フレネルレンズ

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パリの国立海軍博物館に展示された、1870年付けの1次回転反射屈折フレネルレンズ。この場合、屈折プリズム（ブロンズリングの内側）と反射屈折プリズム（外側）は、中央のランプからの光を4つの回転ビームに集中させるように配置されています。アセンブリの高さは2.54メートル、重さは約1.5トンです。

フレネルレンズは、フランスの物理学者オーギュスタンジャンフレネル（1788–1827）が灯台で使用するために開発した、複合コンパクトレンズの一種です。[1] [2]「百万隻の船を救った発明」と呼ばれています。[3]

この設計により、従来の設計のレンズで必要とされる材料の質量と体積なしに、大口径で焦点距離の短いレンズを構築できます。フレネルレンズは、同等の従来のレンズよりもはるかに薄くすることができ、場合によっては平らなシートの形を取ります。より単純な屈折（純粋に屈折）なレンズは、カウント・ブッフォンによって最初に提案され[4]、フレネルによって独自に再発明されました。フレネルによって完全に発明された反射屈折形式のレンズには、全反射を使用する外部要素があります。屈折だけでなく; 光源からより多くの斜めの光をキャプチャし、それを灯台のビームに追加して、より遠くから光を見えるようにすることができます。

説明

1：ブッフォン/フレネルレンズの断面。2：同等のパワーの従来の平凸レンズの断面。（ブッフォンのバージョンは両凸でした。[5]）
平らなフレネルレンズの拡大図は、表面に同心円を示しています

フレネルレンズは、レンズを同心の環状セクションのセットに分割することにより、従来のレンズと比較して必要な材料の量を削減します。理想的なフレネルレンズは、セクションの数が無限になります。各セクションでは、同等の単純なレンズと比較して、全体の厚さが減少しています。これにより、標準レンズの連続面が同じ曲率の一連の面に効果的に分割され、それらの間に段階的な不連続性が生じます。

一部のレンズでは、曲面が平面に置き換えられ、セクションごとに角度が異なります。このようなレンズは、円形に配置されたプリズムのアレイと見なすことができ、エッジに急なプリズムがあり、中心が平らまたはわずかに凸状になっています。最初の（そして最大の）フレネルレンズでは、各セクションは実際には別々のプリズムでした。その後、「ワンピース」フレネルレンズが製造され、自動車のヘッドランプ、ブレーキ、パーキング、方向指示器レンズなどに使用されました。現代では、コンピューター制御のフライス盤（CNC）または3Dプリンターを使用して、より複雑なレンズを製造する場合があります。

フレネルレンズの設計では、レンズのイメージング品質を低下させる代わりに、厚さ（したがって材料の質量と体積）を大幅に減らすことができます。そのため、写真などの精密なイメージングアプリケーションでは、通常、より大きな従来のレンズが使用されます。

フレネルレンズは通常、ガラスまたはプラスチックでできています。それらのサイズは、大（古い歴史的な灯台、メートルサイズ）から中（読書補助具、OHPビューグラフプロジェクター）から小（TLR / SLRカメラスクリーン、マイクロオプティクス）までさまざまです。多くの場合、それらは非常に薄くて平らで、ほとんど柔軟性があり、厚さは1〜5 mm （ 1⁄32〜3⁄16インチ）の範囲 です。

最新のフレネルレンズのほとんどは、屈折要素のみで構成されています。ただし、灯台レンズには屈折要素と反射要素の両方が含まれる傾向があり、後者は写真に見られる金属リングの外側にあります。内側の要素は屈折レンズのセクションですが、外側の要素は反射プリズムであり、それぞれが2つの屈折と1つの全反射を実行し、銀色の鏡からの反射で発生する光の損失を回避します。

灯台レンズサイズ

マカプウポイント灯
ケープミアーズ灯台; 一次フレネルレンズ

フレネルは6つのサイズの灯台レンズを設計し、サイズと焦点距離に基づいて4つのオーダーに分けました。[6]現代の使用では、これらは1次から6次に分類されます。3次と4次の中間サイズ、および1次より上と6次より下のサイズが後で追加されました。

一次レンズの焦点距離は920mm（36+1⁄4インチ） 、 高さ約2.59 m（8フィート6インチ）、幅1.8 m（6フィート）です。最小（6番目）のオーダーの焦点距離は150 mm（6インチ）、高さは433 mm（ 17+1⁄16インチ）  。[6] [7] [8]

最大のフレネルレンズは、ハイパーラジアント（またはハイパーラジアル）と呼ばれます。そのようなレンズの1つは、ハワイでマカプウポイントライトを建設して装備することが決定されたときに手元にありました。新しいレンズを注文するのではなく、高さ3.7メートル（12フィート）で1000個以上のプリズムを備えた巨大な光学構造が使用されました。[9]

灯台レンズの注文[10]
注文 焦点距離 
（mm） 		高さ
（m） 		最初にインストールされた
第8
セブンス
6番目 150 0.433
5番目 187.5 0.541
第4 250 0.722
3+1⁄2 _ _ 375
三番 500 1.576 1825年
2番 700 2.069
初め 920 2.59 1823年
メソラジアル 1125
ハイパーラジアル 1330 1887年

タイプ

フレネルレンズには、主に2つのタイプがあります。イメージングと非イメージングです。イメージングフレネルレンズは、断面が湾曲したセグメントを使用して鮮明な画像を生成しますが、非イメージングレンズは断面が平坦なセグメントを使用し、鮮明な画像を生成しません。[11]セグメントの数が増えると、2つのタイプのレンズは互いに類似するようになります。セグメントの数が無限であるという抽象的なケースでは、湾曲したセグメントと平坦なセグメントの違いがなくなります。

イメージング

球状
球面フレネルレンズは、それぞれが球の一部であるリング状のセグメントを使用する単純な 球面レンズと同等であり、すべてが単一の点に光を集中させます。このタイプのレンズは鮮明な画像を生成しますが、尾根のエッジでの回折のため、同等の単純な球面レンズほど鮮明ではありません。
円筒形
シリンドリカルフレネルレンズは、単純なシリンドリカルレンズに相当し、円形の断面を持つ直線セグメントを使用して、単一の線に光を集中させます。このタイプは鮮明な画像を生成しますが、尾根のエッジでの回折のため、同等の単純なシリンドリカルレンズほど鮮明ではありません。

非イメージング

スポット
非イメージングスポットフレネルレンズは、円弧ではなく直線の断面を持つリング状のセグメントを使用します。このようなレンズは、小さなスポットに光を集中させることができますが、鮮明な画像を生成しません。これらのレンズは、太陽光をソーラーパネルに集束させるなど、太陽光発電に応用できます。フレネルレンズは、ケーラー照明光学系のコンポーネントとして使用でき、非常に効果的な非イメージング光学系フレネル-ケーラー（FK）太陽集光器を実現します。[12]
線形
非イメージングリニアフレネルレンズは、断面が円弧ではなく直線である直線セグメントを使用します。これらのレンズは、光を狭帯域に集束させます。それらは鮮明な画像を生成しませんが、パイプに太陽光を集中させるなどの太陽光発電で使用して、内部の水を加熱することができます。[13]

を使用します

イメージング

テレビ画面拡大装置として販売されているプラ​​スチックフレネルレンズ
SinclairFTV1ポータブルCRTTVで使用されているフレネルレンズ。ディスプレイの垂直面のみを拡大します。

フレネルレンズは、単純な手持ち式拡大鏡として使用されます。それらはまた、斜視などの眼球運動障害を含むいくつかの視覚障害を矯正するために使用されます。[14]フレネルレンズは、ポケットテレビ、特にシンクレアTV80のCRTディスプレイの視覚的サイズを大きくするために使用されてきました。それらは信号機でも使用されます。

フレネルレンズは、英国とアイルランド共和国に入る左ハンドルのヨーロッパのローリー（およびその逆、ヨーロッパ本土に入る右ハンドルのアイルランドとイギリスのトラック）で使用され、ドライバーがローリーを操作することによって引き起こされる死角を克服します。車が乗っている道路の側に対して、運転席の反対側に座っています。助手席側の窓に取り付けます。[15]

フレネルレンズの別の自動車用途は、リアビューエンハンサーです。リアウィンドウに取り付けられたレンズの広い視野角により、車両の後ろのシーン、特に背の高いまたはブラフテールのシーンをリアビューよりも効果的に調べることができます。ミラーだけ。

多焦点フレネルレンズは、網膜識別カメラの一部としても使用され、カメラ内の固視標の複数の焦点が合っている画像と焦点が合っていない画像を提供します。事実上すべてのユーザーにとって、少なくとも1つの画像に焦点が合うため、正しい目の位置合わせが可能になります。

フレネルレンズは、人気のある娯楽の分野でも使用されています。ブリティッシュロックアーティストのピーターガブリエルは、初期のソロライブパフォーマンスでそれらを利用して、体の他の部分とは対照的に頭のサイズを拡大し、ドラマチックでコミックな効果を生み出しました。テリーギリアムの映画「ブラジル」では、プラスチック製のフレネルスクリーンが、情報省のオフィス全体で使用されている小型のCRTモニターの拡大鏡として表示されています。ただし、俳優とカメラの間に表示されることがあり、シーンのスケールと構成がゆがんでユーモラスな効果が得られます。ピクサーの映画「ウォーリー」は、主人公がミュージカル「ハロー・ドーリー！」を見るシーンでフレネルレンズを使用しています。iPodで拡大。

写真

キヤノンとニコンは、望遠レンズのサイズを縮小するためにフレネルレンズを使用しています。フレネル要素を含む写真レンズは、対応する従来のレンズ設計よりもはるかに短くすることができます。ニコンはこの技術をフェーズフレネルと呼んでいます。[16] [17]

Polaroid SX-70カメラは、表示システムの一部としてFresnelリフレクターを使用していました。

ビューカメラと大判カメラは、フレネルレンズをすりガラスと組み合わせて使用​​して、レンズによってすりガラスに投影される画像の知覚される明るさを高め、焦点と構図の調整に役立てることができます。

イルミネーション

インチケイス灯台レンズと駆動機構

高品質のガラスフレネルレンズは灯台で使用され、19世紀後半から20世紀半ばにかけて最先端と見なされていました。現在、ほとんどの灯台はガラス製のフレネルレンズを使用できなくなり、プラスチック製のフレネルレンズが含まれていることが多い、はるかに安価で耐久性のあるエアロビーコンに交換しています。[要出典]灯台フレネルレンズシステムには、通常、光源から放出されるすべての光を捕らえるために、中央の平面フレネルの上下にファセットドームに配置された余分な環状プリズム要素が含まれています。これらの要素を通る光路には、単純な屈折ではなく、内部反射を含めることができます。平面フレネル要素で。これらのレンズは、灯台とその照明の設計者、建設業者、およびユーザーに多くの実用的な利点をもたらしました。とりわけ、より小さなレンズはよりコンパクトなスペースに収まる可能性があります。長距離での光の透過率が高く、パターンが変化するため、位置を三角測量することができました。[要出典]

おそらく、フレネルレンズの最も普及した使用は、一時期、自動車の ヘッドランプで発生しました。そこでは、放物面反射鏡からのほぼ平行なビームを成形して、ディップおよびメインビームパターンの要件を満たすことができます。ヨーロッパのH4デザインとして）。経済性、重量、耐衝撃性の理由から、新しい車では、プレーンなポリカーボネートレンズを備えた多面的なリフレクターを使用したガラスフレネルレンズが不要になりました。ただし、フレネルレンズは、自動車のテール、マーカー、および反転ライトで広く使用され続けています。

ガラスフレネルレンズは、劇場や映画の照明器具にも使用されています（フレネルランタンを参照）。このような楽器は、単にフレネルと呼ばれることがよくあります。機器全体は、金属製のハウジング、リフレクター、ランプアセンブリ、およびフレネルレンズで構成されています。多くのフレネル機器では、ランプをレンズの焦点に対して移動させて、光線のサイズを拡大または縮小することができます。結果として、それらは非常に柔軟性があり、多くの場合、7°から70°までの幅のビームを生成できます。[18]フレネルレンズは非常に柔らかいエッジのビームを生成するため、ウォッシュライトとしてよく使用されます。レンズの前にあるホルダーは、着色されたプラスチックフィルム（ゲル）を保持できます）ライトまたはワイヤースクリーンまたはつや消しプラスチックに色を付けて拡散させます。フレネルレンズは、一般的なレンズよりも明るいビームに焦点を合わせることができるだけでなく、光がビームの全幅にわたって比較的一定の強度であるため、映画の作成に役立ちます。

米海軍空母USSドワイトDアイゼンハワーの光学着陸装置

航空母艦と海軍航空基地は通常、光学着陸システムにフレネルレンズを使用しています。「ミートボール」ライトは、パイロットが着陸のための適切なグライドスロープを維持するのに役立ちます。中央には、フレネルレンズで構成された琥珀色と赤色のライトがあります。ライトは常に点灯していますが、パイロットの視点から見たレンズの角度によって、可視光の色と位置が決まります。ライトが緑色の水平バーの上に表示される場合は、パイロットが高すぎます。それが下にある場合、パイロットは低すぎます。ライトが赤の場合、パイロットは非常に低くなっています。[要出典]

フレネルレンズは、サーチライト、スポットライト、懐中電灯でも一般的に使用されています。

投影

画像投影にフレネルレンズを使用すると画質が低下するため、品質が重要ではない場合、またはソリッドレンズの大部分が法外な場合にのみ発生する傾向があります。安価なフレネルレンズは、透明なプラスチックでスタンプまたは成形することができ、オーバーヘッドプロジェクターやプロジェクションテレビで使用されます。

さまざまな焦点距離（1つのコリメータと1つのコレクタ）のフレネルレンズが、商用およびDIY投影で使用されます。コリメータレンズは焦点距離が短く、光源の近くに配置され、トリプレットレンズに光を集束させるコレクターレンズは、投影画像（LCDプロジェクターのアクティブマトリックスLCDパネル）の後に配置されます。フレネルレンズは、オーバーヘッドプロジェクターのコリメータとしても使用されます。

太陽光発電

プラスチック製のフレネルレンズはガラスレンズよりも大きくすることができ、はるかに安価で軽量であるため、ソーラークッカー、ソーラーフォージ、および家庭用の水を加熱するために使用されるソーラーコレクターで加熱するために太陽光を集中させるために使用されます。また、蒸気を生成したり、スターリングエンジンに動力を供給したりするためにも使用できます。

フレネルレンズは、ほぼ500：1の比率で太陽電池に太陽光を集中させることができます。[19]これにより、アクティブな太陽電池の表面を減らすことができ、コストを削減し、そうでなければ高価すぎるより効率的なセルの使用を可能にします。[20] 21世紀初頭、太陽エネルギーを集中させるために太陽光発電（CSP）プラントを集中させるためにフレネル反射板が使用され始めました。1つの用途は、オーストラリアのハンターバレーに ある石炭火力リッデル発電所で水を予熱することでした。

フレネルレンズを使用して砂を焼結し、ガラスに3Dプリントすることができます。[21]

歴史

先駆者

オーギュスタン・ジャン・フレネルは、レンズを使用して灯台のビームに焦点を合わせた最初の人物ではありませんでした。その区別は、1788年にトリニティハウスにアイデアを提案したロンドンのガラスカッタートーマスロジャースにあるようです。 [22]直径53cm、中央の厚さ14cmの最初のロジャースレンズがオールドロワー灯台に設置されました。 1789年にポートランドビルで。各ランプの後ろには、バックコートされた球状のガラスミラーがあり、後方の放射をランプを通してレンズに反射しました。さらにサンプルは、1804年までにハウスベイリー、ノースフォアランド、および少なくとも4つの他の場所に設置されました。しかし、光の多くはガラスへの吸収によって無駄になりました。[22][23]

また、フレネルは、重量と吸収を減らすために、凸レンズを一連の同心環状プリズムに置き換えることを提案した最初の人物でもありませんでした。1748年、ブッフォン伯爵は、このようなプリズムを1枚のガラスのステップとして研磨することを提案しました。[4] 1790年[24]（二次資料では、日付は1773 [25] ：609 または1788 [26]とされていますが）、コンドルセ侯爵は、環状部分を別々に作成し、それらを組み立てる方が簡単であると示唆しました。フレーム; しかし、それでも当時は実用的ではありませんでした。[27] [28]これらの設計は、灯台[4]ではなく、燃えるガラスを対象としていました。。[25] ：609  デビッド・ブリュースターは、しかし、1811年にコンドルセと同様のシステムを提案し[4] [26] [29]、1820年までに英国の灯台での使用を提唱していました。[30]

フレネルの貢献

フランスのコミッションデファレス（灯台委員会）は1811年にナポレオンによって設立され、フレネルの雇用主である橋と道路の隊の管轄下に置かれました。委員会のメンバーは他の方法で占領されていたので、初期の頃はほとんど達成していませんでした。[31]しかし、1819年6月21日、回折に関する彼の有名な回想録で科学アカデミーの物理学グランプリを獲得してから3か月後、フレネルはフランソワアラゴ（1813年以来のメンバー）の推薦で委員会に「一時的に」出向しました。、灯台照明の可能な改善を確認します。[27] [32]

1819年8月末までに、ブッフォン-コンドルセ-ブリュースターの提案に気づかず[27] [29]フレネルは委員会に最初のプレゼンテーションを行い、[33]彼がレンズ豆アエシェロン（段階的にレンズ豆）と呼んだものを当時使用されていた反射板は、入射光の約半分しか反射しませんでした。[34]フレネルの恥ずかしさに、集まった委員の一人であるジャック・シャルルは、ブッフォンの提案を思い出した。[5]しかし、ブッフォンのバージョンは両凸でワンピースでしたが、[35]フレネルのバージョンは平凸でした構築を容易にするために複数のプリズムで作られています。500フランの公式予算で、フレネルは3つのメーカーにアプローチしました。3番目のフランソワソレイユは、ガラスを再加熱して再成形することで欠陥を取り除く方法を見つけました。アラゴは、同心の芯を備えた改良型アルガンランプの設計でフレネルを支援し（フレネルがランフォード伯爵 に帰した概念[36]）、誤って魚の接着剤を発見しました。耐熱性があり、レンズでの使用に適しています。1820年3月に完成したプロトタイプは、一辺が55 cmの正方形のレンズパネルで、97個の多角形（環状ではない）のプリズムが含まれていました。委員会に感銘を受けたため、フレネルは完全な8パネルバージョンを求められました。このモデルは、資金不足にもかかわらず1年後に完成し、76cm四方のパネルを備えていました。1821年4月13日の夕方の公の光景では、それが突然時代遅れになった最新の反射板との比較によって示されました。[37]

このデモンストレーションの直後に、フレネルは、明らかに無偏光の光を含む光が横波のみで構成されているという考えを発表し、複屈折と部分反射の影響を検討しました。[38]

フレネルは、1822年7月29日に読まれ、同じ年に印刷された回想録で、英国のレンズとブッフォンの発明を認めました。[39]その回想録の日付は、フレネルの灯台擁護がブリュースターのそれより2年遅れて始まったという主張の源であるかもしれない。[30]しかし、テキストはフレネルの関与が遅くとも1819年に始まったことを明らかにしている。[40]

屈折パネルRCの上下に 傾斜ミラーm、nを備えた第1世代フレネル灯台レンズの断面 （中央セグメント A）。その後、損失を減らすためにミラーを反射プリズムに置き換えることにより、設計が改善されました。ランプLを通るすべての垂直面の断面 が同じである場合（円筒対称）、光は地平線の周りに均等に広がります。

フレネルの次のレンズは、サンゴバンによって環状弧で作られた8つの「ブルズアイ」パネルを備えた回転装置であり[28]、8つの回転ビームを与え、船員は周期的な閃光として見ることができます。各メインパネルの上と後ろには、台形の要素を備えた台形の輪郭の小さな傾斜したブルズアイパネルがありました。[41]これにより、光は傾斜した平面鏡に屈折し、メインビームの7度前方で水平方向に反射し、フラッシュの持続時間が長くなりました。[42]メインパネルの下には、ルーバーやベネチアンブラインドのスラットのように積み重ねられた、4つのリングに配置された128個の小さな鏡がありました。円錐台のような形をした各リング、光を地平線に反射し、フラッシュの間にかすかな安定した光を与えます。1822年8月20日に未完成の凱旋門で実施された公式テストは、委員会とルイ18世とその側近が32 km（20マイル）離れた場所から目撃しました。装置は冬の間ボルドーに保管され、その後、フレネルの監督下で、一部はフレネル自身の手によって、コルドゥアン灯台で再組み立てされました。1823年7月25日、世界初の灯台フレネルレンズが点灯しました。[43]予想通り、光は32 km（20マイル）以上離れた地平線に見えた。[44]

パリでのコルドアンレンズのテストの前日、科学アカデミーの委員会は、フレネルの回想録と二重屈折に関する補足について報告しました。これは、回折に関する彼の以前の研究ほど現代の読者にはあまり知られていませんが、より決定的な打撃を与えました。光の波動説のために。[45]コルドアンでのテストと再組み立ての間に、フレネルは光弾性（1822年9月16日）、楕円および円偏光と旋光（12月9日）、部分反射と全反射（1823年1月7日）に関する論文を提出しました。 46]本質的に物理光学の再構築を完了する横波仮説について。コルドゥアンレンズが点灯した直後、フレネルは血を吐き始めました。[47]

1824年5月、フレネルはファレス委員会の長官に昇進し[ 48]、エンジニア・イン・チーフの兼任であったが、その機関の最初のメンバーとして給与を受け取った。[49]その年の終わり、彼はますます病気になり、彼の灯台の仕事のために彼の残りの時間とエネルギーを節約するために、彼の基礎研究を減らし、エコールポリテクニークの試験官としての季節の仕事を辞任した。[50] [51]

同じ年に、彼は最初の固定レンズを設計しました。これは、上下の無駄を最小限に抑えながら、地平線の周りに光を均等に拡散するためのものです。[27]理想的には、湾曲した屈折面は、共通の垂直軸の周りのトロイドのセグメントであるため、屈折パネルは円筒形のドラムのように見えます。これを屈折（屈折）部分の上下に反射（反射）リングで補うと、装置全体が蜂の巣のように見えます。[52]就役した2番目のフレネルレンズは、1825年2月1日までにダンケルクに設置された3次の固定レンズでした。[53]しかし、大きなトロイダルプリズムを作るのが難しいため、この装置は16面の多角形の平面を持っていました。[54]

1825年、フレネルは固定アレイの外側に回転アレイを追加することにより、固定レンズの設計を拡張しました。回転アレイの各パネルは、固定光の一部を水平ファンからの狭いビームに屈折させるためのものでした。[27] [55]

また、1825年に、フレネルはカルテデファレス（灯台マップ）を発表し、「注文」（最初が最大）と呼ばれるレンズサイズの階層で、51の灯台と小さなハーバーライトのシステムを要求しました。認識：一定の光（固定レンズから）、1分あたり1回のフラッシュ（8枚のパネルを備えた回転レンズから）、および1分あたり2回（16枚のパネル）。[56]

1825年後半、[57]反射要素での光の損失を減らすために、フレネルは各ミラーを反射屈折プリズムに置き換えることを提案しました。 、次に3番目のサーフェスを介して屈折します。[58]その結果は、私たちが今知っている灯台レンズでした。1826年に彼はサンマルタン運河で使用するための小さなモデルを組み立てましたが[59]、実物大のバージョンを見るために生きていませんでした。彼は1827年7月14日に39歳で亡くなりました。

フレネル後

オーギュスタン・フレネルの死後の灯台レンズの開発の最初の段階は、彼のデザインの実装でした。これは、オーガスティンのように土木技師として訓練された弟のレオノールによって部分的に推進されましたが、オーガスティンとは異なり、管理に対する強い適性を持っていました。レオノールは1825年に灯台委員会に就任し、オーギュスタンの後任として秘書を務めました。[60]

トロイダルプリズムで構築された最初の固定レンズは、スコットランドのエンジニアであるAlan StevensonがLéonorFresnelの指導の下で設計し、Isaac Cookson＆Co。がフランスのガラスを使用して製造した一次装置でした。1836年9月22日にスコットランドのメイ島で就役した。 [61]最初の大型反射屈折レンズは、1842年にフランスのグラヴリーヌとイルヴィエルジュの灯台用に製造された。これらは、反射屈折リング（セグメントで作成）が直径1メートルの固定された3次レンズでした。スティーブンソンの一次Skerryvore1844年に点灯したレンズは、部分的に反射屈折光学系でした。下部のスラットがフランス製の反射屈折プリズムに置き換えられ、上部にミラーが保持されていることを除けば、コルドゥアンレンズと似ていました。1852年にPointed'Aillyに設置された最初の完全反射屈折一次レンズも、8つの回転ビームと下部の固定光を提供しました。しかし、その上部には、フラッシュを長くするために、メインビームの約4度前方に光を集中させる8つの反射屈折パ​​ネルがありました。純粋に回転するビームを備えた最初の完全反射屈折レンズ（これも一次のもの）は、1854年にサンクレマンデバレーヌに設置され、オーギュスタンフレネルのオリジナルのカルテデファレスの完成を記念しました。[62]

トーマス・スティーブンソン（アランの弟）は、ランプから放射される光を前方または後方のほぼすべての方向に単一のビームに集束させる「ホロフォタル」レンズで、フレネルを超えた一歩を踏み出しました。[63]1849年に記述された最初のバージョンは、標準のフレネルブルズアイレンズ、放物面反射鏡、および後部半球反射鏡で構成されていました（半球全体を覆ったことを除いて、60年前のロジャースミラーと機能的に同等です）。前方半球に放射されたがブルズアイレンズを失った光は、放物線によってブルズアイレンズを囲む平行ビームに偏向され、後方半球に放射された光は、球面反射器によってランプを通して反射されました（ロジャースのように） '配置）、フォワードコンポーネントによって収集されます。最初のユニットはピーターヘッドのノースハーバーに設置されました、1849年8月。スティーブンソンはこのバージョンを「反射屈折ホロフォテ」と呼んだが、その各要素は純粋に反射的または純粋に屈折的であった。ホロフォテコンセプトの2番目のバージョンでは、ブルズアイレンズと放物面反射鏡が、フレネルによって考案された反射屈折フレネルレンズに置き換えられましたが、前半球全体をカバーするように拡張されました。スティーブンソンが紛らわしく「屈折光学ホロフォテ」と呼んだ3番目のバージョンは、より革新的でした。前半球の反射屈折フレネルレンズを保持しましたが、後部半球反射鏡を、それぞれ2つを使用した半球アレイの環状プリズムに置き換えました。半球の中心から発散する光を中心に戻すための全反射。その結果、金属反射による損失のない、すべてガラスのホロフォットが得られました。[64]

ジェームズ・ティミンズ・チャンスは、垂直軸の周りに二重反射プリズムを配置することにより、トーマス・スティーブンソンの全ガラス製ホロフォタルデザインを変更しました。プロトタイプは、ロンドンで開催された1862年の国際展示会で展示されました。その後、製造を容易にするために、チャンスはプリズムをセグメントに分割し、単一の点からその点に光を反射する特性を維持しながら、それらを円筒形に配置しました。逆説的に「屈折ミラー」と呼ばれるこの形式の反射板は、ランプの陸側から海側に光を戻すのに特に有用であることが証明されました。[65]

カリフォルニア州メンドシノ郡のポイントアリーナ灯台にあるポイントアリーナ灯台博物館に展示されている、一次グループ点滅フレネルレンズ。3つの屈折光学パネル（真ちゅう製のリングの内側）と3つの反射屈折パ​​ネル（外側）が部分的に2つに分割され、1回転あたり3回のダブルフラッシュが行われます。

灯台が急増するにつれ、灯台を区別することが難しくなり、色付きのフィルターが使用され、光が無駄になりました。1884年、ジョンホプキンソンは、屈折光学および/または反射屈折パ​​ネルを分割して複数の閃光を与える「グループ点滅」レンズを発明することにより、フィルターの必要性を排除しました。これにより、灯台は閃光の頻度だけでなく識別できます。 、だけでなく、フラッシュの多様性によって。ダブルフラッシュレンズは1875年にタンピコ（メキシコ）とリトルバス（スリランカ）に設置され、トリプルフラッシュレンズは1876年にキャスケッツ灯台（チャンネル諸島）に設置されました。[66]示されている例（右）はダブルフラッシュレンズです。ポイントアリーナライトの点滅レンズ、1908年から1977年まで使用されていた。[67]

ハイパーラジアルレンズの開発は、複数のジェットを備えたガスライトなどのより大きな光源の必要性によって部分的に推進されました。これは、特定のビーム幅に対してより長い焦点距離を必要とし、したがって、生成された光。最初のハイパーラジアルレンズは、1885年にフランスのF. Barbier＆Cieによってスティーブンソンズのために製造され、サウスフォアランド灯台でさまざまな光源でテストされました。チャンス商会（ホプキンソンの雇用主）はその後、ハイパーラジアルの建設を開始し、1887年にビショップロック灯台に最初のラジアルを設置しました。[68]同じ年、バービアはトーリー島にハイパーラジアルを設置しました。しかし、約30のハイパーラジアルのみが使用可能になりました[69]よりコンパクトな明るいランプが開発される前は、このような大きな光学系は不要でした（ハイパーラディアントフレネルレンズを参照）。

ブルックリンフリントガラス会社のジョンL.ギリランドがプレスおよび成形ガラスからレンズを製造する方法の特許を取得した1852年に、ブッフォンが想定したとおりのワンピースの段付き屈折レンズの製造が可能になりました。同社は、鉄道、蒸気船、ドックで使用するための小さなブルズアイレンズを製造しました。[70]そのようなレンズは、1870年代までに米国で一般的でした。[29] ：488  1858年、同社は灯台で使用するための「非常に少数のプレスフリントガラス6次レンズ」を製造しました。これは、アメリカで最初に製造されたフレネル灯台レンズです。[70] 1950年代までに、ガラスの代わりにプラスチックを使用することで、オーバーヘッドプロジェクターのコンデンサーとしてフレネルレンズを使用することが経済的になりました。[71]

も参照してください

参照

  1. ^ 「フレネルレンズ」、メリアム・ウェブスター、2013年12月17日にオリジナルからアーカイブ、 2013年3月19日に取得。
  2. ^ ウェルズ、ジョン（2008年4月3日）、ロングマン発音辞書（第3版）、ピアソンロングマン、ISBN 978-1-4058-8118-0。
  3. ^ Bernhard、Adrienne（2019年6月21日）、「100万隻の船を救った発明」、BBC 、 2019年8月4日検索。
  4. ^ a b c d Chisholm、Hugh、ed。（1911）、「灯台」 、ブリタニカ百科事典、vol。16（第11版）、ケンブリッジ大学出版局、pp。627–651。
  5. ^ a b Levitt、2013年、p。59。
  6. ^ a b Baiges、Mabel A.（1988）、「Fresnel Orders」（TIFF）、2015年9月21日にオリジナルからアーカイブ、 2012年9月9日取得 。
  7. ^ 「フレネルレンズ」 、 2007年9月27日にオリジナルからアーカイブ。
  8. ^ 「フレネルレンズ」、ミシガン灯台保護区、2008年1月31日、2012年9月21日にオリジナルからアーカイブ、 2021年2月27日取得。
  9. ^ Anderson、Kraig、"Makapu'u、HI"、Lighthouse Friends、2008年10月5日にオリジナルからアーカイブ、 2009年2月26日取得。
  10. ^ 米国灯台協会、「フレネルレンズの注文、サイズ、重量、数量、およびコスト」。
  11. ^ R. Winston、JCMiñano、およびPGBenítez、Nonimaging Optics、Academic Press、2005年。
  12. ^ Chaves、Julio（2015）、Introduction to Nonimaging Optics、第2版、CRC Press、ISBN 978-1-4822-0673-9。
  13. ^ 「太陽光発電の基礎を集中させる線形コンセントレーターシステム」。Energy.gov 。2021年5月31日取得。
  14. ^ Shishavanf、Amir Asgharzadeh; ノルディン、リーランド; Tjossem、ポール; アブラモフ、マイケルD; Toor、Fatima（2016）、Engheta、Nader; ノギノフ、ミハイルA; Zheludev、Nikolay I（eds。）、「斜視の視力矯正のためのPMMAベースの眼科用コンタクトレンズ」、Metamaterials 、Metamaterials、Metadevices 、およびMetasystems 2016、Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers、9918：99180C、Bibcode：2016SPIE.9918E ..0CA、doi：10.1117 / 12.2237994、S2CID 125689110 、 2020年6月21日取得 。
  15. ^ Lowe、David（2011年12月3日）、Lowe's Transport Manager's and Operator's Handbook 2012、Kogan Page Publishers、ISBN 978-0-7494-6410-3。
  16. ^ Nikon Corp。、「AF-S NIKKOR 300mm f / 4E PF ED VR」、2015年1月6日、 WaybackMachineで2015年2月15日にアーカイブ。
  17. ^ 「フェーズフレネル–ニコンの新しい300mm f / 4E PF ED VRの「PF」」、デジタル画像、2015年1月14日にウェイバックマシンでアーカイブされました。
  18. ^ Mumm、Robert C.、 Photometrics Handbook、第2版、Broadway Press、1997年、p。36。
  19. ^ 「SoitecのConcentrixテクノロジー」 、 2011年4月17日にオリジナルからアーカイブ、2013年9月3日に取得。
  20. ^ 「Soitecの高性能Concentrixテクノロジー」 、 2013年9月23日にオリジナルからアーカイブ、2021年2月27日に取得。
  21. ^ M. Margolin、「この3Dプリンターは砂と太陽の上で動作します」、Vice、2017年12月1日にオリジナルからアーカイブ、 2021年2月27日に取得。
  22. ^ a b T. Tag、「フレネル以前のレンズの使用」、米国灯台協会、2017年8月12日にアクセス。2017年5月20日にアーカイブされました。
  23. ^ Levitt、2013年、p。57。
  24. ^ N. de Condorcet、 Élogede M. le Comte de Buffon、パリ：Chez Buisson、1790年、11〜12ページ。（この死亡記事は、1791年に印刷された1788年の科学アカデミーの歴史にも登場しました。）
  25. ^ a b D. Appleton＆Co。、"Sea-lights"、Dictionary of Machines、Mechanics、Engine-work、and Engineering、1861、vol。2、pp。606–18。
  26. ^ a b T. Tag、「Chronology of Lighthouse Events」、米国灯台協会、2017年8月22日にアクセス。2017年4月8日にアーカイブされました。
  27. ^ a b c d e T. Tag、「フレネルレンズ」、米国灯台協会、2017年8月12日にアクセス。2017年7月22日にアーカイブされました。
  28. ^ a b Levitt、2013年、p。71。
  29. ^ a b c d G. Ripley and CA Dana（eds。）、"Fresnel、Augustin Jean"、AmericanCyclopædia、1879、vol。7、pp。486–9。
  30. ^ a b Chisholm、Hugh、ed。（1911）、「ブリュースター、サー・デビッド」 、ブリタニカ百科事典、vol。4（11th ed。）、Cambridge University Press、pp。513–514。
  31. ^ Levitt、2013年、49〜50ページ。
  32. ^ Levitt、2013年、51ページ、 ‍53 ; エルトン、2009年、p。190; フレネル、1866–70、vol。1、p。xcvii、およびvol。3、p。xxiv。（Levitt、2013、p。240の「7月21日」は転記エラーであり、引用された一次資料と一致していません。）
  33. ^ フレネル、1866–70、vol。3、pp。5–14; 日付については、Pを参照してください。6n。Levitt（2013、p。58）は、1819年8月としてのみ日付を示しています。
  34. ^ Levitt、2013、pp。56、 ‍58。委員会の会議の議事録は、フレネル自身が書記を引き継いだ1824年にのみさかのぼります（フレネル、1866–70、第3巻、6nページ）。したがって、残念ながら、フレネルがレンズ豆を正式に推奨した正確な日付を確認することはできません。
  35. ^ Levitt、2013年、p。59. 両凸形状は、フレネル、1822、trで引用されたブッフォンの説明から推測することができます。タグ、p。4.4。
  36. ^ フレネル、1822年、tr。タグ、p。11.11。
  37. ^ Levitt、2013年、59〜66ページ。Levittは、8パネルバージョンのサイズを720 mm（ 28+1⁄3インチ）  。Elton（2009、p。193）は、それを76 cmとしています。これは、最初のパネルが1820年10月31日にテストされたことを示しています。cf. フレネル、1866–70、vol。3、pp。xxxii＆xxxiv、and Fresnel、1822、tr。タグ、p。7。
  38. ^ A. Fresnel、「Note sur le calcul des teintes que lapolarizationdéveloppedansleslamescristallisées」以降、 Annales de Chimie et de Physique、Ser。2、vol。17、pp。102–11（1821年5月）、167–96（1821年6月）、312–15（ "追記"、1821年7月）; フレネル、1866–70、vol。1、pp。609–48; 「偏光が結晶板に発生する色合いの計算について、および追記」、 Zenodo：  4058004 / doi： 10.5281 / zenodo.4058004、2021。
  39. ^ フレネル、1822年、tr。タグ、2〜4ページ。
  40. ^ フレネル、1822年、tr。タグ、p。1.1。
  41. ^ D.ゴンバート、2017年3月23日、フランス、ウェサン島のムゼデファレスエバリスのコレクションにあるコルドゥアン灯台の写真。
  42. ^ フレネル、1822年、tr。タグ、13ページ、 ‍25ページ。
  43. ^ Elton、2009年、p。195;  Levitt、2013年、72〜6ページ。
  44. ^ B.ワトソン、「科学はより良い灯台レンズを作る」、スミソニアン、vol。30番 5（1999年8月）、30〜31ページ。
  45. ^ Buchwald、1989、pp。260、288–90、297;  cf. Born＆Wolf、1999年、p。xxv​​iii。
  46. ^ フレネル、1866–70、vol。1、pp。713–18、731–51、767–99。
  47. ^ Levitt、2013年、p。97。
  48. ^ Levitt、2013年、p。82。
  49. ^ Elton、2009年、p。190。
  50. ^ HMブロック、「フレネル、オーギュスタンジャン」、カトリック百科事典、1907–12、vol。6（1909）。
  51. ^ ヤング、1855年、p。399;  Boutry、1948年、601〜2ページ。
  52. ^ Cf. エルトン、2009年、p。198、図12。
  53. ^ Levitt、2013年、p。84。
  54. ^ Elton、2009年、197〜8ページ。
  55. ^ Elton、2009年、198〜9ページ。
  56. ^ Levitt、2013年、82〜4ページ。
  57. ^ Elton、2009年、p。200。
  58. ^ Levitt、2013年、79〜80ページ。
  59. ^ 国立海洋博物館、「アパレイユ反射屈折光学系、アパレイユデュカナルサンマルタン」、2017年8月26日アクセス。2017年8月26日にアーカイブされました。
  60. ^ Levitt、2013年、28、72、99ページ。
  61. ^ Elton、2009、pp。199、 ‍200 、 ‍202 ; Levitt、2013年、104〜5ページ。
  62. ^ Levitt、2013年、108〜10ページ、113〜16ページ、122〜3ページ。Elton（2009、p。208）は、1844年2月1日にSkerryvoreレンズが点灯したが、反射屈折部分はまだ追加されていないと述べています。
  63. ^ Elton、2009年、209〜10ページ、238ページ。
  64. ^ Elton、2009年、210〜13ページ。
  65. ^ Elton、2009年、221〜3ページ。
  66. ^ Elton、2009年、227〜30ページ。 レビット、2013年、p。219。
  67. ^ ポイントアリーナ灯台キーパーズ社、「灯台の歴史」、2021年3月1日アクセス。
  68. ^ Elton、2009年、p。233;  Levitt、2013年、222〜4ページ。
  69. ^ T. Tag、「Hyper-Radial Lenses」、US Lighthouse Society、2021年2月28日にアクセス。2021年2月11日にアーカイブされました。
  70. ^ a b T.タグ、「アメリカ製フレネルレンズ」、米国灯台協会、2021年3月1日アクセス。2021年2月21日にアーカイブされました。
  71. ^ A. Finstad、「視聴覚資料の新展開」、高等教育、vol。8、いいえ。15（1952年4月1日）、176〜8ページ、p。176。

参考文献

さらに読む

外部リンク

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