עדשת פרנל

עדשת פרנל היא עדשה אופטית דקה מאוד, שבה הפרשי הדרכים האופטיות בין הקרניים נוצרים על ידי יצירת חספוס מורכב ומדויק על פני השטח של העדשה. נקראת על שם ממציאה, הפיזיקאי אוגוסטן ז'אן פרנל.

העדשה פותחה במקור עבור שימוש במגדלורים, ומאפשרת מפתח אופטי (צוהר) גדול מאוד עם מרחק מיקוד קצר, בלי יתר המשקל והנפח הדרושים לכך בעדשות רגילות. בהשוואה לעדשות שהיו קיימות עד אז, עדשת פרנל הייתה דקה ביותר, ולפיכך העבירה יותר אור, ואפשרה למגדלור להיות נצפה ממרחק גדול יותר, ובתנאי ראות קשים יותר.

כיום משמשת עדשות פרנל בתעשיית אביזרי הרכב, כעדשה פנורמית המוצמדת לזגוגית האחורית של כלי רכב מסחריים, וכן בכיסויי פנסים על מנת למקד או לפזר את האור (לדוגמה ברמזורים או בפנסי החזית של כלי רכב, על מנת לכוון את האור בין מצבי התאורה הרצויים). עדשות פרנל מצויות גם כזכוכית מגדלת במקרים בהם אין חשיבות גדולה לבהירות.

עדשות פרנל משמשות גם כממקדות או מפזרות את האור היוצא מפנסים המשמשים בתעשיית הקולנוע והטלוויזיה. בתיאטרון נדיר למצוא פנסים עם עדשות פרנל ויותר נפוץ השימוש בפנסי תומאס.

פיתוח העדשה
את פיתוח העדשה מייחסים למהנדס והפיזיקאי הצרפתי אוגוסטן ז'אן פרנל, שפיתח אותה עבור שימוש במגדלורים. לראשונה השתמשו בעדשה זו במגדלור קרדובאן (Cardovan) בפתח דלתת נחל ז'ירונד (Gironde), בשנת 1822, וניתן היה לראות את אורו ליותר מ-30 ק"מ.

הפיזיקאי הסקוטי דייוויד ברוסטר שכנע את הממלכה המאוחדת להשתמש בעדשות אלו במגדלורים שבחופיה.

פירוט טכני
עדשת הפרנל מקטינה את כמות החומר הנדרשת ליצירת עדשה, על ידי חלוקת העדשה לאזורים מעגליים להם מרכז משותף, הנקראים 'אזורי פרנל'.
ביישומיה הראשונים (והגדולים ביותר), כל אזור למעשה נוצר מעדשה אחרת. למרות שעדשת פרנל נראית מרחוק כעשויה מקשה אחת, בחינה מדוקדקת מקרוב, חושפת את חלקיה הקטנים המרובים. רק עם פיתוח טכנולוגיית העיבוד השבבי הממוחשב (CNC) והתפתחות החומרים הפלסטיים בתבניות יציקה מדויקות, התאפשרה בניית עדשת פרנל במקשה אחת, בדרך כלל מפוליקרבונאט שקוף.

לכל אחד מאזורי הפרנל יש את צורת פני העדשה, והזווית שלה, אילו הייתה באזור רחבי זה של העדשה, אך ללא עוביה. בגלל האופי הבדיד והחלוקתי של פיזור העדשות באזורי פרנל, עדשה זו היא בעלת איכות אופטית קטנה יותר מעדשה רגילה בעלת הגדלה דומה.

שימושים

כאמור, עדשות פרנל שימשו בתאורת מגדלורים, בפנסי רכב (תחילה מזכוכית ולאחר מכן מפוליקרבונט), וכמגדלת.
בנושאות מטוסים העדשה משמשת להכוונת טייסים לקראת נחיתה, על ידי צמצום הפיזור, והכוונת האור כך שמנחיתי המטוס רואים צבע שונה בגובה ובזווית שונה (אדום נמוך מדי, כחול גבוה מדי). מערכת כזו הותקנה לראשונה בנושאת המטוסים אייזנהאור, ומאז משמשת באופן נרחב במערכות הטסה ימית.

העדשה משמשת גם בתאורה בתעשיית הסרטים, הודות לאחידות התאורה המתקבלת. ניתן להסיט את האזור המואר בקלות, על ידי הזזת מקור האור לעומת העדשה, או לשנות את המיקוד, על ידי הזזת המקור למרחק שונה מן העדשה.

עדשות פרנל משמשות במקרן תצוגת גביש נוזלי (LCD). באופן טיפוסי במקרנים אלו שתי עדשות פרנל מופעלות בהתאמה: האחת ליד מקור האור מרכזת את האור אל המסך הצבעוני השקוף, והשנייה מפזרת את האור באופן אחיד אל עבר היעד. לעיתים קרובות עדשות אלו עשויות זכוכית חרוטה, כדי להגדיל את איכותן.

בגלל עלותן הנמוכה, ומשקלן ונפחן הקטנים, ישנם שימושים חדשים לעדשות פרנל עשויות פוליקרבונט, ביישומים סולאריים המנצלים את אנרגיית השמש, לדוגמה הצמדת עדשה כזו לתאים פוטו-וולטאיים, או שימוש בעדשת פרנל גדולה, להשגת חום רב עבור יישומים כמו מערכות אגירת אנרגיה במלח מותך, או ביישומי התפלה.

עדשות פרנל משמשות גם במערכות זיהוי ביומטריות לזיהוי עינית, על ידי צילום רב מיקודי, שבעקבותיו לפחות חלק מהצילומים יהיו ממוקדים ברשתית העין.

בשנים האחרונות מתנהל מאמץ מחקרי לבחון את השימוש בעקרונות האופטיים של עדשות פרנל  לבניית טלסקופי חלל שיהיו קלים בהרבה מאשר טלסקופים מחזירי אור באותה עצמה.

קישורים חיצוניים

 סרטון על עדשת פרנל ליצירת מים מזוקקים באתר יוטיוב
 ספר על אופטיקה והסבר מפורט של חישובי פרנל ועל העדשה שלו, באתר גוגל ספרים 
 תיאור קצר על עדשת פרנל ותמונות של עדשות
 תיאור מקיף על עדשות פרנל והרקע הנלווה להן מפי רמי אריאלי, באתר מכון ויצמן למדע

הערות שוליים

עדשות
תאורה
צרפת: המצאות