프레넬 렌즈의 소개 및 개발 역사
프레넬 렌즈의 설계 원리는 가공 중에 렌즈가 더 이상 전체로 간주되지 않고 많은 미세 구조로 구성된 개체로 간주된다는 것입니다. 이러한 미세 구조는 원래 볼록 렌즈의 곡률 반경을 유지하고 중간 광을 제거합니다. 편향은 작동하지 않거나 작은 부분에 영향을 미칩니다. 프레넬 렌즈의 설계 과정은 그림 1에 나와 있으며 그림 2는 평평한 프레넬 렌즈의 물리적 다이어그램입니다. 초기에는 재료 제한으로 인해 렌즈가 모두 유리로 만들어졌고 프레넬 렌즈도 예외는 아니었습니다. 그러나 기존의 연삭 및 연마 방법을 사용하여 프레넬 렌즈를 가공하는 경우 시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 인력도 소모되어 비용이 너무 많이 듭니다. 나중에 사람들이 발명했습니다...
프레넬의 디자인 원리
더 이상 가공 중에 렌즈를 전체로 간주하지 않습니다. 오히려 여러 미세 구조로 구성된 개체로 간주됩니다. 이러한 미세 구조는 원래 볼록 렌즈의 곡률 반경을 유지하면서 빛의 굴절에 영향을 미치지 않거나 거의 영향을 미치지 않는 부분을 제거합니다. 프레넬 렌즈의 설계 프로세스는 그림 1에 나와 있습니다.
1950년경부터 새로운 소재인 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)가 유리와 매우 유사한 광학적 특성과 가벼운 무게의 장점으로 인해 렌즈 생산에 널리 사용되었습니다. 1951년 밀러 등은 PMMA를 사용하여 프레넬 렌즈를 성공적으로 생산했습니다. PMMA는 비용이 저렴하고 본질적으로 안정적이기 때문에 사람들은 그 이후로 유리를 대체하여 프레넬 렌즈를 만들기 시작했습니다.
과학기술의 발전으로 렌즈 가공 기술은 계속 개선되고 프레넬 렌즈의 광학 성능은 점점 더 좋아지고 있으며 점차 많은 분야에서 가치를 인정받고 있습니다. 프레넬 렌즈는 두께가 얇고 품질이 낮으며 비용이 저렴하고 응축 효과가 좋기 때문에 많은 분야에서 프레넬 렌즈의 응용에 주목하기 시작했습니다. 그 중 태양열 집광 광전지 산업에서 프레넬 렌즈를 사용했습니다. 과학기술의 발전으로 과학기술 인력은 여전히 더 많은 연구와 실험을 하고 있으며 많은 만족스러운 결과를 얻었습니다.
1970년대 이후 미국 항공우주국은 프레넬 렌즈에 대한 세부적인 연구를 진행하기 시작했으며, 얻은 많은 연구 결과는 프레넬 렌즈 연구의 길을 걷는 미래 과학자들에게 이정표 역할을 했습니다. 1979년 크리치만은 고출력 집광 곡선 집광 프레넬 렌즈를 개발했습니다. 이 렌즈의 가장 큰 장점은 집광 성능의 질적 도약입니다. 2006년 한국 광선류는 프레넬 렌즈 표면을 작은 모듈로 나누는 설계 방법을 제안했습니다. 이 방법은 소프트웨어를 사용하여 프레넬 렌즈의 작은 모듈을 처리하여 입사하는 햇빛이 실리콘 광전지를 고르게 비출 수 있도록 합니다. 위의 내용은 과거에 태양광이 작은 영역에 집중되어 배터리를 소모하기 쉬운 문제를 해결합니다.
이후 미국 다니엘은 광선류의 프레넬 렌즈를 심층 분석하여 이전보다 더 높은 조도를 가진 멀티포인트 포커싱 프레넬 렌즈를 설계했습니다. 이 렌즈는 기존 프레넬 렌즈의 나사산을 최적화하고 원래의 단일 포인트 초점 모드를 멀티포인트 초점으로 변경하여 프레넬 렌즈의 초점 지점이 더 이상 특정 위치에 국한되지 않고 조명의 균일성이 향상되었습니다.
2002년 원통형 선집속 프레넬 렌즈에 대한 연구에서 F수가 1.3정도이고 집중비가 5나 6일 때 광효율이 85% 이상에 도달할 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다.
2007년에는 기존의 동심원 링 구조를 버리고 아르키메데스 나선형 홈을 채택한 프레넬 렌즈가 설계되었습니다. 이 렌즈는 동심원 프레넬 렌즈와 응용 측면에서 본질적으로 다르지 않지만 프레넬 렌즈는 새로운 구조적 형태를 만들었습니다.
2009년 연구를 통해 프레넬 렌즈의 초점 효율은 입사광의 강도에 정비례한다는 것이 발견되었습니다. 동시에 프레넬 렌즈 표면에서 일정한 빛 반사로 인해 빛 투과율은 입사광의 각도에 반비례합니다.
2011년 실내외에서 프레넬 렌즈의 성능을 연구했습니다. 그 결과 실내외 시험에서 광 투과율 오차는 변화가 없었지만, 실내 시험에서 집중 효율 시험 오차는 실외 시험보다 낮았고, 이 차이의 이유를 분석한 결과 앞으로 프레 넬 렌즈 의 시험과 가공에 종사하는 사람들에게 참고 자료가 될 것입니다.