Парковочная линза френеля отзывы: Парковочная линза Френеля (отзывы, установка)

Использование линз Френеля для оптическая связь

Из-за их низкой стоимости, небольшого веса и доступности в больших размеры, линзы Френеля являются привлекательными вариантами при использовании для оптические коммуникации. В целом эквивалентен PCX (плосковыпуклые) линзы, их можно использовать для коллимации пучков света, а также перехватывать и фокусировать свет от удаленного источника на оптический детектор.

Потому что такое использование не совсем то, что дизайнеры Френеля объективы имел в виду, возникает вопрос насколько “хорошие” они для таких целей? Это то, что мы надеемся, что это страница хотя бы частично отвечает.

Что такое линза Френеля?

Рис. 1: Сравнение линзы Френеля (слева) и «обычной» плосковыпуклой объектив (справа). Как видно, линза Френеля имитирует форму обычной линзы, используя отдельные «грани» (также называемые «гребнями» или «канавки») — каждая из которых содержит часть линзы общая фигура. Описанные канавки линз на этой странице лицом «наружу», вдали от фокальной плоскости.
Сведения об авторстве этого общедоступного изображения можно найти здесь.

К концу 1700-х годов изготовление линз было хорошо зарекомендовавшим себя искусством, но некоторым пришло в голову, что большая часть стекла в объективе была лишние: для некоторых приложений, таких как режиссура лучей света – сохранение качества изображения не имело значения, но использовать “обычный” объектив было просто нецелесообразно из-за соображений веса, стоимости и простоты изготовление.

Около 18:18 Огюстен-Жан Френель использовал это осознание, чтобы построить то, что считается первая практическая версия такой линзы, и она сразу же была найдена использовать в маяках благодаря своей способности эффективно собирать и концентрировать значительная часть общего светового потока лампы и направьте его как тугой луч. Имея возможность одновременно собрать большую часть «потерянного» света от испускаемого пламени в других направлениях, сводя к минимуму расхождение результирующий пучок, это “ Френель Объектив » смог увеличить расстояние, на котором луч маяка можно было увидеть почти таким же, как Поле зрения.

Как видно из рисунка 1 Основным преимуществом линзы Френеля является то, что ее вес и толщина может быть значительно уменьшена за счет использования только тех частей линзы, которые фактически способствуют «изгибу» света лучи. В своем первоначальном основном применении – маяки – тот факт, что линза была разбита на более мелкие «грани», мало значения, хоть такой объектив особо и не был полезно для целей визуализации, таких как телескопы. что это это хорош в концентрации света (например, от солнца) на на небольшой площади или при достаточно хорошей проработке – коллимированный лучи от источников света. Линзы Френеля

обычно делаются эквивалентными асферическим линзам линзы – свойство позволяет им правильно фокусировать свет с минимум сферический аберрация – даже с малым F-числом . По изготовление а большой объектив с очень короткое фокусное расстояние (отсюда и маленькое F-число) весь узел линзы/лампы можно было бы сделать достаточно маленьким и свет – важное соображение, если он должен был использоваться в маяк и вращается вокруг источника!

Еще один отличный справочник по этой теме — Fresnel. Технологическая брошюра , Френеля Линзы – ссылка на .PDF.

Ограничения линз Френеля

Несмотря на то, что маяки относительно редки, линзы Френеля сейчас вполне обычное дело. Их главная привлекательность в том, что они сейчас можно сделать относительно недорого, форму линзы формуются с использованием пластика и могут быть найдены в таких продуктах, как разнообразные, как проекционные телевизоры, инфракрасные вторжение детекторы и фотовспышки. С современным методы теперь можно уменьшить размер граней таким образом, что даже большую, «сильную» линзу можно сделать только несколько миллиметров толщиной.

Несмотря на современные технологии изготовления и материалы Френеля объективы все же уступают “обычным” объективам, когда дело доходит до возможности создавать изображения с высоким разрешением – и для несколько причин:

• Стабильность материала. Штамповка в тонкую материал, важно, чтобы он был ровным. Без особой внутренней силы, искажений, наклонов и деформации неизбежны в линзах из тонкого пластика. 906:30

• Точность.  Во время изготовления тепловая расширение/сжатие пластика может усложнить точное репликация. Небольшие вариации механики и оптические свойства пластика, используемого для изготовления объектив также может привести к небольшим различиям между партиями вроде бы одинаковых линз.

• Разрешение.  Поскольку линза содержит отдельные грани, переход между этими отдельными грани вызывают небольшую «разрывность» в оптическом свойства хрусталика: Чем меньше размер отдельного граней, тем больше он может (теоретически) напоминать обычного объектива и улучшают его оптические качества, делая отдельные грани труднее увидеть. Это только практично уменьшить размер фактов на определенную количество до того, как аспекты их индивидуальных форм станут трудно точно воспроизвести в небольшом масштабе. 906:30

• Рассеяние.  Поскольку линза Френеля состоит разрывов между отдельными гранями, эти “шаги” имеют тенденцию вызывать некоторое рассеяние – особенно внеосевой свет. В общем, чем мельче грани, тем хуже становится эта проблема.
  

По этим причинам есть несколько вещей, по которым Френель объективы не используются:

• Imaging.   Они не очень хорошо умеют чтобы сфокусировать изображение на мелких деталях. Именно для этого причина, по которой вы вряд ли увидите линзы Френеля, используемые на телескопы и камеры! Помимо этого, хроматические аберрация (например, «цветная окантовка») — проблема с такой объектив, особенно при более низких соотношениях f/D.
  

• Не ограничивается дифракцией.   Один из пределов точность оптической системы связана с тем, что длина волны света, хотя и очень маленькая, на самом деле конечный. Именно этот факт накладывает абсолютный предел в отношении насколько тонко сфокусированными могут быть лучи света – даже если линза “идеально.” Если объектив достаточно точен, чтобы его недостатки вносят меньший вклад к ухудшению изображения, чем длина волны света, которую мы относим к этому объективу как к  дифракция ограниченный “. Благодаря практичности конструктивные ограничения серийно выпускаемых линз Френеля, это неразумно ожидать производительности, которая приближается дифракционно-ограниченная оптика как методы и материалы недостаточно точен, чтобы достичь и удерживать такую ​​точность.

• Когерентный свет.   Потому что вряд ли быть достаточно точным, чтобы достичь дифракционного предела, Линзы Френеля нельзя использовать для эффективного и чистого коллимировать источник когерентного света, такой как лазер и попытки сделать это могут привести к тому, что значительная часть свет рассеивается. Стоит упомянуть, что после прохождения лазером даже небольшого расстояния через атмосфера (несколько километров хватит!) он теряет достаточно своего свойства когерентности, так что вы банка использование Линзы Френеля для фокусировки «ранее когерентного» света от лазера на детектор на “приемном” конце.

Таблица 1:   Рассчитано диаметры “воздушного диска” для нескольких репрезентативных F-числа при 630 нм (красный) в предположении «идеального» ограничения дифракции оптика. Самые низкие F-числа (ниже 2,0) являются типичными обычных линз Френеля, более высокие числа находятся в диапазон, используемый в обычной фотографии, в то время как самые высокие типичны для используемых в «Пинхоле» фотография.

F-номер	Приблизительно диаметр из “Воздушный диск”
0,5	0,00038 мм
0,75	0,00058 мм
1,0	0,00077 мм
1,25	0,00096 мм
1,5	0,0012 мм
1,75	0,0013 мм
2,0	0,0015 мм
2,5	0,0019 мм
3,0	0,0023 мм
5,6	0,0043 мм
11	0,0085 мм
16	0,0123 мм
22	0,0169 мм
50	0,0384 мм
100	0,0769 мм
200	0,1537 мм

Насколько хороши «идеальные» объективы?

В этот момент вопрос «Насколько хороши будут идеальные ?

Как упоминалось выше, в идеале нужно уметь сфокусировать свет источник (такая звезда), то есть для всех практических целей бесконечно далеко (и, следовательно, его лучи параллельны) абсолютному точка. Дифракция предотвращает это, что приводит к тому, что упоминается как Эйри Диск — нечеткое пятно, обозначающее минимальный размер достижимая на этой длине волны в системе линз – это связано с к тому факту, что световые волны, хотя и очень малы, не бесконечно мало!

Предполагая, что монохроматический источник света с длиной волны 630 нм, 90 158 В таблице 1 90 159 показан рассчитанный размер воздушного диска для несколько представителей F-номера (он же “F-ratio” или “f/D” радио, диаметр линза, деленная на ее фокусное расстояние – используемые термины взаимозаменяемо) “идеальных” объективов при том длина волны. Обратите внимание, что теоретический размер воздушный диск , а не , связанный с размером объектив – просто F-число!

Уравнение для приблизительного размера воздушного диска:

Где:

  f — фокусное расстояние оцениваемая линза
d диаметр оцениваемой линзы
λ длина волны света
x диаметр воздушного диска единицы измерения как f, d и λ
(Обратите внимание, что количество f/d является числом F!)

Итак, насколько типичные линзы Френеля близки к достижению производительность близка к диску Эйри? Это то, что мы надеюсь ответить.

Типы линз Френеля, обычно доступные для любитель-экспериментатор:

Существует несколько различных типов линз Френеля. доступны экспериментатору, а только те, которые сделаны из пластика и может быть получен по разумной цене либо на новом или избыточный рынок будет обсуждаться здесь. Обширный, огромный большинство доступных линз Френеля эквивалентны Плоско-выпуклый (PCX) , как показано на рис. 1 . А Общей чертой этих линз является то, что они ориентированы “канавки наружу” – то есть канавки обращены к дальнему предмету в то время как плоская сторона обращена к источнику света (или детектору).

Сначала предупреждение обо всех линзах Френеля!

ПОЖАЛУЙСТА, ПРОЧИТАЙТЕ предупреждение справа относительно Безопасность Линзы Френеля!

Прочитав, прочтите еще раз!

“Гигантские” линзы Френеля

Эти линзы часто появляются на избыточном рынке, многие из которые были сделаны для электронно-лучевого («лампового») большого экрана телевизоры, но часто продаются как «зажигалки» или солнечные батареи. печи. Обычно изготавливаются из гибкого оптического пластика, многие из этих линз имеют размер около 1 метра по диагонали. Использовать эти линзы эффективно они должен быть установлен в жесткая рама, так как крайне важно, чтобы они оставались такими же плоскими, как возможно для точной фокусировки. Другими словами, вы не может “держать” их и ожидать разумная производительность – они должны быть установлен в рамку!

Поскольку они использовались для визуализации, они шаг “канавки” (то есть небольшой размер фасетки) – обычно на порядка 0,2 мм. Этот мелкий шаг также означает, что они склонны рассеивать изрядное количество внеосевого света, так как есть много граней делать рассеивание в первую очередь. канавки на этих линзах с мелким шагом довольно хрупкие и имеют тенденцию накапливать пыль, что еще больше снижает их эффективность и увеличивающееся рассеяние.

Несмотря на то, что светосила этих линз впечатляет, главный недостаток таких объективов, на самом деле, их размер. Их трудно транспортировать, довольно хрупкие, и при использовании на открытом воздухе они имеют тенденцию действовать как плыть и ловить каждый ветерок – то, что заставляет держаться точная цель очень трудно! Наконец, из-за их светосилой, они еще более потенциально опасны, чем меньшие линзы Френеля!

Линзы «Пейдж-лупа»

Еще один источник линз Френеля, который нельзя упускать из виду. это недорогие линзы, которые часто можно найти в канцелярских магазинах и стационарные магазины размером примерно с А или А4 лист бумаги – 20х28см или около того. Они предназначены для используется для одновременного увеличения целых страниц текста и для помощи в чтение карт, и хотя их оптическое качество не очень высокое, они неплохо справляются со своей задачей.

Эти «увеличители страниц» можно найти по цене от 1 до 15 долларов. каждый – но если вы видите один для более $ 5, продолжайте искать лучшую цену!

Эти линзы доступны в двух различных стилях:

• Гибкие линзы.  Штамп на прозрачном виниле, они гибкие и обычно монтируются в какой-то гибкая пластиковая рамка, позволяющая держать их в 3 кольцах связующее.

• Жесткие линзы.   Похоже, что они проштампованы прозрачный акрил или аналогичный. Оптически они обычно эквивалентны гибким типам, но довольно жесткие и не предназначены для изгиба.
  

Для того чтобы использовать «гибкие» линзы Френеля в оптической системы связи или для коллимации луча/фокусировки на детекторе они должны оставаться плоскими, чтобы убедитесь, что они правильно сфокусированы, и сделайте это одним из способов заключается в зажатии его между двумя стеклянными пластинами из пары недорогие фоторамки. При выборе подходящей картинки кадры убедитесь, что они содержат простые, нематовый , прозрачное стекло – и вы захотите получить две такие рамки по каждая Линза Френеля, чтобы у вас было два одинаковых кусочка стекла для каждый объектив. После установки линзы между двумя стеклами и закреплены лентой, чтобы они не соскальзывали, стеклянный сэндвич может быть установлен в одной из рам, которые в свою очередь, может быть установлен в приспособлении, содержащем остальную часть оптический механизм. Мой “дешевый оптический приемопередатчик» использует этот стиль объективов таким образом, описано выше.

Жесткие линзы имеют очевидное преимущество, которое можно монтируется в коробку напрямую, без рамки, но очень важно, чтобы они случайно не деформировались при смонтированы или подвержены нормальным напряжениям коробка. Несмотря на то, что они жесткие, стоит подумать используя оконное стекло в рамке или хотя бы лист прозрачного пластик (например, из которого делают сменные окна) – как нет только это защитит хрупкую “рифленую” сторону Френеля от скопления пыли и грязи, но также уменьшит вероятность того, что он будет случайно поврежден в умение обращаться. Еще одно преимущество использования рамы со стеклом стекла или прозрачного пластика в том, что это поможет облегчить Френеля от напряжений коробки, используемой для крепления линза, которая может привести к деформации пластиковой линзы и ухудшить его оптические характеристики.

Как будет показано ниже, хотя оба подходят для своих поставленная задача, оптическое качество “жестких” объективов намного выше чем у «гибких» объективов.

«Коэффициент увеличения» на упаковке ничего не значит!

Обычно эти линзы для луп имеют рейтинг в “степени увеличения” – обычно “2x” или “3x”. В на самом деле эти числа бессмысленны , поскольку они не имеет большого значения, что вы действительно хочу знать – а это фокусное длина .

Мы отметили, что эти страницы увеличительные линзы, по-видимому, бывают двух основных диапазонов фокусных расстояний. длины:  В диапазоне 30 см и в диапазоне 60 см – дайте или взять несколько сантиметров. Из практических соображений, которые будет обсуждаться позже, вы должны выбрать лупы, которые иметь фокусное расстояние, в 1-1,5 раза превышающее “длинный” размер (например, длина) используемого объектива, который в данном случае будет означать использование объектива с фокусным расстоянием в общая площадь 30-35см.

Как правило, эти линзы для луп упакованы с пластиковое окно таким образом, чтобы потенциальный покупатель мог предварительно протестировать их купить, и это дает возможность определить фокусное расстояние в магазине, перед вы покупаете их. Чтобы проверить их фокусное расстояние, просто поднимите объектив вверх. и сфокусируйте объектив на листе бумаги, измерив расстояние между объективом и бумагой, но при этом убедитесь, что рифленая сторона заострена в гостях из бумаги, и что вы выбираете как можно более удаленный объект для фокусировки. можно:  Если в магазине есть витрины, попробуйте сфокусировать сцену снаружи с помощью удаленного предмета. Примечание что иногда эти объективы продаются парами по два в упаковке а разве можно тестировать сразу один этих объективов за один раз (что, вероятно, означало бы открытие пакета) вышеуказанный тест не будет работать!

Линзы диапроектора обычно ужасны!

Один из потенциальных источников линз Френеля для экспериментаторов был над головой проекторы. Как правило, эти линзы встроены в пластина, на которую накладывается диапозитив, с линзой Френеля линза используется для направления света вверх к прямоугольное зеркало или линзу в сборе и на экран.

К сожалению, эти линзы НЕ обычно подходит для целей коллимации или фокусировки дальнего источника света на детектор как они могут не предназначен для фокусировки на бесконечность.   С момента их Основная цель обычно состоит в том, чтобы сконцентрировать свет от проекционная лампа и , а не , формирующие изображение напрямую, они не функционируют должным образом и часто размывают и/или рассеивают свет если их попытаются использовать.

Линзы “ Компьютерный монитор”

Одним из возможных источников линз Френеля являются те, которые продаются для улучшения опыт компьютерных игр. Поместив линзу Френеля перед монитором компьютера можно создать иллюзию гораздо больший монитор и поле зрения, чем на самом деле подарок. Эти типы линз часто несколько больше размером и с меньшими гранями (для улучшения качества изображения), чем линзы для увеличительных луп и некоторые линзы, продаваемые 3dlens.com (включая объектив № 1, протестированный ниже «F550») продается для таких целей.

Линзы специального назначения

Существует ряд поставщиков, специализирующихся на линзах Френеля. объективы и некоторые из них очень высокого качества. К сожалению, при покупке новых эти объективы могут довольно дорогой по сравнению с недорогими типами луп – это 30-100 долларов по сравнению с 1-15 долларами для сопоставимого размера лупа страницы. Иногда эти высококачественные линзы появляются на избыточном рынке, но эти источники, как правило, прерывистый, и вы должны быть уверены, что знаете точно что вы получаете!

Как и традиционные стеклянные линзы, линзы Френеля могут иметь как положительное, так и отрицательное фокусное расстояние и иметь различные различные оптические свойства. Если вы хотите купить объектив для оптической связи рекомендуется, чтобы он был как максимально квадратный, оптически эквивалентный плосковыпуклому линзы (и, следовательно, иметь положительное фокусное расстояние) – желательно с пазами, обращенными наружу, предназначенными для фокусировки на бесконечности, иметь число F около 1 и быть изготовлены из оптического акрил или аналогичный материал.

Неполный список источников различных типов объективов см. см. «Оптический Источники» на этом веб-сайте.

«Канавы наружу» и «канавки внутрь»

Наиболее распространенные линзы Френеля — это «позитивные» линзы. которые функционируют как плосковыпуклые линзы, как показано на рис. 1 , выше. Хотя возможно множество различных конфигураций большинство этих объективов сделаны так, что идет рифленая сторона в бесконечность – то есть “рифленая сторона” уходит на в сторону от светодиода или детектора.

В том маловероятном случае, если вы обнаружите «канавки в» (т. е. “рифленая” сторона идет в сторону светодиода) тип линзы, это свойство можно легко продемонстрировать, сфокусировав удаленную наружную сцену на белый лист бумаги или стену. Если попробовать объектив в обе стороны (например, канавки наружу и канавки внутрь) «правильный» ориентация будет очевидна с более четким изображением и/или ярче, чем может быть, когда объектив ориентирован “Неправильный путь!

Обратите внимание, что при случайном тесте может показаться что Линза Френеля может хорошо фокусироваться либо в сторону канавки (к бесконечности) или канавки, но внимательное изучение покажет, что это это не так: правильная ориентация может быть определена просто сфокусировав наружную сцену (через окно) на белый лист бумаги или стену и отметив, что одно направление обеспечивает лучшее (более четкое изображение, улучшенный контраст), чем другой способ: ночная сцена с точками света (например, уличных фонарей) полезен тем, что неправильно ориентированный объектив может вызывают появление нечетких ореолов.

Практические оптические системы с линзами Френеля

По практическим соображениям рекомендуется система с линзами Френеля должна быть разработана с использованием линз, которые иметь F-число в диапазоне от 0,5 до 1,5, то есть около 1.  Помните: «F-число» — это фокусное расстояние, деленное на диаметр объектив, поэтому для числа F, равного единице или единице, «диаметр» объектив был бы примерно таким же, как его фокусное расстояние.

Почему рекомендуется использовать этот диапазон F-числа?

Главным соображением является практичность. Рассмотрим гипотетическая линза диаметром 30см. С F-число 1, фокусное расстояние тоже будет 30см, а если должны были сконструировать коробку, содержащую как линзу, так и, скажем, детектор в фокальной плоскости, это будет около 30 см в длина. С практической точки зрения такая коробка (которая будет примерно кубической формы) будет иметь приемлемый размер и не было бы слишком трудно справиться.

Рассмотрим аналогичный объектив с числом F 5. Если берем этот самый объектив – один диаметром 30см – придется поместите детектор нашего гипотетического ящика на 150 см (почти 6 футах!) от объектива: Легко видеть, что такое структура быстро становится довольно большой и громоздкой, требующей материала много и транспортировать будет сложно!

Поскольку линзы Френеля не имеют ограничений по своей конструкции в точно так же, как и традиционные линзы, это идеально целесообразно построить линзу Френеля с числом F единство: действительно, линзы Френеля обычно доступны с F-числа от 0,5 до 4 или около того. С практической точки зрения, большинство недорогих линз Френеля имеют F-числа в диапазоне от единицы до 2: слишком маленькое F-число и сталкиваешься с практическими соображениями, связанными с показатель преломления материала, используемого для линзы, а также как геометрия граней, в то время как более высокое число F подразумевает все большую точность объектива и его размеров в для того, чтобы поддерживать точную фокусировку – оба являются факторами, которые привести к увеличению стоимости производства

Еще одна причина для рекомендации этого диапазона числа F относится к использованию объектива в оптической системе передачи/приема и это могло бы стать основой для статьи, это само по себе, так что здесь будут обсуждаться лишь некоторые детали. За передача этого связана с возможностью эффективно пары свет от светодиода к самому Френелю – обычно через использование «вторичной» линзы, используемой для сужения луча свет, чтобы «осветить» заднюю часть Френеля. Если F-число больше – выше примерно 1,5 – это становится все больше трудно сделать с простым вторичная система линз из-за необходимости использовать все более «сильный» (меньший F-число) вторичной линзы рядом со светодиодом в качестве F-числа Система линз Френеля увеличивается: В какой-то момент число F требуемой одиночной вторичной линзы становится слишком мало, чтобы быть практичным.

Другая крайность (например, меньшие F-числа – в области 0.5) проблема становится в значительной степени проблемой геометрии. Один проблема, которую подразумевает такое F-число, заключается в том, что широкий требуется угол освещения с точки зрения излучатель, а это означает, что края линзы значительно дальше от излучателя, чем центр Объектив. Эта разница в светодиоде/расстоянии Френеля увеличивает количество «спада» в количестве света, который доходит до краев объектива, потенциально делая систему менее эффективны. Для приема также стоит отметить, что чувствительность многих детекторов снижается, когда свет падает под углами, удаленными от центральной оси.

Линзы Френеля для воздушной оптической связи

Передача и коллимация:

Возможно также использование линзы Френеля в качестве коллиматора – то есть оптическая система для получения высокопараллельных лучей как у прожектора, как показано на Диаграмма 2 . В качестве отмечалось ранее, неточная природа линзы Френеля исключает их эффективное использование для эффективной коллимации когерентных легкий (например, от лазера) как недорогая формованная линза Френеля практически не может быть сделано, чтобы быть достаточно точным, чтобы быть ограниченным дифракцией. В Другой слова, попытки к использовать а Френель объектив за лазер свет, вероятно, приведет к значительному проценту этого свет рассеивается, а не коллимируется.

Как читатели этого, modulatedlight.org сайте, уже в курсе, мы широко обсуждаем использование некогерентные источники света (например, светодиоды) в оптических системы связи и линзы Френеля хорошо подходят для эта цель!

«Идеальная» форма линзы Френеля — круглая, как это будет соответствовать форме круга света, который обычно излучается излучателем светодиода / вторичной линзы сборка. Отклонения от этой «круглой» формы означают потерю света из-за некоторой части этого круглого «бассейна света» проецируется на заднюю сторону обрезанного объектива по краям с этой потерей эффективности становится еще хуже так как линза сделана более-сильно прямоугольной. Так как это довольно редко можно найти большую круглую линзу Френеля на излишках рынке – и из-за практических трудностей в установке круглого линзы – квадратные или прямоугольные линзы, безусловно, самые общий. Стоит отметить, что форма линзы не имеет особого значения при использовании для получение как форма светового пятна, сфокусированного на детекторе имеет мало общего с соотношением сторон объектива.

Как отмечалось ранее, при использовании светодиода (или другого источника света) с линзой Френеля обычно необходимо использовать вторичную линзу (между излучатель и Френель), чтобы соответствовать характеристикам луча излучателя к кажущемуся наклонному углу Френеля, как «увиденное» с точки зрения сборки излучателя. Пока добавление этой линзы обязательно увеличивает видимый размер излучателя, потеря КПД за счет последующего увеличения расхождения обычно намного больше, чем компенсируется увеличением общего эффективность системы в целом. К сожалению, более подробное обсуждение этой темы выходит за рамки данной страницу, но можно обсудить с автором по электронной почте.

Прием и обнаружение:

Для оптической связи желательно использовать большой объектив с апертурой настолько практичен, чтобы перехватывать столько энергии, сколько возможно от удаленного источника света. В дополнение к перехвата этой энергии желательно также, чтобы поле вид должен быть уменьшен, чтобы отклонить внеосевые источники света, которые может ухудшить канал связи.

Тогда возникает вопрос: “Насколько хороша типичная формованная Линза Френеля?»

Опять же, хотя обычно это не подходит для визуализации, анализ качество изображения, создаваемого этими объективами при наблюдении за точечный источник света может быть поучительным при определении нескольких качества его конструкции, а именно точность грани, составляющие линзу. Для оптической связи целей, где радиометрические используется обнаружение – то есть энергия издалека источник обнаружен, как правило, независимо от его специфики длина волны – свет от удаленного источника фокусируется на активной области детектора, генерирующего электрический сигнал, который затем усиливается.

Тогда имеет смысл, что желательно, чтобы как можно больше свет, попадающий на линзу, фокусируется на детектор и чтобы как можно меньше этого света тратилось впустую “отсутствием” детектора. Для достижения этого «минимум» подразумевается размер детектора – то есть, если площадь детектор намного меньше, чем пятно, создаваемое объективом, когда он оптимально сфокусирован, то не весь свет от удаленный источник будет ударять детектор и способствовать его обнаружение, приводящее к ненужной потере эффективности обнаружения.

И наоборот, если детектор слишком большой, есть два потенциальных проблемы: детектор большего размера подразумевает более широкое поле точка зрения, что означает, что вполне вероятно, что блуждающая энергия от другие источники света, которые находятся вне оси, могут падать на детектор, возможно «разбавляющий» источник полезного сигнала. Другая проблема заключается в том, что более крупный детектор (особенно фотодиод) может быть и хуже чувствительность, чем меньший диод, так как большее устройство будет вероятно, имеют более высокую емкость и более высокий собственный шум, чем маленький. Другими словами, обычно это не выгодно иметь диод настолько большой, что только малая часть его активного область освещается дальним источником света!

Примечание:   Объектив с большой апертурой также уменьшает эффекты мерцания обнаруженного сигнала из-за, в части, к тому факту, что больший объектив предлагает степень пространственного разнообразие. Большой объектив также минимизирует эффекты “местная согласованность” – еще один потенциальный вклад в мерцание.

Эффективность:

Другой вопрос, который возникает в ходе обсуждения:  Как эффективной является оптическая система, использующая линзу Френеля по сравнению с с одним из того же размера, используя стеклянные линзы? Это сложный вопрос для ответа и оценки, которые я видел вроде различаются.

Высококачественный оптический акрил может иметь очень низкие потери при передаче на расчетной длине волны – примерно сравнимо со стеклом. Учитывая, что в линзе Френеля будет использоваться гораздо меньше материала. объектив, чем «обычный» стеклянный объектив аналогичного оптического свойства (например, Френель был бы намного тоньше) есть меньше материала, содержащегося в Френеле, чтобы способствовать потери.

Другим фактором, имеющим отношение к эффективности, является тот факт, что Линза Френеля состоит из нескольких граней. В их точки перехода, некоторая степень потери (в основном из-за рассеяние) происходит из-за этих граней – проблема заключается в том, возможно, хуже с линзами с все более мелким шагом канавки, а не отметить точность и «резкость» этих граней.

Наконец, вопрос точности объектива. сам. Поскольку линза Френеля не может достичь точности высококачественной стеклянной линзы можно с уверенностью предположить, что она не может фокусировать и коллимировать луч так же точно, как идеальная линза. Это, однако, не влияет на светосилу. способность непосредственно, как если бы вы использовали достаточно большой детектор, все света от дальнего источника все еще можно перехватить – хотя и на большей сфокусированной области. что это делает аффект – это минимальное поле зрения (в случае детектор) и расходимости (в случае эмиттера) системы – оба являются факторами, которые могут повлиять на производительность система в определенной степени, но не обязательно ее абсолютная способность собирать/излучать свет.

Если бы мы предположили, что система на основе Френеля была только на 50% эффективнее по сравнению со стеклянной линзой аналогичного размера (количество это, вероятно, пессимистично с высококачественными линзами Френеля) это следует помнить, что этот недостаток можно компенсировать с помощью линзы Френеля, диаметр которой в 1,4 раза больше (отсюда вдвое больше площади) стеклянной линзы. Из-за их легкого веса и низкая стоимость, создание приемника, в котором использовалась более крупная линза Френеля. объектив, чтобы компенсировать эту разницу, был бы весьма практичным, в то время как в случае передатчика большая выходная апертура будет способствовать минимизации эффектов мерцания и может в какой-то степени уменьшить дивергенцию.

Расходимость:

При использовании с эмиттером желательно, чтобы расходимость была сведен к минимуму для достижения максимально возможной дальней зоны поток (самый яркий свет) на наибольшем расстоянии. Как с любой тип линзы или отражателя, величина расхождения связано с обратным отношением площади эмиттера к площадь линзы, используемая для коллимации. В других слов, мельчайший излучатель плюс самая большая линза приведет к наименьшему количеству расхождения!

В лазерной указке хорошая коллимация достигается за счет излучающая площадь составляет всего несколько десятков микрон в поперечнике. Этот, вкупе с тем, что объектива будет несколько миллиметров в диаметре подразумевает довольно хорошую “линзу/излучатель” соотношение площадей. В системе на основе светодиодов типичная мощная Светодиод может быть мм по размеру так что не слишком удивительно отметить, что чрезвычайно высокое соотношение «линза / излучатель» подразумевал бы большую линзу Френеля, действительно! как будет продемонстрировано ниже, расходимость системы линз с использованием Френель, вероятно, будет установлен фактическим размером сам излучатель, а не качество объектива!

Чему мы можем научиться зная размер “круга размытия”?

Поскольку линза Френеля вряд ли приблизится к дифракционной предел в видимых длинах волн было бы неправильно ссылаться на минимальный размер «пятна», создаваемого таким объективом, как «воздушный диск” – то есть узор, возникающий в результате волновых свойств сам свет. Описать мельчайшее «пятно» света что мы получаем с «несовершенным» объективом, мы будем использовать фразу « размытие круг ” – термин родственный “ круг” путаницы “.

Что же тогда мы можем определить, анализируя нерезкость объектива круг?

• Насколько хорош объектив? родственник размер из в размытие круг из ан оптимально сфокусированный объектив результат от удаленного источника света может рассказать нам кое-что о качество тестируемого объектива.

• Каков минимум рекомендуемый размер детектора? Зная площадь, над которой может быть сфокусирован свет, может сказать нам кое-что о размере детектора, который мы будем использовать. 906:30

Зная вышеизложенное, можно ответить еще на один вопрос:

• Является ли дивергенция коллимированный пучок, задаваемый размером излучателя, или качество объектива? В любой коллимационной системе дивергенция определяется, по крайней мере частично, отношением размер апертуры и видимый размер излучателя. Если площадь поверхности используемого излучателя несколько больше круга размытия, можно быть уверенным, что расходимость оптимально сфокусированной коллиматорной системы будет определяться в первую очередь размером эмиттера, а не качество объектива. И наоборот, если излучатель площадь много меньше, чем круг размытия, это вероятно, качество объектива будет определять дивергенция системы.
  

Неудивительно, что формованные из пластика линзы Френеля не хорошо охарактеризованы с точки зрения их точности изображения, поэтому относительный размер «круга размытия» должен быть определен эмпирически.

Методы определение размера кружка размытия:

Определение количества пикселей на миллиметр:

К счастью, можно измерять доли миллиметра. размеры пятна с разумной точностью. Использование цифрового тепловизор известных размеров можно установить приблизительные размеры круга размытия путем анализа результирующая картинка. Для этого я использовал высокочувствительную систему видеонаблюдения “CS mount”. видеокамера со снятым объективом и включенным устройством видеозахвата портативный компьютер. С этой настройкой изображения в реальном времени могут отображаться на экране компьютера во время Расстояние и углы от Френеля до формирователя изображения регулируются для оптимального фокусировка и плоскостное выравнивание, проецирование изображения из объектив прямо на тепловизор. Как только корректировки будут Затем изображение оцифровывается, а записи делаются для последующего использования. анализ. Делая окончательные замеры, помните, что это размер финала изображение после оцифровки и не фактическое разрешение имидж-сканера, которое следует учитывать при расчете количества пикселей на миллиметр. Когда используя аналоговую видеокамеру и оцифровывая результат обычно дело в том, что разрешение захваченного изображения не совсем соответствует разрешению тепловизора!

Для некоторых камер определение фактического размера «активной области» тепловизора и оттуда размер пикселей может быть сложным, так как описано в статье «Как понять (некоторый) смысл сенсора размеров.”  К счастью, с камерами видеонаблюдения предназначен для использования со стандартными объективами “CS” (или “C”), «размер» сенсора обычно указывается в описании камеры. спецификации и от этого можно работать в обратном направлении и определить количество пикселей на миллиметр имидж-сканер. Например, для стандартного формирователя изображения CCTV “1/2” активная область обычно составляет 6,8 мм x 4,8 мм, и отсюда можно оценить размер пикселя полученного изображения.

Если используется зеркальная фотокамера со съемным объективом или модифицированная веб-камера вместо камеры типа видеонаблюдения вы сами определяете – как можно лучше – физические размеры активной части тепловизора площадь и, следовательно, «шаг» пикселя изображения. Наконец, будь известно, что не все камеры/дигитайзеры производят «квадратные» пиксели.

Источник света — звезда:

Для правильной проверки линзы, которая будет использоваться для коллимации или обнаружения бесконечно удаленный точечный источник идеальна в качестве источника света, так как подталкивает «идеальную» линзу к его дифракционный предел. Предположим, что размер пикселя имидж-сканер подходит для решить размер круга нерезкости линзы Френеля (предположение, которое мы сделаем для момент), что оставляет нам выбор источник света.

Одна группа возможных источников света может быть обнаружена ночью. небо: звезды и планеты. Звезды точно подходят счет, когда дело доходит до достаточно удаленных, точечных источников легкие, но их использование имеет несколько недостатков:

• в ясную, безоблачную ночь. Это очевидно и не доставляет неудобств, если вы живете в пустыня, как и я, но она ограничивает, когда – и для некоторых степени, где можно проводить тестирование, т. е. в ночное время и , а не зимой!

• Они обычно “мерцают”. Потому что из мерцание, яркость (и, в некоторой степени, видимое положение) звезды может изменяться случайным образом из-за атмосферных последствия. Это может усложнить измерения, так как вы можно подозревать!

• Обычно не расположены на удобных высотах. Это больше вероятно, что звезда будет располагаться под довольно неудобным углом в небе. С практической точки зрения предпочтительнее иметь источник света либо прямо вверх (в зените), либо на горизонте (что маловероятно!), поскольку эти места делают установка и регулировка как объектива, так и камеры удобный. 906:30

• Звезды всегда “движущийся.” Как только вы соберете все в ряд – что само по себе непростая задача – вращение Земля заставит видимое положение звезды дрейфовать выключенный. Ясно, что это перемещение усложняет настройку объектива и последующего захвата изображения.

• Звездный свет не монохромный. Поскольку линза Френеля представляет собой достаточно простой объектив, страдает хроматической аберрацией что означает, что белый свет разделяется на его составляющие цвета, распространяя изображение и делая точным юстировка (например фокусировка) сложнее – факт усугубляется коротким F-номер типичных линз Френеля. Практически говоря, один можно поместить цветной фильтр перед тепловизором и/или сделать некоторая обработка изображения после измерения для удаления определенных цвета, чтобы уменьшить этот эффект.

Используя метод «звезды», я могу засвидетельствовать тот факт, что пока это работает, это очень неудобно для всех вышеуказанные причины! Одна из самых больших трудностей может быть начальное выравнивание – то есть нахождение начального фокуса объектив и определить, находится ли изображение звезды в фокусе. При этом я использовал звезду Вега, которая удобно вблизи зенита в разумные часы летом ночи в Северной Америке и достаточно яркий, чтобы произвести видимая точка при проецировании на лист белой бумаги — хитрость который помогает определить фокальную плоскость и выравнивание объектива.

Вместо звезд можно использовать планеты. Используя планета как “точечный источник” имеет то преимущество, что может, в зависимости от планеты и ее расстояния, быть намного ярче, чем большинство звезд, и его наклонный угол достаточно велик, чтобы меньше шансов мерцать, но они достаточно яркие, чтобы нужно быть осторожным, чтобы не насытить используемый имидж-сканер и выполнить точную настройку и последующие измерения затруднены. К сожалению – нравится звезды – за ними нужно постоянно следить! Другая соображение заключается в том, что из-за их большого кажущегося «размера» (из-за их относительной близости по сравнению со звездами) они могут быть недостаточно малы, чтобы достаточно проверить объектив на его пределы.

Используя описанный выше метод и используя звезду Вега, я смог определить, что круги размытия Линзы Френеля, которые у меня есть более чем достаточно большой, чтобы его можно было различить с помощью камеры видеонаблюдения тепловизор – факт, который подтвердил, что должно быть возможно производить достаточно точные измерения.

Источник света – Искусственный:

Используя звезду и определив, что система видеонаблюдения тепловизор имел более чем достаточное разрешение для измерения типичного Линза Френеля, было обращено внимание на возможность использования источник искусственного света для тестирования. Гораздо удобнее чем полагаться на правильно расположенную движущуюся звезду на ясном ночью искусственный источник света позволил бы воспроизвести измерений, но возник вопрос: «Как можно смоделировать бесконечно удаленный точечный источник для адекватной проверки объектива?»

Как оказалось, такой источник света не нужен, чтобы проверить линзу Френеля. Вместо того, чтобы быть бесконечно далеким (что было бы очень неудобно!) источник света с небольшим вытянутым можно расположить относительно близко к линзе, чтобы адекватно определить его свойства «круга размытия». По производства собственного источника света также возможно сделать его монохроматический (например, один цвет), чтобы минимизировать хроматическую аберрацию оцениваемого объектива, а также тестирование объектива на длина волны, для которой предполагается работа.

Для создания «точечного источника» света я сконструировал устройство показано на рисунке 3. Используя сверло 0,25 мм, Я сделал отверстие в куске листовой латуни толщиной 0,15 мм. В небольшая светонепроницаемая коробка из двусторонней печатной платы Материал платы Я приложил красный светодиод высокой яркости (Liteon P/N: LTL912SEKSA, который также является Radio Shack #276-020) и припаян к коробке – закрывая большую дырку – кусок латунь с отверстием 0,25 мм, которое было выровнено со светодиодом. В этой коробке также содержится простой регулятор тока. подключен к переключателю, который позволяет светодиоду 60 мА или 2 мА ток, который нужно выбрать: параметр сильного тока обеспечивает достаточно света, используя белый лист бумаги, чтобы установить наведение и грубая фокусировка линзы Френеля на объектив камеры имидж-сканер, в то время как настройка низкого тока предотвращает насыщение тепловизор камеры и упрощает окончательную фокусировку. Это устройство также имеет резьбу 1/4 “-20, врезанную в нижнее отверстие, чтобы позволить для крепления на стандартное штативное крепление.

Несмотря на то, что пятно света диаметром 0,25 мм составляет всего около 15 метров (едва ли “бесконечно далеко”!) и фокус тестируемый объектив немного отличается от того, что был бы бесконечно удаленный источник, результаты были бы сравнил, используя некоторые из тех же объективов, с теми, которые были получены с использованием звезда Вега, и они, кажется, хорошо соглашаются, указывая на то, что это должно быть разумным методом определения качества объектива – тем более, что вряд ли мы приблизимся к дифракционный предел с этими линзами, во всяком случае!

Методы, использующие лазеры:

Прежде чем кто-либо упомянет об этом, я укажу, что знаю методов с использованием лазеров для проверки фокусировки и качества линз но я отклонил эти методы для проверки этих объективов для ряд практических причин:  Если вы уже знакомы с этими методами, вы оцените подразумеваемую сложность тестирования светосильных пластиковых линз с множеством граней!

Рисунок 4. Некоторые объективы, протестированные на эта страница. По порядку, слева направо/сверху внизу линзы 1-9. Нажмите на изображение для большей версии.