История появления и развития линзы Френеля
Принцип конструкции линзы Френеля заключается в том, что в процессе обработки линза рассматривается не как единое целое, а как совокупность, состоящая из множества микроструктур. Эти микроструктуры сохраняют радиус кривизны исходной выпуклой линзы и устраняют промежуточный свет. Отклонение не работает или затрагивает лишь незначительную часть. Процесс проектирования линзы Френеля показан на рисунке 1, а рисунок 2 представляет собой физическую схему плоской линзы Френеля. Вначале, из-за ограничений по материалу, все линзы изготавливались из стекла, и линзы Френеля не были исключением. Однако, если для обработки линз Френеля используется традиционный метод шлифовки и полировки, это не только занимает много времени, но и требует больших трудозатрат, что приводит к слишком высокой стоимости. Позже люди изобрели...
Принцип конструкции линзы Френеля
В процессе обработки линза больше не рассматривается как единое целое. Вместо этого она рассматривается как совокупность, состоящая из множества микроструктур. Эти микроструктуры сохраняют радиус кривизны исходной выпуклой линзы, удаляя при этом часть, не влияющую или оказывающую незначительное влияние на преломление света. Процесс проектирования линзы Френеля показан на рис. 1.
Физическая схема плоской линзы Френеля
Развитие линзы Френеля в 19 веке
Вначале, из-за ограничений по материалу, все линзы изготавливались из стекла, и линзы Френеля не были исключением. Однако, если для обработки линз Френеля использовать традиционный метод шлифовки и полировки, это не только занимает много времени, но и требует больших трудозатрат, что приводит к слишком высокой стоимости. Позже был изобретен метод горячего прессования в металлических формах, но поверхностное напряжение стекла оказалось слишком большим, из-за чего некоторые детали не могли быть отпрессованы во время горячего прессования, и линзы Френеля не могли достичь ожидаемого эффекта. По этим причинам ранние линзы Френеля не получили широкого распространения.
Начиная примерно с 1950 года, новый материал, полиметилметакрилат (ПММА), широко использовался в производстве линз из-за его оптических характеристик, очень похожих на стекло, и преимуществ меньшего веса. В 1951 году Миллер и другие использовали ПММА для успешного производства линз Френеля. Поскольку ПММА имеет низкую стоимость и стабилен по своей природе, с тех пор люди начали использовать его вместо стекла для изготовления линз Френеля.
С развитием науки и техники технология обработки линз продолжает совершенствоваться, и оптические характеристики линз Френеля становятся все лучше и лучше, и они постепенно ценятся во многих областях. Поскольку линза Френеля имеет небольшую толщину, низкое качество, низкую стоимость и хороший эффект конденсации и другие преимущества, многие области начали обращать внимание на применение линз Френеля. Среди них солнечная концентрирующая фотоэлектрическая промышленность ввела линзы Френеля в эксплуатацию. С развитием науки и техники научный и технический персонал все еще делает Дальнейшие исследования и эксперименты также достигли многих удовлетворительных результатов.
С 1970 года Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства начало проводить детальные исследования линз Френеля, и многочисленные полученные результаты исследований послужили ориентирами для будущих ученых на пути исследования линз Френеля. В 1979 году Кричман разработал мощную конденсирующую изогнутую линейную фокусирующую линзу Френеля. Самым большим преимуществом этой линзы является качественный скачок в производительности концентрации. В 2006 году кореец Кван Сон Рю предложил метод проектирования, заключающийся в разделении поверхности линзы Френеля на небольшие модули. Этот метод использует программное обеспечение для обработки небольших модулей линзы Френеля, чтобы падающий солнечный свет мог равномерно освещать кремниевый фотоэлемент. Вышеуказанное решает проблему, заключающуюся в том, что солнечный свет легко концентрировать на небольшой площади и сжигать батарею в прошлом.
Позднее американец Дэниел провёл глубокий анализ линзы Френеля Кван Сун Рю и разработал многоточечную фокусирующую линзу Френеля с ещё более высокой светосилой, чем раньше. Эта линза оптимизировала нить традиционной линзы Френеля и изменила режим фокусировки с одной точки на многоточечную, благодаря чему пятно фокусировки линзы Френеля больше не ограничено определённым положением, что позволило улучшить равномерность освещения.
В 2002 году при исследовании цилиндрической линейной фокусирующей линзы Френеля было обнаружено, что при числе F около 1,3 и коэффициенте концентрации 5 или 6 оптическая эффективность может достигать более 85%.
В 2007 году была разработана линза Френеля, отказавшаяся от традиционной структуры концентрических колец и принявшая спираль Архимеда. Хотя эта линза по своему применению ничем принципиально не отличается от концентрической линзы Френеля, она создала новую структурную форму.
В 2009 году в ходе исследований было обнаружено, что фокусирующая эффективность линзы Френеля прямо пропорциональна интенсивности падающего света. В то же время, благодаря определённому отражению света от поверхности линзы Френеля, её светопропускание обратно пропорционально углу падающего света.
В 2011 году были проведены исследования характеристик линзы Френеля в помещении и на открытом воздухе. Результаты показали, что погрешность измерения светопропускания осталась неизменной как в помещении, так и на открытом воздухе, однако погрешность измерения эффективности концентрации света была ниже, чем в испытании на открытом воздухе. Анализ причин этой разницы послужит ориентиром для специалистов, занимающихся тестированием и обработкой линз Френеля в будущем.