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關于菲涅爾透鏡知識點

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關于菲涅爾透鏡知識點

發布日期:2019-08-06 作者: 點擊:

菲涅爾透鏡

  菲涅爾透鏡,又稱螺紋透鏡。菲涅爾透鏡一般是由一系列同心棱形槽構成的,每隔環節都相當于一個獨立的折射面。菲涅爾透鏡的棱形槽除了按照同心圓排列外,還可以按照平行直線排列。平行直線排列棱形槽的菲涅爾透鏡可以用做線太陽能聚光器。

  菲涅爾透鏡的棱形槽一般為每毫米2~8個槽。隨著現代模壓塑料工藝的發展,可以模壓出很細溝槽的階梯透鏡,溝槽的頻率高達每毫米約20個槽,這超過人眼在明視距離的分辨率,完全有可能同分辨率接近衍射極限的透鏡相媲美。

  最簡單的菲涅爾透鏡是基面為平面的平面形透鏡。他的結構簡單,加工方便,還有基面為曲面的彎月形透鏡。他的自由度更高,有利于消像差。菲涅爾透鏡分為折射式和反射式兩種。

  菲涅爾透鏡設計主要是確定每個環節的齒形,它的每個環節相當于厚透鏡的一個環節。各環帶所構成的透鏡焦距不等,但能夠保證焦點都位于同一點,即達到消球差的目的。其效果相當于一個厚透鏡,但是又比厚透鏡大大減小。

  各環帶齒形主要取決于各面的面形角a,只要找出各個工作面的法線傾角S即可,由圖17.28可見a和s是相等的。圖中給出了菲涅爾透鏡的一個齒形截面,設透鏡材料的折射率為n,外界折射率為n’,a稱為工作側面角,b稱為干擾側面角。

  采用等光程條件推導,可以得到

  

微透鏡陣


  由上式可求得a, a稱為工作側面角,有多少環帶便可以計算出多少個s角,顯然各環帶的面形角是不相等的。

  當干擾側面角b<90度時,齒形的干擾側面可不同程度地減小干擾作用,而且加工比較方便,便于大量生產。b>90度,齒形的干擾側面一般不能減小干擾作用,而且不能模壓,只能切削加工,不適用于大量生產。b=90度,齒高超過環帶螺距時,其齒尖容易變形。光線通過變形后的工作側面,形成干擾光線,對像質不利。為了避免這種情況,一般做成b<90度的齒形。

  菲涅爾透鏡的相對孔徑越大,作為聚光鏡的包角越大,光能利用越充分,但過分增大孔徑或縮短焦距,會導致透鏡邊緣出射光線發生全反射現象,所以材料的全反射臨界角的大小限制了菲涅爾透鏡所能獲得的最大偏角G.


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