Fresnel Lensin Tanıtımı ve Gelişimi Tarihçesi
Fresnel merceğinin tasarım prensibi, işleme sırasında merceğin artık bir bütün olarak değil, birçok mikro yapıdan oluşan bir varlık olarak görülmesidir. Bu mikro yapılar, orijinal dışbükey merceğin eğrilik yarıçapını korur ve ara ışığı kaldırır. Sapma işe yaramaz veya küçük bir parçayı etkiler. Fresnel merceğinin tasarım süreci Şekil 1'de gösterilmiştir ve Şekil 2, düz bir Fresnel merceğinin fiziksel diyagramıdır. İlk zamanlarda, malzeme kısıtlamaları nedeniyle, merceklerin hepsi camdan yapılırdı ve Fresnel mercekleri bir istisna değildi. Ancak, Fresnel merceklerini işlemek için geleneksel taşlama ve parlatma yöntemi kullanılırsa, bu sadece uzun zaman almakla kalmaz, aynı zamanda çok yüksek maliyete yol açan insan gücünü de tüketir. Daha sonra insanlar icat etti...
Fresnel Tasarım Prensibi
işleme sırasında artık lensi bir bütün olarak ele almaz. Bunun yerine, birçok mikro yapıdan oluşan bir varlık olarak kabul edilir. Bu mikro yapılar, ışık sapması üzerinde hiçbir etkisi olmayan veya çok az etkisi olan kısmı çıkarırken, orijinal dışbükey lensin eğrilik yarıçapını korur. Fresnel lensinin tasarım süreci Şekil 1'de gösterilmiştir
Düz bir Fresnel Merceğin Fiziksel Diyagramı
19. Yüzyılda Fresnel Lensin Gelişimi
İlk zamanlarda, malzeme kısıtlamaları nedeniyle, tüm mercekler camdan yapılırdı ve Fresnel mercekler de bir istisna değildi. Ancak, Fresnel mercekleri işlemek için geleneksel taşlama ve parlatma yöntemi kullanılırsa, bu sadece uzun zaman almakla kalmaz, aynı zamanda çok yüksek maliyete yol açan insan gücü de tüketir. Daha sonra, insanlar metal kalıp sıcak presleme işleme yöntemini icat ettiler, ancak camın yüzey gerilimi çok büyüktü, bu da sıcak presleme sırasında bazı ayrıntıların preslenememesine neden oldu, böylece Fresnel mercek beklenen kullanım etkisini elde edemedi. Bu nedenler, erken Fresnel merceklerinin tanıtılmasını imkansız hale getirdi.
Yaklaşık 1950'de, optik özellikleri camla çok benzer ve daha hafif olmasının avantajları nedeniyle yeni bir malzeme olan polimetil metakrilat (PMMA) lens üretiminde yaygın olarak kullanılmaya başlandı. 1951'de Miller ve diğerleri, Fresnel lensleri başarıyla üretmek için PMMA'yı kullandılar. PMMA düşük maliyetli ve doğası gereği kararlı olduğundan, insanlar o zamandan beri Fresnel lensleri yapmak için camı değiştirmek için kullanmaya başladılar.
Bilim ve teknolojinin ilerlemesiyle, lens işleme teknolojisi gelişmeye devam ediyor ve Fresnel lensinin optik performansı giderek daha iyi hale geliyor ve birçok alan tarafından giderek daha fazla değerleniyor. Fresnel lensinin ince kalınlığı, düşük kalitesi, düşük maliyeti ve iyi yoğunlaştırma etkisi ve diğer avantajları olduğundan, birçok alan Fresnel lensinin uygulamasına dikkat etmeye başladı. Bunlar arasında, güneş yoğunlaştırıcı fotovoltaik endüstrisi Fresnel lensini kullanmaya başladı. Bilim ve teknolojinin gelişmesiyle, bilimsel ve teknik personel hala Daha fazla araştırma ve deney de birçok tatmin edici sonuç elde etti.
1970'ten beri Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi Fresnel lensler üzerinde detaylı araştırmalar yapmaya başladı ve elde edilen birçok araştırma sonucu gelecekteki bilim insanlarına Fresnel lens araştırmaları yolunda yol gösterici oldu. 1979'da Kritchman yüksek güçlü yoğunlaştırıcı eğri çizgi odaklamalı bir Fresnel lens geliştirdi. Bu lensin en büyük avantajı yoğunlaştırma performansında niteliksel bir sıçramadır. 2006'da Koreli Kwang sun Ryu, Fresnel lensin yüzeyini küçük modüllere bölmek için bir tasarım yöntemi önerdi. Bu yöntem, Fresnel lensin küçük modüllerini işlemek için yazılım kullanır, böylece gelen güneş ışığı silikon fotoseli eşit şekilde aydınlatabilir Yukarıdaki, güneş ışığının küçük bir alanda yoğunlaşmasının ve geçmişte pili yakmasının kolay olması sorununu çözer.
Daha sonra, Amerikalı Daniel, Kwang sun Ryu'nun Fresnel lensinin derinlemesine bir analizini gerçekleştirdi ve daha öncekinden bile daha yüksek aydınlatmaya sahip çok noktalı odaklamalı bir Fresnel lens tasarladı. Bu lens, geleneksel Fresnel lensinin dişini optimize eder ve orijinal tek noktalı odaklama modunu çok noktalı odaklamaya değiştirir, böylece Fresnel lensinin odak noktası artık belirli bir konumla sınırlı kalmaz ve aydınlatmanın düzgünlüğü böylece iyileştirilir.
2002 yılında silindirik çizgi odaklamalı Fresnel mercek üzerine yapılan çalışmada, F sayısı 1,3 civarında ve konsantrasyon oranı 5 veya 6 olduğunda optik verimliliğin %85'in üzerine çıkabildiği bulunmuştur.
2007'de, geleneksel eşmerkezli halka yapısını terk edip Arşimet spiral oluklarını benimseyen bir Fresnel lens tasarlandı. Bu lensin eşmerkezli Fresnel lensinden uygulamada esaslı bir farkı olmasa da, yeni bir yapısal form yaratan Fresnel lenstir.
2009 yılında yapılan araştırmalar sonucunda Fresnel lensinin odaklama verimliliğinin gelen ışığın yoğunluğuyla doğru orantılı olduğu keşfedildi. Aynı zamanda Fresnel lensinin yüzeyindeki belirli ışık yansıması nedeniyle ışık geçirgenliği gelen ışığın açısıyla ters orantılıdır.
2011 yılında Fresnel lensin performansı iç ve dış mekanlarda incelendi. Sonuçlar ışık geçirgenliği hatasının iç ve dış mekan testinde değişmediğini, ancak konsantrasyon verimliliğinin test hatasının iç mekan testinde dış mekan testinden daha düşük olduğunu gösterdi ve analiz edildi. Bu farkın nedeni gelecekte Fresnel lenslerin test edilmesi ve işlenmesinde insanlara bir referans sağlayacaktır .