菲涅爾透鏡

　　菲涅爾透鏡 (Fresnel lens) ，又稱螺紋透鏡，是由法國(guó)物理學(xué)家?jiàn)W古斯汀?菲涅爾（Augustin?Fresnel)發(fā)明的，他在1822年最初使用這種透鏡設(shè)計(jì)用于建立一個(gè)玻璃菲涅爾透鏡系統(tǒng)——燈塔透鏡。菲涅爾透鏡多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，也有玻璃制作的，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓，它的紋理是利用光的干涉及擾射和根據(jù)相對(duì)靈敏度和接收角度要求來(lái)設(shè)計(jì)的，透鏡的要求很高，一片優(yōu)質(zhì)的透鏡必須是表面光潔，紋理清晰，其厚度隨用途而變，多在1mm左右，特性為面積較大，厚度薄及偵測(cè)距離遠(yuǎn)。

　　其工作原理十分簡(jiǎn)單：假設(shè)一個(gè)透鏡的折射能量?jī)H僅發(fā)生在光學(xué)表面（如：透鏡表面），拿掉盡可能多的光學(xué)材料，而保留表面的彎曲度。另外一種理解就是，透鏡連續(xù)表面部分“坍陷”到一個(gè)平面上。

菲涅爾透鏡原理圖

　　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(gè)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(diǎn)，也就是透鏡的焦點(diǎn)。每個(gè)凹槽都可以看做一個(gè)獨(dú)立的小透鏡，把光線調(diào)整成平行光或聚光。這種透鏡還能夠消除部分球形像差。

　　從光學(xué)設(shè)計(jì)上來(lái)分類，菲涅爾透鏡分為兩類：

　　1、正菲涅爾透鏡：

　　光線從一側(cè)進(jìn)入，經(jīng)過(guò)菲涅爾透鏡在另一側(cè)出來(lái)聚焦成一點(diǎn)或以平行光射出。焦點(diǎn)在光線的另一側(cè)，并且是有限共軛。
　　這類透鏡通常設(shè)計(jì)為準(zhǔn)直鏡（如投影用菲涅爾透鏡，放大鏡）以及聚光鏡（如太陽(yáng)能用聚光聚熱用菲涅爾透鏡）。

正菲涅爾透鏡示意圖

　　2、負(fù)菲涅爾透鏡 ：

　　和正焦菲涅爾透鏡剛好相反，焦點(diǎn)和光線在同一側(cè)，通常在其表面進(jìn)行涂層，作為第一反射面使用。

負(fù)菲涅爾透鏡示意圖

　　從結(jié)構(gòu)上劃分：

　　圓形菲涅爾透鏡 、菲涅爾透鏡陣列、柱狀菲涅爾透鏡、線性菲涅爾透鏡、衍射菲涅爾透鏡、菲涅爾反射透鏡、菲涅爾光束分離器和菲涅爾棱鏡。

　　菲涅爾透鏡應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，包括：

　　●  投影顯示：菲涅爾投影電視，背投菲涅爾屏幕，高射投影儀，準(zhǔn)直器；
　　●  聚光聚能：太陽(yáng)能用菲涅爾透鏡，攝影用菲涅爾聚光燈，菲涅爾放大鏡；
      ●  航空航海：燈塔用菲涅爾透鏡，菲涅爾飛行模擬；
　　●  科技研究：激光檢測(cè)系統(tǒng)等；
　　●  紅外探測(cè)：無(wú)源移動(dòng)探測(cè)器；
　　●  照明光學(xué)：汽車頭燈，交通標(biāo)志，光學(xué)著陸系統(tǒng)；
　　●  智能家居：安防系統(tǒng)探測(cè)器等。