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菲涅爾透鏡

　　菲涅爾透鏡，又稱螺紋透鏡。菲涅爾透鏡一般是由一系列同心棱形槽構(gòu)成的，每隔環(huán)節(jié)都相當(dāng)于一個(gè)獨(dú)立的折射面。菲涅爾透鏡的棱形槽除了按照同心圓排列外，還可以按照平行直線排列。平行直線排列棱形槽的菲涅爾透鏡可以用做線太陽能聚光器。

　　菲涅爾透鏡的棱形槽一般為每毫米2~8個(gè)槽。隨著現(xiàn)代模壓塑料工藝的發(fā)展，可以模壓出很細(xì)溝槽的階梯透鏡，溝槽的頻率高達(dá)每毫米約20個(gè)槽，這超過人眼在明視距離的分辨率，完全有可能同分辨率接近衍射極限的透鏡相媲美。

　　最簡單的菲涅爾透鏡是基面為平面的平面形透鏡。他的結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，還有基面為曲面的彎月形透鏡。他的自由度更高，有利于消像差。菲涅爾透鏡分為折射式和反射式兩種。

　　菲涅爾透鏡設(shè)計(jì)主要是確定每個(gè)環(huán)節(jié)的齒形，它的每個(gè)環(huán)節(jié)相當(dāng)于厚透鏡的一個(gè)環(huán)節(jié)。各環(huán)帶所構(gòu)成的透鏡焦距不等，但能夠保證焦點(diǎn)都位于同一點(diǎn)，即達(dá)到消球差的目的。其效果相當(dāng)于一個(gè)厚透鏡，但是又比厚透鏡大大減小。

　　各環(huán)帶齒形主要取決于各面的面形角a,只要找出各個(gè)工作面的法線傾角S即可，由圖17.28可見a和s是相等的。圖中給出了菲涅爾透鏡的一個(gè)齒形截面，設(shè)透鏡材料的折射率為n,外界折射率為n’，a稱為工作側(cè)面角，b稱為干擾側(cè)面角。

　　采用等光程條件推導(dǎo)，可以得到

　　由上式可求得a, a稱為工作側(cè)面角，有多少環(huán)帶便可以計(jì)算出多少個(gè)s角，顯然各環(huán)帶的面形角是不相等的。

　　當(dāng)干擾側(cè)面角b<90度時(shí)，齒形的干擾側(cè)面可不同程度地減小干擾作用，而且加工比較方便，便于大量生產(chǎn)。b>90度，齒形的干擾側(cè)面一般不能減小干擾作用，而且不能模壓，只能切削加工，不適用于大量生產(chǎn)。b=90度，齒高超過環(huán)帶螺距時(shí)，其齒尖容易變形。光線通過變形后的工作側(cè)面，形成干擾光線，對像質(zhì)不利。為了避免這種情況，一般做成b<90度的齒形。

　　菲涅爾透鏡的相對孔徑越大，作為聚光鏡的包角越大，光能利用越充分，但過分增大孔徑或縮短焦距，會(huì)導(dǎo)致透鏡邊緣出射光線發(fā)生全反射現(xiàn)象，所以材料的全反射臨界角的大小限制了菲涅爾透鏡所能獲得的最大偏角G.