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关于菲涅尔透镜知识点

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关于菲涅尔透镜知识点

发布日期:2019-08-06 作者: 点击:

菲涅尔透镜

  菲涅尔透镜,又称螺纹透镜。菲涅尔透镜一般是由一系列同心棱形槽构成的,每隔环节都相当于一个独立的折射面。菲涅尔透镜的棱形槽除了按照同心圆排列外,还可以按照平行直线排列。平行直线排列棱形槽的菲涅尔透镜可以用做线太阳能聚光器。

  菲涅尔透镜的棱形槽一般为每毫米2~8个槽。随着现代模压塑料工艺的发展,可以模压出很细沟槽的阶梯透镜,沟槽的频率高达每毫米约20个槽,这超过人眼在明视距离的分辨率,完全有可能同分辨率接近衍射极限的透镜相媲美。

  最简单的菲涅尔透镜是基面为平面的平面形透镜。他的结构简单,加工方便,还有基面为曲面的弯月形透镜。他的自由度更高,有利于消像差。菲涅尔透镜分为折射式和反射式两种。

  菲涅尔透镜设计主要是确定每个环节的齿形,它的每个环节相当于厚透镜的一个环节。各环带所构成的透镜焦距不等,但能够保证焦点都位于同一点,即达到消球差的目的。其效果相当于一个厚透镜,但是又比厚透镜大大减小。

  各环带齿形主要取决于各面的面形角a,只要找出各个工作面的法线倾角S即可,由图17.28可见a和s是相等的。图中给出了菲涅尔透镜的一个齿形截面,设透镜材料的折射率为n,外界折射率为n’,a称为工作侧面角,b称为干扰侧面角。

  采用等光程条件推导,可以得到

  

微透镜阵


  由上式可求得a, a称为工作侧面角,有多少环带便可以计算出多少个s角,显然各环带的面形角是不相等的。

  当干扰侧面角b<90度时,齿形的干扰侧面可不同程度地减小干扰作用,而且加工比较方便,便于大量生产。b>90度,齿形的干扰侧面一般不能减小干扰作用,而且不能模压,只能切削加工,不适用于大量生产。b=90度,齿高超过环带螺距时,其齿尖容易变形。光线通过变形后的工作侧面,形成干扰光线,对像质不利。为了避免这种情况,一般做成b<90度的齿形。

  菲涅尔透镜的相对孔径越大,作为聚光镜的包角越大,光能利用越充分,但过分增大孔径或缩短焦距,会导致透镜边缘出射光线发生全反射现象,所以材料的全反射临界角的大小限制了菲涅尔透镜所能获得的最大偏角G.


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