Cos'è l'obiettivo ottico Fresnel

La lente Fresnel riduce la quantità di materiale richiesto rispetto a una lente convenzionale dividendo l'obiettivo in una serie di sezioni annulari concentriche. Una lente Fresnel ideale avrebbe un numero infinito di sezioni. In ogni sezione, lo spessore complessivo viene ridotto rispetto a una lente semplice equivalente. Ciò divide efficacemente la superficie continua di una lente standard in una serie di superfici della stessa curvatura, con discontinuità graduali tra di loro.

In alcuni obiettivi, le superfici curve vengono sostituite con superfici piatte, con un angolo diverso in ciascuna sezione. Tale lente può essere considerata una serie di prismi disposti in modo circolare, con prismi più ripidi sui bordi e un centro piatto o leggermente convesso. Nel primo (e più grande) lenti Fresnel, ogni sezione era in realtà un prisma separato. Le lenti Fresnel a "singolo pezzo" venivano successivamente prodotte, utilizzate per fari automobilistici, lenti del freno, dei parcheggi e del segnale di svolta e così via. Nei tempi moderni, le attrezzature per la fresatura controllate da computer (CNC) o le stampanti 3D potrebbero essere utilizzate per produrre obiettivi più complessi.

Il design delle lenti Fresnel consente una sostanziale riduzione dello spessore (e quindi di massa e volume del materiale), a scapito della riduzione della qualità di imaging dell'obiettivo, motivo per cui applicazioni di imaging precise come la fotografia di solito usano ancora più lenti convenzionali.

Le lenti Fresnel sono generalmente realizzate in vetro o plastica; Le loro dimensioni variano da grandi (vecchi fari storici, dimensioni del misuratore) a medio (AIDS a lettura di libri, visualizzazione OHP Proiettori grafici) a piccoli (schermate di fotocamera TLR/SLR, micro-ottica). In molti casi sono molto sottili e piatti, quasi flessibili, con spessori nella gamma da 1 a 5 mm (da 1 ⁄ 32 a 3 ⁄ 16 in).

La maggior parte delle lenti Fresnel più moderne consistono solo in elementi di rifrazione. Le lenti del faro, tuttavia, tendono a includere sia elementi di rifrattazione che di riflessione, quest'ultimo essendo fuori dagli anelli di metallo osservati nelle fotografie. Mentre gli elementi interni sono sezioni di lenti di rifrazione, gli elementi esterni riflettono prismi, ognuno dei quali esegue due rifrazioni e una riflessione interna totale, evitando la perdita di luce che si verifica nel riflesso da uno specchio argentato.

Applicazione

Imaging

Una lente di Fresnel di plastica venduta come dispositivo di ingrandimento della schermata TV

La lente Fresnel utilizzata nella TV CRT portatile FTV1 Sinclair, che ingrandisce solo l'aspetto verticale del display

Le lenti Fresnel sono usate come semplici ingrandanti portatili. Sono anche usati per correggere diversi disturbi visivi, tra cui disturbi della motilità oculare come lo strabismo. [14] Le lenti Fresnel sono state utilizzate per aumentare le dimensioni visive dei display CRT nei televisori tascabili, in particolare Sinclair TV80. Sono anche utilizzati nei semafori.

Le lenti Fresnel sono utilizzate nei camion europei a guida sinistra che entrano nel Regno Unito e nella Repubblica d'Irlanda (e viceversa, camion irlandesi e britannici di destra che entrano in Europa continentale) per superare i punti ciechi causati dal guidatore che gestiva il camion mentre Seduto sul lato sbagliato della cabina rispetto al lato della strada su cui si trova la macchina. Si attaccano al finestrino sul lato passeggero.

Un'altra applicazione automobilistica di una lente Fresnel è un potenziatore della vista posteriore, poiché l'angolo ampio di una lente attaccata al finestrino posteriore permette di esaminare la scena dietro un veicolo, in particolare una coda alta o bluff, più efficace specchio da solo.

Le lenti Fresnel multi-focali sono anche utilizzate come parte delle telecamere di identificazione della retina, in cui forniscono più immagini all'interno e fuori focus di un bersaglio di fissazione all'interno della fotocamera. Per praticamente tutti gli utenti, almeno una delle immagini sarà a fuoco, consentendo così un corretto allineamento degli occhi.

Le lenti Fresnel sono state utilizzate anche nel campo dell'intrattenimento popolare. L'artista rock britannico Peter Gabriel si è usato nelle sue prime esibizioni dal vivo per ingrandire le dimensioni della sua testa, in contrasto con il resto del suo corpo, per un effetto drammatico e comico. Nel film di Terry Gilliam Brasile, gli schermi di plastica di Fresnel appaiono apparentemente come ingrandimento per i piccoli monitor CRT utilizzati in tutti gli uffici del Ministero delle informazioni. Tuttavia, sembrano occasionalmente tra gli attori e la telecamera, distorcendo la scala e la composizione della scena in effetto umoristico. Il film Pixar Wall-E presenta una lente Fresnel nelle scene in cui il protagonista guarda il musical Hello, Dolly! ingrandito su un iPod.

Fotografia

Canon e Nikon hanno usato le lenti Fresnel per ridurre le dimensioni dei teleobiettivi. Le lenti fotografiche che includono elementi di Fresnel possono essere molto più brevi del corrispondente design delle lenti convenzionali. Nikon chiama la fase tecnologica Fresnel.

La fotocamera Polaroid SX-70 ha utilizzato un riflettore Fresnel come parte del suo sistema di visualizzazione.

Le telecamere di vista e di grande formato possono utilizzare una lente di Fresnel in combinazione con il vetro a terra, per aumentare la luminosità percepita dell'immagine proiettata da una lente sul vetro a terra, aiutando così a regolare la messa a fuoco e la composizione.

Illuminazione

Lente del faro e meccanismo di guida Inchkeith

Le lenti di Fresnel di vetro di alta qualità venivano usate nei fari, dove erano considerati all'avanguardia alla fine del XIX e durante la metà del XX secolo; La maggior parte dei fari ha ora le lenti in vetro in vetro in pensione dal servizio e le hanno sostituite con aerobeaconi molto meno costosi e più durevoli, che spesso contengono lenti in plastica Fresnel. e sotto il Fresnel planari centrale, al fine di catturare tutta la luce emessa dalla sorgente luminosa. Il percorso della luce attraverso questi elementi può includere un riflesso interno, piuttosto che la semplice rifrazione nell'elemento planari di Fresnel. Queste lenti hanno conferito molti vantaggi pratici ai progettisti, ai costruttori e agli utenti dei fari e alla loro illuminazione. Tra le altre cose, lenti più piccole potrebbero adattarsi a spazi più compatti. Una maggiore trasmissione della luce su distanze più lunghe e vari motivi hanno permesso di triangolare una posizione. [Citazione necessaria]

Forse l'uso più diffuso delle lenti Fresnel, per un certo periodo, si è verificato nei fari automobilistici, dove possono modellare il raggio approssimativamente parallelo dal riflettore parabolico per soddisfare i requisiti per i motivi immersi e tratti principali, spesso entrambi nella stessa unità di farina (tale come il design europeo H4). Per ragioni di economia, peso e resistenza all'impatto, le auto più recenti sono state erogate con lenti Fresnel di vetro, utilizzando riflettori poliedrici con lenti policarbonato semplici. Tuttavia, le lenti Fresnel continuano in ampio uso nella coda automobilistica, nel marcatore e nelle luci inverte.

Le lenti in vetro Fresnel sono anche utilizzate negli strumenti di illuminazione per teatro e film (vedi lanterna di Fresnel); Tali strumenti sono spesso chiamati semplicemente fresnel. L'intero strumento è costituito da un alloggiamento in metallo, un riflettore, un gruppo lampada e una lente Fresnel. Molti strumenti di Fresnel consentono di spostare la lampada rispetto al punto focale dell'obiettivo, di aumentare o ridurre le dimensioni del raggio di luce. Di conseguenza, sono molto flessibili e possono spesso produrre un raggio stretto come 7 ° o largo come 70 ° . La lente Fresnel produce un raggio molto morbido, quindi viene spesso usato come luce di lavaggio. Un supporto davanti alla lente può contenere un film di plastica colorato (gel) per tingere gli schermi della luce o del filo o della plastica smerigliata per diffonderlo. La lente Fresnel è utile nella realizzazione di film non solo per la sua capacità di focalizzare il raggio più luminoso di una lente tipica, ma anche perché la luce è un'intensità relativamente coerente attraverso l'intera larghezza del raggio di luce.

Sistema di atterraggio ottico sulla portaerei della Marina statunitense USS Dwight D. Eisenhower

Le portaerei e le stazioni aeree navali in genere utilizzano lenti Fresnel nei loro sistemi di atterraggio ottico. La luce della "polpetta" aiuta il pilota a mantenere un adeguato pendio per l'atterraggio. Al centro ci sono luci ambra e rosse composte da lenti Fresnel. Sebbene le luci siano sempre accese, l'angolo della lente dal punto di vista del pilota determina il colore e la posizione della luce visibile. Se le luci compaiono sopra la barra orizzontale verde, il pilota è troppo alto. Se è sotto, il pilota è troppo basso e se le luci sono rosse, il pilota è molto basso. [Citazione necessaria

Proiezione

L'uso delle lenti Fresnel per la proiezione dell'immagine riduce la qualità dell'immagine, quindi tendono a verificarsi solo in cui la qualità non è critica o dove sarebbe proibitiva la maggior parte di una lente solida. Le lenti Fresnel economiche possono essere timbrate o modellate in plastica trasparente e vengono utilizzate nei proiettori aerei e nei televisori di proiezione.

Le lenti Fresnel di diverse lunghezze focali (un collimatore e un collettore) sono utilizzate nella proiezione commerciale e fai -da -te. L'obiettivo collimatore ha la lunghezza focale inferiore ed è posizionata più vicino alla sorgente luminosa e l'obiettivo collettore, che focalizza la luce nella lente tripletta, viene posizionata dopo l'immagine di proiezione (un pannello LCD a matrice attiva nei proiettori LCD). Le lenti Fresnel sono anche utilizzate come collimatori nei proiettori aerei.

Energia solare

Poiché le lenti in plastica di Fresnel possono essere rese più grandi delle lenti di vetro, oltre ad essere molto più economiche e più chiari, vengono utilizzate per concentrare la luce solare per il riscaldamento nei cotturatori solari, nelle forme solari e nei collettori solari usati per riscaldare l'acqua per uso domestico. Possono anche essere usati per generare vapore o per alimentare un motore Stirling.

Le lenti Fresnel possono concentrare la luce solare su celle solari con un rapporto di quasi 500: 1. [19] Ciò consente di ridurre la superficie a cellula solare attiva, abbassando i costi e consentendo l'uso di celle più efficienti che altrimenti sarebbero troppo costose. All'inizio del 21 ° secolo, i riflettori di Fresnel iniziarono ad essere utilizzati nella concentrazione di piante solari (CSP) per concentrare l'energia solare.

Le lenti Fresnel possono essere utilizzate per sinterizzare la sabbia, consentendo la stampa 3D in vetro.