Qu'est-ce que l'objectif de Fresnel optique

La lentille de Fresnel réduit la quantité de matériau requise par rapport à une lentille conventionnelle en divisant l'objectif en un ensemble de sections annulaires concentriques. Une lentille de Fresnel idéale aurait un nombre infini de sections. Dans chaque section, l'épaisseur globale est diminuée par rapport à une lentille simple équivalente. Cela divise efficacement la surface continue d'une lentille standard en un ensemble de surfaces de même courbure, avec des discontinuités pas à pas entre eux.

Dans certains objectifs, les surfaces incurvées sont remplacées par des surfaces plates, par un angle différent dans chaque section. Une telle lentille peut être considérée comme un éventail de prismes disposés de manière circulaire, avec des prismes plus raides sur les bords, et un centre plat ou légèrement convexe. Dans les premières (et plus grandes) objectifs de Fresnel, chaque section était en fait un prisme distinct. Des lentilles de Fresnel «monobloc» ont ensuite été produites, utilisées pour les phares automobiles, le frein, le parking et les lentilles de signal de virage, etc. Dans les temps modernes, l'équipement de fraisage contrôlé par ordinateur (CNC) ou les imprimantes 3D peut être utilisé pour fabriquer des objectifs plus complexes.

La conception de la lentille de Fresnel permet une réduction substantielle de l'épaisseur (et donc de la masse et du volume de matériau), au détriment de la réduction de la qualité d'imagerie de l'objectif, c'est pourquoi des applications d'imagerie précises telles que la photographie utilisent généralement des lentilles conventionnelles plus importantes.

Les lentilles Fresnel sont généralement en verre ou en plastique; Leur taille varie de la grande (ancienne phare historique, de la taille du mètre) à moyen (aides à lecture du livre, vue OHP Projecteurs graphiques) à petit (écrans de caméra TLR / SLR, micro-optiques). Dans de nombreux cas, ils sont très minces et plats, presque flexibles, avec des épaisseurs dans la gamme de 1 à 5 mm (1 ⁄ 32 à 3 ⁄ 16 po).

La plupart des lentilles de Fresnel modernes se composent uniquement d'éléments de réfraction. Les lentilles de phare, cependant, ont tendance à inclure à la fois des éléments réfracts et réfléchissants, ce dernier étant en dehors des anneaux métalliques vus sur les photographies. Alors que les éléments internes sont des sections de lentilles de réfraction, les éléments externes reflètent les prismes, chacun effectuant deux réfractions et une réflexion interne totale, évitant la perte de lumière qui se produit dans la réflexion à partir d'un miroir argenté.

Application

Imagerie

Un objectif de Fresnel en plastique vendu comme un dispositif d'élargissement de l'écran de télévision

La lentille Fresnel utilisée dans le téléviseur CRT portable Sinclair FTV1, qui élargit uniquement l'aspect vertical de l'écran

Les lentilles de Fresnel sont utilisées comme simples magnifiateurs portables. Ils sont également utilisés pour corriger plusieurs troubles visuels, y compris les troubles de la motilité oculaire tels que le strabisme. [14] Les objectifs Fresnel ont été utilisés pour augmenter la taille visuelle des écrans CRT dans les téléviseurs de poche, notamment le Sinclair TV80. Ils sont également utilisés dans les feux de circulation.

Les lentilles de Fresnel sont utilisées dans des camions européens à entraînement de gauche entrant au Royaume-Uni et en République d'Irlande (et vice versa, des camions irlandais et britanniques à droite entrant dans l'Europe continentale) pour surmonter les angles morts provoqués par le conducteur exploitant le camion pendant que Assis du mauvais côté de la cabine par rapport au côté de la route sur la voiture. Ils s'attachent à la fenêtre côté passager.

Une autre application automobile d'une lentille Fresnel est un amplificateur de la vue arrière, car l'angle de vue large d'une lentille attachée à la fenêtre arrière permet d'examiner la scène derrière un véhicule, en particulier un grand ou un bluff miroir seul.

Les lentilles de Fresnel multifocal sont également utilisées dans le cadre des caméras d'identification de la rétine, où ils fournissent plusieurs images intérieures et hors focus d'une cible de fixation à l'intérieur de la caméra. Pour pratiquement tous les utilisateurs, au moins une des images sera au point de mise au point, permettant ainsi un alignement des yeux correct.

Les objectifs de Fresnel ont également été utilisés dans le domaine du divertissement populaire. L'artiste rock britannique Peter Gabriel les a utilisés dans ses premières performances en direct en solo pour amplifier la taille de sa tête, contrairement au reste de son corps, pour un effet dramatique et comique. Dans le film de Terry Gilliam Brésil, les écrans de Fresnel en plastique apparaissent ostensiblement comme des lançons pour les petits moniteurs CRT utilisés dans les bureaux du ministère de l'Information. Cependant, ils apparaissent occasionnellement entre les acteurs et la caméra, déformant l'échelle et la composition de la scène à un effet humoristique. Le film Pixar Wall-E présente une lentille de Fresnel dans les scènes où le protagoniste regarde la comédie musicale Hello, Dolly! Magnifié sur un iPod.

La photographie

Canon et Nikon ont utilisé des objectifs Fresnel pour réduire la taille des téléobjectifs. Les lentilles photographiques qui incluent les éléments de Fresnel peuvent être beaucoup plus courtes que la conception de lentille conventionnelle correspondante. Nikon appelle la phase technologique Fresnel.

La caméra Polaroid SX-70 a utilisé un réflecteur Fresnel dans le cadre de son système de visualisation.

La vue et les caméras à grand format peuvent utiliser une lentille de Fresnel en conjonction avec le verre moulu, pour augmenter la luminosité perçue de l'image projetée par une lentille sur le verre moulu, aidant ainsi à ajuster la mise au point et la composition.

Éclairage

Mécanisme d'objectif et de conduite du phare d'Inchkeith

Des lentilles de Fresnel en verre de haute qualité ont été utilisées dans les phares, où ils étaient considérés comme de l'état de l'art à la fin du 19e et au milieu des 20e siècles; La plupart des phares ont maintenant retraité des lentilles de Fresnel en verre du service et les ont remplacées par des aérobeacons beaucoup moins coûteuses et plus durables, qui contiennent eux-mêmes des lentilles de Fresnel en plastique. et en dessous de la Fresnel plane centrale, afin d'attraper toute la lumière émise par la source lumineuse. Le chemin lumineux à travers ces éléments peut inclure une réflexion interne, plutôt que la réfraction simple dans l'élément Fresnel plan. Ces objectifs ont conféré de nombreux avantages pratiques aux concepteurs, aux constructeurs et aux utilisateurs de phares et à leur éclairage. Entre autres choses, les objectifs plus petits pourraient s'adapter à des espaces plus compacts. Une plus grande transmission de lumière sur des distances plus longues et des modèles variés ont permis de trianguler une position. [Citation nécessaire]

Peut-être que l'utilisation la plus répandue des lentilles Fresnel, pendant un certain temps, s'est produite dans les phares automobiles, où ils peuvent façonner le faisceau à peu près parallèle du réflecteur parabolique pour répondre comme la conception européenne de H4). Pour des raisons de l'économie, du poids et de la résistance à l'impact, les voitures plus récentes se sont dispensées avec des lentilles de Fresnel en verre, en utilisant des réflecteurs à multiples facettes avec des lentilles en polycarbonate ordinaire. Cependant, les objectifs de Fresnel se poursuivent dans une large utilisation dans la queue automobile, le marqueur et les lumières inversées.

Les lentilles de Fresnel en verre sont également utilisées dans les instruments d'éclairage pour le théâtre et les films (voir Fresnel Lantern); Ces instruments sont souvent appelés simplement Fresnels. L'instrument entier se compose d'un boîtier en métal, d'un réflecteur, d'un assemblage de lampe et d'une lentille de Fresnel. De nombreux instruments de Fresnel permettent à la lampe d'être déplacée par rapport au point focal de l'objectif, pour augmenter ou diminuer la taille du faisceau lumineux. En conséquence, ils sont très flexibles et peuvent souvent produire un faisceau aussi étroit que 7 ° ou aussi large que 70 ° . La lentille de Fresnel produit une poutre très douce, donc est souvent utilisée comme lumière de lavage. Un support devant l'objectif peut contenir un film en plastique coloré (gel) pour teinter les écrans de lumière ou de fil ou du plastique givré pour le diffuser. La lentille de Fresnel est utile dans la fabrication de photos de films non seulement en raison de sa capacité à concentrer le faisceau plus brillant qu'un objectif typique, mais aussi parce que la lumière est une intensité relativement cohérente sur toute la largeur du faisceau de lumière.

Système d'atterrissage optique sur le porte-avions de la marine américaine USS Dwight D. Eisenhower

Les porte-avions et les stations aériennes navales utilisent généralement des lentilles Fresnel dans leurs systèmes d'atterrissage optique. La "boulet de viande" allume le pilote dans le maintien d'une pente de glissade appropriée pour l'atterrissage. Au centre se trouvent des lumières ambre et rouges composées de lentilles de Fresnel. Bien que les lumières soient toujours allumées, l'angle de l'objectif du point de vue du pilote détermine la couleur et la position de la lumière visible. Si les lumières apparaissent au-dessus de la barre horizontale verte, le pilote est trop élevé. S'il est ci-dessous, le pilote est trop bas, et si les lumières sont rouges, le pilote est très bas. [Citation nécessaire

Projection

L'utilisation des lentilles de Fresnel pour la projection d'image réduit la qualité de l'image, de sorte qu'elles ont tendance à se produire uniquement lorsque la qualité n'est pas critique ou lorsque la majeure partie d'une lentille solide serait prohibitive. Les lentilles Fresnel bon marché peuvent être tamponnées ou moulées de plastique transparent et sont utilisées dans les projecteurs aériens et les téléviseurs de projection.

Les lentilles Fresnel de différentes longueurs focales (un collimateur et un collecteur) sont utilisées dans la projection commerciale et bricolage. La lentille de collimateur a la distance focale inférieure et est placée plus près de la source de lumière, et la lentille collector, qui concentre la lumière dans la lentille triplet, est placée après l'image de projection (un panneau LCD à matrice active dans les projecteurs LCD). Les lentilles Fresnel sont également utilisées comme collimateurs dans les projecteurs aériens.

Énergie solaire

Étant donné que les lentilles de Fresnel en plastique peuvent être agrandies que les lentilles en verre, tout en étant beaucoup moins chères et plus légères, elles sont utilisées pour concentrer la lumière du soleil pour le chauffage dans les cuisinières solaires, dans les forges solaires et dans les collectionneurs solaires utilisés pour chauffer l'eau pour un usage domestique. Ils peuvent également être utilisés pour générer de la vapeur ou pour alimenter un moteur Stirling.

Les lentilles Fresnel peuvent concentrer la lumière du soleil sur les cellules solaires avec un rapport de près de 500: 1. [19] Cela permet à la surface active des cellules solaires d'être réduite, à réduire le coût et à permettre l'utilisation de cellules plus efficaces qui seraient autrement trop coûteuses. Au début du 21e siècle, les réflecteurs de Fresnel ont commencé à être utilisés pour concentrer les usines d'énergie solaire (CSP) pour concentrer l'énergie solaire.

Les lentilles de Fresnel peuvent être utilisées pour le sable de frittage, permettant l'impression 3D dans le verre.