¿Qué es la lente óptica de Fresnel?

La lente Fresnel reduce la cantidad de material requerido en comparación con una lente convencional dividiendo la lente en un conjunto de secciones anulares concéntricas. Una lente Fresnel ideal tendría un número infinito de secciones. En cada sección, el grosor general disminuye en comparación con una lente simple equivalente. Esto divide efectivamente la superficie continua de una lente estándar en un conjunto de superficies de la misma curvatura, con discontinuidades paso a paso entre ellas.

En algunas lentes, las superficies curvas se reemplazan con superficies planas, con un ángulo diferente en cada sección. Tal lente puede considerarse como una variedad de prismas dispuestos de manera circular, con prismas más empinados en los bordes y un centro plano o ligeramente convexo. En las primeras (y más grandes) lentes de Fresnel, cada sección era en realidad un prisma separado. Posteriormente se produjeron lentes de Fresnel 'una sola pieza', que se utilizan para lentes de faro de automóviles, frenos, estacionamiento y lentes de señal de giro, etc. En los tiempos modernos, el equipo de fresado controlado por computadora (CNC) o las impresoras 3-D podrían usarse para fabricar lentes más complejas.

El diseño de la lente Fresnel permite una reducción sustancial en el grosor (y por lo tanto, la masa y el volumen de material), a expensas de reducir la calidad de la imagen de la lente, por lo que las aplicaciones de imágenes precisas como la fotografía generalmente todavía usan lentes convencionales más grandes.

Las lentes Fresnel generalmente están hechas de vidrio o plástico; Su tamaño varía desde grandes (antiguos faros históricos, tamaño del medidor) hasta mediano (ayudas de lectura de libros, OHP View Proyectores de gráficos) a pequeños (pantallas de cámara TLR/SLR, microóptica). En muchos casos, son muy delgados y planos, casi flexibles, con espesores en el rango de 1 a 5 mm (1 ⁄ 32 a 3 ⁄ 16 pulg.

La mayoría de las lentes modernas de Fresnel consisten solo en elementos refractivos. Sin embargo, las lentes del faro tienden a incluir elementos de refracción y reflejo, este último está fuera de los anillos de metal que se ven en las fotografías. Si bien los elementos internos son secciones de lentes refractivas, los elementos externos reflejan los prismas, cada uno de las cuales realiza dos refracciones y una reflexión interna total, evitando la pérdida de luz que ocurre en reflejo desde un espejo plateado.

Solicitud

Imagen

Una lente plástica de Fresnel vendida como un dispositivo de agrandamiento de la pantalla de TV

La lente Fresnel utilizada en el Sinclair FTV1 Portable CRT TV, que amplía solo el aspecto vertical de la pantalla

Las lentes Fresnel se usan como simples lupas de mano. También se utilizan para corregir varios trastornos visuales, incluidos los trastornos de la motentidad ocular como el estrabismo. [14] Se han utilizado lentes Fresnel para aumentar el tamaño visual de las pantallas CRT en los televisores de bolsillo, especialmente el Sinclair TV80. También se usan en los semáforos.

Las lentes Fresnel se utilizan en camiones europeos de manejo izquierdo que ingresan al Reino Unido y la República de Irlanda (y viceversa, camiones irlandeses y británicos de la derecha a la derecha que ingresan a Europa continental) para superar los puntos ciegos causados ​​por el conductor que opera el camión mientras Sentado en el lado equivocado de la cabina en relación con el costado de la carretera en el que se encuentra el automóvil. Se unen a la ventana del lado del pasajero.

Otra aplicación de automóviles de una lente Fresnel es un potenciador de la vista trasera, ya que el ángulo de vista amplio de una lente unida a la ventana trasera permite examinar la escena detrás de un vehículo, particularmente uno alto o de cola de acantilado, más efectivamente que una visión trasera. Mirror solo.

Las lentes de Fresnel multifocal también se utilizan como parte de las cámaras de identificación de Retina, donde proporcionan múltiples imágenes dentro y fuera de enfoque de un objetivo de fijación dentro de la cámara. Para prácticamente todos los usuarios, al menos una de las imágenes estará enfocada, lo que permitirá la alineación ocular correcta.

Las lentes Fresnel también se han utilizado en el campo del entretenimiento popular. El artista de rock británico Peter Gabriel los hizo uso en sus primeras actuaciones en vivo en solitario para magnificar el tamaño de su cabeza, en contraste con el resto de su cuerpo, para obtener un efecto dramático y cómico. En la película de Terry Gilliam Brasil, las pantallas de plástico Fresnel aparecen aparentemente como lupas para los pequeños monitores CRT utilizados en las oficinas del Ministerio de Información. Sin embargo, ocasionalmente aparecen entre los actores y la cámara, distorsionando la escala y la composición de la escena con un efecto humorístico. La película Pixar Wall-E presenta una lente de Fresnel en las escenas donde el protagonista mira el musical hola, ¡Dolly! magnificado en un iPod.

Fotografía

Canon y Nikon han usado lentes Fresnel para reducir el tamaño de las lentes de teleobjetivo. Las lentes fotográficas que incluyen elementos de Fresnel pueden ser mucho más cortos que el diseño correspondiente de lentes convencionales. Nikon llama a la fase tecnológica Fresnel.

La cámara Polaroid SX-70 utilizó un reflector de Fresnel como parte de su sistema de visualización.

La vista y las cámaras de gran formato pueden utilizar una lente de Fresnel junto con el vidrio molido, para aumentar el brillo percibido de la imagen proyectada por una lente en el vidrio fundamental, ayudando así a ajustar el enfoque y la composición.

Iluminación

Lente de faro de Inchkeith y mecanismo de accionamiento

Las lentes de vidrio de vidrio de alta calidad se usaron en faros, donde se consideraron de última generación a fines del siglo XIX y mediados de los siglos XX; La mayoría de los faros ahora han retirado lentes de vidrio de vidrio del servicio y las reemplazaron con aerobeacons mucho menos costosos y duraderos, que a menudo contienen lentes de plástico Fresnel. y debajo del Fresnel plano central, para atrapar toda la luz emitida por la fuente de luz. La ruta de luz a través de estos elementos puede incluir una reflexión interna, en lugar de la simple refracción en el elemento plano de Fresnel. Estas lentes confirieron muchos beneficios prácticos a los diseñadores, constructores y usuarios de faros y su iluminación. Entre otras cosas, las lentes más pequeñas podrían caber en espacios más compactos. Una mayor transmisión de luz a distancias más largas y patrones variados, permitieron triangular una posición. [Cita necesaria]

Quizás el uso más extendido de las lentes de Fresnel, durante un tiempo, ocurrió en faros delanteros de automóvil como el diseño europeo H4). Por razones de economía, peso y resistencia al impacto, los autos más nuevos han prescindido de lentes de vidrio Fresnel, utilizando reflectores multifacéticos con lentes de policarbonato simple. Sin embargo, las lentes Fresnel continúan en amplia uso en la cola del automóvil, el marcador y las luces de inversión.

Las lentes de vidrio Fresnel también se utilizan en instrumentos de iluminación para teatro y películas (ver Fresnel Lantern); Dichos instrumentos a menudo se llaman simplemente Fresnels. Todo el instrumento consiste en una carcasa de metal, un reflector, un conjunto de lámparas y una lente de Fresnel. Muchos instrumentos de Fresnel permiten que la lámpara se mueva en relación con el punto focal de la lente, para aumentar o disminuir el tamaño del haz de luz. Como resultado, son muy flexibles y a menudo pueden producir un haz tan estrecho como 7 ° o tan ancho como 70 ° . La lente Fresnel produce un haz muy suave, por lo que a menudo se usa como luz de lavado. Un soporte frente a la lente puede sostener una película de plástico de color (gel) para teñir las pantallas de luz o alambre o plástico esmerilado para difundirla. La lente de Fresnel es útil en la fabricación de imágenes en movimiento no solo por su capacidad para enfocar el haz más brillante que una lente típica, sino también porque la luz es una intensidad relativamente consistente en todo el ancho del haz de luz.

Sistema de aterrizaje óptico en el transportista de aviones de la Marina de los EE. UU. USS Dwight D. Eisenhower

Los portaaviones y las estaciones aéreas navales generalmente usan lentes Fresnel en sus sistemas de aterrizaje óptico. La luz de la "albóndigas" ayuda al piloto a mantener una pendiente de deslizamiento adecuada para el aterrizaje. En el centro hay luces ámbar y rojas compuestas de lentes Fresnel. Aunque las luces siempre están encendidas, el ángulo de la lente desde el punto de vista del piloto determina el color y la posición de la luz visible. Si las luces aparecen sobre la barra horizontal verde, el piloto es demasiado alto. Si está debajo, el piloto es demasiado bajo, y si las luces son rojas, el piloto es muy bajo. [Cita necesaria

Proyección

El uso de lentes de Fresnel para la proyección de imágenes reduce la calidad de la imagen, por lo que tienden a ocurrir solo cuando la calidad no es crítica o donde la mayor parte de una lente sólida sería prohibitiva. Las lentes baratas de Fresnel se pueden estampar o moldear de plástico transparente y se usan en proyectores aéreos y televisores de proyección.

Las lentes Fresnel de diferentes distancias focales (un colimador y un coleccionista) se utilizan en la proyección comercial y de bricolaje. La lente del colimador tiene la distancia focal inferior y se coloca más cerca de la fuente de luz, y la lente coleccionista, que enfoca la luz en la lente del triplete, se coloca después de la imagen de proyección (un panel LCD de matriz activo en proyectores LCD). Las lentes Fresnel también se utilizan como colimadores en proyectores de gastos generales.

Energía solar

Dado que las lentes de plástico de Fresnel se pueden hacer más grandes que las lentes de vidrio, además de ser mucho más baratas y livianas, se utilizan para concentrar la luz solar para calentar en las cocinas solares, en forras solares y en colectores solares utilizados para calentar agua para uso doméstico. También se pueden usar para generar vapor o para alimentar un motor Stirling.

Las lentes Fresnel pueden concentrar la luz solar en las células solares con una relación de casi 500: 1. [19] Esto permite reducir la superficie activa de las células solares, reducir el costo y permitir el uso de células más eficientes que de otro modo serían demasiado costosas. A principios del siglo XXI, los reflectores de Fresnel comenzaron a usarse para concentrar las plantas de energía solar (CSP) para concentrar la energía solar.

Las lentes Fresnel se pueden usar para arena sinter, permitiendo la impresión 3D en vidrio.