Kanta Fresnel

Daripada Wikipedia, ensiklopedia bebas.
Pergi ke navigasi Pergi ke carian
Kanta Fresnel rumah api pertama, dipamerkan di Muzium Rumah Api Point Arena, Kaunti Mendocino, California

Kanta Fresnel (/ˈfrn-, ˈfrɛn.ɛl, -əl/ FRAYN--,_-FREN-el-,_-, /frˈnɛl/ fray-NEL atau /ˈfrɛznəl/ FREZ-nəl) adalah sejenis kanta padat komposit asalnya dibangunkan oleh ahli fizik Perancis Augustin-Jean Fresnel (1788-1827) untuk rumah api.[1][2] Ianya terkenal sebagai "penemuan yang menyelamatkan sejuta kapal."[3]

Reka bentuknya membolehkan pembinaan kanta bukaan besar dan jarak fokus pendek tanpa jisim dan isi padu bahan yang diperlukan oleh kanta reka bentuk konvensional. Kanta Fresnel boleh dibuat lebih nipis daripada kanta konvensional yang sebanding, dalam beberapa kes mengambil bentuk kepingan rata. Kanta Fresnel dapat menangkap cahaya yang lebih serong dari sumber cahaya, sehingga memungkinkan cahaya dari rumah api yang dilengkapi dengan cahaya itu dapat dilihat dalam jarak yang lebih jauh.

Sejarah[sunting | sunting sumber]

Idea untuk membuat kanta yang lebih nipis dan lebih ringan dalam bentuk rangkaian langkah anulus sering dikaitkan dengan Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon.[4] Walaupun Buffon mengusulkan pengisaran kanta seperti itu dari satu kepingan kaca, Marquis de Condorcet (1743–1794) mengusulkan membuatnya dengan bahagian terpisah yang dipasang di dalam bingkai.[5] Ahli fizik dan jurutera Perancis Augustin-Jean Fresnel paling sering diberi penghargaan untuk pengembangan kanta pelbagai bahagian untuk digunakan di rumah api. Menurut majalah Smithsonian, kanta Fresnel pertama digunakan pada tahun 1823 di rumah api Cordouan di muara Gironde; cahaya boleh dilihat dari jarak lebih dari 20 batu (32 km).[6] Ahli fizik Scotland Sir David Brewster diberi kepercayaan untuk meyakinkan United Kingdom untuk menggunakan kanta ini di rumah api mereka.[7][8]

Penerangan[sunting | sunting sumber]

Bagaimana kanta Fresnel sfera menyatukan cahaya
Bagaimana lensa Fresnel sfera menumpukan cahaya
1 Keratan rentas kanta sfera Fresnel, 2 Keratan rentas kanta sfera konvensional
1: Keratan rentas kanta Fresnel sfera
2: Keratan rentas kanta plano-cembung sfera konvensional dengan kuasa yang setara
Pandangan jarak dekat kanta Fresnel rata menunjukkan bulatan sepusat di permukaan

Kanta Fresnel mengurangkan jumlah bahan yang diperlukan berbanding kanta konvensional dengan membahagikan kanta menjadi satu set bahagian anulus sepusat. Kanta Fresnel yang ideal mempunyai bahagian yang tidak terhingga. Di setiap bahagian, ketebalan keseluruhan menurun berbanding kanta sederhana yang setara. Ini secara efektif membahagikan permukaan berterusan kanta standard ke dalam satu set permukaan kelengkungan yang sama, dengan ketidakterusan bertahap di antara keduanya.

Pada beberapa kanta, permukaan melengkung diganti dengan permukaan rata, dengan sudut yang berbeza di setiap bahagian. Kanta semacam itu dapat dianggap sebagai susunan prisma yang disusun secara bulat, dengan prisma yang lebih curam di tepinya, dan pusat yang rata atau sedikit cembung. Pada kanta Fresnel pertama (dan terbesar), setiap bahagian sebenarnya adalah prisma yang terpisah. Kanta Fresnel 'single-piece' kemudian dihasilkan, digunakan untuk lampu depan kenderaan, brek, tempat letak kenderaan, dan kanta isyarat putar, dan sebagainya. Pada zaman moden ini, peralatan penggilingan yang dikendalikan oleh komputer (CNC) atau pencetak 3-D mungkin digunakan untuk menghasilkan kanta yang lebih kompleks.

Reka bentuk kanta Fresnel memungkinkan pengurangan ketebalan yang besar (dan dengan itu jisim dan isipadu bahan), dengan mengorbankan kualiti pengimejan kanta, sebab itulah aplikasi pengimejan yang tepat seperti fotografi biasanya masih menggunakan kanta konvensional yang lebih besar.

Kanta Fresnel biasanya diperbuat daripada kaca atau plastik; saiznya berbeza dari besar (rumah api sejarah lama, ukuran meter) hingga sederhana (alat bantu membaca buku, projektor viewgraph OHP) hingga kecil (skrin kamera TLR/SLR, mikro-optik). Dalam banyak kes, ianya sangat nipis dan rata, hampir fleksibel, dengan julat ketebalan pada 1 hingga 5 mm (0.04 hingga 0.2 in).

Kanta Fresnel moden biasanya terdiri daripada semua elemen biasan. Bagaimanapun, banyak rumah api mempunyai elemen pembiasan dan refleksi, seperti yang ditunjukkan dalam gambar dan gambar rajah. Ini berkmaksud elemen luar adalah bahagian reflektor sementara elemen dalaman adalah bahagian kanta biasan. Jumlah pantulan dalaman sering digunakan untuk mengelakkan kehilangan cahaya dalam pantulan dari cermin perak.

Saiz kanta rumah api[sunting | sunting sumber]

Makapuu Point Light
Rumah Api Cape Meares; kanta Fresnel kelas pertama

Fresnel menghasilkan enam saiz kanta rumah api, dibahagikan kepada empat kelas berdasarkan ukuran dan panjang fokus mereka.[9] Dalam penggunaan moden, ini dikelaskan sebagai urutan pertama hingga keenam. Ukuran pertengahan antara urutan ketiga dan keempat ditambahkan kemudian, serta ukuran di atas kelas pertama dan di bawah keenam.

Kanta kelas pertama mempunyai panjang fokus 920 mm (36 inci) dan diameter maksimum 2590 mm (8.5 kaki) tinggi. Pemasangan lengkap kira-kira 3.7 m (12 kaki) tinggi dan 1.8 m (6 kaki) lebar. Yang terkecil (urutan keenam) mempunyai panjang fokus 150 mm (5.9 dalam) dan diameter optik 433 mm (17 inci) tinggi.[9][10][11]

Kanta Fresnel terbesar dipanggil kanta Fresnel hipersinar. Satu kanta seperti itu ada ketika diputuskan untuk membangun dan mengenakan Makapuu Point Light di Hawaii. Daripada memesan kanta baru, pembinaan optik yang besar, 3.7 meter (12 ka) tinggi dan dengan lebih dari seribu prisma, digunakan di sana.[12]

Pesanan kanta rumah api [13]
Kelas Jarak fokus (mm) Ketinggian (m) Pertama dipasang
Kelapan
Ketujuh
Keenam 150 0.433
Kelima 187.5 0.541
Keempat 250 0.722
3 12 375
Ketiga 500 1.576
Kedua 700 2.069
Pertama 920 2.59
Mesoradial 1125
Hiperradial 1330 1879

Jenis[sunting | sunting sumber]

Terdapat dua jenis kanta Fresnel utama: pengimejan dan bukan pengimejan. Kanta pengimejan Fresnel menggunakan segmen dengan keratan rentas melengkung dan menghasilkan gambar yang tajam, sementara kanta bukan pencitraan mempunyai segmen dengan keratan rentas rata, dan tidak menghasilkan gambar yang tajam.[14] Apabila bilangan segmen meningkat, kedua-dua jenis kanta menjadi lebih serupa antara satu sama lain. Dalam kes abstrak sebilangan segmen yang tidak terhingga, perbezaan antara segmen melengkung dan rata hilang.

Pengimejan[sunting | sunting sumber]

Sfera
Kanta Fresnel sfera setara dengan kanta sfera sederhana, menggunakan segmen berbentuk cincin yang masing-masing merupakan bahagian sfera, di mana semuanya memfokus cahaya pada satu titik. Kanta jenis ini menghasilkan gambar yang tajam, walaupun tidak begitu jelas dengan kanta sfera sederhana yang setara kerana dibias di tepi rabung.
Silinder
Kanta Fresnel silinder setara dengan kanta silinder sederhana, menggunakan segmen lurus dengan keratan rentas bulat, memusatkan cahaya pada satu garis. Jenis ini menghasilkan gambar yang tajam, walaupun tidak begitu jelas dengan kanta silinder sederhana yang setara kerana dibias di tepi rabung.

Bukan pengimejan[sunting | sunting sumber]

Titik
Kanta Fresnel titik yang bukan pengimejan menggunakan segmen berbentuk cincin dengan keratan rentas yang garis lurus dan bukannya busur bulat. Kanta seperti itu dapat memfokuskan cahaya pada tempat kecil, tetapi tidak menghasilkan gambar yang tajam. Kanta ini memiliki aplikasi dalam tenaga suria, seperti memfokuskan sinar matahari pada panel suria. Kanta Fresnel boleh digunakan sebagai komponen optik pencahayaan Köhler yang menghasilkan penumpu solar Fresnel-Köhler (FK) optik bukan pencitraan yang sangat berkesan.[15]
Linear
Kanta Fresnel linear bukan pengimejan menggunakan segmen lurus yang keratan rentasnya adalah garis lurus dan bukan lengkok. Kanta ini memfokuskan cahaya ke jalur yang sempit. Ianya tidak menghasilkan gambar yang tajam, tetapi dapat digunakan dalam tenaga suria, seperti untuk memfokuskan sinar matahari pada paip, untuk memanaskan air di dalam: [1] Diarkibkan 2013-12-11 di Wayback Machine .

Kegunaan[sunting | sunting sumber]

Pengimejan[sunting | sunting sumber]

Kanta Fresnel plastik dijual sebagai peranti pembesar skrin TV
Kanta Fresnel yang digunakan dalam TV CRT mudah alih Sinclair FTV1, yang memperbesar aspek menegak hanya pada paparan

Kanta Fresnel digunakan sebagai pembesar genggam sederhana. Ianya juga digunakan untuk membetulkan beberapa gangguan penglihatan, termasuk gangguan pergerakan okular seperti strabismus.[16] Kanta Fresnel telah digunakan untuk meningkatkan ukuran visual paparan CRT di televisyen saku, terutama Sinclair TV80. Ianya juga digunakan dalam lampu isyarat.

Kanta Fresnel digunakan dalam lori memandu kiri Eropah yang memasuki UK dan Republik Ireland (dan sebaliknya, trak Ireland dan Britain yang memandu kanan memasuki daratan Eropah) untuk mengatasi bintik-bintik buta yang disebabkan oleh pemandu yang mengendalikan lori semasa duduk di sebelah kabin yang salah berbanding dengan jalan yang dilalui kereta. Mereka melekat pada tingkap sebelah penumpang.[17]

Aplikasi automobil lain dari kanta Fresnel adalah penambah pandangan belakang, kerana sudut pandangan lebar kanta yang terpasang pada tingkap belakang memungkinkan memeriksa pemandangan di belakang kenderaan, terutama yang tinggi atau berekor, lebih berkesan daripada pandangan cermin belakang sahaja.

Kanta Fresnel pelbagai fokus juga digunakan sebagai bahagian dari kamera pengenalan retina, di mana ianya memberikan banyak gambar dalam dan luar fokus sasaran penetapan di dalam kamera. Untuk hampir semua pengguna, sekurang-kurangnya satu gambar akan menjadi fokus, sehingga memungkinkan penjajaran mata yang betul.

Kanta Fresnel juga telah digunakan dalam bidang hiburan popular. Artis rock Britain Peter Gabriel memanfaatkannya dalam pertunjukan solo pertamanya untuk memperbesar ukuran kepalanya, berbeza dengan bahagian badannya, untuk kesan dramatik dan komik. Dalam filem Terry Gilliam bertajuk Brazil, layar plastik Fresnel tampak jelas sebagai pembesar untuk monitor CRT kecil yang digunakan di seluruh pejabat Kementerian Penerangan. Namun, mereka kadang-kadang muncul di antara pelakon dan kamera, memutarbelitkan skala dan komposisi pemandangan menjadi kesan humor. Filem Pixar Wall-E menampilkan kanta Fresnel dalam adegan di mana protagonis menonton muzikal Hello, Dolly! diperbesar pada iPod .

Fotografi[sunting | sunting sumber]

Canon dan Nikon telah menggunakan kanta Fresnel untuk mengurangkan ukuran kanta telefoto. Kanta fotografi yang merangkumi elemen Fresnel jauh lebih pendek daripada reka bentuk kanta konvensional yang sesuai. Nikon memanggil teknologi mereka Phase Fresnel.[18][19]

Kamera Polaroid SX-70 menggunakan reflektor Fresnel sebagai sebahagian daripada sistem tontonannya.

Kamera cegat dan format besar boleh menggunakan kanta Fresnel sempena cermin larik untuk meningkatkan kecerahan yang dilihat sebagai imej yang ditayangkan oleh kanta ke cermin larik, sekali gus membantu dalam melaraskan fokus dan komposisi.

Pencahayaan[sunting | sunting sumber]

Mekanisme kanta dan pemacu Inchkeith

Kanta Fresnel kaca berkualiti tinggi digunakan di rumah api, di mana ia dianggap sebagai canggih pada akhir abad ke-19 dan hingga pertengahan abad ke-20; kebanyakan rumah api kini telah melepaskan kanta Fresnel kaca dari perkhidmatan dan menggantikannya dengan aerobacon yang jauh lebih murah dan lebih tahan lama, yang mana mereka sendiri sering kali mengandungi kanta plastik Fresnel.[petikan diperlukan] Sistem kanta rumah api Fresnel biasanya merangkumi elemen prismatik anulus tambahan, disusun dalam kubah segi di atas dan di bawah satah Fresnel tengah, untuk menangkap semua cahaya yang dipancarkan dari sumber cahaya. Jalur cahaya melalui unsur-unsur ini dapat merangkumi pantulan dalaman, dan bukannya pembiasan sederhana dalam elemen satah Fresnel. Kanta ini memberikan banyak faedah praktikal kepada pereka, pembina, dan pengguna rumah api dan pencahayaannya. Antara lain, kanta yang lebih kecil dapat masuk ke ruang yang lebih padat. Penghantaran cahaya yang lebih besar pada jarak yang lebih jauh, dan corak yang bervariasi, memungkinkan segitiga kedudukan.[petikan diperlukan]

Mungkin penggunaan kanta Fresnel yang paling meluas, untuk beberapa waktu, berlaku di lampu depan kenderaan, di mana mereka dapat membentuk sinar yang hampir selari dari reflektor parabola untuk memenuhi keperluan untuk corak pancaran dan pancaran utama, selalunya kedua-duanya berada di unit lampu depan yang sama (contohnya reka bentuk H4 Eropah). Atas alasan ekonomi, berat, dan ketahanan hentaman, kereta yang lebih baru menggunakan kanta Fresnel kaca, menggunakan pemantul pelbagai segi dengan kanta polikarbonat biasa. Namun, kanta Fresnel terus digunakan secara meluas pada ekor, penanda, dan lampu mengundur kenderaan.

Kanta Fresnel kaca juga digunakan dalam instrumen pencahayaan untuk teater dan gambar bergerak (lihat Tanglung Fresnel); instrumen seperti itu sering disebut Fresnels. Keseluruhan instrumen terdiri daripada perumahan logam, pemantul, pemasangan lampu, dan kanta Fresnel. Banyak instrumen Fresnel membenarkan lampu digerakkan relatif terhadap titik fokus kanta, untuk menambah atau menurunkan ukuran sinar. Hasilnya, ianya sangat fleksibel, dan selalunya dapat menghasilkan sinaran setinggi 7° atau selebar 70°.[20] Kanta Fresnel menghasilkan sinar yang sangat lembut, jadi sering digunakan sebagai lampu persembahan. Pemegang di hadapan kanta boleh memegang filem plastik berwarna (gel) untuk mewarnai skrin cahaya atau wayar atau plastik buram untuk menyebarkannya. Kanta Fresnel berguna dalam pembuatan gambar bergerak bukan hanya kerana kemampuannya memfokuskan sinar lebih terang daripada kanta biasa, tetapi juga kerana cahaya adalah intensiti yang relatif konsisten di seluruh lebar pancaran cahaya.

Sistem pendaratan optik pada kapal induk Angkatan Laut AS USS Dwight D. Eisenhower

Pengangkut pesawat udara dan stesen udara tentera laut biasanya menggunakan kanta Fresnel dalam sistem pendaratan optik mereka. Lampu "bebola daging" membantu juruterbang dalam menjaga lereng luncur yang betul untuk pendaratan. Di tengahnya terdapat lampu kuning dan merah yang terdiri daripada kanta Fresnel. Walaupun lampu sentiasa menyala, sudut kanta dari sudut pandang juruterbang menentukan warna dan kedudukan cahaya yang dapat dilihat. Sekiranya lampu muncul di atas bar mendatar hijau, juruterbang terlalu tinggi. Sekiranya di bawah, juruterbang terlalu rendah, dan jika lampu berwarna merah, juruterbang sangat rendah.[petikan diperlukan]

Unjuran[sunting | sunting sumber]

Penggunaan kanta Fresnel untuk unjuran gambar mengurangkan kualiti gambar, jadi kanta cenderung terjadi hanya apabila kualiti tidak kritikal atau di mana sebahagian besar kanta pepejal tidak boleh dilakukan. Kanta Fresnel yang murah boleh dicop atau dibentuk dari plastik lutsinar dan digunakan pada projektor overhead dan televisyen tayangan.

Kanta Fresnel dengan jarak fokus yang berbeza (satu kolimator, dan satu pengumpul) digunakan dalam unjuran komersial dan DIY. Kanta kolimator mempunyai jarak fokus yang lebih rendah dan diletakkan lebih dekat ke sumber cahaya, dan kanta pengumpul, yang memfokuskan cahaya ke kanta triplet, diletakkan setelah gambar unjuran (panel LCD matriks aktif dalam projektor LCD). Kanta Fresnel juga digunakan sebagai kolimator pada projektor overhead.

Kuasa solar[sunting | sunting sumber]

Oleh kerana kanta plastik Fresnel dapat dibuat lebih besar daripada kanta kaca, selain jauh lebih murah dan lebih ringan, kanta ini digunakan untuk memusatkan cahaya matahari untuk pemanasan di periuk suria, dalam tempa suria, dan di pengumpul suria yang digunakan untuk memanaskan air untuk keperluan rumah tangga. Mereka juga dapat digunakan untuk menghasilkan wap atau untuk menghidupkan enjin Stirling.

Kanta fresnel dapat memusatkan cahaya matahari ke sel suria dengan nisbah hampir 500:1.[21] Ini membolehkan permukaan sel suria aktif dikurangkan, menurunkan kos dan membenarkan penggunaan sel yang lebih cekap yang mungkin terlalu mahal jika tidak menggunakan cara ini.[22] Pada awal abad ke-21, pemantul Fresnel mulai digunakan dalam tenaga solar pekat (CSP) untuk memusatkan tenaga suria. Salah satu aplikasi adalah pra-memanaskan air di Stesen Janakuasa Liddell arang batu, di Hunter Valley Australia.

Kanta Fresnel dapat digunakan untuk pasir sinter, yang memungkinkan pencetakan 3D pada kaca.[23]

Lihat juga[sunting | sunting sumber]

Rujukan[sunting | sunting sumber]

  1. ^ "Fresnel lens". Merriam-Webster. Diarkibkan daripada yang asal pada 17 December 2013. Dicapai pada 19 March 2013.
  2. ^ Wells, John (3 April 2008). Longman Pronunciation Dictionary (ed. 3rd). Pearson Longman. ISBN 978-1-4058-8118-0.
  3. ^ Bernhard, Adrienne (21 June 2019). "The invention that saved a million ships". BBC. Dicapai pada 2019-08-04.
  4. ^ "Fresnel lens". Encyclopædia Britannica Online. Encyclopædia Britannica Inc. 2012. Dicapai pada 5 July 2012. Cite journal requires |journal= (bantuan)
  5. ^ "Fresnel lens". Appleton's Dictionary of Machines, Mechanics, Engine-work, and Engineering. New York: D. Appleton and Co. 2: 609. 1874.
  6. ^ Watson, Bruce. "Science Makes a Better Lighthouse Lens." Smithsonian. August 1999 v30 i5 p30. produced in Biography Resource Center. Farmington Hills, Mich.: Thomson Gale. 2005.
  7. ^ "Brewster, Sir David." Encyclopædia Britannica. 2005. Encyclopædia Britannica Online. 11 November 2005.
  8. ^ "David Brewster." World of Invention, 2nd ed. Gale Group, 1999.
  9. ^ a b Baiges, Mabel A. (1988). "Fresnel Orders" (TIFF). Diarkibkan daripada yang asal pada 21 September 2015. Dicapai pada 9 September 2012.
  10. ^ "Fresnel lenses". Diarkibkan daripada yang asal pada 27 September 2007. Dicapai pada 1 June 2007.
  11. ^ "Fresnel lenses". Michigan Lighthouse Conservancy. 31 January 2008. Diarkibkan daripada yang asal pada 21 September 2012. Dicapai pada 9 September 2012.
  12. ^ "Makapu'u, HI". Anderson, Kraig. Lighthouse Friends. Diarkibkan daripada yang asal pada 5 October 2008. Dicapai pada 26 February 2009.
  13. ^ United States Lighthouse Society 'Fresnel Lens Orders, Sizes, Weights, Quantities and Costs'
  14. ^ Nonimaging Optics by R. Winston, J. C. Miñano, and P. G. Benítez, (Academic, 2005).
  15. ^ Chaves, Julio (2015). Introduction to Nonimaging Optics, Second Edition. CRC Press. ISBN 978-1482206739.
  16. ^ Shishavanf, Amir Asgharzadeh; Nordin, Leland; Tjossem, Paul; Abramoff, Michael D; Toor, Fatima (2016). Engheta, Nader; Noginov, Mikhail A; Zheludev, Nikolay I (penyunting). "PMMA-based ophthalmic contact lens for vision correction of strabismus". Metamaterials, Metadevices, and Metasystems 2016. 9918. Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers: 99180C. doi:10.1117/12.2237994. Dicapai pada 21 June 2020. Cite journal requires |journal= (bantuan)
  17. ^ Lowe, David (2011-12-03). Lowe's Transport Manager's and Operator's Handbook 2012. Kogan Page Publishers. ISBN 9780749464103.
  18. ^ Nikon Diarkibkan 15 Februari 2015 di Wayback Machine
  19. ^ The Digital Picture Diarkibkan 14 Januari 2015 di Wayback Machine
  20. ^ Mum, Robert C., Photometrics Handbook. Broadway Press. 2nd Edition. Page 36.
  21. ^ "Soitec's Concentrix technology". Diarkibkan daripada yang asal pada 17 April 2011. Dicapai pada 3 September 2013.
  22. ^ "Soitec's high-performance Concentrix technology". Diarkibkan daripada yang asal pada 23 September 2013. Dicapai pada 3 September 2013.
  23. ^ "this 3d printer runs on sand and sun". Diarkibkan daripada yang asal pada 1 December 2017. Dicapai pada 2017-05-18.

Bacaan lanjut[sunting | sunting sumber]

Pautan luar[sunting | sunting sumber]

Templat:Lighthouses