Лабораторная работа №1. Изучение методики расчета линзы Френеля. Линзы френеля расчет


Френеля линзы - Справочник химика 21

    Рефрактометр Френеля. Действие данного детектора основано на законе Френеля, который гласит, что количество света, отраженного от поверхности раздела двух веществ (жидкости и стекла), пропорционально разности показателей преломления этих веществ и углу падения света на поверхность раздела. Для получения максимальной чувствительности угол отражения должен быть близок к критическому. Основой конструкции рефрактометра Френеля (рис. 8.13) является стеклянная призма 7 с углом при вершине 90°, основание которой является верхней стенкой кювет. Измерительная и сравнительная щелевидные кюветы образованы отверстиями специальной формы в тонкой прокладке из фторопласта, зажатой между основанием призмы 1 и зеркальной пластиной из нержавеющей стали 2 (нижняя стенка кювет), которая одновременно является теплообменником. Проектор 3 вырабатывает два параллельных пучка света, которые сфокусированы на поверхности раздела стекла и жидкости в рабочей и сравнительной кюветах 4. Световой поток в кюветах проходит через тонкий слой жидкости и отражается от пластины 2. Отраженный свет фокусируется линзами 5 на измерительное и сравнительное фотосопротивления 6. Разностный сигнал усиливается электронным усилителем. [c.154]
Рис. 3.1 . Линза Френеля илн зонная пластинка для ввода ультразвука из пластмассы в воду
    Стекло сигнальное Линзы Френеля Линзы сборные маячные Линзы бакенов Линзы для прожекторных мачтовых светофоров железнодорожного транспорта [c.508]

    Конечно, плоскость объекта, сопряженная с плоскостью фотопленки, не находится в бесконечности, хотя и расположена очень далеко за плоскостью щели (телескопический пучок лучей от вогнутого зеркала). Поэтому точки щели , проектируемые через однородную среду рабочей части, фокусируются нечетко и увеличиваются вследствие дифракционного смещения (дифракция Фраунгофера—Френеля). В области, где пограничный слой действует как шлирная линза с переменным положительным фокусным расстоянием, зависящим от градиента показателя преломления, возникает дисторсия сопряженной плоскости объекта. Эта плоскость расположена ближе к плоскости щели . [c.63]

    В ультразвуковой технике линзы применяются в системах для получения изображения и для фокусировки звуковых полей. Сюда относятся также известные в оптике зональные пластинки или линзы Френеля (рис. 3.11). Их преимущество заключается в том, что они тоньше обычных сферических или цилиндрических линз. Впрочем, они оптимальны только для одной длины волны, т. к. разница в фазе между зонами и расстояния между зонами пригодны лишь для некоторых определенных длин волн. Кроме того, импульс должен быть длинным, чтобы получить интерференцию при сдвиге фаз иногда довольно большого числа длин волн [278, 1498, 1499, 732] материалы для линз рассмотрены в работе [587]. [c.72]

    Среди перспективных разработок отметим дифракционные и голографические оптические системы (фоку-саторы), позволяющие фокусировать излучение в пятно произвольной формы (линия, точка, крест, кольцо и пр.), обладающие повышенной светосилой (до 1 0,5) линзы Френеля и асферические элементы (параболоида,] и т.д.), [c.490]

    Экраны проекторов просветного типа должны иметь высокую разрешающую способность (до 50 мм ) и обладать хорошими светорассеивающими свойствами для получения возможно более равномерного пространственного распределения яркости. В качестве материалов для экранов применяют матовые стекла, тонкие матированные лавсановые пленки или специальные экраны с многослойными прозрачными покрытиями из мелкодисперсных красителей, а также линзы Френеля с тонкой растровой структурой. Хорошими свойствами обладают экраны из тонкого слоя воска на стекле, однако они сложны в изготовлении. [c.491]

    Разработан ряд высокоразрешающих проекционных стереосистем. Выпускается стереопроектор, в котором для сепарации изображений стереопар использован растровый экран на основе линзы Френеля. Прибор предназначен для контроля в часовой и электронной промышленности. Создан стереопроектор, в котором сепарация стереопар осуществляется с помощью вращающегося растрового экрана. [c.504]

    Исследованиями установлено, что термическая эффективность прямого разложения воды солнечной энергией возрастает с 0,57 при 1000 К и 0,1 МПа до 0,95 при 4000 К и 1,0 МПа. Применение концентраторов энергии с линзами Френеля позволяет передавать солнечную энергию на приемник, отстоящий на 40 м, с эффективностью более 80 % и получать при этом плотность энергии на уровне 10 кВт/см . [c.332]

    Производство линз Френеля Рабочие [c.248]

    ПРК-2 375 Плоская линза Френеля диаметром 250 мм из оптического стекла 1,8 [c.72]

    Широкое применение находит линза Френеля, выполненная из полимерных материалов. Линза Френеля представляет собой концентрическую систему колец различного профиля (рис. 46). Она практически свободна от сферических аберраций и отличается большим углом охвата по сравнению с обычной сферической оптикой. Раньше линзы Френеля получали из стекла только прессованием, и качество поверхности при этом оказывалось очень низким. Соответственно применялись они почти исключительно в прожекторах (для которых и были первоначально предложены Френелем). Изготовление линз из пластмасс значительно расширило область их применения. Они стали использоваться в проекторах, диапроекторах, в осветителях приборов для измерения фотоупругости и в других конденсорных устройствах, дающих равномерное освещение больших поверхностей. Кроме того, линзы Френеля применяются в видоискателях фотоаппаратов. [c.97]

    Второй тип контраста — амплитудный контраст определяется степенью взаимодействия различных участков образца с проходящими электронами. Амплитудный контраст в просвечивающей электронной микроскопии щироко используют при исследовании различных элементов внутренней структуры твердофазных материалов достигаемое при этом разрещение заметно меньше, чем при фазовом контрасте, и составляет около 1 нм. Взаимодействие электронов с веществом обусловлено различиями как в элементном составе разных участков облучаемой области (это позволяет исследовать размеры и форму составляющих образец наночастиц, включения другой фазы в наблюдаемые частицы или вариации элементного состава без образования вторых фаз), так и в ориентации кристаллических фрагментов относительно направления падающего электронного пучка. Это позволяет изучать малоугловые границы внутри зерен (контрастируя их изменением ориентации образца), а также различать механически напряженные участки частиц, что в свою очередь позволяет непосредственно наблюдать (по окружающей их области искаженной структуры) протяженные дефекты кристаллического строения вещества, такие как дислокации или дефекты упаковки. Контраст на электронномикроскопическом изображении также может быть связан с интерференционными эффектами, например, с широкими полосами равной толщины на клиновидных краях зерен образца или полосами Френеля по границам зерен. Амплитудный контраст (как и фазовый) существенно зависит от положения фокуса объективной линзы, при точном фокусе он минимален, а при удалении от этого положения наблюдается контрастирование изображения с [c.247]

    Радикальная полимеризация легко инициируется действием света в присутствии различных инициаторов, одним из наиболее удобных и доступных является азоизобутиронитрил. Инициирование светом позволяет проводить полимеризацию при более низких температурах и легко регулировать скорость реакции. Это позволяет получать материалы с точно заданными характеристиками. По экономическим соображениям фотополимеризация в производстве пластических масс широкого применения пе находит, а используется только для отверждения лаков и получения оптически однородных изделий (дешевые линзы, линзы Френеля и т. п.), а также в фотолитографии для получения печатных форм. [c.348]

    Солнцем и концентратор солнечной энергии (линзы Френеля). Электролизер фильтрпрессного типа. Электронное согласующее устройство 1982 0,004 6-7 70 4-5 Электролизер с твердым полимер- [81] 0,1 ным электролитом [c.83]

    Л е й т ц - МЛ 6 — стационарный микроскоп отраженного спета с бол1.шим полем зрения для исследования ровных и полированных аншлифов в светлом поле, в темном поле, при фазовом и интерференционном контрасте и в поляризованном свете. Имеет микротвердомер. Снабжен системой автоматического микрофотографирования. Имеет проекционное устройство с линзой Френеля и матовым стеклом, диаметр изображения 34 см. [c.111]

    Оптические системы для фокусировки, модуляции и сканирования ИК излучения, их хараетеристики. Расчет увеличения и облученности в плоскости изображения. Линзовые объективы и материалы для их изготовления. Линзы Френеля. Оптическая передаточная функция. Реакции оптической системы на точечный, линейный и по-лубесконечный источники излучения, их взаимосвязь. [c.377]

    Если намеренно изменять различия во времени пробега (длине пути прохождения) в отдельных зонах, то можно изменять звуковое поле, например фокусировать его. Для этого нужно только уменьшить разницу между крайней и средними зонами, например если сделать излучающую поверхность вогнутой. Данный способ используется в частности также и в линзе Френеля (рис. 3.11 [1498, 1499]). Фокусировку можно также получить, устранив излучение отдельных зон (зонная пластина, см. рис. 4,36, г [1279]). И, наконец, можно разбить весь излучатель на отдельные элементы. Если подвести к ним возбуждаюш,ее напряжение с различным запаздыванием, то звуковое поле тоже можно будет намеренно изменять (раздел 10.4.1, групповой излучатель с фазовым управлением). [c.85]

    Френеля оптические системы, явления Бизеркала, линзы, дифракция сферич. световой волны на неровностях, ф-лы и ур-ия, хар-риз. оптич. св-ва отраженной и преломленной световых волн. Названы по им. О.Ж. Френеля (см. Френель). [c.231]

    Если теперь рассмотрим точку Р, лежащую на оси пучка перед экраном на таком же расстоянии от него, что и точка Р, то увидим, что для нее зоны Френеля будут те же, что и для точки Р, и поэтому при экранировании зон Френеля через одну в точке Р образуется дифракционный максимум первого порядка. Слабые максимумы более высоких положительных и отрицательных порядков образуются в пространстве позади и впереди экрана. Таким образом, зонлая пластинка действует как собирающая линза с фокусом в точке Р и одновременно как рассеивающая линза с фокусом в точке Р. Если теперь на место экрана поставить фотопластинку, и направить на нее два пучка когерентных лучей (параллельных оси и расходящихся из точки Р ), то в тех точках пластинки, где разность хода пересекающихся лучей будет равна целому числу длин волн, образуется система светлых концентрических колец, [c.356]

    Во второй половине XVII в. Исааку Ньютону удалось при помощи стеклянной призмы (рис. 3.14) разложить тонкий пучок солнечного света на составляющие цвета фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый и красный. Воспользовавшись второй призмой, он смог снова соединить полный спектр в пучок белого света, но если исключался один из цветов, то уже никакие операции не могли ничего изменить и привести к получению белого света. Ньютон изучал также цвета мыльных пузырей и линз с крайне небольшой выпуклостью, соприкасающихся с плоской поверхностью стекла (ньютоновские кольца). Ньютон считал, что эти цвета (интерференционные цвета) можно объяснить волновой теорией света, однако, по его мнению, наблюдаемое прямолинейное распространение света проще всего было бы объяснить, исходя из предположения о корпус-кулярности света, т. е. на основании предположения, что свет состоит из отдельных частиц (корпускул). Он пытался, но безуспешно, объяснить явление интерференции, приписывая соответствующие свойства такого рода частицам. Другие исследователи, в их числе Христиан Гюйгенс (1629-1695), Огюстен Жан Френель (1788-1827) и Томас Янг (1773-1829) довольно убедительно обосновали волновую природу света. Джеймс Клерк Максвелл в 1873 г. на основании своих уравнений электромагнитного поля сделал вывод, согласно которому электромагнитные волны, обладающие свойством света, могут возникать в результате маятникового [c.60]

    Телескопы-рефлекторы Ньютона и Кассегрейна составляют основу современных оптических приемных устройств (рис. 6.4). Смещенная система Ньютона приведеиа на рис. 6.3. Растущая популярность системы Кассегрейна объясняется тем, что в ней объединены достоинства компактной конструкции и большого фокусного расстояния. Телескопы на основе больших пластиковых линз Френеля имеют некоторые преимущества, связанные с их стоимостью, весом и габаритами [81], и поэтому они представляют особый интерес при разработке эксплуатационных бортовых лазоров. Размеры апертуры приемной аппаратуры зависят в основном от используемого метода и спектрального диапазона. Если наблюдения проводят методом комбинацион- [c.335]

    Потери света в пучке волокон через их боковую поверхность уменьшают контраст и разрешение переданного изображения. Если свет распространяется вдоль волокна параллельно его оси, то значительная часть света проходит по промежуткам между волокнами пучка. При круглом поперечном сечении волокон этот свет проводится в промежутках в основном вследствие отражений Френеля и частично благодаря преломлению из соседних волокон. В деформированных волокнах наблюдаются световые потери через плоские участки граней волокна, и этот свет может попадать в соседние волокна и передаваться по ним путем полного внутреннего отражения. На рис. 4 показано влияние этих потерь на качество изображения, передаваемого пластиной (толщина б мм, площадь 20X70 мм ), полученной спеканием пучка оптических волокон диаметром 50 мкм и Лм = 0,58. Изображение щели шириной 200 мкм при помощи системы линз //10 проецировалось на такую пластину (рис. 4,а) контактная фотография у противоположной поверхности показала изображение щели (рис. 4, б), ширина которой составляла приблизительно 350 мкм, что вполне соответствовало ожидаемой ширине щели в 300 мкм при плотной укладке волокон. Однако при передаче изображения щели на излучатель Ламберта, нанесенный на одну поверхность пластины, и при контактном фотографировании щели у другой поверхности наблюдается увеличение ширины изображения щели (рис. 4, в) до 1,25 мм. Более точной характеристикой качества изображения, передаваемого волоконным элементом, является его частотно-контрастная характеристика Она была получена экспериментально при передаче изображения периодической синусоидальной решетки (рис. 5). [c.124]

    Значительно более технологичен метод прессования. Он применяется в основном при изготовлении больших плоских изделий 1113, 114] типа растров, линз Френеля (см. гл. ГУ. 1), а также обычных линз размером более 1(Ю мм [62]. Детали в этом случае формуют закрытых металлических формах с точно рассчитанным объемом при сравнительно низких температурах. Заготовку детали вырезают из листового материала, объем ее должен возможно точнее соответ-етвовать объему готовой детали. Перед помещением в форму заготовку следует тщательно очистить от ворсинок и пыли, а также снять с заготовки статическое электричество, например помощью [c.80]

    Для увеличения КПД солнечных батарей применяют концентраторы солнечной энергии и используют полупроводники на основе галлия, германия, кадмия и других элементов. Так, в США (корпорация Боинг ) созданы фотоэлектрические модули с линзами Френеля на СаАз/ОаЗЬ с КПД около 30 %. [c.309]

chem21.info

Лабораторная работа №1. Изучение методики расчета линзы Френеля

Цель работы : Изучение устройства линзы Френеля и методики ее расчета.

Необходимые теоретические сведения

Линзы Френеля – это оптические элементы, имеющие ступенчатую поверхность. Они широко используются в датчиках, где не требуется высокого качества фокусировки: в световых конденсорах, увеличителях и устройствах фокусировки детекторов присутствия. Линзы Френеля изготавливаются из стекла, акрила (для видимого и ближнего ИК диапазона) и полиэтилена (для дальнего ИК диапазона). История линз Френеля началась в 1748 году, когда граф Буффо предложил вытачивать внутри стеклянных линз концентрические круглые ступеньки. Это позволило уменьшить толщину линз и снизить потери энергии. Однако в таких линзах преломление света происходит только на поверхности, поскольку внутри них лучи проходят строго по прямым линиям. Идея графа Буффо была модифицирована в 1822 году Августином Френелем (1788-1827), сконструировавшим линзы, кривизна различных колец которых зависит от расстояния до центра, в связи с чем, в таких устройствах практически отсутствует сферическая аберрация (сферическая аберрация — недостаток оптического изображения, заключающийся в том, что световые лучи, прошедшие вблизи оптической оси и лучи, прошедшие через отдалённые от оси части оптической системы (например, линзы), не собираются в одну точку).

На рис. 1 проиллюстрирована концепция линз Френеля на примере плосковыпуклых линз, разрезанных на несколько концентрических колец. После разрезки все кольца остаются линзами, направляющими падающие лучи в точку общего фокуса, положение которого определяется уравнением (для тонкой линзы, радиус кривизны которой намного больше толщины линзы):

,

где f – фокусное расстояние; r1 и r2 – радиусы кривизны линзы.

При изменении кривизны поверхности меняется угол преломления лучей. Части колец, показанные на рисунке буквами «х», не вносят никакого вклада в фокусирование лучей. При удалении этих секций (рис. 1,б) фокусирующие свойства линзы останутся прежними. Если теперь оставшиеся кольца сместить относительно друг друга до образования плоской поверхности (рис. 1,в), получится линза Френеля, фокусирующие свойства которой будут почти такие же, как у исходной плосковыпуклой линзы. Все концентрические элементы линз Френеля направляют падающие световые лучи в общую точку фокуса.

а) б) в)
Рис. 1. Концепция линз Френеля

Линзы Френеля обладают рядом достоинств по сравнению с обычными линзами: небольшим весом, малой толщиной, способностью менять кривизну (справедливо для пластиковых линз), и, самое главное, низкими потерями на поглощение светового потока Последнее свойство особенно важно при изготовлении линз для среднего и дальнего ИК диапазонов, где поглощение в материалах может быть очень значительным. По этой причине почти все детекторы движения, работающие в дальнем ИК диапазоне, построены на основе линз Френеля.

В настоящее время широко применяются линзы Френеля двух типов: с постоянным шагом (рис. 2,а) и с постоянной глубиной (рис. 2,б). На практике бывает очень трудно изготовить линзы с одинаковой крутизной поверхности каждой ступени, поэтому все ступеньки выполняют с плоским профилем. Чтобы не ухудшать фокусирующие свойства линзы, все ступени должны располагаться, как можно, ближе друг к другу.

а) б)
Рис. 2. Линзы Френеля: а) с постоянным шагом, б) с постоянной глубиной

В линзах с постоянным шагом угол наклона φ каждого зубца зависит от расстояния h до оптической оси, поэтому по мере удаления от центра глубина зубцов возрастает. Если диаметр линзы, по крайней мере, в 20 раз меньше фокусного расстояния, ее центральная часть может быть плоской. Для более коротких фокусных расстояний центральная часть должна быть сферической. Угол наклона каждой ступени может быть определен по следующей формуле, справедливой только для малых значений h:

где f - фокусное расстояние; n – коэффициент преломления материала линзы.

В линзах с постоянной глубиной при увеличении расстояния от центра меняются и угол наклона φ, и расстояние между зубцами r. При расчете линз могут потребоваться следующие уравнения. Расстояние от зубца до центра может быть найдено по его порядковому номеру ξ (считается, что центр имеет нулевой порядковый номер):

а угол наклона зубца по формуле:

Полное количество ступеней в линзе может быть найдено через апертуру (максимальный размер) линзы D:

Линзы Френеля могут быть слегка изогнутыми, если этого требует конструкция датчика. Однако это может привести к смещению точки фокуса. Если линза изгибается внутрь радиуса кривизны, фокусное расстояние уменьшается.

Поскольку линзы со сферической поверхностью страдают от явлений аберрации, в устройствах, где требуется осуществлять фокусировку с высокой точностью, непрерывная поверхность линзы, контур которой определяется концентрическими зубцами, не должна быть сферической. На практике часто используется коническая поверхность с осевой симметрией относительно оси z, описываемая стандартным уравнением (рис. 3):

,

где Z и Y — координаты поверхности, С — вершина кривизны, а К— коническая константа. Вершина кривизны и коническая константа определяются требуемыми характеристиками линз, а контур каждого зубца задается уравнением:

.

С и К определяются несколькими факторами: необходимым фокусным расстоянием, коэффициентом преломления и особенностями конструкции устройства, для которого пред- назначена линза.

Рис. 3. Сравнение профилей сферической и конической линз

Практическая часть

Основной задачей оптического расчёта френелевской линзы является нахождение формы второй (наружной) преломляющей поверхности каждого элемента, удовлетворяющей условию отклонения элементом фокальных лучей, падающих на соединительные грани (точки М и М0) параллельно оптической оси OZ (рисунок 4). Такому условию с определенной погрешностью удовлетворяет тороидная поверхность (безаберрационная поверхность должна быть поверхностью с переменным радиусом кривизны). Следовательно, оптический расчёт предполагает нахождение центра и радиуса кривизны второй преломляющей грани, а также координат узловых точек профиля элемента.

Рисунок 4 – Оптический расчёт элементов френелевской линзы с прямым внутренним несущим слоем

Расчёт линзы Френеля следует начинать с центрального элемента. Для уменьшения угловой величины и облегчения изготовления центральный элемент должен иметь толщину примерно равную или меньшую величины ti = tз заданной для всей линзы (рисунок 4)

Угол охвата 2φ0 центрального элемента выбирается из условия минимальной сферической аберрации и составляет не более 30°.

Исходя из этого определяется угол преломления b0 и радиус кривизны центрального элемента. Далее рассчитываются первый, второй и все последующие оптические элементы линзы. При этом определяется величина ti для каждого элемента линзы и она сравнивается с tз, заданной по конструктивным и техническим соображениям. Величина ti должна совпадать с tз в пределах ±1 – 2%. Следовательно, задача оптического расчёта линзы сводится к нахождению такой высоты оптического элемента или угла φi, при которых соблюдается эти условия.

Если вести расчёт из предположения, что предыдущий элемент линзы рассчитан и известны все его параметры (они имеют индекс «0»), то пользуясь рисунком 4, можно написать ряд выражений, связывающих фокусное расстояние f, размеры элемента и показатель преломления стекла n с углами входа, преломления и выхода фокальных лучей. При этом предполагается, что фокусное расстояние центрального элемента со сферической преломляющей поверхность равно фокусному расстоянию f всей линзы. Для определения f необходимо задаться диаметром Dл линзы и углом её охвата 2φa. Тогда можно определить радиус кривизны R и толщину t0 центрального элемента.

Пусть нам заданы f, n, φл, и tз линзы с прямым несущим слоем и толщиной t. Тогда можно предположить следующую последовательность операций ее оптического расчёта:

1.Задаёмся высотой элемента (координатой Х) и определяем точку М вершины элемента.

2.Определяем угловую координату точки М и угол падения фокального луча в эту точку:

  , α=φ. (1)

3. Определяем угол преломления луча в точке М:

  . (2)

4. Рассчитываем координату точки М´:

  X´ = X+t1tg b, Z´ = f + t. (3)

5.Рассчитываем угол преломления b´ на внешней преломляющей грани, обеспечивающий отклонение осевого луча параллельно оптической оси:

или

  (5)

Поделив обе части равенства (5) на , получим

,

Откуда окончательно

  . (6)

6. Рассчитываем величину выступа элемента t1 над несущим слоем. Она находится из решения косоугольного треугольника М´М0´М´´ сторона которого М0´М´´ определяется с помощью теоремы синусов:

  . (7)

Углы и и сторона М0´М´ находятся из очевидных выражений:

М0´М´ = (X´-X0´),

,

где – как углы со взаимно перпендикулярными сторонами.

Подставив найденные значения углов и стороны в формулу (7), получим:

  . (8)

Зная отрезок М0´М´´можно найти:

  . (9)

7.Рассчитываем радиус кривизны второй преломляющей поверхности элемента. Для этого можно спроектировать отрезки OцМ´ и OцМ´´ на ось Z, откуда:

  . (10)

8. Рассчитываем координаты центра кривизны:

  Xц = X´ - R sin b´, Zц = (f + t1) - R cos b´. (11)

9.Рассчитываем координаты точки М1´:

  X1´ = X0´ + t1 tg b0, Z1´ = Z0´ + t1, (12)

studlib.info

Линза Френеля и ее роль в датчиках движения - Блог B.E.G.

Несмотря на разнообразие инфракрасных датчиков движения, практически все они одинаковы по своей структуре. Основным элементом в них является пироприемник, или пиродетектор, который включает в себя два чувствительных элемента.

Зона обнаружения пироприемника – два узких прямоугольника. Чтобы увеличить зону обнаружения с одного луча прямоугольной формы до максимально возможного значенияи повысить ее чувствительность, используются собирающие линзы.

Собирающая линза по форме выпуклая, она направляет падающие на нее оптические лучи в одну точку F – это главный фокус линзы. Если использовать несколько таких линз, зона обнаружения увеличится.

Использование сферических выпуклых линз утяжеляет и удорожает конструкцию устройства. Поэтому в инфракрасных датчиках движения и присутствия используется линза Френеля.

Линза Френеля. История создания

Французский физик Огюст Френель в 1819 году предложил свою конструкцию линзы для маяка.

Линза Френеля образована от сферической линзы. Последнюю разделили на множество колец, уменьшенных по толщине. Так получилась плоская линза.

Благодаря такой форме, линзы начали изготавливать из тонкой пластиковой пластины, что позволило применять их в осветительных устройствах и датчиках движения и присутствия.

Линзы датчика состоят из множества сегментов, представляющих собой линзы Френеля. Каждый сегмент сканирует определенную область зоны охвата датчика. Формы линз датчиков движения определяют форму зоны обнаружения.

Например, у потолочных устройств форма линз – полусфера, соответственно зона обнаружения 360 градусов. У устройств с цилиндрической формой линз она обычно составляет 110-140 градусов. Есть и квадратные формы зон обнаружения.

Линейка инфракрасных датчиков движения и присутствия компании B.E.G имеет высококачественные линзы Френеля, которые обеспечивают отличные параметры обнаружения.

Линза в датчике движения играет важную роль и без нее устройство не может функционировать правильно.

Обращайтесь в B.E.G., мы реализуем проект любой сложности и расскажем обо всех технических тонкостях. Подписывайтесь на наш блог, чтобы первыми получать на почту полезные и интересные статьи про автоматизацию освещения.

comments powered by HyperComments

beg-russia.ru

Линзы Френеля - Энциклопедия по машиностроению XXL

Экраны проекторов просветного типа должны иметь высокую разрешающую способность (до 50 mm"1) и обладать хорошими светорассеивающими свойствами для получения возможно более равномерного пространственного распределения яркости. В качестве материалов для экранов применяют матовые стекла, тонкие матированные лавсановые пленки или специальные экраны с многослойными прозрачными покрытиями из мелкодисперсных красителей, а также линзы Френеля с тонкой растровой структурой. Хорошими свойствами обладают экраны из тонкого слоя воска на стекле, однако они сложны в изготовлении.  [c.56] Сечение кольцевой линзы Френеля. В центре линзы—кольца, наружные поверхности которых являются частями тороидальных поверхностей по краям линзы — кольца, где кроме преломления происходит полное внутреннее отражение.  [c.375]

Свойства линзы Френеля н ее применения в маяках и других осветительных системах дальнего действия подробно описаны в 131.  [c.514]

В Растры, линзы Френеля (при расположении их в плоскости изображения или вблизи нее) IV 1  [c.681]

Указанная специфика излучения лазерного диода приводит, как правило, к большим или меньшим (в зависимости от задачи) потерям световой энергии, достигающем в ряде случаев 80%. Таким образом, узкий (ДА спектральный диапазон с одной стороны, сложный асимметричный характер амплитудно-фазового распределения и, как следствие, высокие потери в традиционных оптических элементах с другой, делают дифракционную оптику в данном сл чае вполне конкурентоспособной. Известен дифракционный микрообъектив [81], предназначенный для лазерного проигрывателя, представляющий собой бинарную микролинзу, однако такая линза не устраняет асимметрию пучка, имеет низкую эффективность и весьма ограниченное применение. Более совершенная линза Френеля для коллимации излучения полупроводникового лазера [82] имеет непрерывный профиль и учитывает изменения  [c.463]

Изображенные на рис. 39, а, б варианты системы ТТЛ обеспечивают так называемое интегральное (или усредненное) измерение яркости объектов по всему полю зрения. При этом надлежащий расчет коллектива видоискателя (линз Френеля) позволяет создать конструкции с несколько подчеркнутым центром поля зрения, т. е. направить к фотоприемнику от центральной части поля зрения видоискателя больше света, чем от, краев.  [c.89]

Линза Френеля — устройство, позволяющее использовать дифракцию Френеля для получения сфокусированного изображения. Кольцевая линза Френеля состоит из отдельных чередующихся темных и светлых колец, м-й радиус KOTOpbfx выражен зависимостью = =п га, где Го — фокусное расстояние при длине световой волны, равной X,  [c.147]

Экономичность солнечных установок возрастает при росте температуры. Но для этого требуется использование специальных устройств, которые концентрируют солнечное излучение — параболические зеркала, линзы Френеля и т. п. Примером такого устройства могут служить солнечные кухни для бытового использования, выпуск которых в СССР начат в 1977 г. Кухня представляет собой параболический отражатель диаметром 1,2 из электрополированного алюминия, укрепленный на поворотном штативе. В фокусе отражателя устанавливается сосуд для кипячения воды или приготовления пивди.  [c.180]

Для изготовления неответственных оптических деталей (луп, линз, видоискателей, линз Френеля и т. п.) используются следующие полимеры (органические стекла) полиметилме-  [c.522]

В корпорации Боинг для фотоэлектрических модулей с линзами Френеля созданы механически соединенные каскадные фотопреобразователи (КФ) на основе GaAs / GaSb с КПД около 30 %. Система обеспечивает среднюю степень концентрации излучения на элементе около 50 и допустимую неточность ориентации 2° [4].  [c.500]

Этот неиссякаемый, но в то же время нерегулярный, источ-ни1 энергии в последнее время вновь привлек внимание иссле-дов-ателей, использующих для самых различных его применений различные устройства. Обычно конечной целью является выработка электрической энергии, которую можно использовать разными способами, даже в пилотируемом космическом полете. Солнечной энергией нагревают воду, которую затем можно использовать в системах промышленного и коммунального теплоснабжения или в виде пара непосредственно для привода паровой турбины (цикл Ренкина), а также для нагрева рабочего тела в теплообменнике газовой турбины (цикл Брайтона), хотя вода представляется наиболее подходящей рабочей средой. От дополнительного теплоносителя можно отказаться, если применить двигатель Стирлинга, на нагреватель которого с помощью системы линз Френеля можно сфокусировать солнечные лучи. Эта идея не нова. Так, еще в XIX в. был предложен аппарат.  [c.396]

В последние годы успехи химии и станкостроения привели к освоению нового типа линз Френеля материалом для них служат пластмассы, в частности полиметилметакрилат( д = 1,4912, = = 57,5) и полистирол (По = 1,5910, = 31,1). В отличие от прежних,— стеклянных торических элементов, ширина кольцевых зон мо ет быть доведена до нескольких десятых миллиметра, а диаметр лнизы достигает в настоящее время метра и более, что  [c.514]

Новые лиизы Френеля нашли применение в первую очередь в качестве конденсоров, концентрирующих падающий на матовое стекло фотоаппарзтов световой поток в глаз наблюдателя, благодаря чему значительно увеличивается яркость рассматриваемого изображения поля э рения. Для этого линза Френеля должна изображать выходной зрачок объектива на зрачке глаза. Требования к кзчеству линзы весьма низки и сводятся к тому, чтобы весь пучок, прошедший через объектив, попал в зрачок глаза. Кроме того, необходимо, чтобы, рассматривая на матовом стекле (с помощью лупы или без нее) изображение снимаемого поля зрения, глаз не различал границ зон лиизы. Из этого условия определяется максимально допустимый размер зон.  [c.515]

Лиизы Френеля нового образца во многих случаях могут заменить сложные многолиизовые конденсоры, т. е. они обладают чрезвычайно большим (в сущности, неограниченным) относительным отверстием. К сожалению, материал, из которого изготавливаются эти линзы, не выдерживает температур, превышающих 70—80° С, поэтому нельзя располагать их близко к источникам, обладающим большой силой света. Появление телевизоров с нх иа первых порах небольшими экранами и тяжелыми водяными лиизами-лупами навело иа мысль об использовании линз Френеля в качестве легких и дешевых луп с помощью этих линз оказалось возможным увеличить видимый лниейиый размер экрана в два-три раза.  [c.515]

Аналогичный процесс можно осуществить, когда плоскость объектов находится иа конечном расстоянии. Если увеличение лиизы близко к —1,. рационально использовать две линзы Френеля, расположенные симметрично по отношению друг к другу. В этом случае целесообразно расположить плоские поверхности наружу и гермеггизировать систему линз, чтобы пыль не могла попасть на нх ступенчатые внутренние поверхности. Тогда требуется новый набор формул  [c.516]

В частности, можно так рассчитать линзу Френеля, чтобы она оказалась апланатнческой при бесконечно удаленной плоскости объектов. Такие линзы представляют интерес в некоторых областях светотехники. Например, с помощью такой линзы можно осуществить равномерное освещение экрана при надлежащем источнике света кроме того, эти лннзы создают более совершенные изображения, чем плоские лннзы Френеля, поскольку кроме сферической аберрации позволяют исправить также и кому.  [c.518]

Аплаиатические линзы должны удовлетворить условию синусов, откуда следует, что лииза, рассматриваемая как бесконечно тонкая система, должна иметь форму сферы, центр которой находится в фокусе F (рнс. VI.56). Исправление сферической аберрации достигается надлежащей зависимостью преломляющих углов а отдельных зон от высоты h. Эта зависимость может быть определена из условия, что все лучи, падающие на линзу параллельно оси, после преломления от отдельных зон пересекают ось в общей точке F. Методика расчета не отличается от приведенной выше для случая плоских линз Френеля.  [c.519]

Последние два выражения описывают две взаимоперекры-вающиеся зонные линзы Френеля. Если запись волнового фронта линейна, то пропускание голограммы будет равно,  [c.57]

Для анализа требований к ширине полосы частот обратимся к комплексной диаграмме на рис. 2.14 и воспользуемся формулой распределения интенсивности на радужной голограмме Яг. Последние два члена формулы (2.5.5) описывают взаимопере-крывающиеся зонные линзы Френеля, и аргументы косинусов определяют формулу пространственного сдвига, соответственно  [c.63]

Поскольку разрешающая способность локатора определялась, главным образом, расходимостью лазерного луча, могла быть применена приемная оптика невысокого качества. Поэтому отраженное излучение собиралось линзой Френеля 5 диаметром 25,4 см н фокусным расстоянием 20 см. Фотодетектор 7 представлял собой кремниевый фотодиод диаметром 1 см. Для ослабления влияния фонового излучения перед ним был установлен интерфереицион-  [c.254]

Рассмотрим дифракцию монохроматической электромагнрггной волны на канавке, вырезанной в идеально проводящем материале в плоскости г = О, где (х. у, г) — декартовы координаты. Стенки канавки параллельны оси 2, а дно параллельно плоскости (ж, у). Данная задача важна для многих приложений, например, для расчета поля от бинарной линзы Френеля, В дальнейшем криволинейную канавку будем  [c.192]

Рис. 4.21. Интерферограмма 5-ти уровневого микрорельефа линзы Френеля Лщах — соответствует скачк - фазы на 4/5я" в — завал края ступеньки на краю зоны ДОЭ ё — смещение края ступеньки на 5-8 мкм
В приборах (габаритные фонари, боковые повторители указателей поворота и т. п.), для которых отсутствует необходимость в большой концентрации светового потока, отражатель не используется. Требуемое светораспределение в них достигается линзовой системой рассеивателя. Наиболее распространенной конструкцией рассеивателя в таких линзовых светооптических схемах является дисковая линза Френеля (рис. 6.31) на прямом или кривом несущем слое.  [c.183]
Рис. 6.31. Светооптическая схема с дисковой линзой Френеля
В наиболее совершенных из известных реглоскопов — приборах ПРАФ-8 и К-313 (рис. 6.48) — используются зеркальная система ориентации, закрытая оптическая камера, в качестве объектива которой применяется пластмассовая линза Френеля. Между объективом и экраном установлена поворотная светоделительная пластина. На экране по оптической оси в фокальной плоскости объектива имеется диафрагма (диаметром 3 мм), за которой установлен источник света. В изображении фокальной плоскости объектива, образованной отражением излучения от светоделительной пластины размещен фотоприемник, подключенный к измерительному блоку с цифровой индикацией измеряемого диагностируемого параметра.  [c.207]

В связи с тем, "что клиновое устройство и микрорастр не позволяют определить степень глубины резкости, вокруг них оставляют пространство из матового стекла, по которому и определяют степень глубины резкости. За пределами матового стекла располагается линза Френеля, дающая высокую яркость изображения и облегчающая точный выбор кадра и его компоновку при съемке.  [c.49]

В зеркальных фотоаппаратах высокого класса все чаще предусматривают возможность замены пластинок-коллективов ( с линзами Френеля) вместе с фокусировочными устройствами, как, например, в отечественной модели Алмаз . Это позволяет фотографу в зависимости от характера предстоящей съемки (макросъемка, съемка архитектурных сооружений, пейзажей и т. д.) и по своему вкусу выбрать пластинку с фокусировочным устройством из набора, входящего в комплект аппарата с матовым стеклом, без него, с фокусировочными клиньями, с микрорастром, с сеткой горизонтальных и вертикальных линий и др. Замена пластинок производится с помощью специального пинцета-защелки через отверстие для крепления сменного объектива на камере либо со стороны пентапризмы (если последняя выполнена съемной).  [c.57]

Поскольку каждый из способов измерения яркости —-интегральный и детальный — имеет свои достоинства, на мировом рынке появились модели аппаратов, в которых предусмотрены оба эти способа, и фотограф по желанию может выбрать один из них. Например, в фотоаппарате Лейка Н4 (рис. 39, д, е) полупрозрачное поворотное зеркало отражает в видоискатель 70 % светового потока, а остальную часть пропускает к пластинке /шторным затвором, которая откидывается в момент съемки. Ребристая поверхность этой пластинки действует подобно линзе Френеля, но только не на пропускание света, а на отражение. Отраженный ею свет направляется к кремниевому фотодиоду 6, перед которым располагаются сменные светоограиичителн 14. Если установлен светоограничитель в виде трубки, то на фотоприемник попадает свет от всей площади кадра (рис. 39, д). Но если с помощью специального переключателя установить перед фотоприемником светоограничитель с линзой, то получается детальное измерение (рис. 39. е).  [c.90]

mash-xxl.info

Лабораторная работа №1. Изучение методики расчета линзы Френеля

Цель работы: Изучение устройства линзы Френеля и методики ее расчета.

Необходимые теоретические сведения

Линзы Френеля – это оптические элементы, имеющие ступенчатую поверхность. Они широко используются в датчиках, где не требуется высокого качества фокусировки: в световых конденсорах, увеличителях и устройствах фокусировки детекторов присутствия. Линзы Френеля изготавливаются из стекла, акрила (для видимого и ближнего ИК диапазона) и полиэтилена (для дальнего ИК диапазона). История линз Френеля началась в 1748 году, когда граф Буффо предложил вытачивать внутри стеклянных линз концентрические круглые ступеньки. Это позволило уменьшить толщину линз и снизить потери энергии. Однако в таких линзах преломление света происходит только на поверхности, поскольку внутри них лучи проходят строго по прямым линиям. Идея графа Буффо была модифицирована в 1822 году Августином Френелем (1788-1827), сконструировавшим линзы, кривизна различных колец которых зависит от расстояния до центра, в связи с чем, в таких устройствах практически отсутствует сферическая аберрация (сферическая аберрация — недостаток оптического изображения, заключающийся в том, что световые лучи, прошедшие вблизи оптической оси и лучи, прошедшие через отдалённые от оси части оптической системы (например, линзы), не собираются в одну точку).

На рис. 1 проиллюстрирована концепция линз Френеля на примере плосковыпуклых линз, разрезанных на несколько концентрических колец. После разрезки все кольца остаются линзами, направляющими падающие лучи в точку общего фокуса, положение которого определяется уравнением (для тонкой линзы, радиус кривизны которой намного больше толщины линзы):

,

где f – фокусное расстояние; r1 и r2 – радиусы кривизны линзы.

При изменении кривизны поверхности меняется угол преломления лучей. Части колец, показанные на рисунке буквами «х», не вносят никакого вклада в фокусирование лучей. При удалении этих секций (рис. 1,б) фокусирующие свойства линзы останутся прежними. Если теперь оставшиеся кольца сместить относительно друг друга до образования плоской поверхности (рис. 1,в), получится линза Френеля, фокусирующие свойства которой будут почти такие же, как у исходной плосковыпуклой линзы. Все концентрические элементы линз Френеля направляют падающие световые лучи в общую точку фокуса.

а) б) в)
Рис. 1. Концепция линз Френеля

Линзы Френеля обладают рядом достоинств по сравнению с обычными линзами: небольшим весом, малой толщиной, способностью менять кривизну (справедливо для пластиковых линз), и, самое главное, низкими потерями на поглощение светового потока Последнее свойство особенно важно при изготовлении линз для среднего и дальнего ИК диапазонов, где поглощение в материалах может быть очень значительным. По этой причине почти все детекторы движения, работающие в дальнем ИК диапазоне, построены на основе линз Френеля.

В настоящее время широко применяются линзы Френеля двух типов: с постоянным шагом (рис. 2,а) и с постоянной глубиной (рис. 2,б). На практике бывает очень трудно изготовить линзы с одинаковой крутизной поверхности каждой ступени, поэтому все ступеньки выполняют с плоским профилем. Чтобы не ухудшать фокусирующие свойства линзы, все ступени должны располагаться, как можно, ближе друг к другу.

а) б)
Рис. 2. Линзы Френеля: а) с постоянным шагом, б) с постоянной глубиной

В линзах с постоянным шагом угол наклона φ каждого зубца зависит от расстояния h до оптической оси, поэтому по мере удаления от центра глубина зубцов возрастает. Если диаметр линзы, по крайней мере, в 20 раз меньше фокусного расстояния, ее центральная часть может быть плоской. Для более коротких фокусных расстояний центральная часть должна быть сферической. Угол наклона каждой ступени может быть определен по следующей формуле, справедливой только для малых значений h:

где f - фокусное расстояние; n – коэффициент преломления материала линзы.

В линзах с постоянной глубиной при увеличении расстояния от центра меняются и угол наклона φ, и расстояние между зубцами r. При расчете линз могут потребоваться следующие уравнения. Расстояние от зубца до центра может быть найдено по его порядковому номеру ξ (считается, что центр имеет нулевой порядковый номер):

а угол наклона зубца по формуле:

Полное количество ступеней в линзе может быть найдено через апертуру (максимальный размер) линзы D:

Линзы Френеля могут быть слегка изогнутыми, если этого требует конструкция датчика. Однако это может привести к смещению точки фокуса. Если линза изгибается внутрь радиуса кривизны, фокусное расстояние уменьшается.

Поскольку линзы со сферической поверхностью страдают от явлений аберрации, в устройствах, где требуется осуществлять фокусировку с высокой точностью, непрерывная поверхность линзы, контур которой определяется концентрическими зубцами, не должна быть сферической. На практике часто используется коническая поверхность с осевой симметрией относительно оси z, описываемая стандартным уравнением (рис. 3):

,

где Z и Y — координаты поверхности, С — вершина кривизны, а К— коническая константа. Вершина кривизны и коническая константа определяются требуемыми характеристиками линз, а контур каждого зубца задается уравнением:

.

С и К определяются несколькими факторами: необходимым фокусным расстоянием, коэффициентом преломления и особенностями конструкции устройства, для которого пред- назначена линза.

Рис. 3. Сравнение профилей сферической и конической линз

Практическая часть

Основной задачей оптического расчёта френелевской линзы является нахождение формы второй (наружной) преломляющей поверхности каждого элемента, удовлетворяющей условию отклонения элементом фокальных лучей, падающих на соединительные грани (точки М и М0) параллельно оптической оси OZ (рисунок 4). Такому условию с определенной погрешностью удовлетворяет тороидная поверхность (безаберрационная поверхность должна быть поверхностью с переменным радиусом кривизны). Следовательно, оптический расчёт предполагает нахождение центра и радиуса кривизны второй преломляющей грани, а также координат узловых точек профиля элемента.

Рисунок 4 – Оптический расчёт элементов френелевской линзы с прямым внутренним несущим слоем

Расчёт линзы Френеля следует начинать с центрального элемента. Для уменьшения угловой величины и облегчения изготовления центральный элемент должен иметь толщину примерно равную или меньшую величины ti = tз заданной для всей линзы (рисунок 4)

Угол охвата 2φ0 центрального элемента выбирается из условия минимальной сферической аберрации и составляет не более 30°.

Исходя из этого определяется угол преломления b0 и радиус кривизны центрального элемента. Далее рассчитываются первый, второй и все последующие оптические элементы линзы. При этом определяется величина ti для каждого элемента линзы и она сравнивается с tз, заданной по конструктивным и техническим соображениям. Величина ti должна совпадать с tз в пределах ±1 – 2%. Следовательно, задача оптического расчёта линзы сводится к нахождению такой высоты оптического элемента или угла φi, при которых соблюдается эти условия.

Если вести расчёт из предположения, что предыдущий элемент линзы рассчитан и известны все его параметры (они имеют индекс «0»), то пользуясь рисунком 4, можно написать ряд выражений, связывающих фокусное расстояние f, размеры элемента и показатель преломления стекла n с углами входа, преломления и выхода фокальных лучей. При этом предполагается, что фокусное расстояние центрального элемента со сферической преломляющей поверхность равно фокусному расстоянию f всей линзы. Для определения f необходимо задаться диаметром Dл линзы и углом её охвата 2φa. Тогда можно определить радиус кривизны R и толщину t0 центрального элемента.

Пусть нам заданы f, n, φл, и tз линзы с прямым несущим слоем и толщиной t. Тогда можно предположить следующую последовательность операций ее оптического расчёта:

1.Задаёмся высотой элемента (координатой Х) и определяем точку М вершины элемента.

2.Определяем угловую координату точки М и угол падения фокального луча в эту точку:

  , α=φ. (1)

3. Определяем угол преломления луча в точке М:

  . (2)

4. Рассчитываем координату точки М´:

  X´ = X+t1tg b, Z´ = f + t. (3)

5.Рассчитываем угол преломления b´ на внешней преломляющей грани, обеспечивающий отклонение осевого луча параллельно оптической оси:

или

  (5)

Поделив обе части равенства (5) на , получим

,

Откуда окончательно

  . (6)

6. Рассчитываем величину выступа элемента t1 над несущим слоем. Она находится из решения косоугольного треугольника М´М0´М´´ сторона которого М0´М´´ определяется с помощью теоремы синусов:

  . (7)

Углы и и сторона М0´М´ находятся из очевидных выражений:

М0´М´ = (X´-X0´),

,

где – как углы со взаимно перпендикулярными сторонами.

Подставив найденные значения углов и стороны в формулу (7), получим:

  . (8)

Зная отрезок М0´М´´можно найти:

  . (9)

7.Рассчитываем радиус кривизны второй преломляющей поверхности элемента. Для этого можно спроектировать отрезки OцМ´ и OцМ´´ на ось Z, откуда:

  . (10)

8. Рассчитываем координаты центра кривизны:

  Xц = X´ - R sin b´, Zц = (f + t1) - R cos b´. (11)

9.Рассчитываем координаты точки М1´:

  X1´ = X0´ + t1 tg b0, Z1´ = Z0´ + t1, (12)

student2.ru

Лабораторная работа №1. Изучение методики расчета линзы Френеля

Цель работы: Изучение устройства линзы Френеля и методики ее расчета.

Необходимые теоретические сведения

Линзы Френеля – это оптические элементы, имеющие ступенчатую поверхность. Они широко используются в датчиках, где не требуется высокого качества фокусировки: в световых конденсорах, увеличителях и устройствах фокусировки детекторов присутствия. Линзы Френеля изготавливаются из стекла, акрила (для видимого и ближнего ИК диапазона) и полиэтилена (для дальнего ИК диапазона). История линз Френеля началась в 1748 году, когда граф Буффо предложил вытачивать внутри стеклянных линз концентрические круглые ступеньки. Это позволило уменьшить толщину линз и снизить потери энергии. Однако в таких линзах преломление света происходит только на поверхности, поскольку внутри них лучи проходят строго по прямым линиям. Идея графа Буффо была модифицирована в 1822 году Августином Френелем (1788-1827), сконструировавшим линзы, кривизна различных колец которых зависит от расстояния до центра, в связи с чем, в таких устройствах практически отсутствует сферическая аберрация (сферическая аберрация — недостаток оптического изображения, заключающийся в том, что световые лучи, прошедшие вблизи оптической оси и лучи, прошедшие через отдалённые от оси части оптической системы (например, линзы), не собираются в одну точку).

На рис. 1 проиллюстрирована концепция линз Френеля на примере плосковыпуклых линз, разрезанных на несколько концентрических колец. После разрезки все кольца остаются линзами, направляющими падающие лучи в точку общего фокуса, положение которого определяется уравнением (для тонкой линзы, радиус кривизны которой намного больше толщины линзы):

,

где f – фокусное расстояние; r1 и r2 – радиусы кривизны линзы.

При изменении кривизны поверхности меняется угол преломления лучей. Части колец, показанные на рисунке буквами «х», не вносят никакого вклада в фокусирование лучей. При удалении этих секций (рис. 1,б) фокусирующие свойства линзы останутся прежними. Если теперь оставшиеся кольца сместить относительно друг друга до образования плоской поверхности (рис. 1,в), получится линза Френеля, фокусирующие свойства которой будут почти такие же, как у исходной плосковыпуклой линзы. Все концентрические элементы линз Френеля направляют падающие световые лучи в общую точку фокуса.

а) б) в)
Рис. 1. Концепция линз Френеля

 

Линзы Френеля обладают рядом достоинств по сравнению с обычными линзами: небольшим весом, малой толщиной, способностью менять кривизну (справедливо для пластиковых линз), и, самое главное, низкими потерями на поглощение светового потока Последнее свойство особенно важно при изготовлении линз для среднего и дальнего ИК диапазонов, где поглощение в материалах может быть очень значительным. По этой причине почти все детекторы движения, работающие в дальнем ИК диапазоне, построены на основе линз Френеля.

В настоящее время широко применяются линзы Френеля двух типов: с постоянным шагом (рис. 2,а) и с постоянной глубиной (рис. 2,б). На практике бывает очень трудно изготовить линзы с одинаковой крутизной поверхности каждой ступени, поэтому все ступеньки выполняют с плоским профилем. Чтобы не ухудшать фокусирующие свойства линзы, все ступени должны располагаться, как можно, ближе друг к другу.

а) б)
Рис. 2. Линзы Френеля: а) с постоянным шагом, б) с постоянной глубиной

 

В линзах с постоянным шагом угол наклона каждого зубца зависит от расстояния h до оптической оси, поэтому по мере удаления от центра глубина зубцов возрастает. Если диаметр линзы, по крайней мере, в 20 раз меньше фокусного расстояния, ее центральная часть может быть плоской. Для более коротких фокусных расстояний центральная часть должна быть сферической. Угол наклона каждой ступени может быть определен по следующей формуле, справедливой только для малых значений h:

где f - фокусное расстояние; n – коэффициент преломления материала линзы.

В линзах с постоянной глубиной при увеличении расстояния от центра меняются и угол наклона , и расстояние между зубцами r. При расчете линз могут потребоваться следующие уравнения. Расстояние от зубца до центра может быть найдено по его порядковому номеру (считается, что центр имеет нулевой порядковый номер):

 

а угол наклона зубца по формуле:

 

Полное количество ступеней в линзе может быть найдено через апертуру (максимальный размер) линзы D:

 

Линзы Френеля могут быть слегка изогнутыми, если этого требует конструкция датчика. Однако это может привести к смещению точки фокуса. Если линза изгибается внутрь радиуса кривизны, фокусное расстояние уменьшается.

Поскольку линзы со сферической поверхностью страдают от явлений аберрации, в устройствах, где требуется осуществлять фокусировку с высокой точностью, непрерывная поверхность линзы, контур которой определяется концентрическими зубцами, не должна быть сферической. На практике часто используется коническая поверхность с осевой симметрией относительно оси z, описываемая стандартным уравнением (рис. 3):

,

где Z и Y — координаты поверхности, С — вершина кривизны, а К— коническая константа. Вершина кривизны и коническая константа определяются требуемыми характеристиками линз, а контур каждого зубца задается уравнением:

.

С и К определяются несколькими факторами: необходимым фокусным расстоянием, коэффициентом преломления и особенностями конструкции устройства, для которого пред- назначена линза.

Рис. 3. Сравнение профилей сферической и конической линз

Практическая часть

Основной задачей оптического расчёта френелевской линзы является нахождение формы второй (наружной) преломляющей поверхности каждого элемента, удовлетворяющей условию отклонения элементом фокальных лучей, падающих на соединительные грани (точки М и М0) параллельно оптической оси OZ (рисунок 4). Такому условию с определенной погрешностью удовлетворяет тороидная поверхность (безаберрационная поверхность должна быть поверхностью с переменным радиусом кривизны). Следовательно, оптический расчёт предполагает нахождение центра и радиуса кривизны второй преломляющей грани, а также координат узловых точек профиля элемента.

Рисунок 4 – Оптический расчёт элементов френелевской линзы с прямым внутренним несущим слоем

 

Расчёт линзы Френеля следует начинать с центрального элемента. Для уменьшения угловой величины и облегчения изготовления центральный элемент должен иметь толщину примерно равную или меньшую величины ti = tз заданной для всей линзы (рисунок 4)

Угол охвата 20 центрального элемента выбирается из условия минимальной сферической аберрации и составляет не более 30°.

Исходя из этого определяется угол преломления b0 и радиус кривизны центрального элемента. Далее рассчитываются первый, второй и все последующие оптические элементы линзы. При этом определяется величина ti для каждого элемента линзы и она сравнивается с tз, заданной по конструктивным и техническим соображениям. Величина ti должна совпадать с tз в пределах ±1 – 2%. Следовательно, задача оптического расчёта линзы сводится к нахождению такой высоты оптического элемента или угла i, при которых соблюдается эти условия.

Если вести расчёт из предположения, что предыдущий элемент линзы рассчитан и известны все его параметры (они имеют индекс «0»), то пользуясь рисунком 4, можно написать ряд выражений, связывающих фокусное расстояние f, размеры элемента и показатель преломления стекла n с углами входа, преломления и выхода фокальных лучей. При этом предполагается, что фокусное расстояние центрального элемента со сферической преломляющей поверхность равно фокусному расстоянию f всей линзы. Для определения f необходимо задаться диаметром Dл линзы и углом её охвата 2a. Тогда можно определить радиус кривизны R и толщину t0 центрального элемента.

Пусть нам заданы f, n, л, и tз линзы с прямым несущим слоем и толщиной t. Тогда можно предположить следующую последовательность операций ее оптического расчёта:

1.Задаёмся высотой элемента (координатой Х) и определяем точку М вершины элемента.

2.Определяем угловую координату точки М и угол падения фокального луча в эту точку:

  , =. (1)

3. Определяем угол преломления луча в точке М:

  . (2)

4. Рассчитываем координату точки М´:

  X´ = X+t1tg b, Z´ = f + t. (3)

5.Рассчитываем угол преломления b´ на внешней преломляющей грани, обеспечивающий отклонение осевого луча параллельно оптической оси:

или

  (5)

 

Поделив обе части равенства (5) на , получим

,

Откуда окончательно

 

  . (6)

 

6. Рассчитываем величину выступа элемента t1 над несущим слоем. Она находится из решения косоугольного треугольника М´М0´М´´ сторона которого М0´М´´ определяется с помощью теоремы синусов:

 

  . (7)

Углы и и сторона М0´М´ находятся из очевидных выражений:

М0´М´ = (X´-X0´),

,

где – как углы со взаимно перпендикулярными сторонами.

Подставив найденные значения углов и стороны в формулу (7), получим:

  . (8)

Зная отрезок М0´М´´можно найти:

  . (9)

 

7.Рассчитываем радиус кривизны второй преломляющей поверхности элемента. Для этого можно спроектировать отрезки OцМ´ и OцМ´´ на ось Z, откуда:

  . (10)

 

8. Рассчитываем координаты центра кривизны:

  Xц = X´ - R sin b´, Zц = (f + t1) - R cos b´. (11)

 

9.Рассчитываем координаты точки М1´:

 

  X1´ = X0´ + t1 tg b0, Z1´ = Z0´ + t1, (12)

 

4-i-5.ru

Расчет линзы френеля

§ 31 Дифракция света - libsernamru Глубина резкости и боке (Carl Zeiss, HHNasse) … 21 Расстояния от бипризмы Френеля до узкой щели … Линзы Френеля, их расчет, моделирование и … Линзы Френеля представляют собой оптические детали со ступенчатой поверхностью (рис 67)Расчет хода луча через идеальную систему Ссылки Не следует путать зонную пластинку Френеля, работа которой основана на явлениях дифракции и интерференции, и размеры колец которой сопоставимы с длиной волны, с линзой Френеля, действие Я бы все-же разделял линзы Френеля, рассчитываемые только по законам геометрической оптики и дифракционные элементы, к которым в частности относятся киноформы и голографические элементы, которые рассчитываются с На зоны Френеля можно мысленно разбить любую поверхность, через которую проходит свет, например, поверхность равной фазы Получение изображения точечного источника с помощью линзы Расчет вязкости по методу М В Охотина 6 страница Программа расчета и оптимизации параметров Линзы Френеля 10/30/45/60 Град Потребляемая мощность 36 Вт Размеры: 190 x 120 x 235 ( Д х Ш х В) Питание 24 В Класс защиты - IP68 Управление - DMX512 Наличный расчет 42 Метод зон Френеля - studfilesnet Дифракция Принцип Гюйгенса-Френеля Метод зон Френеля Пункт 7 и расчет в целом выполненыРасчет линзы Френеля для параллельного пучка Смотреть главы в: Расчет оптических систем -> Расчет линзы Френеля для параллельного пучка основных частей: расчет схемы записи и расчет габаритных и оптических характеристик самой линзы Если габаритный, аберрационный расчет и На рис 913 приведена схема линзы Френеля, использованная для расче­та расчета с экспериментом позволяет применять развитую в [104] расчет­ную фотометрическую модель для исследования Призматические стекла применяют для создания направленного светового потока, например: при освещении дороги (фары автомашины), для увеличения дальности действия световых сигналов (линзы Дифракция в параллельных лучах (дифракция … В итоге картина соответствует рисунку, получаемому от линзы Френеля примерно на 42 градусах Саму головку к генератору в расчет принимать не будем, потому что она не рассматривается как Расстояния от бипризмы Френеля до узкой щели и экрана равны соответственно в отражённом свете с помощью двояковыпуклой симметричной линзы, лежащей на стеклянной пластинкеРасчет Дифракция света | ЭТО ФИЗИКА Для того чтобы понять суть работы Френелевской призмы и вместе с тем найти оптическое сходство цельнолитой призматической линзы и призмы Френеля следует представить графически ход мысли При этих условиях расчет в программе DIALux дает следующие результаты: средняя яркость покрытия, линзы Френеля и силиконовые линзы После прочтения статьи у читателя наверняка возникнет Увеличительная линза Френеля для чтения книг …
    Расчет радиусов Френеля при сферическом … Пособие по физикеФокусное расстояние Светлый угол - светодиоды • Оцените расчет формы линзы Зонная пластинка Френеля — Википедия Линзы Френеля - Энциклопедия по … 1На рисунках показаны положения главной оптической оси mn тонкой линзы, светящейся точки s и ее изображения s 1Определите построением положения оптического центра и фокусов линзы Зоны Френеля - это Что такое Зоны Френеля? Lightekb | VK Как самостоятельно сделать качественный и мощный … Расчет интерференционной картины от двух … Дифракция светаПринцип Гюйгенса-ФренеляМетод зон ФренеляДифракция Френеля на круглом отверстии и круглом дискеГрафическое решениеМатематика И1Законы геометрической оптикиИх обоснование с точки зрения Программа оптимизации параметров профиля круговых линз Френеля с плоскими рабочими гранями предназначена для определения углов наклона и высот всех зубцов линзы и матрицы, для Пункт 7 и расчет в целом выполненыr 2, r 3 заданы в количествах, заключенных в них зон Френеляλ, нм а, м b, м r 1, зон r 2, зон r 3 Определить построением оптический центр линзы и ее фокусы, если Дифракция светаПринцип Гюйгенса-Френеля… Призматическая оптика СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДРУГИХ КОНСТРУКЦИЙ Смтакже · линзы Френеля; (Эту формулу также называют формулой тонкой линзы) Величина фокусного расстояния положительна для собирающих линз, и отрицательна для рассеивающих появилась идея "отлить" линзы из силикона для своих Расчет вторичной оптики лучше сделать в соответствующих программахГрубые расчёты по Формулам френеля и для упрощения ситуации для Линза Френеля 3x, 85х55 мм (212) , цена 340 руб, купить в Красноярске — Tiuru (ID#334152865)Наличными, Безналичный расчет Подробнее Способы доставки Самовывоз, Доставка курьером Диаметр линзы 85х55 мм Принцип · Двояковыпуклая линза - это Что такое … линзы Френеля; зонная пластинка также известное как толщина линзыЕсли намного меньше, чем r 1 и r 2, то такая линза называется Диссертация на тему «Исследование оптических … Дифракция ФренеляДифракция Фраунгофера Принцип Гюйгенса—ФренеляСтрогий расчет дифракционной картины представляет собой очень сложную математическую задачуТак как в каждой точке фокальной плоскости линзы, например Р на Расчет приводит к следующему выражению для радиусов ρm зон Френеля на сферическом фронте волны: Все выводы изложенной выше теории Френеля остаются справедливыми и в этом случае В Растры, линзы Френеля При этом надлежащий расчет коллектива видоискателя Линза Френеля 3x, 85х55 мм (212) , цена 340 руб, … Световое оборудование по ДОСТУПНЫМ ценам! Цены Aliexpress Мы - БЛИЖЕ! Быстрая доставка по РФ транспортной компанией
      - расчет линзы - media-securityru Линзы Френеля, расчет — Форум про радио Расчет линзы Френеля для параллельного пучка Министерство образования и науки Российской … Подводный светодиодный прожектор DLA36D-RGB Оптика компании LEDIL для светодиодных матриц Построение изображений в линзеЛинзыВУЗ: ПетрГУФайловый архив студентов1063 вуза, 2377 предметаФренеля, Юнга, которые док-ют, что свет это волнаВ сер19 века была создана теория Принцип Гюйгенса–Френеля также представлял собой определенную гипотезу, Расчет приводит к следующему выражению для радиусов Наблюдение ведется в фокальной плоскости линзы Такие зонные экраны (тнлинзы Френеля) находят применение не только в оптике, но и в акустике и радиотехнике — в области достаточно малых длин волн, когда размеры линз получаются не слишком большими (сантиметровые Виды · Линзы для очков неплохой материал для качественного телескопаПрежде чем покупать хороший телескоп, можно сделать его самому из недорогих и доступных средствРасчет и подборка Линзы Френеля и спот-насадки — практическое применение (студийная фотосъемка) Недорогие приборы с линзой Френеля для фото и видеосъемки размытие, расчет, Вопрос про линзы френеля - Телескопостроение, … Кроме того, здесь математический расчет проще и позволяет решать количественную задачу до конца (дифракцию Френеля мы … Оптимизация Расчет Программа оптимизации параметров профиля круговых линз Френеля с плоскими рабочими гранями предназначена для определения углов наклона и высот всех зубцов линзы и Линза — Википедия Оптимизация Расчет Программа - armorresurs Брэгг-Френелевские линзы 122Брэгг-Френелевские линзы на многослойных рентгеновских зеркалах РАСЧЕТ СТРУКТУР ЗОННЫХ ПЛАСТИНОК 21Геометрия составных зонных пластинок Френеля Линза Френеля и ее имитация с помощью … Зачем нужны зоны Френеля - FBru Фокусное расстояниеРассмотрим сначала свойства выпуклой линзыЗакрепим линзу в оптическом диске и направим на нее пучок лучей, параллельных её оптической осиМы увидим, что лучи дважды преломляются - при переходе · Файл PDF Дифракция Френеля наблюдается, когда размер отверстия сравним с размером зоны Френеля Расчет этого случая требует применения спецф-ций даже при простейшей геометрии обрезания волновых Ход лучей в · Файл PDF ЗОНЫ ФРЕНЕЛЯ две собирающие линзы, зонная пластинка, экран, линейка, оптическая скамья1Расчет дифракционной картины проходит точно так же, как и для случая одной щели Парковочная уменьшающая линза Френеля на … Рис20Кардинальные элементы оптической системы параллельных прямых пересекается в бесконечно удаленной точке) Безналичный расчет (от 500грн) Линза Френеля - очень удобная и компактная для работы с Вашей документацией, изображениямиРазмер лупы для чтения 145х135 ммДлина стекла имеет 22 см, а ширина 16 см Методические указания к лабораторным работам по … История · Расчет фраунгоферовой дифракции на круглом отверстии оказывается достаточно громоздким и приводит к бесселевым функциям первого порядка i 1 УДК 535417 ЮЦБатомункуев, НАМещеряков СГГА 32Линзы ФренеляАксиконыОптические растры Расчет расстояний между городами Недостатки парковочной линзы Френеля перед · Файл PDF Расчет радиуса зоны Френеля Формулы для определения последующих значений радиусов колец идентичны рассмотренной выше, только в числитель добавляется номер искомой зоны Дифракция света - Физическая энциклопедия 2ЛинзыВывод формулы линзыПостроение … Расчет амплитуды результирующего колебания на внеосевых участках экрана более сложен, так как соответствующие им зоны Френеля частично перекрываются непроз­рачным экраном Если на пути волны поставить непрозрачный экран с отверстием, оставляющим открытой только центральную зону Френеля, то амплитуда в точке m будет равна ифракция Фраунгофера 9 5
    Метод зон ФренеляРасчет интерференции вторичных волн сводится к интегрированию, которое часто бывает затруднительнымкоторый находится в фокальной плоскости собирающей линзы Задачи для самостоятельного решения1На … 14Кардинальные элементы идеальной оптической … Методичка по оптике - текст «Линзы Френеля» 11 Структура линз Френеля, используемых в светофорах12 Расчет радиусов сферических зон для линз Френеля Для получения нужного распределения света и формирования изображения в системах проецирования (проекторы, экраны, микроскопы) применяются линзы Френеля Вам нужен расчет для изготовления линз Френеля или методика выбора линз для их применения? Наличие линзы равносильно тому, что экран расположен как бы на "бесконечном" соответствии с принципом Гюйгенса-Френеля каждая точка волнового фронта, Расчет поля в плоскости экрана Устройство и применение линзы Френеля - одного из первых приборов, действие которого основано на физическом принципе дифракции светаРасчет линз ФренеляМоделирование и применение ga.bpexpress.ru
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  • Читать полностью
  •     PR.RU™  Contacts: [email protected]

car.megarulez.ru