Где в быту найти линзу френеля. Линза френеля и ее роль в датчиках движения. Линза френеля. Добываем огонь от солнца
Не так давно я заметил автомобиль на заднем стекле которого была наклеена непонятная линза небольших размеров, я не придал этому значения, но в голове отложилось. Потом еще раз увидел тоже самое, но на минивэне, и как на радость хозяин стол рядом со своим автомобилем, на мой вопрос - что это такое, последовал ответ линза Френеля. очень рекомендую, мол сильно выручает. Давайте поближе посмотрим, что это за приспособление и почему оно действительно может влегкую заменить парктроник.
✔ ХАРАКТЕРИСТИКИГабаритные размеры: 200мм х 250мм
Толщина: 1мм
Материал: оптический акрил
Отрицательное фокусное расстояние: -300 мм
Угол обзора: вверх 13º, стороны 25º, вниз 27º
Применение: значительно увеличивает угол обзора; крепится на заднем стекле микроавтобусов, универсалов, паркетников, джипов, фургонов; на боковом стекле грузовиков.
✔ УПАКОВКА И КОМПЛЕКТАЦИЯПрибыла в обычном целлофановом кульке.
Внутри которого находилась картонная упаковка.
На обратной части которого расписываются характеристики и схематически отображен принцип работы линзы.
Внутри, что бы линза не поцарапалась продавец аккуратно завернул ее в бумажку.
Для этого обратимся к википедии, в которой четко описано, что такое линза Френеля.
Ли́нза Френе́ля - сложная составная линза. Образована совокупностью отдельных концентрических колец относительно небольшой толщины, примыкающих друг к другу. Сечение каждого из колец имеет форму треугольника, одна из сторон которого криволинейна и это сечение представляет собой элемент сечения сплошной сферической линзы. 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). №1 обычная линза, а №2 линза Френеля в разрезе.
Этот эффект отлично видно на этой фотографии. Присутствуют небольшие «наросты»
Сама линза изготовлена из акрила, достаточно прочная, порвать не пробовал, но сгибов и активного растирания пузырьков под ней не боится.
В нижней части надпись Rearguard, ну а на верхней TOP, что бы не перепутали в процессе «наклейки» в авто.
Размер линзы составляет 20см х 25см. Скорее всего есть и больше, но мне кажется, это оптимальный вариант.
✔ ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯЕсли объект находится по центру линзы, то он кажется меньше и дальше, чем есть на самом деле.
Обеты по бокам линзы, так же попадают в фокус линзы.
Линза полностью прозрачная и обзору никак не мешает.
✔ УСТАНОВКА В АВТОИмеем обычное авто, хетчбек.
Аккуратно протираем стекло с внутренней стороны начисто.
Разгоняем все пупырышки с помощью тряпочки.
Вот так выглядит законченный вариант.
Вот в 30-40 сантиметрах от бампера стоит небольшой автомобильный огнетушитель. И тут и суслик есть и видно его. 
Вот так все выглядит в зеркале заднего вида.
✔ ЛИНЗА ФРЕНЕЛЯ ТЕСТЫ В АВТООбратите внимание насколько видно бигборд расположенный вдалеке.
Линзу можно переклеивать почти бесконечное количество раз, смачиваем, прижимаем и выгоняем пузыри.
Заезжаю в туннель, камера немного не четко передает фото, но автомобиль видно хорошо.
А теперь обратите внимание, автомобиль почти в слепой зоне, а в линзе его еще видно полностью.
Немного панорамы.
Обратите внимание насколько много «места» показывает линза за авто.
«Таврия» уже входит в слепую зону, а в линзе она еще полностью отображается.
Проведем небольшой тест, за автомобилем я ставлю уже известный по фотке выше, небольшой огнетушитель, который и не видно, но бампер порвать сможет.
И вот так его видно в линзе. На самом деле когда это происходит в движении то видно намного лучше, так как объект просто начинает придвигаться, а не стоит на месте.
Вот, например, с примерно 3 метров, уточню в заднее стекло я его еще не вижу, а через боковые зеркала при солнечной засветке, объект легко проворонить, из-за небольших размеров.
Ну вот так выглядел мой двор до установки линзы.
И вот так расширился мой кругозор благодаря ей.
Будь в - видео всегда выходят быстрее!
Не ожидал я что этот кусок пластика окажется таким полезным автомобиле. Пропали слепые зоны практически полностью, ни один парктроник не видит столбик, а тут все прекрасно видно даже с 50 сантиметров. Владельцам минивенов и универсалов крайне рекомендую. Хорошо подойдет как оригинальный подарок автомобилисту и самому себе. Даже супруга уже хвалит и паркуется почти вплотную к стене гаража, не боясь повредить задний бампер. Откровенно жалею, что не купил эту штуку пару лет назад, когда задом наехал на бетонный блок, который упорно не видно в зеркала, бампер под замену и покраску и цена вопроса была не 4$…
А главная ее ценность, простота установки и полное безразличие воров, которые довольно часто выковыривают камеры заднего вида.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Санкт-Петербургский
Национальный Исследовательский Университет
Информационных технологий, Механики и Оптики
Реферат
«Линзы Френеля, их расчет, моделирование и применение»
Выполнил:
студент гр. 4251
Елезов Андрей
Введение
1. Линзы Френеля
2. Расчет линз Френеля
3. Моделирование и применение линз Френеля
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Один из создателей волновой теории света, выдающийся французский физик Огюстен Жан Френель родился в маленьком городке близ Парижа в 1788 году. Он рос болезненным мальчиком.
Учителя считали его бестолковым: в восьмилетнем возрасте не умел читать и с трудом мог запомнить урок. Однако в средней школе у Френеля проявились замечательные способности к математике, особенно к геометрии. Получив инженерное образование, он с 1809 года участвовал в проектировании и строительстве дорог и мостов в разных департаментах страны.
Однако его интересы и возможности были гораздо шире простой инженерной деятельности в провинциальной глуши. Френель хотел заниматься наукой; особенно его интересовала оптика, теоретические основы которой только-только начали складываться. Он исследовал поведение световых лучей, проходящих сквозь узкие отверстия, огибающих тонкие нити и края пластинок.
Объяснив особенности возникающих при этом картин, Френель в 1818-1819 годах создал свою теорию оптической интерференции и дифракции -- явлений, возникающих по причине волновой природы света.
Один интересный факт из истории связанный с Френелем.
В начале XIX века европейские морские государства решили совместными усилиями усовершенствовать маяки -- важнейшие навигационные устройства того времени.
Во Франции для этой цели была создана специальная комиссия, и работать в ней ввиду богатого инженерного опыта и глубокого знания оптики пригласили Френеля. Свет маяка должен быть виден далеко, поэтому маячный фонарь поднимают на высокую башню. А чтобы собрать его свет в лучи, фонарь нужно поместить в фокус либо вогнутого зеркала, либо собирающей линзы, причём довольно большой. Зеркало, конечно, можно сделать любого размера, но оно даёт только один луч, а свет маяка должен быть виден отовсюду. Поэтому на маяках ставили порой полтора десятка зеркал с отдельным фонарём в фокусе каждого зеркала. Вокруг одного фонаря можно смонтировать несколько линз, но сделать их необходимого -- большого -- размера практически невозможно. В стекле массивной линзы неизбежно будут неоднородности, она потеряет форму под действием собственной тяжести, а из-за неравномерного нагрева может лопнуть.
Нужны были новые идеи, и комиссия, пригласив Френеля, сделала правильный выбор: в 1819 году он предложил конструкцию составной линзы, лишённую всех недостатков, присущих линзе обычной. Френель рассуждал, вероятно, так. Линзу можно представить в виде набора призм, которые преломляют параллельные световые лучи -- отклоняют их на такие углы, что после преломления они сходятся в точке фокуса. Значит, вместо одной большой линзы можно собрать конструкцию в виде тонких колец из отдельных призм треугольного сечения.
Френель не только рассчитал форму профилей колец, он также разработал технологию и проконтролировал весь процесс их создания, нередко исполняя обязанности простого рабочего (подчинённые оказались крайне неопытными). Его усилия дали блестящий результат. «Яркость света, которую даёт новый прибор, удивила моряков», -- писал Френель друзьям. И даже англичане -- давние конкуренты французов на море -- признали, что конструкции французских маяков оказались самыми лучшими.
Огюстен Френель вошёл в историю науки и техники не только и не столько благодаря изобретению своей линзы.
Его исследования и созданная на их основе теория окончательно подтвердили волновую природу света и разрешили важнейшую проблему физики того времени -- нашли причину прямолинейного распространения света.
Работы Френеля легли в основу современной оптики. Попутно он предсказал и объяснил несколько парадоксальных оптических явлений, которые, тем не менее, несложно проверить и теперь.
1. Линзы Френеля
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 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).
2. Расчет линз Френеля
Линза Френеля - один из первых приборов, действие которого основано на физическом принципе дифракции света.
Данный прибор, и по сей день не утерял своего практического значения. Общая схема физической модели, на которой основано его действие, представлена на (рис. 1).
Рис. 1 Схема построения зон Френеля для бесконечно удаленной точки наблюдения (плоская волна)
Примем, что в точке О расположен точечный источник оптического излучения длины волны l. Естественным образом, как всякий точечный источник, он излучает сферическую волну, волновой фронт которой и изображен на рисунке окружностью. Зададимся условием изменить данную волну на плоскую, которая будет распространяться вдоль пунктирной оси. Несколько волновых фронтов этой изменяемой волны, отстающих друг от друга на l/2, изображены на (рис. 1). Для начала отметим, что рассматриваем изменяемую плоскую волну из имеющейся сферической в свободном пространстве. Поэтому, в соответствие с принципом Гюйгенса-Френеля, “источниками” данной изменяемой волны могут служить лишь электромагнитные колебания в имеющейся. И если это не устраивает пространственное распределение фазы этих колебаний, то есть волновой фронт (сферический) исходной волны. Давайте попробуем его подкорректировать. Проведем все по действиям.
Действие первое: заметим, что с точки зрения вторичных волн Гюйгенса - Френеля (которые сферические) пространственное смещение на целую длину волны в любом направлении не меняет фазы вторичных источников. Поэтому мы можем позволить себе например “разорвать” волновой фронт исходной волны как показано на (рис. 2).
Рис. 2 Эквивалентное распределение фазы вторичных излучателей в пространстве
Таким образом, мы “разобрали” исходный сферический волновой фронт на “кольцевые запчасти” номер 1, 2... и так далее. Границы этих колец, называемых зонами Френеля, определяются пересечением волнового фронта исходной волны с последовательностью смещенных друг относительно друга на l/2 волновых фронтов “проектируемой волны”. Получившаяся картинка уже существенно “попроще”, и представляет собой 2 слегка “шероховатых” плоских вторичных излучателя (зеленый и красный на рис. 2), которые однако, гасят друг друга из-за упомянутого полуволнового взаимного смещения.
Итак, мы видим, что зоны Френеля с нечетными номерами не только не способствуют выполнению поставленной задачи, но даже активно вредительствуют. Способов борьбы с этим два.
Первый способ (амплитудная линза Френеля). Можно данные нечетные зоны просто геометрически закрыть непрозрачными кольцами. Так и делается в крупногабаритных фокусирующих системах морских маяков. Конечно, этим можно не добиться идеальной коллимации пучка. Можно увидеть, что оставшаяся, зеленая, часть вторичных излучателей во-первых, не совсем плоская, а во-вторых разрывная (с нулевыми провалами на месте бывших нечетных зон Френеля).
Поэтому строго коллимированная часть излучения (а ее амплитуда - ни что иное как нулевая двумерная Фурье-компонента пространственного распределения фазы зеленых излучателей по плоскому волновому фронту с нулевым смещением, см. (рис. 2) будет сопровождаться широкоугловым шумом (все остальные Фурье-компоненты кроме нулевой). Поэтому линзу Френеля почти нереально использовать для построения изображений - только для коллимации излучения. Однако, тем не менее коллимированная часть пучка будет существенно мощнее, чем в отсутствие линзы Френеля, поскольку мы по крайней мере избавились от отрицательного вклада в нулевую Фурье-компоненту от нечетных зон Френеля.
Второй способ (фазовая линза Френеля). Можно сделать кольца, закрывающие нечетные зоны Френеля, прозрачными, с толщиной, соответствующей дополнительному фазовому набегу l/2. В таком случае волновой фронт “красных” вторичных излучателей сместится и станет “зеленым”, см. рис. 3.
Рис.3 Волновой фронт вторичных излучателей за фазовой линзой Френеля
Реально фазовые линзы Френеля имеют два варианта исполнения. Первый представляет собой плоскую подложку с напыленными полуволновыми слоями в областях нечетных зон Френеля (более дорогостоящий вариант). Второй - это объемная токарная деталь (или даже полимерная штамповка по единожды сделанной матрице, вроде грампластинки), исполненная в виде “ступенчатого конического пьедестала” со ступенькой в полдлины волны фазового набега.
Таким образом, Френелевские линзы позволяют справиться с колимацией пучков большой поперечной апертуры, одновременно являясь плоскими деталями небольшого веса и относительно небольшой сложности изготовления. Эквивалентная по эффективности обычная стеклянная линза для маяка весит с полтонны и стоит немногим дешевле, чем линза для астрономического телескопа.
Обратимся теперь к вопросу о том, что произойдет при смещении источника света вдоль оси относительно линзы Френеля, спроектированной исходно для коллимации излучения источника в положении О (рис. 1). Исходное расстояние от источника до линзы (то есть исходную кривизну волнового фронта на линзе) заранее условимся называть фокусным расстоянием F по аналогии с обычной линзой, см. (рис. 4).
Рис. 4 Построение изображения точечного источника линзой Френеля
Итак, чтобы при смещении источника из положения О в положение А линза Френеля продолжала быть линзой Френеля, нужно, чтобы границы зон Френеля на ней остались прежними. А эти границы - это расстояния от оси, на котором пересекаются волновые фронты падающей и “проектируемой” волны. Исходно падающая имела фронт с радиусом кривизны F, а “проектируемая” была плоской (красным цветом на рис. 4). На расстоянии h от оси эти фронты пересекаются, задавая границу какой-то из зон Френеля,
где n - номер зоны, начинающейся на этом расстоянии от оси.
При перемещении источника в точку А радиус падающего волнового фронта увеличился и стал R1 (синий цвет на рисунке). Значит, нам надо придумать новую поверхность волнового фронта, такую, чтобы она пересеклась с синей на том же расстоянии h от оси, дав то же MN на самой оси. Мы подозреваем, что такой поверхностью проектируемого волнового фронта может быть сфера с радиусом R2 (зеленый цвет на рисунке). Докажем это.
Расстояние h легко рассчитывается из “красной” части рисунка:
Здесь мы пренебрегаем малым квадратом длины волны по сравнению с квадратом фокуса - приближение, полностью аналогичное параболическому приближению при выводе обычной формулы тонкой линзы. С другой стороны, мы хотим найти новую границу n-й зоны Френеля в результате пересечения синего и зеленого волновых фронтов, назовем ее h1. Исходя из того, что мы требуем прежней длины отрезка MN:
Наконец, требуя h=h1, получаем:
Это уравнение совпадает с обычной формулой тонкой линзы. Более того, оно не содержит номера n рассматриваемой границы зон Френеля, а значит, справедливо для всех зон Френеля.
Таким образом, мы видим, что линза Френеля может не только коллимировать пучки, но и строить изображения. Правда, нужно иметь ввиду, что линза все-таки ступенчатая, а не непрерывная. Поэтому качество изображения будет заметно ухудшено за счет примеси высших Фурье-компонент волнового фронта, обсуждавшихся в начале этого раздела.
То есть линзу Френеля можно использовать для фокусирования излучения в заданную точку, но не для прецизионного построения изображений в микроскопических и телескопических устройствах.
Все вышесказанное относилось к монохроматическому излучению. Однако можно показать, что путем аккуратного выбора диаметров обсуждавшихся колец можно добиться разумного качества фокусировки и для естественного света.
3. Моделирование и применение линз Френеля
Моделирование
Расчет можно провести для линз квадратной в плане формы и двух видов приемников (СЭ): круглой и квадратной формы. К числу конструктивных параметров линзы, задаваемых пользователем, относятся:
· размер стороны;
· фокусное расстояние;
· шаг профиля (постоянный);
· толщина несущего слоя.
Все расчеты производятся для условий освещения линз солнечным излучением со спектром, задаваемым пользователем в табличном виде (вместо солнечного спектра можно использовать спектр другого источника, например, имитатора солнечного излучения). Расчеты могут быть выполнены как для линз с защитном стеклом, так и без него.
Поток падающего излучения имитируется большим количеством конических пучков лучей с телесным углом, соответствующим видимому угловому размеру Солнца.
Пучки располагаются на входной поверхности стекла (или линзы, если стекла нет) случайным образом в соответствии с равномерным законом распределения. Угол меду осью конического пучка лучей солнечных лучей и оптической осью линзы определяется заданной точностью ориентации концентрирующей системы на Солнце.
Через каждый конечный элемент входной апертуры прослеживается ход 1280 лучей, что соответствует 64 точкам на солнечном диске и 20 длинам волн спектра его излучения для каждой точки диска.
Общее количество прослеживаемых лучей составляет более 2 млн. (с возможностью увеличения до 3,2 млн. при некотором снижении скорости вычислений), что позволяет корректно учитывать особенности спектра источника излучения, геометрию зубцов профиля линзы и моделировать ее хроматическую аберрацию (рис. 5).
Рис. 5 Схема прохождения световых лучей через преломляющие поверхности линзы Френеля.
Моделирование осуществляется в два этапа:
· На первом этапе с использованием процедуры оптимизации определяется профиль линзы (и матрицы), позволяющий минимизировать отрицательное влияние хроматической аберрации на концентрирующую способность системы «линза-приемник» (ячейки) при ее заданной эффективности.
· На втором этапе для линзы с оптимальным профилем, задавая размер и форму солнечного элемента, находящегося в фокальной плоскости линзы Френеля, и угол разориентации, можно определить как влияют эти параметры на коэффициент концентрации и оптический КПД системы «линза-солнечный элемент».
Концентратор солнечного излучения на базе линз Френеля
Данное устройство предназначено для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую. Известен концентратор солнечного излучения, состоящий из первичного параболоцилиндрического отражателя, софокусного с ним вторичного параболического отражателя и набора треугольных преломляющих призм, разлагающих солнечное излучение в спектр.
Солнечное излучение после отражения от вторичного концентратора попадает в виде псевдопараллельного потока на треугольные призмы, где разлагается в спектр.
Солнечные элементы (СЭ) разнородной спектральной чувствительности устанавливаются в соответствующих частях спектра, что повышает КПД преобразования энергии солнечного излучения за счет согласования спектральной чувствительности СЭ с излучением в спектре.
Применение
Тем не менее, уже есть положительный опыт построения и таких оптических систем. Перспективным направлением может быть построение космических телескопов диаметром в десятки и сотни метров, с использованием линз Френеля на основе тонких мембран.
Массово применяется в осветительных устройствах, особенно подвижных, для минимизации веса и затрат на перемещение.
Линзы Френеля применяются в крупногабаритных фокусирующих системах морских маяков, в проекционных телевизорах, оверхед-проекторах (кодоскопах),
Линзы Френеля в маяке, фотовспышках, навигационных огнях, светофорах, железнодорожных линзовых светофорах и семафорных фонарях и фонарях пассажирских вагонов.
Сверхплоская лёгкая лупа -- тонкий лист пластика, отлитый в форме линзы Френеля, оказывается удобным увеличительным стеклом для людей с пониженным зрением, вынужденных читать текст, напечатанный мелким шрифтом. Благодаря малой толщине, такая лупа используется как закладка и линейка.
Акустические линзы Френеля (в действительности -- не линзы, а акустические зонные пластинки Френеля) применяют при формирования звукового поля в акустике. Изготавливают из звукопоглощающих материалов.
Пластиковая плёнка в виде линзы Френеля, наклеенная на заднее стекло автомобиля, уменьшает мёртвую (невидимую) зону позади автомобиля при взгляде через зеркало заднего вида.
Перспективным в настоящее время считается использование линз Френеля в качестве концентратора солнечной энергии для солнечных батарей, позволившее довести КПД солнечных элементов до 44,7 %.
Линзы Френеля применяются в инфракрасных (пирометрических) датчиках движения охранных сигнализаций, в линзовых антеннах.
Заключение
В данном реферате мы рассмотрели основные вопросы по линзам Френеля, провели описание расчета линз, определили, как происходит моделирование при расчете, и определили сферы применения линз Френеля.
линза френель световой луч
Список использованной литературы
1. http://www.nkj.ru/archive/articles/15766/ (ссылка на статью из архива журнала «НАУКА И ЖИЗНЬ»)
2. http://technoexan.ru/products/photovoltaika/cat7.php
3. R. Leutz, A. Suzuki, Nonimaging Fresnel Lenses: Design and Performance of Solar Concentrators (2001), Springer
4. Ландсберг Г.С. Оптика. Учебное пособие. 6-е изд. (2003)
5. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика.- М.: Наука, 1985.
6. Ландсберг Г.С. Оптика.- М.: Наука, 1976.
7. Физика. Большой энциклопедический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 1999.- С.90, 460.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Исследование распределения интенсивности света на экране с целью получения информации о свойствах световой волны - задача изучения дифракции света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля, увеличение интенсивности света с помощью зонной пластинки.
презентация , добавлен 18.04.2013
Отклонение лучей призмой. Линзы, их элементы и характеристики. Интерференция света и условия интерференционных максимумов и минимумов. Получение когерентных пучков. Дифракция света и построение зон Френеля. Поляризация света при отражении и преломлении.
реферат , добавлен 12.02.2016
Типы солнечных коллекторов: плоские, вакуумные и воздушные. Их конструкции, принцип действия, преимущества и недостатки, применение. Устройство бытового коллектора. Солнечные башни. Параболоцилиндрические и параболические концентраторы. Линзы Френеля.
реферат , добавлен 18.03.2015
Принцип Гюйгенса-Френеля и направления его практического применения. Метод зон Френеля: содержание и значение. Специфические особенности и обоснование дифракции от простейших преград и в параллельных лучах (Фраунгофера), на пространственных решетках.
презентация , добавлен 07.03.2016
Решение дифракционной задачи для открытого резонатора методом последовательных приближений при многократных переходах волны через резонатор. Интеграл Френеля-Кирхгофа и определение зависимости уровня дифракционных потерь для мод зеркала от числа Френеля.
презентация , добавлен 19.02.2014
Сущность явления дифракции света, его виды. Принцип Гюйгенса-Френеля. Характеристика принципа интерференции. Метод зон Френеля, особенности его применения. Дифракционные картины при различном числе щелей. Интерференционный максимум - пятно Пуассона.
презентация , добавлен 01.05.2016
Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция Френеля на круглом отверстии, на краю экрана, Фраунгофера от щели. Дифракционная решетка как спектральный прибор, принцип ее действия и сферы применения. Понятие и содержание голографии, ее значение.
презентация , добавлен 16.11.2012
Рассмотрение дифракции - отклонения световых лучей от прямолинейного распространения при прохождении сквозь узкие щели, малые отверстия или при огибании малых препятствий. Волновые свойства света. Принцип Гюйгенса–Френеля. Строение дифракционной решетки.
презентация , добавлен 04.08.2014
Обзор дифракции в сходящихся лучах (Френеля). Правила дифракции световых волн на круглом отверстии и диске. Схема дифракции Фраунгофера. Исследование распределения интенсивности света на экране. Определение характерных параметров дифракционной картины.
презентация , добавлен 24.09.2013
Особенность принципа Гюйгенса: каждая точка поверхности, достигнутая световой волной, является вторичным источником световых волн. Идеи Френеля о когерентности и интерференции элементарных волн. Закон отражения и закон преломления в изображении.
Линза Френеля увеличивает портрет своего создателя. (Страница из тома «Физика, часть 2» Детской энциклопедии издательства «Аванта+»).
Собратъ свет в узкий луч можно при помощи вогнутого зеркала (а) или линзы (б), поместив источник света в точку фокуса. У сферического зеркала она лежит на расстоянии половины радиуса кривизны зеркала.
Собирающую линзу можно представить как набор призм, которые отклоняют световые лучи в одну точку - фокус. Многократно увеличив число этих призм, соответственно уменьшив их размер, мы получим практически плоскую линзу - линзу Френеля.
Конструкция осветительной системы маяка (чертёж Френеля). Свет горелки F фокусируют линзы L и L", отражённые зеркалами М. Свет горелки, распространяющийся вниз, отражается в нужном направлении системой зеркал (показаны пунктиром).
Так выглядит современная линза Френеля. Нередко её изготавливают из одного куска стекла.
Френелевская линза-линейка фокусирует солнечные лучи не хуже, а даже лучше (потому что она больше) обычной стеклянной линзы. Солнечные лучи, собранные ею, мгновенно поджигают сухую сосновую доску.
Один из создателей волновой теории света, выдающийся французский физик Огюстен Жан Френель родился в маленьком городке близ Парижа в 1788 году. Он рос болезненным мальчиком. Учителя считали его бестолковым: в восьмилетнем возрасте не умел читать и с трудом мог запомнить урок. Однако в средней школе у Френеля проявились замечательные способности к математике, особенно к геометрии. Получив инженерное образование, он с 1809 года участвовал в проектировании и строительстве дорог и мостов в разных департаментах страны. Однако его интересы и возможности были гораздо шире простой инженерной деятельности в провинциальной глуши. Френель хотел заниматься наукой; особенно его интересовала оптика, теоретические основы которой только-только начали складываться. Он исследовал поведение световых лучей, проходящих сквозь узкие отверстия, огибающих тонкие нити и края пластинок. Объяснив особенности возникающих при этом картин, Френель в 1818-1819 годах создал свою теорию оптической интерференции и дифракции - явлений, возникающих по причине волновой природы света.
В начале XIX века европейские морские государства решили совместными усилиями усовершенствовать маяки - важнейшие навигационные устройства того времени. Во Франции для этой цели была создана специальная комиссия, и работать в ней ввиду богатого инженерного опыта и глубокого знания оптики пригласили Френеля.
Свет маяка должен быть виден далеко, поэтому маячный фонарь поднимают на высокую башню. А чтобы собрать его свет в лучи, фонарь нужно поместить в фокус либо вогнутого зеркала, либо собирающей линзы, причём довольно большой. Зеркало, конечно, можно сделать любого размера, но оно даёт только один луч, а свет маяка должен быть виден отовсюду. Поэтому на маяках ставили порой полтора десятка зеркал с отдельным фонарём в фокусе каждого зеркала (см. «Наука и жизнь» № 4, 2009 г., статья ). Вокруг одного фонаря можно смонтировать несколько линз, но сделать их необходимого - большого - размера практически невозможно. В стекле массивной линзы неизбежно будут неоднородности, она потеряет форму под действием собственной тяжести, а из-за неравномерного нагрева может лопнуть.
Нужны были новые идеи, и комиссия, пригласив Френеля, сделала правильный выбор: в 1819 году он предложил конструкцию составной линзы, лишённую всех недостатков, присущих линзе обычной. Френель рассуждал, вероятно, так. Линзу можно представить в виде набора призм, которые преломляют параллельные световые лучи - отклоняют их на такие углы, что после преломления они сходятся в точке фокуса. Значит, вместо одной большой линзы можно собрать конструкцию в виде тонких колец из отдельных призм треугольного сечения.
Френель не только рассчитал форму профилей колец, он также разработал технологию и проконтролировал весь процесс их создания, нередко исполняя обязанности простого рабочего (подчинённые оказались крайне неопытными). Его усилия дали блестящий результат. «Яркость света, которую даёт новый прибор, удивила моряков», - писал Френель друзьям. И даже англичане - давние конкуренты французов на море - признали, что конструкции французских маяков оказались самыми лучшими. Их оптическая система состояла из восьми квадратных линз Френеля со стороной 2,5 м, имевших фокусное расстояние 920 мм.
С тех пор прошло 190 лет, но конструкции, предложенные Френелем, остаются непревзойдённым техническим устройством, и не только для маяков и речных бакенов. В виде линз Френеля до недавнего времени делали стёкла различных сигнальных фонарей, автомобильных фар, светофоров, деталей лекционных проекторов. И уж совсем недавно появились лупы в виде линеек из прозрачного пластика с еле заметными круговыми бороздками. Каждая такая бороздка - миниатюрная кольцевая призма; а все вместе они образуют собирающую линзу, которая может работать и как лупа, увеличивая предмет, и как объектив фотоаппарата, создавая перевёрнутое изображение. Такая линза способна собрать свет Солнца в маленькое пятнышко и поджечь сухую доску, не говоря уж о листке бумаги (особенно чёрной).
Линза Френеля может быть не только собирающей (положительной), но и рассеивающей (отрицательной) - для этого нужно кольцевые призмы-бороздки на куске прозрачного пластика сделать другой формы. Причём отрицательная френелевская линза с очень коротким фокусным расстоянием имеет широкое поле зрения, в нём в уменьшенном виде помещается кусок пейзажа, в два-три раза больший, чем охватывает невооружённый глаз. Такие «минусовые» пластинки-линзы используют вместо панорамных зеркал заднего вида в больших автомобилях типа микроавтобусов и универсалов.
Грани миниатюрных призмочек можно покрыть зеркальным слоем - скажем, напылив алюминий. Тогда линза Френеля превращается в зеркало, выпуклое или вогнутое. Изготовленные с использованием нанотехнологий, такие зеркала применяют в телескопах, работающих в рентгеновском диапазоне. А отштампованные в гибком пластике зеркала и линзы для видимого света настолько просты в изготовлении и дёшевы, что их выпускают буквально километрами в виде лент для оформления витрин или штор для ванных комнат.
Были попытки использовать линзы Френеля при создании плоских объективов для фотоаппаратов. Но на пути конструкторов встали трудности технического характера. Белый свет в призме разлагается в спектр; то же происходит и в миниатюрных призмочках линзы Френеля. Поэтому она имеет существенный недостаток - так называемую хроматическую аберрацию. Из-за неё на краях изображений предметов появляется радужная кайма. В хороших объективах кайму ликвидируют, ставя дополнительные линзы (см. «Наука и жизнь» № 3, 2009 г., статья ). Так же можно было бы поступить и с френелевской линзой, но плоского объектива тогда уже не получится.
Представляет собой конструкцию из примыкающих друг к другу концентрических колец, которую придумал физик Огюстен Френель. Линза такой формы изначально использовалась в осветительных системах, экранах проекционных телевизоров, линзовых антеннах, датчиках движения и др. Это один из первых приборов, основанных на принципе дифракции света. Сегодня существует линза Френеля для чтения, хобби и прочих вариантов бытового использования. Бывают даже карманные варианты, которые удобно брать с собой.
Если вы интересуетесь увеличительной оптикой, вас наверняка заинтересует Линза Френеля. Купить в Москве ее можно у нас. Мы предлагаем низкие цены и только качественные товары. Чтобы сделать заказ, просто отправьте товар в корзину. По всем интересующим вопросам обращайтесь к нашим консультантам по телефону.
Линза Френеля Kromatech гибкая"Линейка", арт. 23149ac204
Бифокальная гибкая линза с удобной разметкой-шкалой по краям. Увеличение основной линзы – 3х, дополнительной – 6х. Размер – 19 х 6,5 см. Цвет рукоятки – синий, белый, красный, розовый, зеленый (уточняйте при покупке).
102,00 рубЧто такое линза Френеля?
Из-за маленькой сферической аберрации, преломленные световые лучи выходят практически единым параллельным пучком. То есть линзу можно представить как набор тонких колец из отдельных призм треугольного сечения, преломляющих параллельные лучи и отклоняют под таким углом, что после преломления они сойдутся в единой фокусной точке.
Бывает не только собирающая или положительная линза, но и рассеивающая (отрицательная). В отрицательной кольцевые призмы-бороздки сделаны другой формы. За счет короткого фокусного расстояние поле зрения – широкое и в нем может в уменьшенном виде поместиться участок изображения в 2-3 раза больший, чем можно охватить невооруженным глазом.
История создания
В начале 19 века во Франции была собрана комиссия, задачей работы которой было усовершенствование конструкции маяков. В то время маяк являлся незаменимым навигационным устройством, поэтому в их улучшении были заинтересованы морские европейские государства.
Чтобы свет маяка был виден на большом расстоянии, фонарь нужно не только разместить на высокой башне, но и собрать его свет в лучи. Для этого свет помещался в фокусе вогнутого зеркала или большой собирающей линзы, но у этих способов был ряд недостатков. С помощью зеркала получается лишь один луч, а так как свет должен быть виден везде, приходилось устанавливать множество зеркал с отдельными фонарями в каждом. Если отмести вариант с зеркалами, вокруг одного фонаря можно установить несколько линз, размер которых должен быть весьма внушительным. Массивная линза может попросту потерять форму или лопнуть от нагрева, а также велика вероятность неоднородности материала.
Для изящного решения этой проблемы в комиссию был приглашен выдающийся французский физик Огюст Жан Френель. Им в 1819г была предложена составная линза, исключающая недостатки обычной: это легкая конструкция в виде тонких колец из отдельных призм треугольного сечения. Френелем не только была рассчитана идеальная форма. Он разработал технологию создания, проконтролировал производство и порой даже сам выступал в роли рабочего. Результат был блестящим, а полученная яркость света впечатлила моряков. Так французские маяки стали лучшими, что было признано даже давними морскими конкурентами – англичанами.
Применение устройства
Непревзойденное устройство, созданное почти 200 лет назад, до их пор остается актуальным. Оно используется не только в маяках, но и для изготовления фар, сигнальных фонарей, деталей проекторов, светофоров. Небольшой вес позволяет встраивать ее в качестве детали переносных осветительных приборов.
Существует и множество вариантов этого удивительного изобретения, которые предназначены для бытового использования. Например, линза Френеля для чтения, сделанная из легкого прозрачного пластика с практически невидимыми круглыми бороздами. Эти приспособления бывают любой формы, многие из них даже можно сгибать.
Достаточно популярна парковочная линза Френеля, которая используется вместо панорамного зеркала заднего вида в автомобиле. В виде тонкого покрытия она наклеивается на заднее стекло и тем самым дает широкий угол обзора, уменьшая визуальную «мертвую зону». Это сделано с целью безопасности, удобства парковки задним ходом, контроля над прицепом или буксиром.
Покрытые алюминиевым зеркальным слоем грани призм могут использоваться в телескопах с рентгеновским диапазоном. Подобные зеркала и линзы изготавливаются очень активно: например, из гибкого пластика их можно выпускать чуть ли не километрами и затем использовать для дизайнерских задумок.
Линза Френеля бывает настольная и с подсветкой, по аналогии с любыми другими увеличительными приборами для домашнего использования. Она пригодится для небольшого (в 2-2,5 крат) увеличения изображения мелких деталей в процессе занятий рукоделием или хобби.
Многими путешественниками также используется линза Френеля. Цена и вес достаточно скромные, поэтому такой девайс всегда можно прихватить с собой. Зачем она нужна в путешествии? Эта линза может собрать солнечный свет в небольшое пятнышко, способное разжечь огонь из сухих материалов – бумаги, досок. Некоторые опытные туристы приспосабливают ее для нагревания небольших количеств воды в полевых условиях.