Fresneli objektiiv on suur. Optika

Fresneli objektiiv

Paralleelse valgusvihu loomine Fresneli läätsega (asub keskel).

Fresneli objektiiv- komplekslääts. See ei koosne ühest sfääriliste või muude pindadega poleeritud klaasitükist (nagu tavalised läätsed), vaid üksteisega külgnevatest eraldiseisvatest väikese paksusega kontsentrilistest rõngastest, millel on ristlõikes eriprofiili prisma kuju. Pakkunud Augustin Fresnel.

See disain hoiab Fresneli objektiivi õhuke (ja seega kerge) isegi suurte nurkavade korral. Läätse lähedal asuvad rõngaste lõigud on ehitatud nii, et Fresneli läätse sfääriline aberratsioon on väike, läätse fookusesse paigutatud punktallikast tulevad kiired pärast rõngastes murdumist peaaegu välja. paralleelne kiir(rõngakujulistes Fresneli läätsedes).

Fresneli läätsed on ring ja vöö. Rõngad suunavad valgusvoo ühes suunas. Taljeläätsed saadavad valgust allikast igas suunas kindlas tasapinnas.

Fresneli läätse läbimõõt võib ulatuda mõnest sentimeetrist mitme meetrini.

Rakendus

Vaata ka

Märkmed

Wikimedia sihtasutus. 2010 .

Vaadake, mis on "Fresneli objektiiv" teistes sõnaraamatutes:

Fresneli objektiiv- astmeline objektiiv - [L.G. Sumenko. Inglise vene infotehnoloogia sõnaraamat. M .: GP TsNIIS, 2003.] Teemad infotehnoloogia üldiselt Sünonüümid astmeline lääts ET Fresneli objektiiv ... Tehnilise tõlkija käsiraamat

Sellel terminil on ka teisi tähendusi, vt Objektiiv (tähendused). Kaksikkumer objektiiv Lens (saksa Linse, ladina keelest ... Wikipedia

Kompleksne komposiitlääts, mida kasutatakse majakates ja signaaltuledes. Pakkunud O. J. Fresnel. See ei koosne ühest sfäärilise kujuga poleeritud klaasitükist. või muud pinnad, nagu tavalised läätsed, ja otd. kõrvuti kontsentrilised ... Füüsiline entsüklopeedia

FRESNEL- (1) sfäärilise valguslaine difraktsioon (vt), mille puhul ei saa tähelepanuta jätta langevate ja difraktsioonitud (või ainult difrakteerunud) lainete pinna kumerust. Ümmarguse läbipaistmatu ketta difraktsioonimustri keskel on alati ... ... Suur polütehniline entsüklopeedia

Sektsioonid, milleks valguslaine esiosa pind jaotatakse, et lihtsustada arvutusi laine amplituudi määramisel antud ruumipunktis. Meetod F. h. kasutatakse lainete difraktsiooniprobleemide kaalumisel vastavalt Huygensile ... ... Füüsiline entsüklopeedia

Optiline klaas, mida kasutatakse lambist tuleva valgusvoo koondamiseks kitsaks, peaaegu silindriliseks kiireks. Selleks peaks lambi helendav hõõgniit olema. paigaldatud täpselt L. fookusesse ja niidi mõõtmed võivad olla väiksemad. L. on siledad ja ...... Raudtee tehniline sõnastik

Fresneli objektiivi ja tavalise läätse ristlõige Fresneli lääts on keerukas komposiitlääts. See ei koosne ühest sfääriliste või muude pindadega poleeritud klaasitükist, nagu tavalised läätsed, vaid eraldi külgnevatest ... ... Wikipedia

Kompleksne komposiitlääts, mida kasutatakse majakates ja signaaltuledes. Pakkunud O. J. Fresnel (vt Fresnel). See ei koosne ühest sfääriliste või muude pindadega poleeritud klaasitükist, nagu tavalised läätsed, vaid üksikutest ... ... Suur Nõukogude entsüklopeedia

Plano-kumer lääts (saksa keeles Linse, ladina keelest lens lens) on tavaliselt läbipaistvast homogeensest materjalist ketas, mida piiravad kaks sfäärilist või tasast ja sfäärilist poleeritud pinda. Praegu on nn ... Wikipedia

Mitte nii kaua aega tagasi märkasin autot, mille tagaaknale oli kleebitud arusaamatu väike objektiiv, ma ei omistanud sellele mingit tähtsust, kuid see jäi mulle pähe. Siis nägin sama asja uuesti, aga mahtuniversaalil ja minu rõõmuks oma auto kõrval oleva lauaomaniku küsimusele - mis see on, vastas Fresneli objektiiv. väga soovitan, nad ütlevad, et see aitab palju. Vaatame lähemalt, mis seadmega on tegu ja miks see tõesti lihtsalt parkimisandureid asendada saab.

✔ OMADUSED

✔ PAKEND JA KOMPLEKT

Mille sees oli pappkast.

Mille tagaküljele on maalitud omadused ja skemaatiliselt kuvatud objektiivi tööpõhimõte.

Sees, et lääts ei kriibiks, pakkis müüja selle hoolikalt paberisse.

Selleks pöördume Vikipeedia poole, kus on selgelt kirjeldatud, mis on Fresneli objektiiv.
Fresneli objektiiv on keeruline komposiitobjektiiv. See on moodustatud eraldiseisvate, suhteliselt väikese paksusega kontsentriliste rõngaste kombinatsioonist, mis asuvad üksteise kõrval. Iga rõnga osa on kolmnurga kujuga, mille üks külg on kõverjooneline, ja see osa on pideva sfäärilise läätse lõigu element. Pakkunud Augustin Fresnel.

See disain tagab Fresneli objektiivi väikese paksuse (ja seega ka kaalu) isegi suure nurkava korral. Läätse lähedal asuvad rõngaste lõigud on konstrueeritud nii, et Fresneli läätse sfääriline aberratsioon on väike, läätse fookusesse paigutatud punktallikast tulevad kiired pärast rõngastes murdumist väljuvad peaaegu paralleelkiir (rõngakujulistes Fresneli läätsedes). #1 on tavaline objektiiv ja #2 on sektsiooniga Fresneli objektiiv.

See efekt on sellel fotol selgelt nähtav. Seal on väikesed "kasvud"

Objektiiv ise on akrüülist, piisavalt tugev, ma ei proovinud seda rebida, kuid see ei karda selle all olevaid volte ja mullide aktiivset hõõrdumist.

All on kiri Rearguard, üleval TOP aga, et need autos “kleebiste” ajal segadusse ei läheks.

Objektiivi mõõdud on 20cm x 25cm. Tõenäoliselt on neid rohkem, aga ma arvan, et on parim variant.

✔ TÖÖPÕHIMÕTE

Objektiivi külgedel olevad tõotused langevad samuti objektiivi fookusesse.

Objektiiv on täiesti läbipaistev ja ei sega vaadet.

✔ PAIGALDAMINE AUTOMAATSEKS

Pühkige klaasi õrnalt sees puhas.

Me hajutame kõik vistrikud lapiga.

Selline näeb välja valmis versioon.

Siin, 30-40 sentimeetri kaugusel kaitserauast, on väike auto tulekustuti. Ja siin on gopher ja te näete seda.

Nii näeb see välja tahavaatepeeglist.

✔ FRESNELLI LÄÄTSE TESTID AUTOMAATSES

Läätse saab ümber liimida peaaegu lõpmatu arv kordi, niisutame, vajutame ja ajame välja mullid.

Sõidan tunnelisse, kaamera ei edasta pilti selgelt, aga auto on hästi näha.

Ja nüüd pöörake tähelepanu, auto on peaaegu pimetsoonis ja see on objektiivis endiselt täielikult nähtav.

Mingi panoraam.

Pöörake tähelepanu sellele, kui palju "ruumi" objektiiv auto taga näitab.

"Tavria" on juba sisenemas pimedasse tsooni ja objektiivis on see endiselt täielikult kuvatud.

Teeme väikese testi, auto taha panin juba ülalolevalt fotolt tuntud väikese tulekustuti, mida pole näha, aga see võib põrkeraua lõhkuda.

Ja nii on seda objektiivis näha. Tegelikult, kui see juhtub liikumises, on see palju paremini näha, kuna objekt hakkab lihtsalt lähemale liikuma ega seisa paigal.

Siin näiteks umbes 3 meetri pealt selgitan tagaaknas, ikka ei näe, aga läbi küljepeeglite päikesevalguses on objektist selle väiksuse tõttu lihtne mööda vaadata.

No selline nägi mu õu enne objektiivi paigaldamist välja.

Ja nii avardus mu silmaring tänu temale.

Ole kaasas – videod tulevad alati kiiremini välja!

Ma ei oodanud, et sellest plastitükist nii kasulik auto saab. Pimedad nurgad kadusid peaaegu täielikult, ükski parkimisandur ei näe sammast, kuid siin on kõik suurepäraselt näha isegi 50 sentimeetri pealt. Soovitan soojalt mahtuniversaalide ja universaalide omanikele. Sobib hästi kui originaalne kingitus juht ja tema ise. Isegi naine juba kiidab ja pargib peaaegu garaažiseina lähedale, kartmata kahjustada tagumist põrkerauda. Mul on ausalt öeldes kahju, et ma seda asja paar aastat tagasi ostmata jätsin, kui sõitsin seljaga vastu betoonplokki, mis on peeglites kangekaelselt nähtamatu, kaitseraua vahetus ja värvimine ning väljalaske hind ei olnud $ 4 ...
Ja selle põhiväärtus, paigaldamise lihtsus ja varaste täielik ükskõiksus, kes üsna sageli tahavaatekaameraid välja valivad.

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 et tuletorni latern tõstetakse 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 pandi mõnikord tuletornidele kümmekond ja pool peeglit, mille iga peegli fookuses oli eraldi latern. 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 lisamisega. Sama võiks teha ka Fresneli objektiiviga, aga siis lame lääts enam ei töötaks.

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

Augustin Fresnel sisenes teaduse ja tehnoloogia ajalukku mitte ainult ja mitte niivõrd tänu oma objektiivi leiutamisele. Tema uurimustöö ja nende põhjal loodud teooria kinnitas lõpuks valguse lainelist olemust ning lahendas tolleaegse füüsika kõige olulisema probleemi - leiti põhjuse valguse sirgjooneliseks levimiseks. Fresneli tööd moodustasid kaasaegse optika aluse. Teel ennustas ja selgitas ta mitmeid paradoksaalseid optilisi nähtusi, mida on siiski lihtne kontrollida ka praegu.

Teadlaste pikaajaline vaidlus valguse olemuse üle – kas see on laineline või korpuskulaarne – sai üldjoontes lahenduse 17. sajandi lõpus, kui Christian Huygens avaldas oma traktaadi valgusest (1690). Huygens uskus, et iga ruumipunkt (tema kirjelduses - eeter), mida valguslaine läbib, muutub sekundaarsete lainete allikaks. Pind, mis neid ümbritseb, on leviv lainefront. Huygensi põhimõte lahendas valguse peegelduse ja murdumise probleemid, kuid ei suutnud seletada üldtuntud nähtust – selle sirgjoonelist levikut. Paradoksaalsel kombel oli selle põhjuseks see, et Huygens ei võtnud arvesse kõrvalekaldeid sirgusest – valguse difraktsiooni (kaasavad takistused) ja selle interferentsi (lainete lisandumine).

Selle puuduse täitis aastatel 1818–1819 Augustin Fresnel, kes oli hariduselt insener ja huvi poolest füüsik. Ta täiendas Huygensi põhimõtet sekundaarsete lainete interferentsi protsessiga (mille Huygens tutvustas puhtformaalselt, see tähendab arvutuste mugavuse huvides, ilma füüsilise sisuta). Nende lisandumise tõttu tekib tekkiva laine esiosa, reaalne pind, millel on laine märgatav intensiivsus.

Kuna kõik sekundaarlained genereeritakse samast allikast, on neil samad faasid, st nad on koherentsed. Fresnel tegi ettepaneku jagada ühest punktist O tuleva sfäärilise laine pind mõtteliselt sellise suurusega tsoonideks, et vahekauguste erinevus naabertsoonide servadest teatud valitud punktini F oleks võrdne λ/2-ga. Naabertsoonidest väljuvad kiired jõuavad punkti F antifaasis ja lisamisel nõrgendavad üksteist, kuni nad täielikult kaovad.

Tähistades tsoonist m tulnud valguslaine võnkumiste amplituudi kui Sm, on võnkeamplituudi koguväärtus punktis F

S = S0-S1+S2-S3+S4+...+Sm=S0-(S1-S2)-(S3-S4)-...-(Sm-1-Sm)

Kuna S0>S1>S2>S3>S4... sulgudes olevad avaldised on positiivsed ja S on väiksem kui S0. Aga kui palju vähem? Ameerika füüsiku Robert Woodi poolt läbiviidud vahelduvate seeriate summa arvutused näitavad, et S=S0/2±Sm/2. Ja kuna kaugtsooni panus on äärmiselt väike, vähendab kaugtsoonide valguse intensiivsus, mis toimib antifaasis, kesktsooni mõju poole võrra.
Seega, kui kesktsoon on kaetud väikese kettaga, siis valgustus varju keskel ei muutu: difraktsiooni tõttu satub sinna valgus järgmistest tsoonidest. Suurendades ketta suurust ja järjestikku kattes järgmisi tsoone, võib olla kindel, et varju keskele jääb hele laik. Seda tõestas teoreetiliselt 1818. aastal Simeon Denis Poisson ja pidas tõendiks Fresneli teooria ekslikkust. Domenic Arago ja Fresneli tehtud katsed leidsid aga koha. Sellest ajast alates on seda kutsutud Poissoni kohaks.

Katse õnnestumiseks on vajalik, et ketta servad langeksid täpselt kokku tsoonide piiridega. Seetõttu kasutatakse praktikas klaasile liimitud laagri miniatuurset kuuli.

Veel üks valguse laineomaduste paradoks. Paneme kiire teele väikese auguga ekraani. Kui selle suurus on võrdne Fresneli kesktsooni läbimõõduga, on ekraani taga olev valgustus suurem kui ilma selleta. Aga kui augu suurus katab ka teise tsooni, tuleb sealt tulev valgus antifaasis ja kui lisada kesktsooni valgusele, siis lained üksteist kustutavad. Suurendades augu läbimõõtu, saate selle taga oleva valgustuse nullini vähendada!

Seega on kogu sfäärilise laine koguamplituud väiksem kui ühe kesktsooni loodud amplituud. Ja kuna kesktsooni pindala on alla 1 mm2, selgub, et valgusvoog tuleb väga kitsa kiirena, see tähendab sirgjooneliselt. Nii selgitas Fresneli teooria valguse sirgjoonelise levimise seadust laine vaatenurgast.

Hea näide Fresneli meetodi kohta on kogemus tema tsooniplaadiga, mis töötab nagu koonduv lääts.

Joonistage suurele paberilehele rida kontsentrilisi ringe, mille raadiused on võrdelised arvude ruutjuurtega looduslik seeria(1, 2, 3, 4...). Sel juhul on kõigi saadud rõngaste pindalad võrdsed keskringi pindalaga. Täitke rõngad tindiga läbi ühe ja pole vahet, kas jätta kesktsooni valgust välja või muuta see mustaks. Saadud must-valge rõngastruktuur pildistatakse suure vähendamisega. Negatiivsel küljel saate Fresneli tsooni plaadi. Selle kesktsooni läbimõõt määratakse valemiga D=0,95√λF, kus λ on valguse lainepikkus, F on läätseplaadi fookuskaugus. Kui λ = 0,64 µm (punane tuli) ja F = 1 m, D ≈ 0,8 mm. Kui sellise plaadi keskne tsoon on suunatud eredale lambipirnile, hakkab kogu see helendama nagu koonduv lääts. Nõrgast läätsest valmistatud okulaariga kombineerides saate teleskoobi, mis annab lambipirni hõõgniidist terava pildi. Ja kahest tsooniplaadist saab Galileo skeemi järgi ehitada teleskoobi (objektiiv on suure fookuskaugusega plaat, okulaar väikesega). See annab otsese pildi, nagu teatri binokkel.

Kõigest ülaltoodust selgub, kuidas väike auk võib läätse rolli mängida, mida nimetatakse stenopiks või nööpauguks. See vastab Fresneli faasiplaadi kesksele tsoonile. Seetõttu pole stenoobil aberratsioone, välja arvatud kromaatilised aberratsioonid, sest kiired läbivad seda moonutusteta.

Tsooniplaati läbinud valguslaine annab tulemuseks amplituudi S=S0+S2+S4+... - vabalainest kaks korda suurema: tsooniplaat töötab koonduva läätsena. Veelgi suurem efekt saavutatakse, kui paarisalade valgust ei viivitata, vaid selle faas on vastupidine. Sel juhul suureneb valguse intensiivsus neli korda.

Sellise plaadi valmistas Robert Wood 1898. aastal, kattes klaasi lakikihiga ja eemaldades selle paaritutest tsoonidest, nii et kiirte teekonna erinevus neis oli λ / 2. Ta asetas lakitud klaasplaadi pöörlevale lauale. Lõikur - need toimisid grammofonõelana - lõikas ära lakikihid, välimiste tsoonide jaoks piisas ühest nõela läbimisest ja sisemistel liikus nõel kitsas spiraalis, eemaldades järjest mitu ühinevat soont. . Tsoonide läbimõõtu ja nende laiust kontrolliti mikroskoobi all.

Huvitav oleks proovida plaadimängija abil sellist plaati teha.

Lõpetuseks veel üks laineoptika paradoks. Nagu juba mainitud, pole vahet, kas kesktsoon on läbipaistev või mitte. See tähendab, et stenop (või pinhole) läätse rolli saab täita mitte ainult väike auk, vaid ka tilluke kuul, mille läbimõõt on võrdne Fresneli kesktsooni suurusega.

Sergei Trankovski.
Ajakiri "Teadus ja elu", nr 5-2009.

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 et tuletorni latern tõstetakse 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 kutsunud komisjon tegi õige valiku: 1819. aastal pakkus ta välja liitläätse, millel puudusid kõik tavaobjektiivile 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 sellel 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.

FRESNELI LÄÄTS

Eelmises jaotises otsustasime, et meie LCD-paneeli valgustamiseks on vaja Fresneli objektiivi või "Fresneli". Objektiiv on oma nime saanud selle leiutaja, prantsuse füüsiku Augustin Jean Fresneli järgi. Algselt kasutatud tuletornides. Fresneli peamine omadus on see, et see on kerge, tasane ja õhuke, kuid samas on tal kõik tavaobjektiivi omadused. Fresnel koosneb kontsentrilistest kolmnurksetest soontest. Soonte samm on võrreldav nende profiili kõrgusega. Seega selgub, et iga soon on justkui tavalise objektiivi osa.

Tuleb märkida, et projektor kasutab ühe fresneli asemel paari. Kui satute grafoprojektorist fresnelile, pöörake tähelepanu sellele, et see oleks mõlemalt poolt sile, s.t. tegelikult koosneb see kahest fresnellist, mis on vastamisi sooniliste pindadega ja liimitud piki perimeetrit.

Miks kasutada kahte fresneli ja kas saate ühega hakkama?

Vaata diagrammi ja kõik saab selgeks.

Kui kasutatakse ainult ühte fresnellit, peab lamp olema ligikaudu topeltfookusega. Lambi kiired koonduvad samuti ligikaudu kahekordse fookuse korral. Saadaolevate fresnelide minimaalne fookuskaugus on 220 mm. See tähendab, et konstruktsiooni tuleb oluliselt pikendada. Kuid kõige olulisem on see, et sellisel kaugusel lambist fresnelini osutub lambi efektiivne ruuminurk väga väikeseks.

Kahe fresneli kasutamisel saab mõlemad puudused kõrvaldada. Valgusallikas asub vasaku fresneli fookuskaugusest veidi lähemal ja moodustab "kujuteldava" allika, mis on üle kahekordse parema fresneli fookuskauguse. Pärast parema fresneli möödumist koonduvad kiired fookuse ja topeltfookuse vahel.

Pöördume tagasi meie eelmise jaotise optilise skeemi juurde (me mõtleme, et meil on kaks fresneli, kuigi üks on joonistatud):

Mäletate, ma ütlesin, et see skeem on lihtsustatud? Kui kõik oleks nagu joonistatud, poleks meil objektiivi vaja. Iga valgusallika kiir läbiks ühe Fresneli punkti, seejärel läbi ühe maatriksi punkti ja lendaks edasi, kuni see tabab ekraani ja moodustab sellel soovitud värvi punkti. Punktallika ja ideaalse maatriksi puhul oleks see tõsi. Nüüd lisage realism - mittepunktallikas.

Arvestades seda, et valgusallikana kasutame lampi, s.o. üsna kindlate ja piiratud mõõtmetega helendav keha, kiirte läbimise tegelik skeem näeb välja järgmine:

Ehituse 1. etapp - vasak fresnel moodustab lambi elektrikaare "virtuaalse pildi". Meil on seda vaja selleks, et õigesti konstrueerida kiirte kulgu läbi õige fresneli.

2. ehitusetapp - unustame vasaku läätse olemasolu ja ehitame parempoolse läätse jaoks kiirte tee, nagu oleks "kujuteldav" pilt reaalne.

3. etapp - me viskame kõik mittevajalikud ja ühendame kaks skeemi.

Lihtne on arvata, et läätse tuleb paigaldada just kohas, kus tekib lambikaare kujutis. Kaare kujutis kannab sel juhul teavet maatriksi iga piksli värvi kohta, mida valgus läbis (joonisel pole näidatud).

Milline peaks olema fresnelide fookuskaugus?

Lambi poole jääv fresnel on suurema kattenurga jaoks võetud võimalikult lühikeseks. Teise fresneli fookuskaugus peaks olema 10-50% suurem kui objektiivi fookuskaugus (1-2 cm kaugus fresnelist maatriksini, maatriks ise on objektiivi fookuse ja topeltfookuse vahel, olenevalt kaugus objektiivist ekraanini). Tegelikult on 2 fookuskaugusega fresnelid turul kõige levinumad: 220 mm ja 330 mm.

Fresnellite fookuskaugust valides tuleb tähelepanu pöörata asjaolule, et erinevalt tavalistest objektiividest on fresnellid valguse langemisnurga suhtes kapriissed. Lubage mul selgitada kahe diagrammiga:

Kapriis seisneb selles, et fresneli gofreeritud pinnale langevad kiired peavad olema optilise teljega paralleelsed (või neil peab olema sellest minimaalne kõrvalekalle). Vastasel juhul "lendavad need kiired kuhugi minema". Vasakpoolsel diagrammil asub valgusallikas ligikaudu vasaku läätse fookuses, nii et läätsede vahelised kiired kulgevad peaaegu paralleelselt optilise teljega ja lõpuks koonduvad ligikaudu teise läätse fookusesse. Parempoolsel diagrammil asub valgusallikas palju lähemal kui fookuskaugus, mistõttu osa kiirtest langeb parempoolse objektiivi mittetöötavatele pindadele. See efekt on seda suurem, mida suurem on kaugus fookusest allikani ja seda suurem on objektiivi läbimõõt.

1. Objektiivid tuleks asetada nii, et soonikud on vastamisi, mitte vastupidi.

2. Soovitav on asetada valgusallikas esimese läätse fookusele võimalikult lähedale ja selle tulemusena:

3. Valgusallika liigutamise võimalused, et reguleerida valgusvihu koondumispunkti objektiivi, on piiratud vaid mõne sentimeetriga, muidu kaob servadest pildi heledus ja tekib muaare.

Mis suurus peaks fresnelid olema?

Mis materjalist peaksid fresnelid olema?

Kõige enam on hetkel saadaval optilisest akrüülist (ehk pleksiklaasist) valmistatud fresnellid. Neil on suurepärane läbipaistvus ja need on kergelt elastsed. Meie jaoks sellest piisab, arvestades, et fresnelide kvaliteet EI MÕJUTA ABSOLUUTSELT pildi teravust ja geomeetriat (ainult heledust).

Kuidas fresnelidega toime tulla?

1. Ärge jätke sõrmejälgi fresneli soonelisele küljele. Peske käed põhjalikult seebi ja veega enne mis tahes toimingut fresnelidega. Kõige parem on fresnellid pakendada toote pakendamiseks mõeldud kilega alates ostuhetkest kuni katsete lõpuni.

2. Kui ribilisele küljele ilmuvad prindid, ÄRGE proovige neid kustutada. Ükski pesuvahend (sh ammoniaagipõhised aknapesuvahendid) ei aita, sest. ei tungi piisavalt sügavale. Sel juhul on soonte välisservad veidi ümarad ja pühkides kasutatava salvrätiku / vati osakesed on soonte vahele ummistunud. Selle tulemusena hakkab fresnel kiiri hajutama. Parem lahkuda trükistega. Võite pühkida sileda poole, kuid ainult selles veendudes pesuaine ei kuku soonega küljele.

3. Jälgige temperatuuri režiimi. Ärge laske fresnelidel kuumeneda üle 70 kraadi. 90 kraadi juures hakkavad läätsed hõljuma ja valgusvihk kaotab oma kuju. Mina isiklikult rikkusin selle tõttu ühe objektiivikomplekti ära. Temperatuuri kontrollimiseks kasutage termopaari testerit. Müüakse igas raadiopoes.

LÄÄS

Mis on objektiiv ja miks seda vaja on, arvan, et saate aru. Kõige tähtsam on see õigesti valida ja pärast valimist leida, kust osta :) Valimiseks peame teadma 4 peamist omadust:

Objektiivide arv

Põhimõtteliselt võib objektiivina toimida ka üks objektiiv, näiteks luup. Kuid mida kaugemal pildi keskpunktist, seda halvem on selle kvaliteet. Ilmuvad sfäärilised moonutused (abberatsioonid), kromaatilised aberratsioonid (erineva lainepikkusega kiirte erineva murdumisnurga tõttu valge täpp, näiteks muutub vikerkaaretükiks), teravuse kaotus. Seetõttu kasutatakse maksimaalse pildikvaliteedi saavutamiseks kolme või enama objektiiviga akromaatilisi objektiive. Neid kasutati epidiaskoobides, vanades kaamerates, aerofotograafia seadmetes jne. Grafoprojektorid kasutavad ka kolme objektiiviga objektiive, kuid need projektorimudelid on kallimad kui ühe objektiiviga mudelid.

Fookuskaugus

Sõltub objektiivi fookuskaugusest, millisele kaugusele algsest objektist (maatriksist) on vaja see positsioneerida ja millise suurusega pildi ekraanile saad. Mida suurem on fookuskaugus, seda väiksem on ekraani suurus, mida ekraanist kaugemale saab projektori paigutada, seda pikem on projektori korpus. Ja vastupidi.

Nägemisnurk

Näitab, kui suure originaalkujutise suudab objektiiv jäädvustada, säilitades samal ajal vastuvõetava heleduse, teravuse (eraldusvõime) jne. "Vastuvõetav" on lahtine mõiste. Kui passis on aeroobjektiivi vaatenurgaks märgitud näiteks 30 kraadi, võib see tähendada, et see katab reaalselt 50 kraadi, aga teravus servades ei sobi enam aeropildistamiseks, vaid meie projektorile. , kus kõrget eraldusvõimet pole vaja, on see üsna sobiv .

Ava ja suhteline ava

Suhteline ava, kui lihtsustada - objektiivi läbimõõdu ja selle fookuskauguse suhe. Seda näidatakse murdarvuna, näiteks 1:5,6, kus 5,6 on "ava number". Kui meil on objektiiv, mille objektiivi sisediameeter on 60 mm ja fookuskaugus 320 mm, on selle ava suhe 1:5,3. Mida suurem on suhteline ava (väiksem f-arv), seda suurem on objektiivi ava suhe – võime edastada objekti heledust – ja seda halvem on tavaliselt teravus/eraldusvõime.

Milline peaks olema ava suhe?

Suhtelise ava saab leida teades läätsede läbimõõtu ja fookuskaugust. Meie optilise skeemi kohta võime öelda, et objektiivide läätsede läbimõõt ei tohi olla väiksem kui fresnellite moodustatud lambikaare kujutise suurus. Vastasel juhul läheb osa lambi valgusest kaduma.

Siin on aeg teha veel üks täpsustus meie optilises skeemis.

Ilmselgelt hajutab maatriks seda läbivad kiired laiali. Need. iga maatriksit tabav kiir väljub sellest juba erineva nurkhälbega kiirte kiirena. Selle tulemusena osutub lambi kaare kujutis läätse tasapinnal "häguseks", suureneb, kuid kannab jätkuvalt teavet maatriksi pikslite värvide kohta.

Meie ülesanne on koguda see "kaare udune pilt" objektiiviga täielikult kokku.

Siit järeldus: objektiivi suhteline ava peaks olema selline, et koguda lambi kujutist, kuid mitte rohkem.

Milline peaks olema fookuskaugus ja vaatenurk?

Need parameetrid määratakse algkujutise (maatriksi) suuruse, objektiivi ja ekraani vahelise kauguse ning soovitud pildi suuruse järgi ekraanil.

Objektiiv F=L*(d/(d+D)), kus

L-kaugus ekraanist

maatriksi d-diagonaal

D-diagonaaliga ekraan

Siin on kalkulaator arvutuste tegemiseks (rebitud saidilt www.opsci.com, veidi kohandatud ja tõlgitud arusaadavasse keelde)