مقدمة وتاريخ تطور عدسة فريسنل
مبدأ تصميم عدسة فرينل هو أن العدسة لم تعد تعتبر ككل أثناء المعالجة، ولكن ككيان يتكون من العديد من الهياكل المجهرية. تحتفظ هذه الهياكل المجهرية بنصف قطر انحناء العدسة المحدبة الأصلية، وتزيل الضوء المتوسط ولا يعمل الانحراف أو يؤثر على جزء صغير. تظهر عملية تصميم عدسة فريسنل في الشكل 1، والشكل 2 عبارة عن رسم تخطيطي مادي لعدسة فريسنل المسطحة. في الأيام الأولى، وبسبب القيود المادية، كانت العدسات كلها مصنوعة من الزجاج، ولم تكن عدسات فريسنل استثناءً. ومع ذلك، إذا تم استخدام طريقة الطحن والتلميع التقليدية لمعالجة عدسات فريسنل، فإنها لا تستغرق وقتًا طويلاً فحسب، بل تستهلك أيضًا القوى العاملة، مما يؤدي إلى تكلفة عالية جدًا. وفي وقت لاحق اخترع الناس ...
مبدأ تصميم فريسنل
لم يعد يعتبر العدسة ككل أثناء المعالجة. بل يعتبر كيانًا يتكون من العديد من البنى المجهرية. تحتفظ هذه الهياكل المجهرية بنصف قطر انحناء العدسة المحدبة الأصلية، مع إزالة الجزء الذي ليس له أي تأثير أو تأثير ضئيل على انحراف الضوء. تظهر عملية تصميم عدسة فريسنل في الشكل 1
رسم تخطيطي لعدسة فريسنل المسطحة
تطوير عدسة فريسنل في القرن التاسع عشر
في الأيام الأولى، وبسبب القيود المادية، كانت العدسات كلها مصنوعة من الزجاج، ولم تكن عدسات فريسنل استثناءً. ومع ذلك، إذا تم استخدام طريقة الطحن والتلميع التقليدية لمعالجة عدسات فريسنل، فإنها لا تستغرق وقتًا طويلاً فحسب، بل تستهلك أيضًا القوى العاملة، مما يؤدي إلى تكلفة عالية جدًا. في وقت لاحق، اخترع الناس طريقة معالجة الضغط الساخن للقالب المعدني، ولكن الضغط السطحي للزجاج كان كبيرًا جدًا، مما تسبب في عدم القدرة على الضغط على بعض التفاصيل أثناء الضغط الساخن، بحيث لا تتمكن عدسة فريسنل من تحقيق تأثير الاستخدام المتوقع . هذه الأسباب جعلت من غير الممكن الترويج لعدسات فريسنل المبكرة.
بدءًا من عام 1950 تقريبًا، تم استخدام مادة جديدة، وهي بولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA)، على نطاق واسع في إنتاج العدسات بسبب خصائصها البصرية المشابهة جدًا للزجاج ومزايا الوزن الخفيف. على. في عام 1951، استخدم ميلر وآخرون PMMA لإنتاج عدسات فريسنل بنجاح. نظرًا لأن PMMA منخفض التكلفة ومستقر بطبيعته، بدأ الناس في استخدامه ليحل محل الزجاج لصنع عدسات فريسنل منذ ذلك الحين.
مع تقدم العلوم والتكنولوجيا، تستمر تكنولوجيا معالجة العدسات في التحسن، ويتحسن الأداء البصري لعدسة فريسنل، ويتم تقديره تدريجيًا في العديد من المجالات. نظرًا لأن عدسة فريسنل تتميز بسمك رفيع وجودة منخفضة وتكلفة منخفضة وتأثير تكثيف جيد ومزايا أخرى، فقد بدأت العديد من المجالات في الاهتمام بتطبيق عدسة فريسنل. ومن بينها، وضعت صناعة الطاقة الشمسية المركزة عدسة فريسنل موضع الاستخدام. مع تطور العلوم والتكنولوجيا، لا يزال العاملون العلميون والتقنيون يقومون بإجراء المزيد من الأبحاث والتجارب كما حققت العديد من النتائج المرضية.
منذ عام 1970، بدأت الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء في إجراء بحث تفصيلي حول عدسات فريسنل، وكانت نتائج الأبحاث العديدة التي تم الحصول عليها بمثابة نقاط إرشادية لعلماء المستقبل على طريق أبحاث عدسات فريسنل. في عام 1979، طور كريتشمان خطًا منحنيًا مكثفًا عالي الطاقة يركز على عدسة فريسنل. أكبر ميزة لهذه العدسة هي النقلة النوعية في تركيز الأداء. في عام 2006، اقترح الكوري كوانغ سون ريو طريقة تصميمية لتقسيم سطح عدسة فريسنل إلى وحدات صغيرة. تستخدم هذه الطريقة برنامجًا لمعالجة الوحدات الصغيرة لعدسة فريسنل بحيث يمكن لضوء الشمس الساقط أن يضيء خلية السيليكون الكهروضوئية بالتساوي. ما ورد أعلاه يحل مشكلة سهولة تركيز الضوء الشمسي في منطقة صغيرة وحرق البطارية في الماضي.
لاحقًا، أجرى الأمريكي دانيال تحليلًا متعمقًا لعدسة فريسنل الخاصة بكوانج سون ريو وصمم عدسة فريسنل ذات تركيز متعدد النقاط مع إضاءة أعلى من ذي قبل. تعمل هذه العدسة على تحسين خيط عدسة فريسنل التقليدية وتغير وضع التركيز البؤري الأصلي من نقطة واحدة إلى تركيز متعدد النقاط، بحيث لم تعد نقطة التركيز البؤري لعدسة فريسنل مقتصرة على موضع معين، وبالتالي يتم توحيد الإضاءة يحسن.
في عام 2002، في دراسة التركيز الخطي الأسطواني لعدسة فريسنل، وجد أنه عندما يكون الرقم F حوالي 1.3 ونسبة التركيز 5 أو 6، يمكن أن تصل الكفاءة البصرية إلى أكثر من 85%.
في عام 2007، تم تصميم عدسة فرينل التي تخلت عن الهيكل الدائري التقليدي متحدة المركز واعتمدت أخاديد أرخميدس الحلزونية. على الرغم من أن هذه العدسة لا يوجد بها اختلاف جوهري في التطبيق عن عدسة فريسنل متحدة المركز، إلا أن عدسة فريسنل هي التي خلقت شكلاً هيكليًا جديدًا.
في عام 2009، تم اكتشاف من خلال الأبحاث أن كفاءة التركيز لعدسة فريسنل تتناسب طرديًا مع شدة الضوء الساقط. وفي الوقت نفسه، نظرًا لانعكاس الضوء المعين على سطح عدسة فريسنل، فإن نفاذية الضوء تتناسب عكسيًا مع زاوية الضوء الساقط.
في عام 2011، تمت دراسة أداء عدسة فريسنل في الداخل والخارج. أظهرت النتائج أن خطأ نفاذية الضوء لم يتغير في الاختبار الداخلي والخارجي، لكن خطأ اختبار كفاءة التركيز كان أقل من الاختبار الخارجي في الاختبار الداخلي، وتحليل سبب هذا الاختلاف سيوفر مرجعاً لـ الناس في اختبار ومعالجة عدسات فريسنل في المستقبل.