Как стать автором
Обновить

Изобретение линзы Френеля: революция в маяках и спасение жизней до появления GPS

Время на прочтение10 мин
Количество просмотров16K
Всего голосов 60: ↑59 и ↓1+75
Комментарии35

Комментарии 35

Всё гениальное выглядит просто. Бывал на маяках, и линзы выглядят там просто космически. На момент создания, это была вершина инженерно-технической мысли.

Всё гениальное выглядит просто

Любая загадка кажется простой, когда известен ответ)

В этих двух утверждениях слово "просто" используется в разных значениях.

Всё гениальное - просто

Просто - в смысле технически просто, или конструктивно просто, или алгоритмически. Есть объективный критерий простоты. Собственно, именно за высокую степень оптимизации и присуждаем звание "гениального".

Любая загадка кажется простой, когда известен ответ

Здесь "просто" - в смысле не требует затрат интеллектуального труда. Я предпочитаю избегать употребления слова "просто" в этом значении, стараюсь говорить "легко" (не всегда получается).

Там много чего интересного.

Смитон приложил много усилий по созданию прочной конструкции башни и ввел в использование гидравлический цемент.

Крутилась освещающая конструкция часто опираясь на тазик с центнерами ртути (mercury bath system) - так можно было минимизировать трение до того что смотритель мог подняв груз завести устройство на несколько часов. Для демонстрации эффективности ртутной подвески головку весом несколько тонн раскручивали упираясь булавкой.

К концу 19 века была небольшая маячная гонка между Британией и Францией по вводу дуговых систем

Clearly, the electric light's distinctive visual performance as the whitest, brightest light rendered it a potent symbol of a country's scientific and technological prowess. Not just a navigation aid, the arc-lit lighthouse was a beacon of modernity. Thus, a country's adoption of one or two arc lights could serve as a political technology, especially if the lighthouses were situated in prominent places and likely to be seen by mariners and voyagers from many nations.17 The electric light advertised a country's commitment to safe maritime commerce and its expertise in science and technology, and also fostered local pride. A country that possessed only one electric lighthouse had at least a token of modernity. In any case, France and England-imperial powers, near neighbors, and perpetual competitors-went furthest in adopting arc lights.

Часто забывают что маяк должен был не только светить, но и шуметь - в туманную погоду. Под это дело использовались холостые выстрелы (была даже попытка автоматизировать подачу зарядов) или паровые свистки.

Механические сирены - тоже использовали. При том сооружения были иногда достаточно внушительны - https://sv.wikipedia.org/wiki/Kobba_Klintar тут есть фото ревуна, встроенного в двухэтажный дом.

Кто-нибудь пробовал делать линзы Френеля? Я покопался по форумам, получается, что печатать не получается аккуратно, а фрезеровать дорого.

Странный вопрос. Делать для чего?

Ну и фрезеровка, на самом деле - наименее подходящий вариант (в Википедии, традиционно, написан бред, потому что фрезеровка используется не для самих линз, а для изготовления форм для их литья).

Вот на токарном станке сделать можно, используя резец с твердосплавной пластиной типа V. Точить придется с обратным направлением вращения шпинделя, устанавливая угол между кромкой пластины, обращённой к шпинделю, каждый раз для очередной кольцевой призмы. Получится, конечно, не истинная линза, а её а приближённая форма из конических кольцевых призм.

Делать для чего?

Хочу попробовать приспособить к электронной книге с экраном на eink: даже 9" маловато для чтения технической или научной литературы, а экраны после 6-8" очень дорогие.

Линзу для чтения через нее вы на коленке не сделаете, слишком маленькая ширина призм нужна. Готовые пластиковые линзы на целую страницу стоят $20. Впрочем, разрешение экрана вы линзой также не увеличите, зато глаза точно "сломаете". Это какая-то предельно странная затея.

Разрешение-то понятно, но сейчас есть относительно недорогие дисплеи с высоким DPI, дешевле, чем бОльшие с таким же DPI. Ну и я помню, как работал на 14" c 800х600 и 1024х768, было вполне терпимо. А нагрузка на глаза за счет чего увеличится?

Нагрузка - от геометрических искажений, размытия, хроматических аберраций и прочего подобного. Вы, например, под монтажной лупой никогда ничего собирать не пробовали (это которая большого диаметра на "ноге", часто - совмещенная с кольцевой лампой)?

В общем, надо попробовать и посмотреть, насколько все плохо. Цена ошибки не так велика.

Спасибо. Купил себе. 1862 р. на Озоне.

Напишите, пожалуйста, помогло ли это решение?

Справедливости для и безотносительно линзы Френеля:

Поэтому для морской навигации GPS стал настоящим прорывом.

Настоящим прорывом стал, вероятно, LORAN? GPS хорошо, но это не первая система глобальной навигации....

LORAN всё же была не совсем глобальной, фактически - эмулируя оптические маяки, но для большего расстояния от берега. Моря вокруг южных континентов, например, были почти не покрыты.

почему, радиокомпасы до спутниковых систем вполне даже помогали. тем более что тогда частоты, в основном были св и дв, а у них высокая огибающая способность и на море вполне даже неплохо должны были помогать.
хотя морская поверхность как и земная — отражающая, и за счёт переотражения с ионосферой можно было нарваться на замирания (интерференцию двух и более лучей, прошедших разные расстояния.)

Специально для этого приспособили линзу Френеля — она даёт картинку без искажений по всей ширине области чтения

Ну, искажения у френелевской лупы такие же, как у одиночной линзы сравнимого размера, плюс блики от краёв зон. Поэтому на большое увеличение их не делают - 3-5 крат, а дальше уже проще повеситься, чем искажения исправлять. Преимущество только в том, что френелевская тоньше и легче. И распространены френелевские лупы стали только с развитием точного литья и штамповки на прозрачном пластике - в малом масштабе из стекла такую структуру пилить дорого.

Nikon представил самый легкий в мире объектив;

Там не классическая френелевская линза, а "Phase Fresnel lens element" - киноформная поверхность на линзе. Отличие в том, что линза Френеля - классическая преломляющая, а у киноформной дифракция существенную роль в преобразовании светового пучка играет. От Френеля там дифракционные зоны, по которым границы фазовых сдвигов проходят.

описавший дифракцию и её частный случай — интерференцию

Наоборот, дифракция - частный случай интерференции

Не согласен с обоими (Энгельсом и Каутским). Дифракция и интерференция света - разные явления по определению. Ну, чего проще: интерференция - это сложение волновых полей. То есть, с учетом фазы: в фазе - увеличение, в противофазе - уменьшение суммарной амплитуды. Дифракция - явление огибания волной препятствия. Точка. В геометрической оптике говорят, что есть всего два явления, которые способны отклонить луч света от прямой линии - преломление и дифракция. Другое дело, что когда вы захотите посчитать дифракционные поля (сделать это можно разными способами), то обнаружите, что препятствие является как бы источником вторичных излучений (упомянутый принцип Гюйгенса), которые, складываясь (интерферируя), образуют картинку за препятствием. Ну, хорошо. И что это меняет? Явления-то разные.

Явления может быть и разные, но все они получаются из одних волновых уравнений, а поэтому очень похожи - грубо говоря, в одном случае в правой части волнового уравнения стоит непрерывная функция, а в другом - дискретная (сумма дельта-функций, грубо говоря). В рамках волновой оптики (не геометрической) дифракция может считаться в том числе через интерференцию, только интегралы будут вместо сумм. Или интерференцию можно посчитать через дифракцию, просто под интегралом будут дельта-функции, и интеграл выродится в сумму.

Фейнман это показывал, курс лекций по физике, третий том, глава 30, параграф 1. Он эти два термина вообще не различал - это одно и то же. Просто термин "дифракция" используют чаще в применении к интегралам (непрерывным источникам), а "интерференция" - к суммам (дискретным источникам). А физический смысл у них одинаков - суммирование волн от различных источников с учетом фаз и поляризаций.

Но вообще, поскольку интеграл - операция более общая, чем сумма, да и бывают дискретно-непрерывные источники (например мачты на холме или три тополя на Плющихе), которые проще описывать через интегралы, я-бы проголосовал за интерференцию, как частный случай дифракции. Хотя принципиальной физической разницы между ними нет.

в инфракрасных системах обнаружения, таких как охранная сигнализация или сканеры штрих-кодов;

image


А вот и пример. В этом ТСД (на фото MC75A6) как раз они и используются для рассеивания луча лазера. При этом код считывается камерой, а лазер только его подсвечивает, соответственно, нет движущихся частей, куда выше надёжность и можно сканировать двумерные коды.

Они Френелевские, но не те Френелевские. Это дифракционный элемент - киноформ, у него сдвиг поверхности проходит по зонам Френеля и кратен половине длины волны используемого излучения. Классическая линза Френеля с виду похожа, но использует простой осевой сдвиг поверхности с равным шагом, без учёта таких тонкостей.

Возможно ли создать квадратную версию, чтобы круглое пятно за ним визуально выглядело квадратным?

Есть картинка, состоящая из круглых пикселей. Хотел бы сделать визуально пиксели квадратными, чтобы убрать пустоты между ними.

Из идей - какие-нибудь капсулы с водой или вот сетка из линз Френеля.

Будет жуткое мыло. Но да, можно сделать линзу не из концентрических кругов, а из квадратов.

Наверно, круги достаточно сделать только на углах, круглый центр будет обычным плоским.

Если смиритесь с потерей разрешения, то можно - боке принимает форму апертурной диафрагмы, ставите квадратную, расфокусируете и вуаля.

Т.е. будет линза размером во всю картинку?

А, вы хотите перед картинкой что-то поставить, что визуально скрывало бы пробелы между точками? Это тогда вам растр из микролинз нужен, за ним изображения точек будут сливаться, если только не сильно сбоку смотреть. Но это если рисунок из периодических точек, и шаг растра должен с шагом расположения точек совпадать. А если они на разном расстоянии - тогда наверное не сделать.

Как пример:

А, да, нужен растр из мелких квадратных линз. Каждая линза будет работать лупой и просто увеличивать свою точку, в результате изображения наложатся без разрывов. Только углы зрения, под которыми будет происходить стыковка, будут ограничены (угол=размер точки/фокусное расстояние линзы), а если смотреть под большим углом, картинка может совсем пропадать - когда наоборот в поле зрения будут попадать пробелы между точками.

И эти линзы можно ведь сделать из сетки капсул с водой, по идее? Хочется способ как можно доступнее и дешевле.

Обычно всё-таки пластиковые штампуются, не думаю что капсулы с водой будут дешевле.

Для капсул может понадобиться лишь приварить сеткой две плёнки. Выглядит проще и дешевле.

Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий