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菲涅耳螺紋透鏡

菲涅耳螺紋透鏡(Fresnel Lens)

 

螺紋透鏡是平凸透鏡的球型鏡面被分割後以同一高度疊起而型成的透鏡。其結構設計是為了達到和平凸透鏡一樣的效果(大口徑與短焦距),但將平凸透鏡分解成一組同心的環狀鏡面以減少鏡面厚度及材料消耗。每一個同心的環狀鏡面皆叫做菲涅耳區塊。

 

 

 

 

 

 

 

一個感應鏡面會有包含好多個‘菲捏耳螺紋透鏡’ 構造,在‘熱電元素’前方形成多個焦點。

 

請参考‘菲捏耳螺紋透鏡’ 構造之介紹影片   http://vega.org.uk/video/programme/226

 

螺紋透鏡不但可以捕捉較多的紅外線能量,還可以將紅外線能量集中至一個小點或光束。當放射紅外線能量的物體移動時,此焦點/光束會連帶的移動而熱電元素感應器內建的兩個(或更多)結晶體會一個一個的被曝光。

若螺紋透鏡是由紅外線傳導材質矽薄片製成。其可傳導,波長屆於範圍800014000 nanometer之紅外線,對人體會散發出紅外線最敏感。

若螺紋透鏡是由紅外線傳導材質polyethyline製成。其可傳導,波長屆於範圍500015000 nanometer之紅外線。Polyethyline的分辨方式是其在燃燒時會出現然藍色的火焰且會如同臘一般融化。

沒有所知的粘著劑可以和矽薄片或polyethyline結合,但是可以使用矽橡膠來固定。螺紋透鏡在設計上凹凸部為朝向熱電元素,平面朝向感應器周圍環境。

一般被動式紅外線感應開關感應鏡面是由多個螺紋透鏡組合而成。感應鏡面設計時大多會依照光學原理將每個帶有不同折射角度的螺紋透鏡集合在成不同折射角度的層次。折射角度所能聚集的光束取決於感應器內熱電元素可接受能量的Field Of View角度。感應鏡面折射角度層次越多,越能增加感應器偵測範圍的密度,減少偵測死角。但同時熱電元素能接受的紅外線光束會較不集中,紅外線能量會較小。此時熱電元素的選擇及匹配就會非常重要。

 

感應鏡面及熱電元素搭配表(條件:感應鏡面面積相等)

紅外線能量小、偵測範圍密度大

(折射角度的層次多、各螺紋透鏡面積小)

紅外線能量大偵測範圍密度小

(折射角度的層次少、各螺紋透鏡面積大)

選擇偵測率高的熱電元素

以防止感應器過度遲鈍

選擇偵測率低的熱電元素

以防止感應器過度敏感

但是感應死角問題無法靠選擇熱電元素改善

 

 

當物體移動時,多個焦點會連帶的移動而熱電元素感應器內建的兩個結晶體就可以吸收能量。

 

較凸的螺紋透鏡較能聚集小焦點的光束(又稱長距離聚焦透鏡);較平的螺紋透鏡較能聚集大焦點的光束(又稱廣角聚焦透鏡)。

 

有關‘菲捏耳螺紋透鏡’之影片

http://www.youtube.com/watch?v=e4iU9kbn1wI&feature=channel

 

凹線的數量

較多凹線的螺紋透鏡較能產生較清晰的光束;較少凹線的螺紋透鏡較能產生較集光的光束。

 

螺紋透鏡凹線處方向

要使得螺紋透鏡聚集較清晰又集光的光束,螺紋透鏡凹線處需朝向收集光線處。若螺紋透鏡凹線處不朝向收集光線處,則集光的光束的周圍的焦距會變的過短,而光束的中心的焦距會過長。

 

最佳的螺紋透鏡設計

所以最佳的螺紋透鏡設計會是:折射角度的層次多、各螺紋透鏡面積大、較凸、較少凹線的螺紋透鏡且凹線處需朝向收集光線處。

 

 

 

被動式紅外線感應器/開關主要零件
    熱電元素
    菲涅耳螺紋透鏡

    光敏電阻
    繼電器