耳透鏡可以被視作一系列的稜鏡按照環形排列,其中邊緣較為尖銳,而中心則是較為平滑的凸面。
菲涅耳透鏡的設計容許大幅度地削減透鏡厚度(以及重量與體積),但是付出的代價是成像品質會下降,這...