Fresnel Lensin Tanıtımı ve Gelişimi Tarihçesi
Fresnel merceğinin tasarım prensibi, işleme sırasında merceğin artık bir bütün olarak değil, birçok mikro yapıdan oluşan bir bütün olarak ele alınmasıdır. Bu mikro yapılar, orijinal dışbükey merceğin eğrilik yarıçapını korur ve ara ışığı engeller. Sapma çalışmaz veya küçük bir parçayı etkiler. Fresnel merceğinin tasarım süreci Şekil 1'de gösterilmiştir ve Şekil 2, düz bir Fresnel merceğinin fiziksel bir diyagramıdır. İlk zamanlarda, malzeme kısıtlamaları nedeniyle tüm mercekler camdan yapılırdı ve Fresnel mercekler de bir istisna değildi. Ancak, Fresnel merceklerini işlemek için geleneksel taşlama ve parlatma yöntemi kullanıldığında, bu sadece uzun zaman almakla kalmaz, aynı zamanda çok yüksek maliyetlere yol açan insan gücü de tüketir. Daha sonra insanlar...
Fresnel'in Tasarım Prensibi
Artık işleme sırasında mercek bir bütün olarak ele alınmaz. Bunun yerine, birçok mikro yapıdan oluşan bir bütün olarak kabul edilir. Bu mikro yapılar, orijinal dışbükey merceğin eğrilik yarıçapını korurken, ışık sapması üzerinde hiçbir etkisi olmayan veya çok az etkisi olan kısmı çıkarır. Fresnel merceğinin tasarım süreci Şekil 1'de gösterilmiştir.
Düz bir Fresnel Merceğin Fiziksel Diyagramı
19. Yüzyılda Fresnel Lensin Gelişimi
İlk zamanlarda, malzeme kısıtlamaları nedeniyle tüm mercekler camdan yapılırdı ve Fresnel mercekler de bir istisna değildi. Ancak, Fresnel mercekleri işlemek için geleneksel taşlama ve parlatma yöntemi kullanıldığında, bu sadece uzun zaman almakla kalmaz, aynı zamanda insan gücü de tüketir ve bu da maliyetin çok yüksek olmasına yol açar. Daha sonra, metal kalıpta sıcak presleme işleme yöntemi icat edildi, ancak camın yüzey gerilimi çok yüksekti ve bu da sıcak presleme sırasında bazı ayrıntıların preslenememesine neden oldu, böylece Fresnel mercek beklenen kullanım etkisini sağlayamadı. Bu nedenler, ilk Fresnel merceklerinin tanıtımının yapılamamasına neden oldu.
1950'li yıllardan itibaren, optik özellikleri cama çok benzeyen ve daha hafif olmasının avantajlarından dolayı yeni bir malzeme olan polimetil metakrilat (PMMA) lens üretiminde yaygın olarak kullanılmaya başlandı. 1951'de Miller ve diğerleri, Fresnel lenslerini başarıyla üretmek için PMMA kullandılar. PMMA düşük maliyetli ve doğada kararlı olduğundan, o zamandan beri insanlar onu Fresnel lensleri yapmak için camın yerine kullanmaya başladılar.
Bilim ve teknolojinin ilerlemesiyle birlikte lens işleme teknolojisi gelişmeye devam ediyor ve Fresnel lensinin optik performansı giderek daha iyi hale geliyor ve giderek birçok alan tarafından değer görüyor. Fresnel lensinin ince kalınlığı, düşük kalitesi, düşük maliyeti, iyi yoğunlaştırma etkisi ve diğer avantajları nedeniyle, birçok alan Fresnel lensinin uygulamalarına dikkat etmeye başladı. Bunlar arasında güneş yoğunlaştırıcı fotovoltaik endüstrisi Fresnel lensini kullanmaya başladı. Bilim ve teknolojinin gelişmesiyle birlikte, bilimsel ve teknik personel hala daha fazla araştırma ve deney yaparak birçok tatmin edici sonuç elde etti.
1970'ten beri, Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi Fresnel lensleri üzerinde detaylı araştırmalar yapmaya başladı ve elde edilen çok sayıda araştırma sonucu, gelecekteki bilim insanları için Fresnel lens araştırmaları yolunda yol gösterici olarak hizmet etti. 1979'da Kritchman, yüksek güçlü yoğunlaşan eğri çizgi odaklamalı bir Fresnel lensi geliştirdi. Bu lensin en büyük avantajı, yoğunlaştırma performansında niteliksel bir sıçramadır. 2006'da Koreli Kwang sun Ryu, Fresnel lensinin yüzeyini küçük modüllere bölmek için bir tasarım yöntemi önerdi. Bu yöntem, Fresnel lensinin küçük modüllerini işlemek için yazılım kullanır, böylece gelen güneş ışığı silikon fotoseli eşit şekilde aydınlatabilir Yukarıdaki, güneş ışığının küçük bir alanda yoğunlaşmasının ve geçmişte pili yakmasının kolay olması sorununu çözer.
Daha sonra Amerikalı Daniel, Kwang Sun Ryu'nun Fresnel lensini derinlemesine inceledi ve eskisinden daha yüksek aydınlatma sağlayan çok noktalı odaklamalı bir Fresnel lens tasarladı. Bu lens, geleneksel Fresnel lensinin odaklama aralığını optimize ederek orijinal tek noktalı odaklama modunu çok noktalı odaklama moduna dönüştürüyor, böylece Fresnel lensinin odak noktası artık belirli bir konumla sınırlı kalmıyor ve aydınlatmanın düzgünlüğü de artıyor.
2002 yılında silindirik çizgisel odaklamalı Fresnel mercek üzerine yapılan çalışmada, F sayısı 1,3 civarında ve konsantrasyon oranı 5 veya 6 olduğunda optik verimliliğin %85'in üzerine çıkabildiği bulunmuştur.
2007 yılında, geleneksel eşmerkezli halka yapısını terk edip Arşimet spiral oluklarını benimseyen bir Fresnel merceği tasarlandı. Bu merceğin uygulama açısından eşmerkezli Fresnel merceğinden önemli bir farkı olmasa da, yeni bir yapısal form yaratmıştır.
2009 yılında yapılan araştırmalar sonucunda, Fresnel merceğinin odaklama verimliliğinin gelen ışığın yoğunluğuyla doğru orantılı olduğu keşfedildi. Aynı zamanda, Fresnel merceğinin yüzeyindeki belirli ışık yansıması nedeniyle, ışık geçirgenliği gelen ışığın açısıyla ters orantılıdır.
2011 yılında, Fresnel lenslerin iç ve dış mekan performansı incelendi. Sonuçlar, ışık geçirgenliği hatasının iç ve dış mekan testlerinde değişmediğini, ancak konsantrasyon verimliliği hatasının iç mekan testinde dış mekan testinden daha düşük olduğunu gösterdi ve analiz edildi. Bu farkın nedeni, gelecekte Fresnel lenslerin test edilmesi ve işlenmesi konusunda çalışanlara bir referans sağlayacaktır.