lente de Fresnel

Una lente de Fresnel es un tipo de lente compacta compuesta desarrollada por el físico francés Augustin-Jean Fresnel (1788-1827) para su uso en faros . ^{[1] [2]} Se le ha llamado "la invención que salvó un millón de barcos". ^[3]

El diseño permite la construcción de lentes de gran apertura y corta distancia focal sin la masa y volumen de material que requeriría una lente de diseño convencional. Una lente Fresnel se puede hacer mucho más delgada que una lente convencional comparable, en algunos casos tomando la forma de una hoja plana. La forma dióptrica más simple (puramente refractiva) de la lente fue propuesta por primera vez por Count Buffon , ^[4] y reinventada de forma independiente por Fresnel. La forma catadióptrica de la lente, totalmente inventada por Fresnel, tiene elementos externos que utilizan una reflexión interna total.así como refracción; puede capturar más luz oblicua de una fuente de luz y agregarla al haz de un faro, haciendo que la luz sea visible desde mayores distancias.

La lente Fresnel reduce la cantidad de material requerido en comparación con una lente convencional al dividir la lente en un conjunto de secciones anulares concéntricas. Una lente de Fresnel ideal tendría un número infinito de secciones. En cada sección, el grosor total se reduce en comparación con una lente simple equivalente. Esto divide efectivamente la superficie continua de una lente estándar en un conjunto de superficies de la misma curvatura, con discontinuidades escalonadas entre ellas.

En algunas lentes, las superficies curvas se reemplazan por superficies planas, con un ángulo diferente en cada sección. Una lente de este tipo se puede considerar como una serie de prismas dispuestos de forma circular, con prismas más pronunciados en los bordes y un centro plano o ligeramente convexo. En las primeras (y más grandes) lentes Fresnel, cada sección era en realidad un prisma separado. Posteriormente se produjeron lentes Fresnel de "pieza única", que se utilizaron para faros de automóviles, lentes de freno, de estacionamiento y de señal de giro, etc. En los tiempos modernos, el equipo de fresado controlado por computadora (CNC) o las impresoras 3-D pueden usarse para fabricar lentes más complejas.

El diseño de la lente de Fresnel permite una reducción sustancial del grosor (y por lo tanto de la masa y el volumen de material), a expensas de reducir la calidad de imagen de la lente, razón por la cual las aplicaciones de imágenes precisas como la fotografía todavía utilizan lentes convencionales más grandes.

Las lentes de Fresnel suelen estar hechas de vidrio o plástico; su tamaño varía desde grandes (viejos faros históricos, tamaño de metro) a medianos (ayudas para leer libros, proyectores visualizadores OHP) a pequeños ( pantallas de cámaras TLR / SLR , microóptica). En muchos casos, son muy delgados y planos, casi flexibles, con espesores en el rango de 1 a 5 mm ( 1 ⁄ 32 a 3 ⁄ 16  in).

Lente Fresnel catadióptrica giratoria de primer orden, fechada en 1870, expuesta en el Musée national de la Marine , París. En este caso, los prismas dióptricos (dentro de los anillos de bronce) y los prismas catadióptricos (fuera) están dispuestos para concentrar la luz de la lámpara central en cuatro haces giratorios, que los marineros ven como cuatro destellos por revolución. El conjunto mide 2,54 metros de altura y pesa alrededor de 1,5 toneladas.

1: Sección transversal de la lente Buffon / Fresnel. 2: Sección transversal de una lente convencional plano-convexa de potencia equivalente. (La versión de Buffon era biconvexa . ^[5] )

Vista cercana de una lente Fresnel plana que muestra círculos concéntricos en la superficie

Luz de punto de Makapuu

Faro de Cape Meares ; Lente Fresnel de primer orden

Lente de plástico Fresnel vendida como dispositivo de ampliación de pantalla de TV

La lente Fresnel utilizada en el televisor CRT portátil Sinclair FTV1 , que solo amplía el aspecto vertical de la pantalla

Mecanismo de accionamiento y lente del faro de Inchkeith

Sistema de aterrizaje óptico en el portaaviones USS Dwight D. Eisenhower de la Marina de los EE. UU .

Sección transversal de una lente de faro Fresnel de primera generación, con espejos inclinados  m, n encima y debajo del panel refractivo  RC (con segmento central  A ). El diseño se mejoró posteriormente reemplazando los espejos con prismas reflectantes para reducir las pérdidas. Si la sección transversal en todos los planos verticales a través de la lámpara  L es la misma (simetría cilíndrica), la luz se distribuye uniformemente alrededor del horizonte.

Lente Fresnel con destellos grupales de primer orden, en exhibición en el Point Arena Lighthouse Museum, Point Arena Lighthouse , Mendocino County, California . Los tres paneles dióptricos (dentro de los anillos de latón) y los tres paneles catadióptricos (exterior) están parcialmente divididos en dos, dando tres destellos dobles por rotación.