лупа френеля что это такое
Линза Френеля: описание и практическое применение
В мире существует немало удивительных изобретений и вещей, которые делают нашу жизнь чуточку проще. Одним из таких изобретений по праву можно считать линзу Френеля, о которой и пойдет речь в данной статье.
Биография
Жан Френель был рожден в небольшом городе неподалеку от столицы Франции, Парижа, в 1788 году. В детстве будущий великий ученый достаточно часто болел и не обладал хорошими отметками по учебе. Ходят слухи, что в возрасте восьми лет он даже не умел читать. Стоит отметить, что немного повзрослев, ребенок обнаружил в себе некоторые склонности к точным наукам, а именно к математике и геометрии. Выучившись на инженера, Жан Френель стал одним из проектировщиков региональных дорог и мостов, однако он понимал, что его кругозор и тяга к науке намного больше, чем то ремесло, которым он зарабатывал себе на жизнь. Особо притягивала юного ученого оптика. Таким образом, уже в 1818 году он сформулировал свою теорию, связанную с оптической интерференцией, которая и являлась фундаментом для изобретения линзы Френеля.
Удачное стечение обстоятельств
Жизнь послала Жану замечательный подарок. В начале XIX века многие государства Европы были заинтересованы в усовершенствовании механизма маяков. Благодаря крупным успехам в инженерном деле и проектировании мужчину пригласили для осуществления этих новых разработок.
Главная функция маяка заключается в том, что его должно быть видно на далеком расстоянии. Для того чтобы их свет было видно за много десятков километров, в маяках устанавливались специального вида линзы, однако и они не давали необходимого результата. Требовались новые идеи, умы, разработки. Уже в 1819 году Жан разработал модель подходящей для этих целей линзы, которую впоследствии назвали линзой Френеля. Ученый не только смог сделать необходимые расчеты, но и сам непосредственно участвовал в процессе создания нового изобретения, так как имел определенные инженерные и производственные навыки.
Невиданный успех изобретения
Результат оказался выше всяких похвал. Новый прибор значительно улучшил характеристики прежних маяков, порадовав этим капитанов морских судов. Даже английское правительство было вынуждено признать превосходство своих основных конкурентов – французов.
Изобретение в современном мире
Несмотря на то, что с момента изобретения линзы Френеля прошло много лет, она до сих пор активно используется, причем не только в морском деле, но и в более привычных сферах жизни. Если рассуждать более наглядно, то сила этого прибора настолько велика, что он может собрать весь свет, исходящий от солнца, в одну точку и воспламенить дерево. Устройство изобретения подразумевает не только собирание, но и рассеивание лучей, если того требуют определенные нужды.
Отрасли использования изобретения
Одним из способов применения данного прибора в привычной жизни можно считать парковочную линзу Френеля, которую приклеивают как на лобовое, так и на заднее стекло автомобиля для удобства парковки. С помощью особого расположения борозд, образующих прибор, изображение через него кажется намного меньше, чем в реальной жизни. Поэтому автомобилистам удобно ориентироваться на него, чтобы избегать случайных столкновений с другими машинами. Обзор при этом расширяется.
Также линзу Френеля пытались применять при изготовлении объективов для фотоаппаратов, однако после долгих попыток данную технологию так и не смогли внедрить в массовое производство.
Другие исследования
Жан Френель получил основную свою известность именно благодаря устройству, про которое было рассказано выше, но не стоит забывать, что этот великий ученый внес немаловажный вклад в научную деятельность в сфере оптики. Все свои эксперименты, подтверждающие научные труды, ученый проводил самостоятельно, без посторонней помощи. До 1817 года его труды посвящены исключительно продольным колебаниям света, но узнав об исследованиях, сделанных Юнгом, Жан Френель начинает изучать также и поперечные колебания света. Именно поперечные волны и становятся основной темой всех его последующих научных работ. Всю свою жизнь Френель постоянно испытывал нужду в средствах на свои исследования. Из-за тяжелых материальных условий ему приходилось самостоятельно конструировать высокоточное оборудование для проведения всех необходимых измерений. В 1823 году ученый открыл новые законы, связанные с изменениями поляризации света, а также его преломлении и отражении. Помимо линзы Френеля, к его изобретениям относят зеркала и призмы, названные его именем.
Благодаря своим успехам и достижениям в научной деятельности в 1823 году ученый становится членом Французской академии наук, расположенной в Париже. Уже через 2 года после этого он становится членом Королевского общества Англии. Помимо всего прочего, Френель внесен в список самых великих научных деятелей Франции. Скончался великий ученый в 39 лет от туберкулеза.
Заключение
Оптический прибор, изобретенный Жаном Френелем, помог науке выйти на новый, до этого неизведанный уровень. Прибор оказался настолько удачным, что широко используется в промышленности и в быту по сей день. Жизнь Френеля – это отличный пример того, что даже при тяжелых материальных и бытовых условиях можно заниматься наукой и отдавать себя ей полностью. Такие люди достойны того, чтобы называться великими, ведь благодаря им и движется прогресс, появляются новые технологии, упрощающие нашу жизнь. Будем надеяться, что наша статья была вам полезной, а также вам было интересно познакомиться с биографией и изобретениями этого ученого.
Линза Френеля
Ли́нза Френе́ля — сложная составная линза. Состоит не из цельного шлифованного куска стекла со сферической или иными поверхностями (как обычные линзы), а из отдельных примыкающих друг к другу концентрических колец небольшой толщины, которые в сечении имеют форму призм специального профиля. Предложена Огюстеном Френелем.
Эта конструкция обеспечивает малую толщину (а следовательно, и вес) линзе Френеля даже при большой угловой апертуре. Сечения колец у линзы строятся таким образом, что сферическая аберрация линзы Френеля невелика, лучи от точечного источника, помещённого в фокусе линзы, после преломления в кольцах выходят практически параллельным пучком (в кольцевых линзах Френеля).
Линзы Френеля бывают кольцевыми и поясными. Кольцевые направляют световой поток в каком-либо одном направлении. Поясные линзы посылают свет от источника по всем направлениям в определённой плоскости.
Диаметр линзы Френеля может составлять от единиц сантиметров до нескольких метров.
Применение
Основным недостатком линзы Френеля является то, что из-за наличия переходных краевых участков между зонами велик уровень паразитной засветки и разного рода «ложных изображений» (по сравнению с обычными линзами и традиционными объективами). Поэтому её использование для построения оптически точных изображений затруднено.
См. также
Примечания
Полезное
Смотреть что такое «Линза Френеля» в других словарях:
линза Френеля — ступенчатая линза — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом Синонимы ступенчатая линза EN Fresnel lens … Справочник технического переводчика
Линза — У этого термина существуют и другие значения, см. Линза (значения). Двояковыпуклая линза Линза (нем. Linse, от лат. … Википедия
Линза (оптика) — Плоско выпуклая линза Линза (нем. Linse, от лат. lens чечевица) обычно диск из прозрачного однородного материала, ограниченный двумя полированными поверхностями сферическими или плоской и сферической. В настоящее время всё чаще применяются и т. н … Википедия
ФРЕНЕЛЯ ЛИНЗА — сложная составная линза, применяемая в маячных и сигнальных фонарях. Предложена О. Ж. Френелем. Состоит не из цельного шлифованного куска стекла со сферич. или иными поверхностями, как обычные линзы, а из отд. примыкающих друг к другу концентрич … Физическая энциклопедия
ФРЕНЕЛЯ — (1) дифракция (см.) сферической световой волны, при рассмотрении которой нельзя пренебречь кривизной поверхности падающей и дифрагировавшей (либо только дифрагировавшей) волн. В центре дифракционной картины от круглого непрозрачного диска всегда… … Большая политехническая энциклопедия
ФРЕНЕЛЯ ЗОНЫ — участки, на к рые разбивают поверхность фронта световой волны для упрощения вычислений при определении амплитуды волны в заданной точке про странства. Метод Ф. з. используется при рассмотрении задач о дифракции волн в соответствии с Гюйгенса… … Физическая энциклопедия
ЛИНЗА — оптическое стекло, служащее для концентрации светового потока, исходящего от лампы, в узкий, почти цилиндрический пучок. Для этого светящаяся нить лампы д. б. установлена точно в фокусе Л., а размеры нити возможно меньшие. Л. бывают гладкие и… … Технический железнодорожный словарь
Френеля линза — Поперечное сечение линзы Френеля и обычной линзы Линза Френеля сложная составная линза. Состоит не из цельного шлифованного куска стекла со сферической или иными поверхностями, как обычные линзы, а из отдельных примыкающих друг к другу… … Википедия
Френеля линза — сложная составная линза, применяемая в маячных и сигнальных фонарях. Предложена О. Ж. Френелем (См. Френель). Состоит не из цельного шлифованного куска стекла со сферическими или иными поверхностями, как обычные линзы, а из отдельных… … Большая советская энциклопедия
Вогнуто-выпуклая линза — Плоско выпуклая линза Линза (нем. Linse, от лат. lens чечевица) обычно диск из прозрачного однородного материала, ограниченный двумя полированными поверхностями сферическими или плоской и сферической. В настоящее время всё чаще применяются и т. н … Википедия
Обзоры линз Френеля
Линза Френеля — увеличительная оптическая деталь со ступенчатой структурой. По сравнению со сферической конструкцией обладает большей легкостью и гибкостью. Форма выпуска — листы разных размеров.
Востребованные форматы:
• небольшая линза Френеля для чтения;
• рассеивающие элементы для автомобильных фар;
• зеркальные сборки в оптических системах.
По форме различают несколько типов:
• положительная и отрицательная;
• цилиндрическая;
• круговая;
• линейная;
• дифракционная;
• призма.
Изготовление лупы Френеля требует меньших затрат в материалах. Аналогичные оптические характеристики достигаются при меньшем весе и габаритах, поэтому линзы обходятся производителю дешевле и стоят дешевле привычных увеличительных приборов.
Бытовое применение линзы — замена классической лупы при чтении. Благодаря легкости и форме она не нагружает руку и заменяет собой книжную закладку. Популярные виды — небольшая ручная линза в жестком корпусе либо конструкция на держателе, для настольного применения. Некоторые модели оборудованы встроенной LED-подсветкой.
Крупными буквами печатались слова совершенно несущественные, а все существенное изображалось самым мелким шрифтом.
М.Е. Салтыков-Щедрин
Всякий раз, перечитывая Михаила Евграфовича, поражаешься прозорливости тверского вице-губернатора. Вот откуда он узнал про продукты сырные, напитки пивные и прочий притворившийся едой корм, с крошечными буковками на упаковках?! Да, буковки разглядеть в 20 лет без проблемы. Но молодость — недуг, что проходит сам собой. И если у вас свои глаза ещё позволяют микротексты жёлтым по розовому читать, вашим старикам может очень пригодиться.
В принципе, наштамповать такие штуки (называется линза Френеля) не сложно. Штука сделать годную. Я опасался гораздо худшего. Но с качеством явно повезло.
Я получил посылку довольно быстро. В пути она была всего 12 дней.
Выбирая различные vr шлемы, я случайно наткнулся на рекламную картинку, где показывается эффект линз Френеля. Я заинтересовался и решил проверить, так ли это на самом деле. Подобные линзы используются в HTC Vive.
Эта штука призвана увеличить экран вашего смартфона для тех или иных целей, а как она с этим справляется — будем посмотреть.
Доброго времени суток!
Сегодня я подготовил обзор на очень интересную и не дорогую штуку, которая практически полностью заменила мне парктроник на автомобиле. Речь идет о широкоугольной линзе для заднего стекла.
Тем, кому интересно — прошу последовать под cut.
Огюстен Френель и его линза
Огюстен Жан Френель родился во Франции ровно 230 лет назад – 10 мая у него юбилей. Он прожил очень короткую, но невероятно плодотворную жизнь и прославился прежде всего тем, что доказал волновую теорию света. Физика не была его специальностью, он был инженером. Однако, увлекшись оптикой и проводя эксперименты, что называется, «на коленке», он перевернул научный мир своими работами о природе света, на что ему потребовалось менее 10 лет.
Ученые, говоря о заслугах Френеля, обычно уделяют очень мало внимания его линзе, поскольку
она имела прежде всего практическое значение, а не научное. Мы же хотим рассказать, как она была изобретена, как устроена и что подарила миру.
Итак, 1819 год. Френель, благодаря другу-ученому Франсуа Араго, приглашен во французскую Комиссию по маякам, которая в ту пору была озабочена слабым светом своих маяков. Во Франции их было 13, все освещались при помощи ламп с отражателями. Отражатель – это металлическая полусфера, посеребренная или покрытая кусочками зеркала, которая направляла свет от лампы в определенную сторону. Чтобы маяк мог осветить весь горизонт, нужно было располагать такие лампы по кругу, подчас по несколько десятков штук. Часто вся конструкция еще и вращалась, чтобы создавать проблески, различимые на фоне других огней.
Эти ухищрения помогали мало, и по всему миру моряки жаловались на блеклый свет маяков. Кораблекрушения происходили с печальной регулярностью.
ФРЕНЕЛЬ СРАЗУ ПОНЯЛ: из отражателей не выжать больше света. К тому же они имеют недостатки. Во-первых, собирают лишь половину лучей. Во-вторых, их нужно постоянно чистить от копоти, отчего они быстро портятся. Свет от них часто неправильно сфокусирован истановится еще слабее. Линза послужила бы для этих целей лучше.
Однако одно дело – придумать и начертить, и совсем другое – воплотить на практике. Производство стекла тогда было весьма несовершенной технологией. Все механизмы на фабриках приводились в действие при помощи лошадей. Отливка больших, точно обточенных стеклянных деталей высокой прозрачности была чем-то на грани фантастики. Однако Френелю посоветовали обратиться к оптику Франсуа Солею, который делал приборы для Парижской Академии наук. Линза, которую хотел Френель, привела Солея в легкий ступор, однако он решил попытаться сделать ее.
Для начала следовало подобрать стекло и решить – кремниевое или содовое. В первом было много свинца; его называют флинтглас, или хрусталь. Оно было крепким, с отличными преломляющими качествами, но очень тяжелым. Если вы держали в руках хрустальный бокал, то поймете, о чем речь. Так называемое содовое стекло (или кронглас) имело зеленоватый оттенок и тенденцию к появлению внутренних дефектов вроде полос и пузырьков, которые портили его оптические качества. Хрусталь, к слову, тоже не лишен этих дефектов, если говорить о крупных деталях. Френель и Солей выбрали кронглас, так как обрабатывать его легче, и сам вес такого стекла был меньше, что имело большое значение для всего маячного аппарата.
ИМ ПОНАДОБИЛСЯ почти год, море терпения и изобретательности, чтобы изготовить опытный образец. Только в марте 1820 года первая квадратная линза со стороной в 55 см была готова. Ее собрали из 97 кусочков, так как отлить ее целиком было невозможно. Каждое кольцо линзы имело даже не дугообразную, а многоугольную форму. Чуть ли не каждый фрагмент Солею пришлось переплавлять заново в мастерской, поскольку с завода стекло приходило неточной формы, полным пузырьков и полосок.
Чтобы соединить кусочки без потери прозрачности, нужен был особый клей. Тут помогла случайность. Франсуа Араго как-то тщетно пытался разделить стеклянные детали, скрепленные рыбьим клеем. Он их даже кипятил, но клей стал только прочнее, о чем он и сообщил Френелю. Такая устойчивость к жару была важна для линзы, собирающей свет, а соответственно и тепло.
Затем нужно было позаботиться о лампе. Самой прогрессивной считалась горелка Арганда с фитилем в виде полой трубки. Воздух поступал к пламени снаружи и изнутри, поэтому свет от лампы был ровнее и ярче, чем от обычной, с тканевым фитилем. Араго и Френель сделали свою лампу, свет которой превзошел обычную горелку Арганда в 25 раз благодаря четырем концентрическим фитилям.
Наконец линзу и новую горелку представили Комиссии по маякам. Френель объяснил, что пробная линзовая панель – лишь часть задуманного аппарата. Линз должно быть восемь, расположенных вокруг источника света. Вся система линз должна вращаться, чтобы давать восемь лучей, проходящих через горизонт. Моряки будут воспринимать их как равномерные вспышки. Члены Комиссии одобрили создание пробного аппарата.
Через год, когда аппарат был готов, Франсуа Араго задумал не просто тест, а настоящее представление, чтобы весь Париж увидел своими глазами разницу между отражателями и линзой Френеля. 13 апреля 1821 года на холме Монмартра собралась вся Комиссия по маякам, почтенные моряки, инженеры и лучшие изготовители отражателей во Франции. Вечер выдался темным и ясным. Отражатели и френелевскую линзу установили на другом конце Парижа – на крыше Обсерватории. Начались испытания. Линза вспыхнула так ярко, что не оставила отражателям никаких шансов. Наутро о ярком новшестве писали во всех парижских газетах, а Френель получил заказ на рабочий аппарат для старейшего французского маяка Кордуан.
Он был готов к июлю 1822 года. Френель назвал его диоптрическим (преломляющим) и подробно описал в «Докладе о новом маячном освещении».
ПОМИМО ВОСЬМИ ПАНЕЛЕЙ, собранных в медной раме, аппарат включал в себя некое подобие «крыши» из дополнительных трапециевидных линз и зеркал, расположенных под углом. Они собирали верхний свет и зрительно удлиняли вспышки основных панелей в два раза.
Лучи, которые уходили ниже основных линз, Френель поначалу не стал перенаправлять к центру: «Я решил позволить им упасть прямо на море, где они не будут полностью бесполезны», освещая саму маячную башню. Позже он придумает, как собрать и их тоже с помощью системы зеркал, похожих на жалюзи.
Лампа Френеля-Араго, установленная в центре, была снабжена насосом для откачки лишнего масла, которое тут же отправлялось обратно в резервуар для дальнейшего использования, и маленьким часовым механизмом. Гирьки опускались внутри чугунной колонны маячного аппарата и тянули за собой шестеренки механического насоса.
Инженер предложил между горелкой и резервуаром, в который сливается излишек масла, поместить планку, подобную весам: на одном конце закрепить жестяную чашку, а на втором – противовес. Прежде чем вернуться в резервуар, масло будет попадать в эту чашку. В ее дне нужно пробить дырочку, чтобы через нее вытекало ровно столько же масла, сколько поступает в чашку, пока аппарат работает правильно. Иными словами, пока все хорошо, чашка всегда заполнена, и планка «весов» находится в равновесии. Если масло перестает поступать к горелке, а соответственно и в чашку, она вскоре опустеет, противовес упадет и освободит пружину будильника – зазвонит колокольчик, который разбудит смотрителя.
Ровно 195 лет назад первый френелевский аппарат вспыхнул на вершине маяка Кордуан. «Яркость света, которую дает новый прибор, удивила моряков», – скромно сообщал изобретатель в одном из писем.
Еще бы! Теперь свет Кордуана было видно за 60 км! Но перед Френелем встала новая задача – превратить свое изобретение в систему. Он разработал аппараты трех разрядов: первый, самый большой, как на Кордуане, с внутренним диаметром 184 см. Линзы второго разряда (внутренний диаметр – 140 см) – с дальностью видимости до 40 км. Третий разряд (внутренний диаметр – 50 см) – до 28 км.
Чтобы в темноте отличать один маяк от другого, Френель придумал три варианта проблесковой характеристики. Первый – фиксированный, дававший постоянный свет по всему горизонту. Второй, где было восемь линз, как на Кордуане, давал вспышки каждую минуту. Третий вариант состоял из 16 вращающихся полуразмерных линз, срезанных по вертикали с двух сторон до прямоугольника. Такой аппарат вспыхивал каждые 30 секунд.
Достигнуть более быстрых проблесков было невозможно из-за скорости вращения маячного аппарата вокруг своей оси – вес линз и механика вращательной машины не позволяли ему двигаться быстрее. Через пару лет у Френеля родилась идея опустить весь аппарат в резервуар с ртутью для уменьшения трения – так можно было бы достичь большей частоты проблесков. Но сделано это было только в самом конце XIX века.
ФРЕНЕЛЬ ИСКАЛ возможности убрать громоздкие зеркала и заменить их на что-то более практичное. Результатом стал аппарат полного отражения – катадиоптрический, где вместо зеркал были стеклянные дугообразные призмы. В таких призмах луч входит в стекло, отчего меняет направление, а затем ударяется о внутреннюю поверхность и снова изгибается, выходя из треугольника уже под другим углом. Этот аппарат был гораздо прочнее, проще и изящней, ни один лучик в нем не пропадал зря. Но, увы, построить его в большом размере, подходящем для маяков, было еще невозможно. Френель смог сделать лишь пробные линзы четвертого разряда (с внутренним диаметром 30 см) для освещения канала Сен-Мартен в Париже.
Линза Френеля и ее роль в датчиках движения
Несмотря на разнообразие инфракрасных датчиков движения, практически все они одинаковы по своей структуре. Основным элементом в них является пироприемник, или пиродетектор, который включает в себя два чувствительных элемента.
Зона обнаружения пироприемника – два узких прямоугольника. Чтобы увеличить зону обнаружения с одного луча прямоугольной формы до максимально возможного значения
и повысить ее чувствительность, используются собирающие линзы.
Собирающая линза по форме выпуклая, она направляет падающие на нее оптические лучи в одну точку F – это главный фокус линзы. Если использовать несколько таких линз, зона обнаружения увеличится.
Использование сферических выпуклых линз утяжеляет и удорожает конструкцию устройства. Поэтому в инфракрасных датчиках движения и присутствия используется линза Френеля.
Линза Френеля. История создания
Французский физик Огюст Френель в 1819 году предложил свою конструкцию линзы для маяка.
Линза Френеля образована от сферической линзы. Последнюю разделили на множество колец, уменьшенных по толщине. Так получилась плоская линза.
Благодаря такой форме, линзы начали изготавливать из тонкой пластиковой пластины, что позволило применять их в осветительных устройствах и датчиках движения и присутствия.
Линзы датчика состоят из множества сегментов, представляющих собой линзы Френеля. Каждый сегмент сканирует определенную область зоны охвата датчика. Формы линз датчиков движения определяют форму зоны обнаружения.
Например, у потолочных устройств форма линз – полусфера, соответственно зона обнаружения 360 градусов. У устройств с цилиндрической формой линз она обычно составляет 110-140 градусов. Есть и квадратные формы зон обнаружения.
Линейка инфракрасных датчиков движения и присутствия компании B.E.G имеет высококачественные линзы Френеля, которые обеспечивают отличные параметры обнаружения.
Линза в датчике движения играет важную роль и без нее устройство не может функционировать правильно.