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什么是菲涅爾透鏡！
摘要：一.菲涅爾透鏡的由來
菲涅爾透鏡是由法國物理學家奧古斯汀.菲涅爾（Augustin.Fresnel)發明的，他在1822年較初使用這種透鏡設計用于建立一個玻璃菲涅爾透鏡系統——燈塔透鏡。
什么是菲涅爾透鏡！
一.菲涅爾透鏡的由來
菲涅爾透鏡是由法國物理學家奧古斯汀.菲涅爾（Augustin.Fresnel)發明的，他在1822年較初使用這種透鏡設計用于建立一個玻璃菲涅爾透鏡系統——燈塔透鏡。通過將數個獨立的截面安裝在一個框架上從而制作出更輕更薄的透鏡，這一想法常被認為是由布封伯爵提出的。孔多塞(1743-1794)提議用單片薄玻璃來研磨出這樣的透鏡。而法國物理學家兼工程師菲涅爾亦對這種透鏡在燈塔上的應用寄予厚望。根據史密森學會的描述，1823年，靠前枚菲涅爾透鏡被用在了吉倫特河口的哥杜昂燈塔（Phare de Cordouan）上；透過它發射的光線可以在20英里（32千米）以外看到。蘇格蘭物理學家大衛·布儒斯特爵士被看作是促使英國在燈塔中使用這種透鏡的推動者。
二.菲涅爾透鏡的基本原理
其工作原理十分簡單：假設一個透鏡的折射能量僅僅發生在光學表面（如：透鏡表面），拿掉盡可能多的光學材料，而保留表面的彎曲度。
另外一種理解就是，透鏡連續表面部分“坍陷”到一個平面上。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，也就是透鏡的焦點。每個凹槽都可以看做一個獨立的小透鏡，把光線調整成平行光或聚光。這種透鏡還能夠消除部分球形像差。
菲涅爾透鏡v.s.普通凸透鏡
特性
使用普通的凸透鏡，會出現邊角變暗、模糊的現象，這是因為光的折射只發生在介質的交界面，凸透鏡片較厚，光在玻璃中直線傳播的部分會使得光線衰減。如果可以去掉直線傳播的部分，只保留發生折射的曲面，便能省下大量材料同時達到相同的聚光效果。菲涅爾透鏡就是采用這種原理的。菲涅爾透鏡看上去像一片有無數多個同心圓紋路（即菲涅爾帶)的玻璃，卻能達到凸透鏡的效果，如果投射光源是平行光，匯聚投射后能夠保持圖像各處亮度的一致。
三.菲涅爾透鏡的功能
菲涅爾透鏡在很多時候相當于紅外線及可見光的凸透鏡，效果較好，但成本比普通的凸透鏡低很多。多用于對精度要求不是很高的場合，如幻燈機、薄膜放大鏡、紅外探測器等。
菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學原理，在探測器前方產生一個交替變化的“盲區”和“高靈敏區”，以提高它的探測接收靈敏度。當有人從透鏡前走過時，人體發出的紅外線就不斷地交替從“盲區”進入“高靈敏區”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而強其能量幅度。
菲涅爾透鏡作用有兩個：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號折射（反射）在PIR上，第二個作用是將探測區域內分為若干個明區和暗區，使進入探測區域的移動物體能以溫度變化熱釋紅外信號。
四.菲涅爾透鏡的應用領域
菲涅爾透鏡現階段主要應用領域包括投影以及太陽能光伏領域。因為菲涅爾透鏡射出的光線邊緣較為柔和，故它常用在染色燈上。在透鏡前方的支架上放置一塊有顏色的塑料膜給光線染色，也可放置金屬紗網或磨砂塑料使光線彌散。許多含有菲涅爾透鏡的設備都允許燈在焦點前后移動，以放大或縮小光束的大小，其非常適合在透鏡式投影儀、背投電視、幻燈機以及準直器上使用，不僅因為透過它的光線比透過普通透鏡的亮度高，也由于透過它的整束光線在各個部位的亮度都相對一致。
在太陽能光伏領域，菲涅爾主要作為聚光光伏系統中的聚光部件，將光線從相對較大的區域面積轉換成相對小的面積上。廉價的菲涅爾透鏡一般由透明塑料壓鑄或模塑而成，其尺寸可以在做得比玻璃大的同時更輕、更經濟，因此，大型的菲涅爾透鏡也被廣泛用在太陽灶聚集陽光或是太陽能熱水器上。除此之外，菲涅爾透鏡也廣泛應用在汽車前燈、汽車尾燈以及倒車燈上。它能使大燈較初由凹面鏡反射出來的平行光向下傾斜，因此，菲涅爾透鏡也用于校正一些視覺障礙，比如斜視。 [2]
菲涅爾透鏡是一種應用十分廣泛的光學元件，其設計和制造設計到多個技術領域，包括光學工程,高分子材料工程，CNC機械加工，金剛石車削工藝，鍍鎳工藝；模壓、注塑、澆鑄等制造工藝。菲涅爾透鏡應用于多個領域，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，準直器；
聚光聚能：太陽能用菲涅爾透鏡，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：激光檢測系統等；
紅外探測：無源移動探測器；
照明光學：汽車頭燈，交通標志，光學著陸系統。
智能家居：安防系統探測器等
五。菲涅爾透鏡發展現狀
國外發展現狀：
國際上有人研制大型菲涅爾透鏡，試圖用于制作太陽能聚光集熱器。菲涅爾透鏡是平面化的聚光鏡，重量輕，價格比較低，也有點聚焦和線聚焦之分，一般由有機玻璃或其它透明塑料制成，也有用玻璃制作的，主要用于聚光太陽電池發電系統。
國內發展現狀：
我國從70年代直至90年代，對用于太陽能裝置的菲涅爾透鏡開展了研制。有人采用模壓方法加工大面積的柔性透明塑料菲涅爾透鏡，也有人采用組合成型刀具加工直徑1.5m的點聚焦菲涅爾透鏡，結果都不大理想。
近來，有人采用模壓方法加工線性玻璃菲涅爾透鏡，但精度不夠，尚需提高。有兩種利用全反射原理設計的新型太陽能聚光器，雖然尚未獲得實際應用，但具有一定啟發性。
一種是光導纖維聚光器，它由光導纖維透鏡和與之相連的光導纖維組成，陽光通過光纖透鏡聚焦后由光纖傳至使用處。
另一種是熒光聚光器，它實際上是一種添加熒光色素的透明板(一般為有機玻璃)，可吸收太陽光中與熒光吸收帶波長一致的部分，然后以比吸收帶波長更長的發射帶波長放出熒光。放出的熒光由于板和周圍介質的差異，而在板內以全反射的方式導向平板的邊緣面，其聚光比取決于平板面積和邊緣面積之比，很容易達到10-100，這種平板對不同方向的入射光都能吸收，也能吸收散射光，不需要跟蹤太陽。