菲涅爾透鏡是常見的一類聚光透鏡，它的一面是光面，另一面是由從小到大的同心圓環組成的結構，從剖面上看，其表面是一系列呈鋸齒狀的凹槽組成，中心是弧線。這樣設計的好處是節省了大部分光學材料，大大減輕了透鏡的重量。因而自1822年被發明以來，深受人們歡迎。
（菲涅爾透鏡與等效平凸透鏡，圖片來源：知乎）
在窄角度投光應用上，菲涅爾透鏡被廣泛地使用。如今，幾乎全世界的燈塔中，都有著基于菲涅爾透鏡的探照燈，而航母上也安裝著一套基于菲涅爾透鏡的戰機降落引導燈系統，該系統能夠發射小角度高亮度的光束，用以指引戰機安全地降落。
（歐洲某航海船舶博物館的菲涅爾透鏡，圖片來源：多普光電）
（航母助降燈，圖片來源：360doc個人圖書館）
（航母助降燈，圖片來源：360doc個人圖書館）
傳統的光源大多數是360°發光，雖然可以通過某些光學器件（如反光罩）將部分光線反射到前面一側，但光線還是有不少損失。隨著固態光源（典型的，如LED和激光光源）的發展，光只從一側發射已經變成現實。但光源還是有著一個固定的發射面積和發射角度，如何更多地利用光線成為光學研發工程師們想方設法去解決的問題。一般地，LED面光源的發射角約120°左右，菲涅爾透鏡的焦距一般都比較長，因傳統的制造工藝無法做到很短的焦距，雖然能夠對光線進行準直、聚光，但光線還是有著較大的損失。要解決這個問題，一方面可以從光源部分進行優化，將發射角變窄，比如將光源做成LED模組的形式，這種方案的成本相對較高。另一方面，從透鏡入手，尋找到焦距足夠短的光學透鏡。
（焦距為140mm的玻璃菲涅爾透鏡，圖片來源：多普光電）
利用全反射原理的聚焦透鏡能做到較短的焦距，產生窄角度光束。LED光源能夠靠近透鏡安裝，這允許設計緊湊的燈具。當光源功率大的時候，會有較多的熱輻射，這對制造透鏡的材料耐溫提出了高的要求。采用塑料材質的透鏡，不能夠很好地支持大功率光源，而采用玻璃材質的透鏡，雖然耐高溫，但存在制造工藝和成本上的困難。無論采取何種光學材料，對于大功率的LED光源，全反射聚焦透鏡大而重。尤其是塑料的全反射聚焦透鏡，在注塑時需要長時間的保壓，而且較為容易縮水，導致成品的一致性不夠好。
為解決以上這些問題，廣州市多普光電科技有限公司（TOPLITE）的研發團隊設計和發明了一種全新的全反射型菲涅爾透鏡（Total Internal Reflection Fresnel Lens，以下簡稱反射菲涅爾透鏡）。反射菲涅爾透鏡是一種運用了全內反射原理以實現超短焦匯聚的光學器件。它可以支持多種類型的固態光源，如LED、激光光源、紅外光源、紫外光源等。
（上：反射菲涅爾透鏡，下：等效全反射聚焦透鏡，圖片來源：多普光電）
反射菲涅爾透鏡擁有類似菲涅爾透鏡的結構，透鏡的一面為平面，另一面為同心圓的環形塌陷結構，其中心處為凸透鏡。不同于傳統菲涅爾透鏡的用法，位于透鏡中心線上的光源，其發出的光是從圓環側入射的，由于透鏡材料的折射率（針對不同的光源，可選擇不同的材料制作透鏡），光線會在圓環表面折射，在透鏡的環形結構內全反射，最后從平面射出，光的傳播路徑像是被折疊了一樣（呈Z型）。該光學設計的難點在于，使用現有的光學設計軟件無法建模，無法進行光線追跡，因為并沒有現成的庫或數學模型來支持。多普光電（TOPLITE）的研發團隊經過多年的努力，建立了一套特殊的計算方法，該計算方法能夠成功地解決復雜的、異形的光學器件的建模，基于此計算方法的全反射型菲涅爾透鏡獲得了國家知識產權局授予的發明專利。
獨特的折疊式光路（Z型光路），使反射菲涅爾透鏡具有很短的焦距（例如，直徑126mm的反射菲涅爾透鏡，焦距僅為39mm）以及較為均勻的光輸出，同時節省了大部分透鏡材料，對光線的利用率更高，照明產品更容易小型化。在光路相同的情況下，光束角隨光源的發光面大小而變化，當發光面較大時，光束角較大，發光面較小時，光束角則變小，最小可達1度。
（光束角隨光源的發光面大小而變化，圖片來源：多普光電）
創新的光學設計和超短焦的特點賦予了全反射型菲涅爾透鏡獨特的應用優勢。燈具除了可以做得更加輕薄和緊湊之外，還可以共享一套結構外形。同一款結構外形的LED燈，用同一個尺寸的反射菲涅爾透鏡，通過更換其內部的LED，這些LED具有不同的發光面，可以衍生出一系列具有不同光束角的燈，以滿足各式各樣的照明需求。
（相同的燈具，采用不同發光面的LED光源打出的光斑效果，圖片來源，多普光電）
此外，可使用一個具備可變發光面的LED來實現電子變焦。
（反射菲涅爾電子變焦，圖片來源：多普光電）
如今，對于大功率LED照明的需求變得越來越多，比較常見的一種方案是采用單顆大功率光源。功率越大，光源的發光面就越大，而且散熱也是工程上面臨的一個難題。一般地，當光源的發光面變得更大的時候，想維持原先的窄角度輸出，同時又要保證燈具效率，在光學的匹配上會變得更加困難與復雜。如果采用反射菲涅爾透鏡陣列的方式，則可以解決關鍵的幾個問題（大功率、角度、散熱、效率）。多LED和透鏡陣列所輸出的光束角，與同樣的單LED和透鏡所輸出的光束角幾乎保持一致，陣列中各個LED的位置保持著一定的間距，有利于散熱，良好的散熱保證了LED的使用效能。
（圖示為5*6反射菲涅爾透鏡陣列，來源，多普光電）
多普光電（TOPLITE）出品的反射菲涅爾透鏡產品有：PEGGY、KULLEN和KULLEN GLASS三個系列，提供了從Φ45到Φ200mm不同的直徑可選。
（圖片來源，多普光電）
KULLEN GLASS是采用了高精密的玻璃模壓工藝制成的反射菲涅爾透鏡，其圓環結構具有更加尖銳的傾角和表面質量更佳的傾斜面，具有更優秀的光學性能。
目前，反射菲涅爾透鏡已經被應用到野外和消防搜救燈、船舶探照燈、直升機探照燈、演播廳觀眾燈、體育場館照明、商業照明、博物館照明以及影視拍攝等各個領域。
多普光電（TOPLITE）將不遺余力地探索新的光學設計，為客戶提供高品質的光學器件和可靠的光學解決方案。（來源：多普光電）
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