菲涅尔透镜原理及应用 ——什么是菲涅尔透镜

2019-06-10 02:12:17 144
一、菲涅尔透镜基本原理
1.1 什么是菲涅尔透镜
菲涅尔透镜是由法国物理学家奥古斯汀.菲涅尔(Augustin.Fresnel)发明的,他在1822年最初使用这种透镜设计用于建立一个玻璃菲涅尔透镜系统——灯塔透镜。
菲涅尔透镜(Fresnel Lense)是一种微细结构的光学元件,从正面看其象一个飞镖盘,由一环一环的同心园组成。 
 
1.2 基本原理
其工作原理十分简单:假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面(如:透镜表面),拿掉尽可能多的光学材料,而保留表面的弯曲度。
 
另外一种理解就是,透镜连续表面部分“坍陷”到一个平面上。如下图:
     
从剖面看,其表面由一系列锯齿型凹槽组成,中心部分是椭圆型弧线。每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同,但都将光线集中一处,形成中心焦点,也就是透镜的焦点。每个凹槽都可以看做一个独立的小透镜,把光线调整成平行光或聚光。这种透镜还能够消除部分球形像差。  
 
菲涅尔透镜分类
 
2.1 从光学设计上来划分:
1.1 正菲涅尔透镜:
光线从一侧进入,经过菲涅尔透镜在另一侧出来聚焦成一点或以平行光射出。焦点在光线的另一侧,并且是有限共轭。
这类透镜通常设计为准直镜(如投影用菲涅尔透镜,放大镜)以及聚光镜(如太阳能用聚光聚热用菲涅尔透镜。
 
2.2 负菲涅尔透镜 :
和正焦菲涅尔透镜刚好相反,焦点和光线在同一侧,通常在其表面进行涂层,作为第一反射面使用。
 
3. 从结构上划分:
圆形菲涅尔透镜
菲涅尔透镜阵列,
柱状菲涅尔透镜,
线性菲涅尔透镜,
衍射菲涅尔透镜,
菲涅尔反射透镜,
菲涅尔光束分离器和菲涅尔棱镜。
 
 
菲涅尔透镜是一种应用十分广泛的光学元件,其设计和制造设计到多个技术领域,包括光学工程,高分子材料工程,CNC机械加工,金刚石车削工艺,镀镍工艺;模压、注塑、浇铸等制造工艺。国内拥有设计及制造能力的公司不多,成都菲斯特科技有限公司从1999年开始致力于菲涅尔透镜的研究,开发和生产,拥有先进的大型单点金刚石超精密模具加工设备和多种生产手段,擅长大型、高精密菲涅尔透镜的设计、开发和生产,同时是成都光电显示工程技术中心的依托单位。


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