Mida saab teha Fresneli objektiividega. Optika

Vaatamata infrapuna liikumisandurite mitmekesisusele on peaaegu kõik need oma struktuurilt ühesugused. Peamine element neis on pürodetektor ehk pürodetektor, mis sisaldab kahte tundlikku elementi.

Pürovastuvõtja tuvastamistsoon on kaks kitsast ristkülikut. Avastamisala suurendamiseks ühest ristkülikukujulisest kiirest maksimaalse võimaliku väärtuseni
ja suurendada selle tundlikkust, kasutatakse koonduvaid läätsi.

Koondav lääts on kujuga kumer, see suunab sellele langevad optilised kiired ühte punkti F – see on läätse põhifookus. Kui kasutate mitut neist objektiividest, suureneb tuvastusala.

Sfääriliste kumerate läätsede kasutamine muudab seadme disaini raskemaks ja kallimaks. Seetõttu kasutatakse infrapuna liikumis- ja kohalolekuandurites Fresneli objektiivi.

Fresneli objektiiv. Loomise ajalugu

Prantsuse füüsik Auguste Fresnel pakkus 1819. aastal välja oma tuletorni objektiivi.

Fresneli lääts on moodustatud sfäärilisest läätsest. Viimane oli jagatud paljudeks rõngasteks, mille paksus on vähenenud. Nii saigi lame objektiiv.

Tänu sellele kujule hakati objektiive valmistama õhukesest plastplaadist, mis võimaldas neid kasutada valgustusseadmetes ning liikumis- ja kohalolekuandurites.

Andurläätsed koosnevad paljudest segmentidest, milleks on Fresneli läätsed. Iga segment skannib anduri leviala kindlat piirkonda. Liikumisandurite läätsede kuju määrab tuvastustsooni kuju.

Näiteks laeseadmetes on läätsede kuju poolkera, vastavalt 360 kraadi. Silindriliste läätsedega seadmete puhul on see tavaliselt 110-140 kraadi. Samuti on tuvastustsoonide ruudukujulisi kujundeid.

B.E.G infrapuna liikumis- ja kohalolekuandurite sarjal on kvaliteetsed Fresneli läätsed, mis tagavad suurepärase tuvastamise.

Erinevalt prisma- ja muudest hajutitest kasutatakse valgustite objektiive peaaegu alati kohtvalgustuseks. Reeglina koosnevad läätsesid kasutavad optilised süsteemid helkurist (reflektorist) ja ühest või mitmest läätsest.

Konvergeerivad läätsed suunavad valguse fookuspunktis asuvast allikast paralleelsesse valguskiire. Reeglina kasutatakse neid valgustuskonstruktsioonides koos helkuriga. Reflektor suunab valgusvoo kiire kujul õiges suunas ning lääts koondab (kogub) valgust. Läheneva läätse ja valgusallika vaheline kaugus on tavaliselt muutuv, mis võimaldab reguleerida saadavat nurka.

Nii valgusallika kui ka koonduva läätse süsteem (vasakul) ja samalaadne allika ja Fresneli läätse süsteem (paremal). Valgusvoo nurka saab muuta, muutes läätse ja valgusallika vahelist kaugust.

Fresneli läätsed koosnevad eraldiseisvatest kontsentrilistest rõngakujulistest segmentidest, mis on üksteise kõrval. Nad said oma nime prantsuse füüsiku Augustin Fresneli auks, kes esmakordselt pakkus välja ja rakendas majakate valgustusseadmetes sellist kujundust. Selliste läätsede optiline efekt on võrreldav traditsiooniliste sarnase kuju või kõverusega läätsede omaga.

Fresneli läätsedel on aga mitmeid eeliseid, mille tõttu neid kasutatakse laialdaselt valgustusdisainides. Eelkõige on need palju õhemad ja odavamad kui koonduvad läätsed. Disainerid Francisco Gomez Paz ja Paolo Rizzatto ei jätnud neid funktsioone kasutamata oma töös ereda ja maagilise mudelivalikuga.

Kergest ja õhukesest polükarbonaadist valmistatud Hope'i "lehed", nagu Gomez Paz neid nimetab, pole midagi muud kui õhukesed ja suured hajutavad Fresneli läätsed, mis loovad maagilise, sädeleva ja mahuka sära, kattes mikroprismadega tekstureeritud polükarbonaatkilega.

Paolo Rizzatto kirjeldas projekti järgmiselt:
„Miks on kristall-lühtrid oma tähtsuse kaotanud? Kuna need on liiga kallid, neid on väga raske käsitseda ja valmistada. Oleme idee ise komponentideks jaotanud ja igaüht neist moderniseerinud.

Siin on, mida kolleeg selle kohta ütles:
“Mõni aasta tagasi köitsid meie tähelepanu Fresneli objektiivide imelised võimalused. Nende geomeetrilised omadused võimaldavad saada samasuguseid optilisi omadusi kui tavalistel läätsedel, kuid kroonlehtede täiesti tasasel pinnal.

Kuid Fresneli läätsede kasutamine selliste ainulaadsete toodete loomiseks, mis ühendab suurepärase disainiprojekti kaasaegsete tehnoloogiliste lahendustega, on endiselt haruldane.

Selliseid läätsi kasutatakse laialdaselt prožektoritega lavavalgustuses, kus need võimaldavad luua pehmete servadega ebaühtlase valguspunkti, mis sulandub ideaalselt üldise valguskompositsiooniga. Tänapäeval on need levinud ka arhitektuursetes valgustusskeemides, juhtudel, kui on vajalik valgusnurga individuaalne reguleerimine, mil valgustatud objekti ja lambi vaheline kaugus võib muutuda.

Fresneli läätse optilist jõudlust piirab nn kromaatiline aberratsioon, mis tekib selle segmentide liitumiskohtades. Selle tõttu tekib objektide kujutiste servadele vikerkaarepiir. Asjaolu, et objektiivi näiliselt vigane omadus muudeti vooruseks, rõhutab taaskord autorite uuendusliku mõtte jõudu ja tähelepanu detailidele.

Tuletorni valguskujundus Fresneli läätsede abil. Pildil on selgelt näha objektiivi rõngasehitus.

Projektsioonisüsteemid koosnevad kas elliptilisest reflektorist või kollimaatorile valgust suunavast paraboolreflektori ja kondensaatori kombinatsioonist, mida saab täiendada ka optiliste tarvikutega. Pärast seda projitseeritakse valgus tasapinnale.

Kohtvalgustisüsteemid: ühtlaselt valgustatud kollimaator (1) suunab valguse läbi läätsesüsteemi (2). Vasakul on suure valgusvõimsusega paraboolreflektor, paremal kõrget eraldusvõimet võimaldav kondensaator.

Kujutise suuruse ja valguse nurga määravad kollimaatori omadused. Lihtsad kardinad või iirisdiafragmad moodustavad erineva suurusega valgusvihku. Kontuurmaskide abil saab luua erinevaid valgusvihu kontuure. Logosid või pilte saate projitseerida gobo-objektiivi abil, millele on trükitud joonised.

Olenevalt objektiivide fookuskaugusest saab valida erinevaid valgusnurki või pildi suurust. Erinevalt Fresneli objektiive kasutavatest valgustitest on siin võimalik luua selgete kontuuridega valgusvihku. Pehmed kontuurid on võimalik saavutada fookust nihutades.

Näited valikulistest tarvikutest (vasakult paremale): lääts laia valgusvihu loomiseks, kujundatud lääts, mis annab kiirele ovaalse kuju, soonega deflektor ja "kärjeklaas" pimestamise vähendamiseks.

Astmelised läätsed teisendavad valguskiired nii, et need jäävad Fresneli läätse "lameda" valguse ja tasapinnalise kumera läätse "kõva" valguse vahele. Astmelistes läätsedes on säilinud kumer pind, kuid tasase pinna küljele on tehtud astmelised süvendid, mis moodustavad kontsentrilisi ringe.

Kontsentriliste ringide astmete (tõusutorude) esiosad on sageli läbipaistmatud (kas üle värvitud või killustunud mattpinnaga), mis võimaldab ära lõigata lambi hajutatud kiirguse ja moodustada paralleelsete kiirte kiire.

Fresneli prožektorid moodustavad pehmete servadega ebaühtlase valgustäpi ja koha ümber kerge halo, muutes selle hõlpsaks segamiseks teiste valgusallikatega, luues loomuliku valgusmustri. Seetõttu kasutatakse kinos Fresneli prožektoreid.

Plano-kumera läätsega projektorid moodustavad Fresneli läätsega projektoritega võrreldes ühtlasema laigu, mille üleminek on valguspunkti servades vähem väljendunud.

Külastage meie ajaveebi, et saada uut teavet valgustite ja valgustusdisaini kohta.

Fresneli objektiiv suurendab selle looja portreed. (Lehekülg kirjastuse "Avanta +" lasteentsüklopeedia köitest "Füüsika, 2. osa").

Valguse saab koguda kitsaks kiireks nõguspeegli (a) või läätse (b) abil, asetades valgusallika fookuspunkti. Sfäärilise peegli korral asub see peegli kõverusraadiusest poole võrra.

Koonduvat läätse võib käsitleda kui prismade kogumit, mis suunab valguskiired ühte punkti – fookusesse. Korduvalt suurendades nende prismade arvu ja vähendades vastavalt nende suurust, saame praktiliselt lame objektiiv- Fresneli objektiiv.

Tuletorni valgustussüsteemi projekt (Fresneli joonis). Põleti F valgust fokusseerivad läätsed L ja L", mis peegelduvad peeglitelt M. Põleti allapoole leviv valgus peegeldub peeglite süsteemiga (näidatud punktiirjoonega) soovitud suunas.

Selline näeb välja kaasaegne Fresneli objektiiv. Sageli on see valmistatud ühest klaasist.

Fresneli objektiivi joonlaud teravustab päikesekiired mitte halvemini ja isegi paremini (kuna see on suurem) kui tavaline klaasist lääts. Tema kogutud päikesekiired süütasid kuivanud männilaua koheselt põlema.

Valguse laineteooria üks loojaid, silmapaistev prantsuse füüsik Augustin Jean Fresnel sündis 1788. aastal Pariisi lähedal väikelinnas. Ta kasvas üles haige poisina. Õpetajad pidasid teda rumalaks: kaheksa-aastaselt ei osanud ta lugeda ega mäletanud peaaegu tundigi. Keskkoolis näitas Fresnel aga märkimisväärset sobivust matemaatika, eriti geomeetria alal. Olles saanud insenerihariduse, osales alates 1809. aastast teede ja sildade projekteerimisel ja ehitamisel riigi erinevates osakondades. Tema huvid ja võimalused olid aga palju laiemad kui lihtne inseneritegevus provintsi kõrbes. Fresnel tahtis teadusega tegeleda; teda huvitas eriti optika, mille teoreetilised alused olid just hakanud kujunema. Ta uuris valguskiirte käitumist, mis läbivad kitsaid auke, painduvad ümber õhukeste niitide ja plaatide servade. Selgitanud sel juhul tekkivate piltide iseärasusi, lõi Fresnel aastatel 1818–1819 oma optiliste häirete ja difraktsiooni teooria – nähtused, mis tekivad valguse lainelise olemuse tõttu.

19. sajandi alguses otsustasid Euroopa mereriigid teha koostööd tuletornide – tolle aja olulisemate navigatsiooniseadmete – täiustamiseks. Prantsusmaal loodi selleks spetsiaalne komisjon, millesse kutsuti Fresnel oma rikkalike insenerikogemuste ja sügavate optikateadmiste tõttu.

Tuletorni valgus peaks paistma kaugele, nii tõstetakse tuletorni latern kõrgesse torni. Ja selle valguse kiirteks kogumiseks tuleb latern asetada kas nõguspeegli või koonduva läätse fookusesse ja seejuures üsna suurele. Peeglit saab muidugi teha igas mõõdus, aga see annab ainult ühe kiire ja majaka valgus peab olema igalt poolt nähtav. Seetõttu paigutati mõnikord poolteist tosinat peeglit tuletornidele, mille iga peegli fookuses oli eraldi latern (vt Teadus ja elu, nr 4, 2009, artikkel). Ühe lambi ümber saab paigaldada mitu objektiivi, kuid neid on peaaegu võimatu teha vajalikus - suures - suuruses. Massiivse läätse klaasis on paratamatult ebahomogeensused, see kaotab omaenda gravitatsiooni mõjul oma kuju ja võib ebaühtlase kuumenemise tõttu lõhkeda.

Vaja oli uusi ideid ja Fresneli kutsuv komisjon tegigi õige valik: 1819. aastal pakkus ta välja liitläätse disaini, millel puuduvad kõik tavapärasele objektiivile omased puudused. Fresnel arvas ilmselt nii. Läätse võib kujutada prismade komplektina, mis murravad paralleelseid valguskiiri – suunavad need kõrvale selliste nurkade all, et pärast murdumist nad koonduvad fookuspunkti. See tähendab, et ühe suure objektiivi asemel saate eraldi kolmnurksetest prismadest kokku panna õhukeste rõngaste kujul oleva konstruktsiooni.

Fresnel mitte ainult ei arvutanud rõngasprofiilide kuju, vaid töötas välja ka tehnoloogia ja juhtis kogu nende loomise protsessi, tegutsedes sageli lihttöölisena (alluvad osutusid äärmiselt kogenematuteks). Tema pingutused on andnud suurepäraseid tulemusi. "Uue seadme valguse heledus üllatas meremehi," kirjutas Fresnel sõpradele. Ja isegi britid - prantslaste kauaaegsed konkurendid merel - tunnistasid, et Prantsuse tuletornide kujundused osutusid parimateks. Nende optiline süsteem koosnes kaheksast ruudukujulisest Fresneli läätsest, mille külg oli 2,5 m ja mille fookuskaugus oli 920 mm.

Sellest ajast on möödunud 190 aastat, kuid Fresneli pakutud kujundused jäävad ületamatuks tehniliseks seadmeks ja mitte ainult tuletornide ja jõepoide jaoks. Kuni viimase ajani valmistati Fresneli läätsedena erinevate signaaltulede klaase, autotulesid, foore, loenguprojektorite osi. Ja just hiljuti ilmusid luubid läbipaistvast plastikust joonlaudade kujul, millel on vaevumärgatavad ringikujulised sooned. Iga selline soon on miniatuurne rõngakujuline prisma; ja koos moodustavad nad koonduva läätse, mis võib töötada nii suurendusena, suurendades objekti, kui ka kaamera objektiivina, luues ümberpööratud kujutise. Selline objektiiv on võimeline koguma Päikese valguse väikeseks täpiks ja põlema panema kuiva tahvli, rääkimata paberitükist (eriti mustast).

Fresneli lääts võib olla mitte ainult koguv (positiivne), vaid ka hajutav (negatiivne) - selleks peate tegema erineva kujuga läbipaistvale plastile rõngasprismad-sooned. Veelgi enam, väga lühikese fookuskaugusega negatiivsel Fresneli objektiivil on lai vaateväli, millesse on paigutatud maastikutükk vähendatud kujul, kaks kuni kolm korda suurem, kui see palja silmaga katab. Selliseid "miinus" plaate-läätsesid kasutatakse panoraam-tahavaatepeeglite asemel suurtes autodes nagu väikebussid ja universaalid.

Miniatuursete prismade servad saab katta peegelkihiga – näiteks alumiiniumi pihustades. Seejärel muutub Fresneli lääts peegliks, kumeraks või nõgusaks. Nanotehnoloogia abil toodetud peeglid on kasutusel röntgenikiirguse piirkonnas töötavates teleskoopides. Painduvast plastikust vormitud nähtava valgusega peegleid ja läätsesid on nii lihtne ja odav valmistada, et neid toodetakse sõna otseses mõttes kilomeetreid paelte või vannitoa kardinatena.

Fresneli objektiive on üritatud kasutada kaameratele lamedate objektiivide loomiseks. Kuid tehnilised raskused seisid disainerite ees. Valge valgus prismas laguneb spektriks; sama juhtub Fresneli objektiivi miniatuursete prismadega. Seetõttu on tal märkimisväärne puudus- nn kromaatiline aberratsioon. Selle tõttu tekib objektide kujutiste servadele vikerkaarepiir. Headel objektiividel kaob piir lisaläätsede asetamisega (vt "Teadus ja elu" nr 3, 2009, artikkel). Sama võiks teha ka Fresneli objektiiviga, aga siis lame lääts enam ei töötaks.

See artikkel räägib sellest fresneli objektiiv ja kuidas seda tule tegemiseks kasutada.

Päikese käest tule saamine luubiga on väga töömahukas protsess, kuid põnev. Siiski tahad alati midagi enamat. Näiteks selleks, et tuli lahvataks kohe, kui kiir on suunatud objektile, ilma kinni hoidmata šamaaniriitused ja rituaalid, see tähendab ilma suurema pingutuseta. Kuid selleks peate koguma võimalikult palju päikesevalgust kiirtesse, see tähendab, et vajate objektiivi suur läbimõõt. Kuid siin on kogu probleem: mis puudutab tavalist klaasist objektiivi.

1. Suure läbimõõduga objektiivi on raske hankida (osta).(Tavaliselt on suurimad objektiivid ca 100-120mm läbimõõduga)
2. Selline objektiiv maksab palju.
3. Seda on ebamugav kaasas kanda, kuna suur objektiiv kaalub palju + see on klaas ja võib puruneda.

Fresneli objektiiv.

Fresneli objektiiv on plastist läbipaistev plaat koos kontsentrilised sälgud. Kõik sälgud annavad fookuse ühes kohas. Selgub, omamoodi komposiitobjektiiv. Antud juhul Fresneli objektiiv võib olla suur ja olla kaalult kerge.

enamus suur objektiiv mida mul õnnestus kohalikest veebipoodidest tellida, on objektiiv umbes A4 lehe suurune. Hind on klaasist luupidega võrreldes madal.

Selle objektiivi suurendusjõud pakkus mulle vähe huvi. Lubage mul lihtsalt öelda, et selle kordsus on 3x.

Fresneli objektiiv. Päikesest tule saamine.

Lõpuks loodusesse jõudes katsetasin Fresneli objektiivi töös. Seega on septembrikuu temperatuur veidi alla 20 kraadi Celsiuse järgi, ilm on päikeseline, kell on veidi üle 14 tunni.

Proovime lõpuks objektiivi abil midagi põlema panna.
Kõhklemata leian mäda pulga. Keskendun sellele päikesekiirele. Järgmiseks põlen natuke ühes kohas.

Ja fresneli objektiiv ületas kõik mu ootused. Pulk hakkab söestuma ja siis lahvatab päikesekiirte asemel leek!

Proovime näiteks midagi muud põlema panna tükike kasetohust.
Valgusvihu suunan kasetohule, koondan läätsega kõik kiired ühte kohta. Märgin, et objektiiv on üsna suur, seega on päikesekiire püüdmine veidi raskem, vaja on hoida risti päikese poole. Seega läbib objektiivi maksimaalne kogus päikesevalgust ja seejärel fokusseeritakse ühte punkti.

Põleme läbi väga lühikest aega ja ka kasetoht lahvatab päikesekiirtest. Temperatuur on süttimiseks piisav.

Objektiivi süütamine on nauding. Näiteks lehestiku kuivamiseks lihtne põlema panna, mis sügisel, noh, palju. Siin kogume hunniku lehti, paneme need grillilt raudlehele, et mitte siin tuld teha. Seejärel võtame nagu tavaliselt Fresneli läätse, koondame sellega päikesekiire ja põletame selle ühte kohta.

Lehed süttivad, vaatamata sellele, et päike oli veidi puude taga, polnud vaja puhuda!

Veelgi parem tinder on kuiv muru. Kogume kokku kuivanud taimede pealsed.

Selgub, et siin on selline rusikasuurune tala.

Vilgub peaaegu koheselt! Ideaalne tinder selles olukorras. Hoolikalt, ära tee tuld!

Fresneli objektiivi abil õnnestus mul tuld teha isegi päikeseloojangul, kui päike juba puude taha peitis ja külm hakkas, kuigi siin oli vaja kuivanud muru ja puudelt mädanemist täis puhuda.

Fresneli lääts ellujäämiskomplektis.

Räägime Fresneli objektiivi praktilisusest ja kasulikkusest. Ehk siis kas fresneli objektiivi tasub matkale kaasa võtta või kus seda parem kasutada.

Märgin ka ära, et jutt käib täpselt sama suurest fresneli objektiivist, nagu ma arvasin. Kuna teiste suurustega objektiividel on täiesti erinevad omadused. Väiksem objektiiv ei suuda nii tõhusalt tuld tekitada, tuleb tinderiga vaeva näha ja vastavalt sellele ei pruugi teatud oskusteta tuli üldse töötada.
Objektiiv on suur, esiteks on see juba väga kogukas (ei mahu enam kotti) ja teiseks on seda veelgi keerulisem osta või osta.

Seega plussid:

Nüüd miinused:

1. Päike, päike. Kui vähe on aastas päikeselisi päevi. Sõltuvus päikesest on luubist tule tegemisel peamine ja rasv miinus.
2. Objektiiv on plastikust, nii et tugevamal vajutamisel võib see puruneda. Samuti on lihtne kriimustada kontsentrilisi sälke. Seetõttu on parem kohandada objektiivile mingi kate, näiteks paberkaust või kilekott või -fail.
3. Objektiiv on ikka suur, tikud või tulemasin on palju väiksemad.
4. Põlemise ajal pimestab liiga ere valgus silmi, kuid mitte kriitiline. Päikeseprille võib kanda, aga mina isiklikult neid ei kasuta.

Järeldan, et sellise suurusega fresnelläätse kasutamine on soovitatav autonoomsetel reisidel, kui gaasi või tikkude varu võib lõppeda. Mida pikem on autonoomne reis, seda praktilisem on objektiivi kasutamine. Kohtades, kus päike sageli paistab, sobib Fresneli lääts suurepäraselt. Näiteks kui lähete paariks nädalaks Krimmi mägedesse.


Aitäh kõigile! Soovin teile rohkem päikeselisi päevi!

Tuli Fresneli objektiiviga video.

See on kõik. Jäta kommentaarid!

Objektiiv, mis koosneb üksteisega külgnevatest väikese paksusega kontsentrilistest rõngastest

Animatsioon

Kirjeldus

Fresneli lääts on üks esimesi (kui mitte ajalooliselt esimene) valguse difraktsioonil põhinevaid seadmeid. Vaatamata oma iidsusele ei ole see oma praktilist tähtsust kaotanud tänapäevani. Selle töö aluseks oleva füüsilise idee skeletiskeem on näidatud joonisel fig. üks.

Skeem Fresneli tsoonide konstrueerimiseks lõpmata kauge vaatluspunkti jaoks (tasapinnaline laine)

Riis. üks

Selle tegevuspõhimõtte range kaalumine nõuab kvalitatiivseks mõistmiseks üsna tülikat ja mitte päris "läbipaistvat" matemaatilist aparaati. Seetõttu olevikus Lühike kirjeldus piirdume kvalitatiivse esitlusega, mis põhineb lihtsatel geomeetrilistel “piltidel” – mis teeb toote füüsikaliste põhiprintsiipide mõistmise siiski lihtsaks. Samadel lugejatel, kes vajavad põhjalikumat kaalutlust, soovitame viidata viidatud kirjandusele.

Olgu optilise kiirguse punktallikas lainepikkusega l punktis O. Loomulikult, nagu iga punktallikas, kiirgab see sfäärilist lainet, mille lainefront on joonisel kujutatud ringina. Seadkem endale üllas eesmärk see laine kuidagi "ümber teha" tasaseks, levides mööda punktiirtelge. Selle "projitseeritud" laine mitmed lainefrondid, mis on eraldatud l/2-ga, on näidatud joonisel 1.

Alustuseks märgime järgmist. Tahame vabas ruumis olemasolevast sfäärilisest lainest "konstrueerida" tasapinnalise laine. Seetõttu võivad vastavalt Huygensi-Fresneli põhimõttele meie kavandatava laine "allikateks" olla ainult olemasoleva elektromagnetilised võnked. Me ei ole rahul nende võnkumiste faasi ruumilise jaotusega, see tähendab alglaine lainefrondiga (sfääriline). Proovime seda parandada.

Esimene toiming: pange tähele, et sekundaarsete Huygensi-Fresneli lainete (mis on sfäärilised) seisukohast ei muuda kogu lainepikkuse ruumiline nihe mis tahes suunas sekundaarsete allikate faasi. Seetõttu saame endale lubada näiteks algse laine lainefrondi "murdmist", nagu on näidatud joonisel fig. 2.

Sekundaarsete radiaatorite samaväärne faasijaotus ruumis

Riis. 2

Seega oleme algse sfäärilise lainefrondi “lahti monteerinud” “rõngaosadeks” number 1, 2... ja nii edasi. Nende rõngaste piirid, mida nimetatakse Fresneli tsoonideks, määratakse alglaine lainefrondi lõikepunktiga "projekteeritud laine" lainefrontide jadaga, mis on üksteise suhtes l/2 võrra nihutatud. Saadud pilt on juba oluliselt “lihtsam” ja kujutab endast 2 veidi “karedat” lamedat sekundaarset kiirgajat (joonis 2 roheline ja punane), mis aga suurima kahetsusega tühistavad teineteist mainitud poollaine tõttu. vastastikune nihe.

Niisiis näeme, et paaritute numbritega Fresneli tsoonid mitte ainult ei aita kaasa ülesande täitmisele, vaid isegi kahjustavad aktiivselt. Sellega toimetulemiseks on kaks võimalust.

Esimene meetod (amplituudi Fresneli lääts). Ja sulgeme need kahjulikud veidrad tsoonid geomeetriliselt läbipaistmatute rõngastega. Nii tehakse meretuletornide suuremõõtmelistes teravustamissüsteemides. Loomulikult ei saavuta see ideaalset kiire kollimatsiooni. Näeme, et ülejäänud, roheline, osa sekundaarsetest emitteritest ei ole esiteks täiesti tasane ja teiseks on see katkendlik (varasemate paaritu Fresneli tsoonide asemel on null langusega). Seetõttu kaasneb kiirguse rangelt kollimeeritud osaga (ja selle amplituud pole midagi muud kui roheliste emitterite faasi ruumilise jaotuse kahemõõtmeline nullkomponent piki nullnihkega tasapinnalist lainefrondit, vt joonis 2). lainurkmüraga (kõik muud Fourier komponendid, välja arvatud null). Seetõttu on Fresneli läätse peaaegu võimatu kasutada pildistamiseks – ainult kiirguse kollimeerimiseks. Kuid kiire kollimeeritud osa on sellest hoolimata palju võimsam kui Fresneli läätse puudumisel, kuna oleme vähemalt vabanenud veidrate Fresneli tsoonide negatiivsest panusest Fourier' nullkomponendile.

Teine meetod (faasi Fresneli lääts). Teeme nüüd paarituid Fresneli tsoone katvad rõngad läbipaistvaks, paksusega, mis vastab täiendavale faasinihkele l /2 . Sel juhul nihkub "punaste" sekundaarsete emitterite lainefront ja muutub "roheliseks", vt joonist fig. 3.

Sekundaarsete emitterite laineesine Fresneli faasiläätse taga

Riis. 3

Teisisõnu, meil õnnestus veidratest Fresneli tsoonidest algselt kahjulik panus null-Fourieri komponendile kasulikuks muuta, muutes selle märki poollaine faasinihke tõttu. Seda lähenemist kasutatakse väiksemates Fresneli läätsedes, eriti valgustusega kollimatsiooniläätsedes, mida kasutatakse tavalistes loengu "läbipaistvus" projektorites ekraanil.

Tegelikult on Fresneli faasiobjektiividel kaks versiooni. Esimene neist on tasane substraat, millel on ladestunud poollainekihid paaritute Fresneli tsoonide piirkondades (kallim variant). Teine on kolmemõõtmeline pöördeosa (või isegi polümeeri tembeldamine kunagi valmistatud maatriksile, nagu grammofoniplaat), mis on valmistatud "astmelise koonilise pjedestaalina" ja faasi sissetungi poollainepikkusega.

Seega võimaldavad Fresneli läätsed toime tulla suure põikavaga kiirte kollimatsiooniga, olles samal ajal väikese kaalu ja suhteliselt väikese valmistamise keerukusega lamedad osad. Samaväärne tuletorni klaasist objektiiv kaalub pool tonni ja maksab veidi vähem kui astronoomilise teleskoobi objektiiv. Asi on siin selles, et toote selliste mõõtkavade juures ei ole põhiraskus enam mitte läätse pinna töötlemises, vaid optiliselt piisavalt homogeense algse klaasivalu saamises. Seetõttu on Fresneli läätsed üks väheseid näiteid teaduse areng, mis leidis vahetu ja laia praktiline kasutamine(see on siis üheksateistkümnenda sajandi alguses!) Ja "pole teenistusest tagasi võetud" juba 2 sajandit.

Pöördume nüüd küsimuse juurde, mis juhtub, kui valgusallikat nihutatakse piki telge Fresneli läätse suhtes, mis oli algselt kavandatud kollimeerima allika kiirgust asendis O (joonis 1). Algset kaugust allikast läätseni (st läätse lainefrondi esialgne kõverus) lepime eelnevalt kokku, et nimetame fookuskauguseks F analoogselt tavalise läätsega, vt joonis fig. neli.

Punktallika kujutise konstrueerimine Fresneli objektiiviga

Riis. neli

Seega selleks, et Fresneli lääts jääks ka edaspidi Fresneli objektiiviks, kui allikas nihutatakse positsioonist O asendisse A, on vajalik, et sellel olevate Fresneli tsoonide piirid jääksid samaks. Ja need piirid on kaugused teljest, kus langevate ja "projitseeritud" lainete lainefrondid ristuvad. Esialgu langenud esiosa oli kõverusraadiusega F , "projitseeritud" aga lame (joon. 4 punane). Teljest kaugusel h ristuvad need frondid, seades ühe Fresneli tsooni piiri, MN=n l /2, n on tsooni number, mis algab sellelt kauguselt teljest.

Kui allikas liikus punkti A, suurenes langeva lainefrondi raadius ja sellest sai R 1 (joonisel sinine). Seega peame leiutama uue lainefrondi pinna, nii et see ristuks sinisega, mis asub teljest samal kaugusel h, andes teljel endal sama MN. Kahtlustame, et selline projitseeritud lainefrondi pind võib olla sfäär raadiusega R 2 ( roheline värv pildil). Tõestame seda.

Kaugus h on hõlpsasti arvutatav joonise punasest osast:

(1)

Siin oleme tähelepanuta jätnud lainepikkuse väikese ruudu võrreldes fookuse ruuduga, mis on täiesti analoogne tavalise valemi tuletamisel paraboolse lähendusega õhuke objektiiv. Teisest küljest tahame sinise ja rohelise lainefrondi ristumiskoha tulemusena leida n-nda Fresneli tsooni uue piiri, nimetagem seda h 1 . Lähtudes asjaolust, et vajame segmendi MN sama pikkust:

(2)

Lõpuks, nõudes h=h 1 , saame:

See võrrand on sama, mis tavaline õhukese läätse valem. Lisaks ei sisalda see Fresneli tsoonide vaadeldava piiri arvu n ja seetõttu kehtib see kõigi Fresneli tsoonide jaoks. Seega näeme, et Fresneli objektiiv ei suuda mitte ainult kiirte kollimist, vaid ka pilte luua. Tõsi, tuleb arvestada, et objektiiv on ikkagi astmeline, mitte pidev. Seetõttu halveneb selle jaotise alguses käsitletud lainefrondi kõrgemate Fourier' komponentide segunemine pildikvaliteeti märgatavalt. See tähendab, et Fresneli läätse saab kasutada kiirguse fokuseerimiseks antud punkti, kuid mitte täppiskujundamiseks mikroskoopilistes ja teleskoopseadmetes.

Viimane märkus. Kõik ülaltoodu viitas monokromaatilisele kiirgusele. Siiski saab näidata, et käsitletud rõngaste läbimõõtude hoolika valikuga on võimalik saavutada mõistlik fookuskvaliteet ka loomuliku valguse puhul. Vastav matemaatika on üsna keeruline, seega keskendume viimasele sõnalisele väitele.

Ajastus

Algusaeg (logi kuni -15 kuni -13);

eluiga (log tc 15 kuni 15);

Lagunemisaeg (log td -15 kuni -13);

Optimaalne arendusaeg (log tk vahemikus -1 kuni -1).

Diagramm:

Efekti tehnilised teostused

Efektide tehniline teostus

Efekti tehniline teostus on üsna lihtne. Punktallikast tulev sfääriline laine (lihtsalt heelium-neoonlaseri lahknev kiir pärast teravustamist 3 cm fookuskaugusega objektiiviga, punktallikaks on fookusvihu vöökoht) langeb tavaliselt klaasekraanile, eemaldatakse kaugus umbes 1-2 meetrit. Ekraanile on märgitud Fresneli tsoonide piiride ringid (sisemise läbimõõt on umbes 3 mm), paaritu tsoonid on musta tindiga üle värvitud. Sel juhul kollimeeritakse edastatav kiir ligikaudu paralleelseks.

Efekti rakendamine

Fresneli läätsi, nii faasi kui amplituudiga, kasutatakse laialdaselt suure avaga valguskiirte kollimeerimise tehnoloogias, mille puhul tavapäraste sfääriliste läätsede ja peeglite kasutamine on keeruline. Näiteid on käsitletud ülalpool sisujaotises.

Kirjandus

1. Sivukhin D.V. Füüsika üldkursus. Optika.- M.: Nauka, 1985.

2. Landsberg G.S. Optika.- M.: Nauka, 1976.

3. Füüsika. Suur entsüklopeediline sõnaraamat.- M.: Suur vene entsüklopeedia, 1999.- Lk 90, 460.

Märksõnad

• sekkumine
• difraktsioon
• fresneli tsoon
• Huygensi-Fresneli põhimõte
• fookuskaugus
• kollimatsioon
• pilt
• lainepikkus

Loodusteaduste sektsioonid: