Кіріспе

Френель линзасы (Fresnel lens, nəl; /'//f//r//eɪ/'/n//ɛ//l/ frayNEL) – линзаны концентрлі сақина тәрізді бөліктерге бөлу арқылы, дәстүрлі линзаға қарағанда аз материал қолданылатын, композиттік шағын линзаның бір түрі. Линзаның ең қарапайым диоптриялық (тек сыну арқылы) түрін алғаш рет Жорж Луи Леклерк, Буффон графы ұсынған, ал француз физигі Огюстен Жан Френель (1788–1827) оны маяктарда қолдану үшін тәуелсіз түрде қайта ойлап тапқан. Френельдің толығымен өзі ойлап тапқан катадиоптриялық (сыну және шағылуды біріктіретін) линзасының сыртқы призмалық элементтері жарық көзінен келетін көбірек бұрышпен түсетін жарықты толық ішкі шағылыс және сыну арқылы ұстап алып, оны сәулеге қосады, бұл оны қашықтықтан жақсы көруге мүмкіндік береді. Бұл конструкция дәстүрлі линзалар үшін қажет болатын материалдың салмағы мен көлемінсіз, үлкен апертурасы және қысқа фокус арақашықтығы бар линзаларды жасауға мүмкіндік береді. Френель линзасын салыстырмалы түрде дәстүрлі линзалардан әлдеқайда жұқа жасауға болады, кейде олар жалпақ қабаттар түрінде болады. Маяктарда қолданылуының арқасында ол "бір миллион кемені құтқарған өнертабыс" деп аталды.

Алдынғылар

Линза арқылы маяк сәулесін бағыттаған алғашқы адам, көрінетіндей, лондондық шыны кескіш Томас Роджерс болды, ол 1788 жылы Тринити Хаусқа осы идеяны ұсынды. Бірінші Роджерс линзалары, диаметрі 53 см және ортасының қалыңдығы 14 см, 1789 жылы Портленд Биллдегі Ескі Төменгі Маякқа орнатылды. Әр шамның артында артқы жағы жабынған шар тәрізді шыны айна болды, ол артқы сәулелерді шам арқылы линзаға шағылыстырды. 1804 жылға дейін Howth Baily, North Foreland және кем дегенде төрт басқа жерде қосымша үлгілер орнатылды. Бірақ шыныға сіңірілуден жарықтың көп бөлігі ысырап болды. 1748 жылы Буффон графы Жорж Луи Леклерк алғаш рет дөңес линзаны бір шыныға қадамдар түрінде өңделген концентрлі сақиналы призмалар тізбегімен ауыстырды, бұл салмақты және сіңіруді азайту үшін жасалды. 1790 жылы (бірақ екінші дереккөздер 1773 немесе 1788 жылды көрсетеді) Кондорсе маркизі түбірлі бөліктерді жеке жасап, оларды тіреуге жинау оңайырақ болады деп ұсынды, бірақ сол кезде бұл да іс жүзінде мүмкін емес еді. Бұл жобалар маяктар үшін емес, отты жағуға арналған шынылар үшін жасалған. Алайда, Дэвид Брюстер 1811 жылы Кондорсе жүйесіне ұқсас жүйені ұсынды және 1820 жылға қарай британдық маяктарда оны қолдануды жақтады.

Жариялану және жетілдіру

Француздық Commission des phares (Франция) (Маяктар комиссиясы) 1811 жылы Наполеон құрды және француз физигі Августин Жан Френельдің жұмыс берушісі, Көпірлер мен жолдар корпусының билігіне тапсырылды. Комиссия мүшелері басқа істермен айналысқандықтан, алғашқы жылдары көп нәтижеге қол жеткізбеді. Алайда, 1819 жылдың 21 маусымында – өзінің дифракция туралы еңбегі үшін Ғылым академиясының физика сыйлығын жеңгеннен кейін үш ай өткен соң – Френель Франсуа Арагоның ұсынысы бойынша (1813 жылдан бері комиссия мүшесі) фара жарықтандыруды жақсартуды қарастыру үшін комиссияға «уақытша» тағайындалды. 1819 жылдың тамызының соңында, Буффон, Кондорсе және Брюстердің ұсынысынан хабарсыз, Френель комиссияға өзінің алғашқы баяндамасын жасап, сол кездегі рефлекторлардың жартысын ғана шағылыстыратын «басқышпен линзалар» деп атаған ұсынысын берді. 1819 жылдың 29 тамызындағы Френельдің тағы бір баяндамасы (Fresnel, 1866–70, 3-том, 15–21-беттер), рефлекторларды сынау туралы және қолжазбаның соңғы бетіндегі байланыссыз эскизден басқа, басқышпен линзалар туралы ештеңе айтпайды. Комиссияның отырыстарының хаттамалары 1824 жылға дейін сақталған, ол кезде Френель өзі хатшы болып тағайындалды. Осылайша, Френельдің «басқышпен линзаларды» ресми түрде ұсынған нақты күні белгісіз. Френельдің ұялуына орай, комиссия мүшелерінің бірі Жак Шарль Буффонның ұсынысын еске алды. Френельдің линзасы плано-дөңгелек пішіндес және құрылысын жеңілдету үшін бірнеше призмадан жасалған. 500 франк көлеміндегі ресми бюджетпен Френель үш өндірушіге жүгінді. Үшіншісі, Франсуа Солей, шыныны қайта қыздырып, қайта қалыпқа келтіру арқылы ақауларды жоюдың жолын тапты. Араго Френельге концентрлі шамдары бар модификацияланған Арган лампасының дизайнын жасауға көмектесті (Френель граф Рамфордқа жатқызған идея), сондай-ақ балық желімінің жылуға төзімді екенін кездейсоқ түрде анықтады, оны линзада қолдануға болады. 1820 жылдың наурыз айында аяқталған прототиптің бір жағында 55 см шаршы линза панелі болды, онда 97 көпбұрышты (толықтырнақты емес) призмалар болды. Комиссия Френельден толық сегіз панельдік нұсқаны сұрады. Бұл модель, қаржыландыру жеткіліксіз болғандықтан, бір жылдан кейін аяқталды, оның панельдері 76 см шаршы болды. 1821 жылдың 13 сәуір күні кешке, оны соңғы рефлекторлармен салыстырып көрсетті, олар бірден ескірген. Осы демонстрациядан кейін көп ұзамай Френель жарық, тіпті полярланбаған жарық та, көлденең толқындардан ғана тұрады деген идеяны жариялады және қос сыну мен ішінара шағылысудың салдарына қатысты мәселелерді қарастырды. Френель британдық линзалар мен Буффонның өнертабысын 1822 жылдың 29 шілдесінде оқылған және сол жылы жарияланған естеліктерінде мойындады. Бұл естеліктердің күні Френельдің маяқтарды қолдау қызметі Брюстердікінен екі жыл кейін басталды деген пікірдің пайда болуына себеп болуы мүмкін; бірақ мәтін Френельдің қатысуы 1819 жылдан кешіктірілмегенін нақты көрсетеді. Френельдің келесі линзасы сегіз «төбешік көз» панелі бар айналмалы аппарат болды, оны Saint-Gobain сақина тәрізді доғалармен жасады. Негізгі панельдердің астында төрт сақинаға орналастырылған 128 кішкентай айналар болды, олар жалюзидің немесе венециандық жапсырманың ламеллалары сияқты жиналған. Әр сақина конус кесігінің пішінінде болды, жарықты көкжиекке шағылыстырып, жарқыраудың арасында әлсіз тұрақты жарық берді. 1822 жылдың 20 тамызында аяқталмаған Триумф аркасында жүргізілген ресми сынаққа Комиссия және Людовик XVIII мен оның серіктері 32 шақырым қашықтықтан куә болды. Аппарат қыс бойы Бордода сақталды, содан кейін Френельдің қадағалауымен Кордуан маяк үйінде қайта құрастырылды. 1823 жылдың 25 шілдесінде әлемдегі алғашқы Френель линзасы жарыққа қосылды. Күткендей, жарық 32 шақырымнан астам қашықтықта көрінді. Парижде Кордуан линзасын сынаудың алдындағы күні Ғылым академиясының комитеті Френельдің қос сыну туралы естеліктері мен қосымшалары туралы баяндады, ол қазіргі оқырмандарға дифракция туралы бұрынғы жұмысынан аз танымал болса да, жарық толқыны теориясына одан да шешуші соққы берді. Сынақ пен Кордуандағы қайта құрастыру арасында Френель фотоэластикалық (1822 жылдың 16 қыркүйегі), эллипстік және дөңгелек полярлану және оптикалық айналу (9 желтоқсан) және ішінара шағылысу және толық ішкі шағылысу (1823 жылдың 7 қаңтары) туралы еңбектерін ұсынды, бұл физикалық оптиканы толық қайта құруды аяқтады. Кордуан линзасы жарыққа қосылғаннан кейін Френель қан құсып жөтеле бастады. 1824 жылдың мамыр айында Френель Комиссияның хатшысы болып тағайындалды, ол осы ұйымның алғашқы мүшесі болып табылды, ол басқа инженерлік қызметімен қатар жалақы алды. Соңында, денсаулығы нашарлағандықтан, ол фундаментальдық зерттеулерін тоқтатты және École Polytechnique-дегі емтиханшы қызметінен бас тартты, қалған уақыты мен күшін маяктарға жұмсау үшін. Осы жылы ол бірінші тұрақты линзаны – жарықты көкжиекке тегіс тарату үшін, жоғары немесе төмен жарықты ысыраптап жібермеу үшін жасады. Идеалды жағдайда, қисайған сыну беттері бір-біріне перпендикуляр вертикальді осьтің айналасындағы тороидтардың сегменттері болуы керек, сонда диоптриялық панель цилиндрлік барабан сияқты көрінеді. Егер мұны сыну (диоптриялық) бөліктерінің жоғары және төмен жағындағы шағылыстыру (катодтық) сақиналармен толықтырса, аппарат тұсқаулескен сияқты көрінеді. Қызметке енгізілген екінші Френель линзасы, шындығында, 1825 жылдың 1 ақпанында Дюнкеркке орнатылған үшінші реттік тұрақты линза болды. Алайда, үлкен тороидты призмаларды жасаудың қиындығына байланысты, бұл аппарат 16 жақты көпбұрышты жоспарға ие болды. 1825 жылы Френель тұрақты линза дизайнын сыртқы айналмалы массивті қосу арқылы кеңейтті. Айналмалы массивтың әр панелі горизонтальды желпіштен шыққан тұрақты жарықты тар шоққа сындыруға тиіс болды. Сондай-ақ 1825 жылы Френель «Маяктар картасын» (Carte des Phares) жариялады, онда линзалардың мөлшеріне қарай «реттерге» бөлінген 51 маяқ және кішкентай портовый шамдардан тұратын жүйе ұсынылды (біріншісі ең үлкені), олардың әртүрлі сипаттамалары тануды жеңілдету үшін болды: тұрақты жарық (тұрақты линзадан), минут сайын бір жарқыл (сегіз панельді айналмалы линзадан) және минут сайын екі жарқыл (16 панель). 1825 жылдың соңында, шағылыстыру элементтеріндегі жарық жоғалтуын азайту үшін Френель әр айнаны кадиоптикалық призмамен ауыстыруды ұсынды, онда жарық бірінші беттен сыну арқылы, содан кейін екінші беттен толық ішкі шағылысу арқылы және содан кейін үшінші беттен сыну арқылы өтеді. Нәтижесінде, біз қазіргі кезде білетін маяк линзасы пайда болды. 1826 жылы ол Сен-Мартен каналында пайдалану үшін кішкентай модель жинады, бірақ толық өлшемді нұсқасын көруге үлкермеді: ол 1827 жылдың 14 шілдесінде 39 жасында қайтыс болды.

Френельден кейін

Агустин Френельдің қайтысынан кейін маяк линзаларын дамытудың бірінші кезеңі оның жобаларын іске асырудан тұрды. Бұл іске оның інісі Леонор да қатысты, ол Августин сияқты инженер-құрылысшы мамандығын бітірген, бірақ Августиннен өзгеше басқару қабілетіне ие болды. Леонор 1825 жылы Маяк комиссиясының қызметіне қабылданып, Августиннен кейін хатшылық қызметін атқарды. Тороидтық призмалармен жасалған алғашқы тұрақты линза шотланд инженері Алан Стивенсон жасаған, Леонор Френельдің басшылығымен құрастырылған және француз шынысынан жасалған бірінші реттік аппарат болды; ол 1836 жылдың 22 қыркүйегінде Шотландиядағы Мэй аралында қолданысқа енгізілді. Бірінші ірі катадиоптрикалық линзалар 1842 жылы Франциядағы Гравелин және Вирж маяктары үшін жасалды; бұл үшінші реттік линзалардың катадиоптрикалық сақиналары (сегменттерден құралған) диаметрі бір метр болатын. Стивенсонның 1844 жылы қолданысқа енгізілген бірінші реттік Skerryvore линзасы толыққанды катадиоптрикалық болмады; ол төменгі ламельдері француздық катадиоптрикалық призмалармен ауыстырылған, ал жоғарғы бөлігінде айналар сақталғандығымен Кордуан линзасына ұқсас болды. 1852 жылы Pointe d'Ailly-де орнатылған алғашқы толық катадиоптрикалық бірінші реттік линза сегіз айналмалы сәуле және төменгі жағында тұрақты жарық берді; бірақ оның жоғарғы бөлігінде жарықты негізгі сәулелерден шамамен 4 градусқа алға бағыттайтын сегіз катадиоптрикалық панель болды, бұл жарқырауды ұзарту үшін жасалған. Бірінші толық катадиоптрикалық линза, айналмалы сәулелермен – сондай-ақ бірінші реттік – 1854 жылы Сен-Клемент-де-Балинеде орнатылды және Августин Френельдің түпнұсқалық «Маяктар картасының» аяқталуын белгіледі. Томас Стивенсон (Аланның кіші інісі) Френельден бір қадам асып, шамның сәулесін алға немесе артқа, дерлік барлық бағытта бір сәулеге шоғырландыратын «голофотальды» линзасын жасады. 1849 жылы сипатталған алғашқы нұсқасы стандартты Френельдің «бұқа көзі» линзасынан, параболоидтық рефлектордан және артқы жарты шарлық рефлектордан (функционалдық тұрғыдан 60 жыл бұрынғы Роджерс айнасына тең, бірақ ол бүкіл жарты шарды қамтиды) тұрды. Алдыңғы жарты шарға сәулеленген, бірақ «бұқа көзі» линзасынан өтпеген жарық параболоид арқылы «бұқа көзі» линзасын қоршаған параллель сәулеге бұрылды, ал артқа қарай жарық шашыраған жарық сфералық рефлектормен (Роджерстің орналасуы бойынша) шам арқылы кері қайтарылды, ал алдыңғы компоненттер жиналды. Бірінші қондырғы 1849 жылдың тамызында Солтүстік портына, Питерхедке орнатылды. Стивенсон бұл нұсқаны «катадиоптрикалық голофота» деп атады, бірақ оның әрбір элементі таза шағылыстыратын немесе таза сындыратын болды. Голофота тұжырымдамасының екінші нұсқасында «бұқа көзі» линзасы мен параболоидтық рефлектор Френель ойлап тапқан катадиоптрикалық Френель линзасымен ауыстырылды, бірақ бүкіл алдыңғы жарты шарды қамтуға дейін кеңейтілді. Үшінші нұсқа, Стивенсон оны «диоптрикалық голофота» деп атады, одан да инновациялық болды: ол алдыңғы жарты шар үшін катадиоптрикалық Френель линзасын сақтап, артқы жарты шарлық рефлекторды шеңберлі призмалардың жарты шарлық массивімен ауыстырды, олардың әрқайсысы жарты шардың ортасынан ауысқан жарықты орталыққа қарай бұру үшін екі толық ішкі шағылысты пайдаланды. Нәтижесінде металл шағылыстардан жоғалтусыз, толығымен шыныдан жасалған голофота пайда болды. Джеймс Тимминс Ченс Томас Стивенсоннің толығымен шыныдан жасалған голофотальды дизайнын екі есе шағылыстыратын призмаларды тік ось бойынша орналастыру арқылы өзгертті. Оның прототипі 1862 жылы Лондонда өткен Халықаралық көрмеде көрсетілді. Кейіннен өндірісті жеңілдету үшін Ченс призмаларды сегменттерге бөліп, оларды цилиндрлік формада орналастырды, сонымен бірге бір нүктеден сол нүктеге жарықты шағылыстыру қасиетін сақтады. Бұл формадағы көлеңкелер, парадоксалды түрде «диоптрикалық айналар» деп аталды, шамның құрлық жағынан теңіз жағына жарық беру үшін ерекше пайдалы болды. Маяктар көбейген сайын, оларды бір-бірінен ажырату қиынға соқты, бұл жарықты ысырап ететін түсті сүзгілерді қолдануға әкелді. 1884 жылы Джон Хопкинсон «топтық жарқырау» линзасын ойлап тапты, онда диоптрикалық және/немесе катадиоптрикалық панельдер бірнеше жарқырауды беру үшін бөлінді, бұл маяктарды жарқырау жиілігімен ғана емес, сонымен қатар жарқыраулардың көптігімен анықтауға мүмкіндік берді. 1875 жылы Тампико (Мексика) және Литтл-Басс (Шри-Ланка) қалаларына қос жарқырау линзалары орнатылды, ал 1876 жылы Каскес маяғында (Ченнел аралдары) үш жарқырау линзасы орнатылды. Суретте көрсетілген (оң жақта) Point Arena Light маяғының қос жарқырау линзасы, ол 1908 жылдан 1977 жылға дейін қолданыста болды. Гипер радиалды линзаларды дамытуға ықпал еткен факторлардың бірі – газ шамдары сияқты үлкен жарық көздерінің қажеттілігі болды, оларға белгілі бір сәуле ені үшін ұзақ фокус қашықтығы қажет болды, демек, жарықтың белгілі бір бөлігін жинау үшін үлкен линза қажет болды. Бірінші гипер радиалды линза 1885 жылы Франциядағы F. Barbier & Cie компаниясы Стивенсон үшін жасап, South Foreland маяғында әртүрлі жарық көздерімен сынақтан өткізді. Содан кейін Chance Brothers (Хопкинсонның жұмыс берушілері) гипер радиалды линзаларды жасауды бастап, біріншісін 1887 жылы Bishop Rock маяғына орнатты. Осы жылы Barbier Tory Island маяғына гипер радиалды линза орнатты. Бірақ, ықшамдатылған жарқын шамдардың дамуына дейін шамамен 30 гипер радиалды линза қолданысқа енгізілді (Гиперрадиациялық Френель линзасын қараңыз). Буффон көздегендей, бір бөліктен жасалған қадамды диоптрикалық линзаларды жасау 1852 жылы Джон Л. Гилланд Бруклин Флинт Гласс компаниясында баспасөзделген және қалыпталған шыныдан линза жасау әдісін патенттеген кезде мүмкін болды. Компания теміржолдарда, кемелерде және доктарда қолдану үшін кішкентай «бұқа көзі» линзаларын жасады; мұндай линзалар 1870 жылдарға қарай АҚШ-та кең таралған. 1858 жылы компания маяқтарда қолдану үшін «өте аз мөлшердегі баспасөзделген флинт шынысынан жасалған алтыншы реттік линзаларды» шығарды – Америкада жасалған алғашқы Френель маяк линзалары. 1950 жылдарға қарай пластик шыныны алмастыру Френель линзаларын проекторларда конденсор ретінде пайдалануды экономикалық тұрғыдан тиімді етті.

Дизайн

Френель линзасы концентрлі сақина тәрізді бөліктерге бөлу арқылы дәстүрлі линзаға қарағанда қажетті материал мөлшерін азайтады. Идеал Френель линзасы шексіз көп бөліктерден тұрады. Әрбір бөлігінде жалпы қалыңдығы эквивалентті қарапайым линзамен салыстырғанда кемітіледі. Бұл стандартты линзаның үздіксіз бетін бірдей қисықтыққа ие беттер жиынтығына бөліп, олардың арасындағы қадамдық үзілістерді қамтиды. Кейбір линзаларда қисық беттер әр бөлімде әртүрлі бұрышпен тегіс беттермен алмастырылады. Мұндай линзаны шеңбер бойынша орналасқан призмалар жиынтығы ретінде қарастыруға болады, шеттерінде тік призмалар, ал ортасы тегіс немесе сәл дөңгелек болады. Алғашқы (және ең ірі) Френель линзаларында әр бөлік жеке призма болған. Кейіннен «бір бөліктен» жасалған Френель линзалары шығарылды, олар автомобиль фараларында, тежегіш, тұрақ және жол көрсету шамдарында және т.б. қолданылды. Қазіргі заманда компьютерлік бақылаудағы фрезерлеу жабдықтары (CNC) немесе 3D принтерлер күрделі линзаларды жасау үшін қолданылуы мүмкін. Френель линзасының дизайны линзаның бейнелеу сапасын төмендету есебінен қалыңдығын (және демек, материалдың массасы мен көлемін) айтарлықтай азайтуға мүмкіндік береді, сондықтан фотосурет түсіру сияқты жоғары дәлдікті қажет ететін қолдануларда әдетте ірі дәстүрлі линзалар қолданылады. Френель линзалары көбінесе шыныдан немесе пластиктен жасалады; олардың мөлшері үлкендерден (ескі тарихи маяктар, метрлік өлшем) орташаға (кітап оқуға көмектесетін құралдар, OHP проекторлар) және кішкентайға (TLR/SLR камера экраны, микрооптика) дейін өзгереді. Көп жағдайда олар өте жұқа және тегіс, тіпті икемді, қалыңдығы әртүрлі болады. Көптеген қазіргі заманғы Френель линзалары тек сыну элементтерінен тұрады. Дегенмен, маяк линзалары жарық сынуын және шағылысуын қамтиды, соңғылары фотосуреттерде көрінетін металл сақиналардың сыртында орналасқан. Ішкі элементтер сыну линзаларының бөліктері болса, сыртқы элементтер шағылыстыратын призмалар болып табылады, олардың әрқайсысы екі рет сыну мен бір рет толық ішкі шағылыс процесін жүзеге асырады, күміс жалатылған айнадан шағылысқанда болатын жарық жоғалуын болдырмайды.

Маяк линзасының өлшемі

Френель алты түрлі маяк линзасын жасады, олар мөлшері мен фокустық қашықтығына сәйкес төрт ретке бөлінді. 3-ші және 4-ші реттер «ірі» және «кішкентай» болып тармақталды. Қазіргі қолданыста реттер біріншіден алтыншы ретке дейін жіктеледі. Кейіннен үшінші және төртінші реттердің арасындағы мөлшер, сондай-ақ бірінші реттен жоғары және алтыншы реттен төмен мөлшерлер қосылды. Бірінші реттік линзаның фокустық ұзындығы және биіктігі шамамен және ені болады. Ең кішкентай (алтыншы) реттің фокустық ұзындығы және биіктігі бар. Ең ірі Френель линзалары гиперрадиантты (немесе гипер радиалды) деп аталады. Гавайидегі Макапу нүктесіндегі маяқты салу және жабдықтау туралы шешім қабылданғанда мұндай линзаның бірі қолда болды. Жаңа линза тапсырыс берудің орнына, биіктігі 4 метр және мыңнан астам призмасы бар алып оптикалық құрылым онда қолданылды. + Маяк линзаларының реті Қазіргі рет Френель реті Фокустық қашықтығы (мм) Биіктігі (м) Бірінші орнатылған Қолданылуы Гиперрадиалды 1330 3.76 1887 Негізгі «жағалауға тірелетін» маяктар Мезорадиалды 1125 3.20 1909 Екі бразилиялық маяк 1-ші 1-ші 920 2.59 1823 Ірі теңіз жағалауындағы жарықтар 2-ші 2-ші 700–750 2.07 Ұлы көлдердегі маяктар, теңіз жағалаулары, аралдар, бұғаздар 3-ші 3-ші (ірі) 500 1.58 1825 Теңіз жағалауындағы бұғаздар, өзеннің кіреберісі, шығанақтар, арналар, қашықтық жарықтары 3 1/2 375 1.09 4-ші 3-ші (кішкентай) 250 0.722 Сайып келгенде, рифтер, порттардағы жарықтар, өзендер мен порттардағы аралдар 5-ші 4-ші (ірі) 187.5 0.541 Толқын қорғағыштар, өзен және арналардағы жарықтар, бұғаздардағы кішкентай аралдар 6-шы 4-ші (кішкентай) 150 0.433 Порттардағы пирлер мен толқын қорғағыштардағы жарықтар 7-ші 100–140 0.165 Шотландияда және Канадада қолданылған 8-ші 70–75 0.0826 Шотландияда және Канадада қолданылған

Жарықтандыру

Жоғары сапалы шыны Френель линзалары 19 ғасырдың соңында және 20 ғасырдың ортасында заманауи саналған маяқтарда қолданылды; көптеген маяқтар қазір шыны Френель линзаларын қызметтен алып, оларды әлдеқайда арзан және берік аэробикондармен алмастырды, олардың өзінде көбінесе пластикалық Френель линзалары болады. Френель линзалары жүйелері әдетте жарық көзінен шығатын барлық жарықты ұстап алу үшін орталық жазық Френельдің үстінде және астында фасетті күмбездерге орналастырылған қосымша сақиналы призмалық элементтерді қамтиды. Бұл элементтер арқылы жарық жолы жазық Френель элементіндегі қарапайым сынудан гөрі ішкі шағылысты қамти алады. Бұл линзалар маяктарды және олардың жарығын жобалаушыларға, салушыларға және пайдаланушыларға көптеген пайдалы артықшылықтар берді. Соның ішінде кішігірім линзалар кішірек орынға сыятын, жарық ұзақ қашықтыққа таралуының артуы және әртүрлі үлгілер орналасуын үшбұрыштық түрде анықтауға мүмкіндік берді. Френель линзаларының ең көп қолданылған жері, болжам бойынша, автомобиль шамдарында болды, онда олар параболалық шағылыстырғыштан шығатын шамамен параллель сәулені, шағылыстырмалы және негізгі сәуле үлгілерінің талаптарына сәйкес келетін етіп қалыптастырады, көбінесе бір шам блогында (мысалы, еуропалық H4 дизайны). Экономикалық, салмақтық және соққыға төзімділік себептерімен жаңа көліктер шыны Френель линзаларын пайдаланбай, қарапайым поликарбонат линзалары бар көп қырлы рефлекторларды қолданады. Дегенмен, Френель линзалары автомобильдің артқы, маркерлік және кері жарықтарында кеңінен қолданыла береді. Френельдік шыны линзалар театр және кинофильмдердегі жарық құралдарында (Френель фонарына қараңыз) да қолданылады; мұндай құралдар көбінесе Френель деп аталады. Құралдың барлығы металл корпустан, оттегіштен, шам жиынтығынан және Френель линзасынан тұрады. Көптеген Френель аспаптары шамды линзаның фокустық нүктесіне қатысты қозғауға мүмкіндік береді, бұл жарық сәулесінің көлемін ұлғайту немесе азайту үшін. Нәтижесінде олар өте икемді және көбінесе 7°-қа дейін тар немесе 70°-ға дейін кең сәуле шығарады. Френель линзасы өте жұмсақ жиекті сәуле шығарады, сондықтан оны көбінесе жуушы жарық ретінде қолданады. Линзаның алдындағы ұстаушы жарықты бояу үшін түсті пластикалық пленканы (гельді) немесе оны диффузиялау үшін сым экрандарды немесе мұздатылған пластикті ұстай алады. Френель линзалары кинофильмдер түсіруде пайдалы, өйткені олар сәулелерді әдеттегі линзаларға қарағанда жарықтырақ бағыттауға мүмкіндік береді, сонымен қатар жарық сәулелерінің бүкіл ені бойынша салыстырмалы түрде тұрақты болып табылады. Әуе кемелері мен әскери-теңіз әуе станциялары әдетте Френель линзаларын оптикалық қону жүйелерінде қолданады. "Кеттің шашы" жарығы ұшқыштың қону үшін дұрыс желкендеу бұрышын сақтауға көмектеседі. Ортасында Френель линзаларынан құралған қызыл және сары түсті шамдар бар. Бұл жарықтар үнемі жанса да, пилоттың көзқарасы бойынша линзаның бұрышы көретін жарықтың түсі мен орнын анықтайды. Егер жарықтар жасыл түсті көлденең жолақтан жоғарыда көрінсе, онда пилот тым жоғарыда. Егер ол төмен болса, онда пилот тым төмен, ал егер жарық қызыл болса, пилот өте төмен. Френель линзалары сондай-ақ прожекторларда, жарық шамдарында және фонарьларда жиі қолданылады.

Суреттеу

Френельдік линзалар қарапайым қолмен ұсталатын лупа ретінде қолданылады. Олар сондай-ақ бірнеше көру бұзылыстарын, соның ішінде көздің қозғалыс бұзылыстарын, мысалы, сопақшаны түзету үшін қолданылады. Френельдік линзалар қалталық телевизорлардағы, әсіресе Sinclair TV80-дегі CRT дисплейлерінің визуалды өлшемін ұлғайту үшін пайдаланылды. Олар сондай-ақ жол-көлік белгілерінде қолданылады. Френельдік линзалар Ұлыбритания мен Ирландия Республикасына кіретін сол қолмен басқарылатын еуропалық жүк көліктерде (және керісінше, оң қолмен басқарылатын ирландтық және британдық жүк көліктері материктік Еуропаға кіреді) жүк көлігін басқаратын жүргізушінің кабинаның дұрыс емес жағында отыра отырып, жолдың оң жағына қатысты көлікті басқаратын жүргізушінің салдарынан пайда болған соқыр нүктелерді жеңу үшін қолданылады. Олар жолаушының терезесіне бекітіледі. Френельдік линзаның тағы бір автомобильдік қолданылуы – артқа қарауды күшейту, өйткені артқы терезеге бекітілген линзаның кең көру бұрышы көліктің артындағы көріністі, әсіресе биік немесе кең денелі көлікті, артқа қарау айнасынан гөрі тиімдірек қарауға мүмкіндік береді. Френель линзалары танымал ойын-сауық саласында да қолданылған. Британдық рок-артист Питер Габриэль оларды өзінің алғашқы жеке концерттерінде өзінің басын, денесінің қалған бөлігіне қарағанда, драмалық және комикалық әсер үшін ұлғайтуға қолданды. Терри Гиллиамның "Бразилия" фильмінде пластикалық Френель экрандары Ақпарат министрлігінің барлық кеңселерінде қолданылатын шағын CRT мониторларының ұлғайтқышы ретінде көрінеді. Алайда, олар кейде актерлер мен камера арасында пайда болады, көріністің масштабы мен композициясын әзіл-сықақ әсеріне бұзады. Pixar фильмінің Wall E-де кейіпкері Hello, Dolly! мюзиклін көретін көріністерде Френель линзасы арқылы iPod экранында көбейтіледі. Виртуалды шындық гарнитуралары, мысалы Meta Quest 2 және HTC Vive Pro, Fresnel линзаларын қолданады, өйткені олар қалыпты линзаларға қарағанда жұқа және жеңіл конструкцияға мүмкіндік береді. Meta Quest Pro сияқты жаңа құрылғылар, оның кіші форма факторы мен Френель линзаларына қарағанда аз хроматикалық аберрация болғандықтан, панкейк линзасының дизайнына ауысты. Көп фокустық Френель линзалары сонымен қатар тор көзін анықтау камераларының бір бөлігі ретінде қолданылады, онда олар камераның ішінде фиксация нысанасының бірнеше фокуспен және фокустан тыс бейнелерін береді. Барлық пайдаланушылар үшін кем дегенде бір сурет фокуста болады, осылайша көздің дұрыс орналасуына мүмкіндік береді. Canon және Nikon телефото линзалардың көлемін азайту үшін Френель линзаларын қолданды. Френель элементтерін қамтитын фотоға түсіру линзалары сәйкес келетін әдеттегі линзалар дизайнынан әлдеқайда қысқа болуы мүмкін. Nikon бұл технологияны фазалық Френель деп атайды. Polaroid SX 70 камерасы өзінің қарау жүйесінің бөлігі ретінде Френель рефлекторын қолданды. Қарап-қарау және үлкен форматты камералар френельдік линзаны жерленген шынымен бірге пайдалана алады, бұл линзаның жерленген шыныға түсірген кескінінің танылған жарықтығын арттырады, осылайша фокус пен композицияны реттеуге көмектеседі.

Жобалау

Френель линзаларын кескінді проекциялау үшін қолдану кескін сапасын төмендетеді, сондықтан олар көбінесе сапасы аса маңызды емес немесе массивті қатты линза қолдануға мүмкін емес жағдайларда ғана қолданылады. Арзан Френель линзалары мөлдір пластиктен штампталып немесе қалыпталып жасалады және олар проекторларда және проекциялық телевизорларда пайдаланылады. Әртүрлі фокустық қашықтығы бар Френель линзалары (бір коллиматор және бір коллектор) коммерциялық және өздігінен жасалған проекцияларда қолданылады. Коллиматор линзасының фокустық қашықтығы кішкентай болады және ол жарық көзіне жақын орналасады, ал жарықты үштік линзаға шоғырландыратын коллектор линзасы проекцияланған кескіннен кейін орналасады (LCD проекторлардағы белсенді матрицалық LCD панелі). Френель линзалары сондай-ақ үстел проекторларында коллиматор ретінде де қолданылады.

Күн энергиясы

Пластикалық Френель линзалары шыны линзаларға қарағанда үлкенірек болуы мүмкін, сонымен қатар олар әлдеқайда арзан және жеңіл болғандықтан, күн сәулесін күн пештерінде, күн балқыту орындарында және тұрмыстық суды қыздыруға арналған күн коллекторларында жылыту үшін қолданылады. Олар сондай-ақ буды өндіруге немесе Стирлинг қозғалтқышын қуаттандыруға да пайдаланылуы мүмкін. Френель линзалары күн сәулесін күн жасушаларына шамамен 500:1 қатынамында шоғырландыра алады. Бұл белсенді күн жасушаларының бетін кішірейтеді, шығындарды төмендетеді және әлдеқайда қымбат болатын тиімді жасушаларды пайдалануға мүмкіндік береді. 21-ші ғасырдың басында Френель рефлекторлары күн энергиясын шоғырландыру (CSP) станцияларында күн энергиясын шоғырландыру үшін қолданыла бастады. Мысалы, Австралияның Хантер аймағындағы көмірмен жұмыс істейтін Лидделл электр стансасында суды алдын ала қыздыру үшін қолданылды. Френель линзаларын құмды синтездеуге, соның ішінде шыныдан 3D-басып шығаруға болады.