O que é lente óptica Fresnel

A lente Fresnel reduz a quantidade de material necessária em comparação com uma lente convencional, dividindo a lente em um conjunto de seções anulares concêntricas. Uma lente Fresnel ideal teria um número infinito de seções. Em cada seção, a espessura geral diminui em comparação com uma lente simples equivalente. Isso divide efetivamente a superfície contínua de uma lente padrão em um conjunto de superfícies da mesma curvatura, com descontinuidades graduais entre elas.

Em algumas lentes, as superfícies curvas são substituídas por superfícies planas, com um ângulo diferente em cada seção. Essa lente pode ser considerada como uma variedade de prismas organizados de maneira circular, com prismas mais íngremes nas bordas e um centro plano ou ligeiramente convexo. Na primeira (e maior) lentes Fresnel, cada seção era na verdade um prisma separado. As lentes Fresnel de 'peça única' foram produzidas posteriormente, sendo usadas para faróis de automóveis, freio, estacionamento e lentes de sinal de giro e assim por diante. Nos tempos modernos, equipamentos de moagem controlados por computador (CNC) ou impressoras 3D podem ser usadas para fabricar lentes mais complexas.

O design da lente Fresnel permite uma redução substancial na espessura (e, portanto, massa e volume de material), às custas de reduzir a qualidade da imagem da lente, e é por isso que aplicações precisas de imagem, como a fotografia, geralmente ainda usam lentes convencionais maiores.

As lentes Fresnel geralmente são feitas de vidro ou plástico; Seu tamanho varia de grandes (faróis históricos antigos, tamanho do medidor) a médio (AIDS de leitura de livros, View OHP Projetores de gráficos) para pequenas (TLR/SLR Telas de câmera, micro-ópticas). Em muitos casos, eles são muito finos e planos, quase flexíveis, com espessuras na faixa de 1 a 5 mm (1⁄32 a 3 ⁄ 16 pol.

A maioria das lentes modernas de Fresnel consiste apenas de elementos refrativos. As lentes do farol, no entanto, tendem a incluir elementos refratados e refletores, este último está fora dos anéis de metal vistos nas fotografias. Enquanto os elementos internos são seções de lentes refrativas, os elementos externos estão refletindo prismas, cada um dos quais realiza duas refrações e uma reflexão interna total, evitando a perda de luz que ocorre na reflexão de um espelho prateado.

Aplicativo

Imagem

Uma lente Plástico Fresnel vendida como um dispositivo de ampliação da tela de TV

A lente Fresnel usada na TV CRT portátil Sinclair FTV1, que aumenta o aspecto vertical da tela apenas

As lentes Fresnel são usadas como ampliantes simples de mão. Eles também são usados ​​para corrigir vários distúrbios visuais, incluindo distúrbios de motilidade ocular, como estrabismo. [14] As lentes Fresnel foram usadas para aumentar o tamanho visual dos monitores de CRT em televisões de bolso, principalmente o Sinclair TV80. Eles também são usados ​​em semáforos.

As lentes Fresnel são usadas em caminhões europeus de direção à esquerda, entrando no Reino Unido e na República da Irlanda (e vice-versa, caminhões irlandeses e britânicos de direção à direita que entram na Europa continental) para superar os pontos cegos causados ​​pelo motorista que operam o caminhão enquanto Sentado do lado errado da cabine em relação ao lado da estrada, o carro está ligado. Eles se anexam à janela do lado do passageiro.

Outra aplicação de automóvel de uma lente Fresnel é um intensificador de vista traseira, pois o amplo ângulo de vista de uma lente conectado à janela traseira permite examinar a cena atrás de um veículo, particularmente um alto ou blefe de cauda, ​​mais eficaz do que uma vista traseira espelho sozinho.

As lentes Fresnel multifocal também são usadas como parte das câmeras de identificação da retina, onde fornecem várias imagens internas e fora de foco de um alvo de fixação dentro da câmera. Para praticamente todos os usuários, pelo menos uma das imagens estará em foco, permitindo assim o alinhamento correto dos olhos.

As lentes Fresnel também foram usadas no campo do entretenimento popular. O artista de rock britânico Peter Gabriel fez uso deles em suas primeiras performances ao vivo solo para ampliar o tamanho de sua cabeça, em contraste com o resto de seu corpo, para obter um efeito dramático e cômico. No filme de Terry Gilliam Brasil, as telas de Plástico Fresnel aparecem ostensivamente como ampliadores para os pequenos monitores de CRT usados ​​em todo os escritórios do Ministério da Informação. No entanto, eles ocasionalmente aparecem entre os atores e a câmera, distorcendo a escala e a composição da cena com efeito humorístico. O filme da Pixar Wall-E apresenta uma lente Fresnel nas cenas em que o protagonista assiste o musical Hello, Dolly! ampliado em um iPod.

Fotografia

A Canon e a Nikon usaram lentes Fresnel para reduzir o tamanho das lentes telefoto. As lentes fotográficas que incluem elementos de Fresnel podem ser muito mais curtas do que o design correspondente da lente convencional. A Nikon chama a fase de tecnologia Fresnel.

A câmera Polaroid SX-70 usou um refletor de Fresnel como parte de seu sistema de visualização.

As câmeras de visão e grande formato podem utilizar uma lente Fresnel em conjunto com o vidro moído, para aumentar o brilho percebido da imagem projetada por uma lente no vidro do solo, ajudando assim no foco e na composição do ajuste.

Iluminação

Inchkeith Lighthouse lente e mecanismo de acionamento

As lentes Fresnel de vidro de alta qualidade foram usadas em faróis, onde eram considerados de última geração no final do século XIX e até meados do século XX; A maioria dos faróis agora retirou as lentes de vidro Fresnel do serviço e as substituíram por aerobáconos muito mais baratos e mais duráveis, que costumam contêm lentes plásticas de Fresnel. [Citação necessária] Os sistemas de lentes Fresnel de farol geralmente incluem elementos prismáticos anulares extras, gravados em cenas facetadas acima e abaixo do Fresnel Planar Central, a fim de capturar toda a luz emitida da fonte de luz. O caminho da luz através desses elementos pode incluir uma reflexão interna, em vez da refração simples no elemento planar Fresnel. Essas lentes conferiram muitos benefícios práticos aos designers, construtores e usuários de faróis e sua iluminação. Entre outras coisas, lentes menores podem se encaixar em espaços mais compactos. Maior transmissão de luz em distâncias mais longas e padrões variados, possibilitou triangular uma posição. [Citação necessária]

Talvez o uso mais difundido de lentes Fresnel, por um tempo, tenha ocorrido em faróis de automóveis, onde eles podem moldar o feixe aproximadamente paralelo do refletor parabólico para atender aos requisitos de padrões de vigas e vigas principais, geralmente ambos na mesma unidade de farol (como como o design europeu H4). Por razões de economia, peso e resistência ao impacto, os carros mais novos dispensaram as lentes Fresnel de vidro, usando refletores multifacetados com lentes de policarbonato simples. No entanto, as lentes Fresnel continuam em amplo uso em luzes de automóvel, marcador e reversão.

As lentes Fresnel de vidro também são usadas em instrumentos de iluminação para teatro e filmes (ver Lanterna Fresnel); Tais instrumentos são frequentemente chamados de simplesmente afresnelos. Todo o instrumento consiste em um alojamento de metal, um refletor, um conjunto de lâmpadas e uma lente Fresnel. Muitos instrumentos de Fresnel permitem que a lâmpada seja movida em relação ao ponto focal da lente, aumente ou diminua o tamanho do feixe de luz. Como resultado, eles são muito flexíveis e geralmente podem produzir um feixe tão estreito quanto 7 ° ou de 70 ° . A lente Fresnel produz uma viga muito macio, por isso é frequentemente usada como uma luz de lavagem. Um suporte na frente da lente pode segurar um filme de plástico colorido (gel) para tingir as telas de luz ou arame ou plástico fosco para difundi -lo. A lente Fresnel é útil na criação de filmes, não apenas por causa de sua capacidade de focar o feixe mais brilhante que uma lente típica, mas também porque a luz é uma intensidade relativamente consistente em toda a largura do feixe de luz.

Sistema de aterrissagem óptica no transportador de aeronaves da Marinha dos EUA Dwight D. Eisenhower

Portadores de aeronaves e estações aéreas navais normalmente usam lentes Fresnel em seus sistemas de aterrissagem óptica. A luz da "almôndega" ajuda o piloto a manter a inclinação de deslizamento adequado para o patamar. No centro estão as luzes âmbar e vermelhas compostas por lentes Fresnel. Embora as luzes estejam sempre acesas, o ângulo da lente do ponto de vista do piloto determina a cor e a posição da luz visível. Se as luzes aparecerem acima da barra horizontal verde, o piloto será muito alto. Se estiver abaixo, o piloto será muito baixo e, se as luzes estiverem vermelhas, o piloto será muito baixo. [Citação necessária

Projeção

O uso de lentes Fresnel para projeção de imagem reduz a qualidade da imagem, portanto, elas tendem a ocorrer apenas quando a qualidade não é crítica ou onde a maior parte de uma lente sólida seria proibitiva. As lentes Fresnel baratas podem ser carimbadas ou moldadas de plástico transparente e são usadas em projetores aéreos e televisores de projeção.

As lentes Fresnel de diferentes distância focal (um colimador e um colecionador) são usadas em projeção comercial e de bricolage. A lente colimator possui a distância focal inferior e é colocada mais próxima da fonte de luz, e a lente coletora, que concentra a luz na lente trigêmea, é colocada após a imagem de projeção (um painel Matrix LCD ativo nos projetores LCD). As lentes Fresnel também são usadas como colimadores em projetores aéreos.

Energia solar

Como as lentes Plástico Fresnel podem ser maiores que as lentes de vidro, além de serem muito mais baratas e mais leves, elas são usadas para concentrar a luz solar para aquecer em panelas solares, em forjas solares e em coletores solares usados ​​para aquecer a água para uso doméstico. Eles também podem ser usados ​​para gerar vapor ou alimentar um motor Stirling.

As lentes Fresnel podem concentrar a luz solar nas células solares com uma proporção de quase 500: 1. [19] Isso permite que a superfície ativa das células solares seja reduzida, reduzindo o custo e permitindo o uso de células mais eficientes que, de outra forma, seriam muito caras. No início do século XXI, os refletores de Fresnel começaram a ser usados ​​na concentração de usinas de energia solar (CSP) para concentrar a energia solar.

As lentes Fresnel podem ser usadas para sinterização, permitindo a impressão 3D no vidro.