Einführung und Entwicklungsgeschichte der Fresnellinse
Das Konstruktionsprinzip der Fresnel-Linse besteht darin, dass die Linse bei der Bearbeitung nicht mehr als Ganzes betrachtet wird, sondern als ein aus vielen Mikrostrukturen zusammengesetztes Gebilde. Diese Mikrostrukturen behalten den Krümmungsradius der ursprünglichen konvexen Linse bei und entfernen das Zwischenlicht. Die Ablenkung funktioniert nicht oder betrifft nur einen kleinen Teil. Der Entwurfsprozess der Fresnel-Linse ist in Abbildung 1 dargestellt, und Abbildung 2 ist ein physikalisches Diagramm einer flachen Fresnel-Linse. In der Anfangszeit bestanden alle Linsen aufgrund von Materialbeschränkungen aus Glas, und Fresnel-Linsen bildeten da keine Ausnahme. Wenn jedoch die herkömmliche Schleif- und Poliermethode zur Bearbeitung von Fresnel-Linsen verwendet wird, dauert dies nicht nur lange, sondern verbraucht auch Arbeitskraft, was zu zu hohen Kosten führt. Später erfanden Menschen ...
Das Designprinzip des Fresnel
Bei der Bearbeitung wird das Objektiv nicht mehr als Ganzes betrachtet. Vielmehr wird es als ein aus vielen Mikrostrukturen zusammengesetztes Gebilde betrachtet. Diese Mikrostrukturen behalten den Krümmungsradius der ursprünglichen konvexen Linse bei und entfernen gleichzeitig den Teil, der keinen oder nur geringen Einfluss auf die Lichtablenkung hat. Der Entwurfsprozess einer Fresnel-Linse ist in Abb. 1 dargestellt
Physikalisches Diagramm einer flachen Fresnellinse
Entwicklung der Fresnellinse im 19. Jahrhundert
In der Anfangszeit bestanden alle Linsen aufgrund von Materialbeschränkungen aus Glas, und Fresnel-Linsen bildeten da keine Ausnahme. Wenn jedoch die herkömmliche Schleif- und Poliermethode zur Bearbeitung von Fresnel-Linsen verwendet wird, dauert dies nicht nur lange, sondern verbraucht auch Arbeitskraft, was zu zu hohen Kosten führt. Später erfand man die Heißpressverarbeitungsmethode für Metallformen, aber die Oberflächenspannung des Glases war zu groß, was dazu führte, dass einige Details während des Heißpressens nicht gepresst werden konnten, sodass die Fresnel-Linse nicht den erwarteten Nutzungseffekt erzielen konnte . Aus diesen Gründen konnten die frühen Fresnel-Linsen nicht gefördert werden.
Ab etwa 1950 wurde ein neues Material, Polymethylmethacrylat (PMMA), aufgrund seiner glasähnlichen optischen Eigenschaften und der Vorteile eines geringeren Gewichts häufig in der Linsenproduktion eingesetzt. An. Im Jahr 1951 nutzten Miller und andere PMMA zur erfolgreichen Herstellung von Fresnel-Linsen. Da PMMA kostengünstig und von Natur aus stabil ist, wird es seitdem als Glasersatz für die Herstellung von Fresnel-Linsen verwendet.
Mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technologie verbessert sich die Linsenverarbeitungstechnologie weiter, die optische Leistung der Fresnel-Linse wird immer besser und sie wird in vielen Bereichen zunehmend geschätzt. Da die Fresnel-Linse eine geringe Dicke, geringe Qualität, niedrige Kosten, einen guten Kondensierungseffekt und andere Vorteile aufweist, haben viele Bereiche begonnen, der Anwendung von Fresnel-Linsen Aufmerksamkeit zu schenken. Unter anderem hat die solarkonzentrierende Photovoltaikindustrie Fresnel-Linsen eingesetzt. Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie arbeiten wissenschaftliche und technische Mitarbeiter immer noch an weiteren Forschungen und Experimenten, die ebenfalls zu vielen erfreulichen Ergebnissen geführt haben.
Seit 1970 begann die Nationale Luft- und Raumfahrtbehörde mit der detaillierten Forschung zu Fresnel-Linsen, und die zahlreichen erzielten Forschungsergebnisse dienten künftigen Wissenschaftlern als Wegweiser auf dem Weg der Fresnel-Linsenforschung. 1979 entwickelte Kritchman eine leistungsstarke kondensierende Fresnel-Linse mit gebogener Linienfokussierung. Der größte Vorteil dieser Linse ist ein qualitativer Sprung in der Konzentrationsleistung. Im Jahr 2006 schlug der Koreaner Kwang Sun Ryu eine Designmethode vor, bei der die Oberfläche der Fresnel-Linse in kleine Module unterteilt wird. Bei dieser Methode werden die kleinen Module der Fresnel-Linse mithilfe von Software so verarbeitet, dass das einfallende Sonnenlicht die Silizium-Fotozelle gleichmäßig beleuchten kann. Das oben Gesagte löst das Problem, dass sich das Sonnenlicht leicht auf einen kleinen Bereich konzentriert und die Batterie in der Vergangenheit verbrennt.
Später führte der Amerikaner Daniel eine eingehende Analyse der Fresnel-Linse von Kwang Sun Ryu durch und entwarf eine mehrpunktfokussierende Fresnel-Linse mit noch höherer Beleuchtung als zuvor. Dieses Objektiv optimiert das Gewinde der herkömmlichen Fresnel-Linse und ändert den ursprünglichen Einzelpunkt-Fokusmodus in einen Mehrpunkt-Fokus, sodass der Fokusfleck der Fresnel-Linse nicht mehr auf eine bestimmte Position beschränkt ist und die Gleichmäßigkeit der Beleuchtung somit gewährleistet ist verbessern.
Im Jahr 2002 wurde bei einer Untersuchung der Fresnel-Linse mit zylindrischer Linienfokussierung festgestellt, dass der optische Wirkungsgrad mehr als 85 % erreichen kann, wenn die F-Zahl etwa 1,3 und das Konzentrationsverhältnis 5 oder 6 beträgt.
Im Jahr 2007 wurde eine Fresnel-Linse entwickelt, die die traditionelle konzentrische Ringstruktur aufgab und archimedische Spiralrillen übernahm. Obwohl sich diese Linse in ihrer Anwendung nicht wesentlich von der konzentrischen Fresnel-Linse unterscheidet, handelt es sich bei der Fresnel-Linse um eine neue Strukturform.
Im Jahr 2009 wurde durch Forschung entdeckt, dass die Fokussierungseffizienz der Fresnel-Linse direkt proportional zur Intensität des einfallenden Lichts ist. Gleichzeitig ist ihre Lichtdurchlässigkeit aufgrund der gewissen Lichtreflexion an der Oberfläche der Fresnel-Linse umgekehrt proportional zum Winkel des einfallenden Lichts.
Im Jahr 2011 wurde die Leistung der Fresnel-Linse im Innen- und Außenbereich untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass der Fehler der Lichtdurchlässigkeit im Innen- und Außentest unverändert blieb, der Testfehler der Konzentrationseffizienz jedoch im Innentest geringer war als im Außentest und analysiert. Der Grund für diesen Unterschied wird als Referenz dienen Menschen in der Prüfung und Verarbeitung von Fresnel-Linsen in der Zukunft.