Fresnel Lensin Giriş ve Gelişim Tarihi
Fresnel merceğin tasarım prensibi, merceğin artık işlem sırasında bir bütün olarak değil, birçok mikro yapıdan oluşan bir varlık olarak görülmesidir. Bu mikro yapılar, orijinal dışbükey merceğin eğrilik yarıçapını korur ve ara ışığı ortadan kaldırır. Sapma işe yaramaz veya küçük bir parçayı etkilemez. Fresnel merceğin tasarım süreci Şekil 1'de gösterilmektedir ve Şekil 2, düz bir Fresnel merceğin fiziksel diyagramıdır. İlk günlerde malzeme sınırlamaları nedeniyle lenslerin tamamı camdan yapılıyordu ve Fresnel lensler de istisna değildi. Bununla birlikte, Fresnel lenslerin işlenmesinde geleneksel taşlama ve cilalama yönteminin kullanılması durumunda, bu sadece uzun zaman almakla kalmaz, aynı zamanda insan gücü tüketir ve bu da maliyetin çok yüksek olmasına neden olur. Daha sonra insanlar icat etti...
Fresnel'in Tasarım Prensibi
İşleme sırasında artık lensi bir bütün olarak görmüyoruz. Daha ziyade birçok mikro yapıdan oluşan bir varlık olarak kabul edilir. Bu mikro yapılar, orijinal dışbükey merceğin eğrilik yarıçapını korurken, ışık sapması üzerinde etkisi olmayan veya çok az etkisi olan parçayı ortadan kaldırır. Fresnel merceğin tasarım süreci Şekil 1'de gösterilmektedir.
Düz Fresnel Lensin Fiziksel Diyagramı
19. Yüzyılda Fresnel Lensin Gelişimi
İlk günlerde malzeme sınırlamaları nedeniyle lenslerin tamamı camdan yapılıyordu ve Fresnel lensler de istisna değildi. Bununla birlikte, Fresnel lenslerin işlenmesinde geleneksel taşlama ve cilalama yönteminin kullanılması durumunda, bu sadece uzun zaman almakla kalmaz, aynı zamanda insan gücü tüketir ve bu da maliyetin çok yüksek olmasına neden olur. Daha sonra insanlar metal kalıp sıcak presleme işleme yöntemini icat etti, ancak camın yüzey gerilimi çok büyüktü, bu da bazı detayların sıcak presleme sırasında preslenememesine neden oldu, böylece Fresnel lens beklenen kullanım etkisini elde edemedi. . Bu nedenler ilk Fresnel lenslerin tanıtımını yapılamamasına neden oldu.
1950'li yıllardan başlayarak, yeni bir malzeme olan polimetil metakrilat (PMMA), cama çok benzeyen optik özellikleri ve daha hafif olmasının avantajları nedeniyle mercek üretiminde yaygın olarak kullanılmaya başlandı. Açık. 1951'de Miller ve diğerleri, Fresnel lenslerini başarıyla üretmek için PMMA'yı kullandılar. PMMA'nın maliyeti düşük ve doğası gereği stabil olduğundan, insanlar o zamandan beri Fresnel lensleri yapmak için camın yerine onu kullanmaya başladı.
Bilim ve teknolojinin ilerlemesiyle birlikte lens işleme teknolojisi gelişmeye devam ediyor ve Fresnel lensin optik performansı giderek daha iyi hale geliyor ve birçok alan tarafından giderek değerleniyor. Fresnel lensin ince kalınlığı, düşük kalitesi, düşük maliyeti ve iyi yoğunlaşma etkisi ve diğer avantajları olduğundan, birçok alan Fresnel lens uygulamasına dikkat etmeye başlamıştır. Bunlar arasında güneş yoğunlaştırıcı fotovoltaik endüstrisi Fresnel lensini kullanıma sunmuştur. Bilim ve teknolojinin gelişmesiyle birlikte, bilimsel ve teknik personel hala daha fazla araştırma ve deney yapmakta ve birçok tatmin edici sonuca ulaşmaktadır.
1970 yılından bu yana Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi, Fresnel mercekleri üzerinde ayrıntılı araştırmalar yürütmeye başladı ve elde edilen birçok araştırma sonucu, gelecekteki bilim adamlarına Fresnel mercek araştırmaları yolunda yol gösterici oldu. 1979'da Kritchman, Fresnel lensi odaklayan yüksek güçlü, yoğunlaştırıcı kavisli bir çizgi geliştirdi. Bu merceğin en büyük avantajı, odaklanma performansında niteliksel bir sıçramadır. 2006 yılında Koreli Kwang sun Ryu, Fresnel merceğin yüzeyini küçük modüllere bölmeye yönelik bir tasarım yöntemi önerdi. Bu yöntem, gelen güneş ışığının silikon fotoseli eşit şekilde aydınlatabilmesi için Fresnel merceğinin küçük modüllerini işlemek için yazılım kullanır. Yukarıdaki, güneş ışığının küçük bir alanda yoğunlaşmasının ve geçmişte pili yakmasının kolay olması sorununu çözer.
Daha sonra Amerikalı Daniel, Kwang sun Ryu'nun Fresnel merceğinin derinlemesine bir analizini gerçekleştirdi ve eskisinden daha yüksek aydınlatmaya sahip, çok noktaya odaklanan bir Fresnel mercek tasarladı. Bu lens, geleneksel Fresnel lensin iş parçacığını optimize eder ve orijinal tek noktalı odaklama modunu çok noktalı odaklama olarak değiştirir, böylece Fresnel lensin odak noktası artık belirli bir konumla sınırlı kalmaz ve aydınlatmanın düzgünlüğü böylece sağlanır. geliştirmek.
2002 yılında Fresnel lense odaklanan silindirik çizgi üzerinde yapılan çalışmada, F sayısı 1,3 civarında ve konsantrasyon oranı 5 veya 6 olduğunda optik verimin %85'in üzerine çıkabildiği bulunmuştur.
2007 yılında geleneksel eşmerkezli halka yapısını terk eden ve Arşimet'in spiral oluklarını benimseyen bir Fresnel lens tasarlandı. Bu merceğin uygulama açısından konsantrik Fresnel merceğinden önemli bir farkı olmasa da, yeni bir yapısal form oluşturan Fresnel mercektir.
2009 yılında Fresnel merceğin odaklanma verimliliğinin gelen ışığın yoğunluğuyla doğru orantılı olduğu araştırmalarla keşfedildi. Aynı zamanda Fresnel merceğin yüzeyindeki belirli ışık yansıması nedeniyle ışık geçirgenliği, gelen ışığın açısıyla ters orantılıdır.
2011 yılında Fresnel merceğin performansı iç ve dış mekanlarda araştırıldı. Sonuçlar, iç mekan ve dış mekan testinde ışık geçirgenliği hatasının değişmediğini, ancak konsantrasyon verimliliği test hatasının iç mekan testinde dış mekan testinden daha düşük olduğunu gösterdi ve analiz edildi. gelecekte Fresnel lenslerin test edilmesi ve işlenmesinde görev alacak kişiler .