フレネルレンズ

フレネルレンズ（/ ˈ f r eɪ n ɛ l , - n əl / FRAY -nel , -⁠nəl ; / ˈ f r ɛ n ɛ l , - əl / FREN -el, -⁠əl ; または/ f r eɪ ˈ n ɛ l / fray- NEL ^[1] ）は、レンズを同心円状の環状セクションのセットに分割することによって、従来のレンズと比較して必要な材料の量を削減するタイプ の複合コンパクトレンズです。

より単純な屈折型（純粋に屈折する）レンズは、ジョルジュ＝ルイ・ルクレール・ビュフォン伯爵^[2]によって最初に提案され、フランスの物理学者オーギュスタン＝ジャン・フレネル（1788–1827）によって灯台で使用するために独立して再発明されました。^{[3] [4]}フレネルによって完全に発明されたカタディオプトリック型（屈折と反射を組み合わせた）レンズは、全内部反射と屈折を使用して光源からのより斜めの光を捉え、それをビームに追加してより遠くから見えるようにする外側のプリズム要素を持っています。

この設計により、従来の設計のレンズに必要な材料の質量や体積を必要とせずに、大口径で焦点距離の短いレンズを製造できます。フレネル レンズは、同等の従来のレンズよりもはるかに薄くすることができ、場合によっては平らなシートの形になります。

灯台での使用により、「百万隻の船を救った発明」と呼ばれています。^[5]

レンズを使って灯台の光線を集束させた最初の人物は、どうやらロンドンのガラス職人トーマス・ロジャースで、彼は1788年にトリニティ・ハウスにそのアイデアを提案した^。[6]最初のロジャース製レンズは、 直径53cm、 中心部の厚さが14cmで、 1789年にポートランド・ビルのオールド・ローワー灯台に設置された。各ランプの後ろには、裏面コーティングされた球面ガラスの鏡があり、後方からの放射をランプを通してレンズに反射させた。1804年までに、ハウス・ベイリー、ノース・フォアランド、および少なくとも他の4か所にサンプルが設置された。しかし、光の多くはガラスに吸収され無駄になった。^{[6] [7]}

1748年、ジョルジュ＝ルイ・ルクレール・ビュフォン伯爵は、重量と吸収を減らすため、凸レンズを一連の同心環状プリズムに置き換えた初めての人物となった^{[2] 。1790年[8] （二次資料では1773年[9] : 609}または 1788年^[10]とされているが）にコンドルセ侯爵は、環状部分を別々に作ってフレームに組み立てる方が簡単だと示唆したが、当時はそれさえも非現実的だった^{[11] [12]} 。これらの設計は灯台用ではなく^{[2] 、}燃焼ガラス用であった^[9]。しかし、デイヴィッド・ブリュースターは1811^年 にコンドルセのものと似たシステムを提案し^{[2] [10] [13]}、1820年までにはイギリスの灯台での使用を主張していた。^[14]

フランス灯台委員会（  FR）は1811年にナポレオンによって設立され、フランスの物理学者オーギュスタン＝ジャン・フレネルの雇用主である橋梁道路局の管轄下に置かれました。委員会のメンバーは他のことに忙しかったため、初期の頃はほとんど成果を上げませんでした。^[15]しかし、1819年6月21日、有名な回折に関する回想録で科学アカデミーの物理学グランプリを受賞してから3か月後、フレネルはフランソワ・アラゴ（1813年から委員）の推薦により、灯台の照明の改善の可能性を検討するため「一時的に」委員会に派遣されました。 ^{[11] [16]}

1819年8月末までに、ブッフォン＝コンドルセ＝ブリュースターの提案を知らなかったフレネルは、^{[11] [13]}委員会に最初のプレゼンテーションを行い、^[17]当時使用されていた、入射光の約半分しか反射しない反射鏡に代わるものとして、彼がlentilles à échelons (「階段状のレンズ」)と呼ぶものを推奨した。 ^[18]フレネルによる1819年8月29日の別の報告書 (Fresnel, 1866–70, vol. 3, pp. 15–21) は、反射鏡のテストに関するもので、原稿の最後のページの無関係なスケッチを除いて、階段状レンズについては触れられていない。委員会の会議の議事録は、フレネル自身が書記長に就任した1824年までしか遡らない。^{[19]したがって、フレネルが正式に}lentilles à échelons を推奨した正確な日付は不明である。^[要出典]フレネルにとっては恥ずかしいことに、集まった委員の一人、ジャック・シャルルはビュフォンの提案を思い出した。^[20]しかし、ビュフォンのバージョンは両凸で一体型であったのに対し、^[21]フレネルのバージョンは平凸で、構築を容易にするために複数のプリズムで作られていた。

公式予算500フランで、フレネルは3つの製造業者にアプローチした。3番目のフランソワ・ソレイユは、ガラスを再加熱して再成形することで欠陥を取り除く方法を見つけた。アラゴは、同心円状の芯を持つ改良型アルガンランプの設計でフレネルを助け（フレネルは、この発想をランフォード伯爵^[22]に帰した）、偶然にも魚膠が耐熱性があり、レンズに使用するのに適していること を発見した。1820年3月に完成したプロトタイプは、一辺が55cmの正方形のレンズパネルで、97個の多角形（環状ではない）プリズムを含んでいた。委員会は非常に感銘を受け、フレネルは8パネルのフルバージョンを依頼された。資金不足にもかかわらず1年後に完成したこのモデルは、76cm 四方のパネルを持っていた。 1821年4月13日の夜に行われた公開ショーでは、最新の反射鏡との比較によって、この反射鏡が突如として時代遅れであることが実証された。^[23]

この実証の直後、フレネルは、明らかに偏光していない光も含め、光は横波のみで構成されているという考えを発表し、二重屈折と部分反射への影響について考察を続けました。^[24]

フレネルは1822年7月29日に読まれ、同年出版された回想録の中で、イギリスのレンズとビュフォンの発明を認めている。^[25]この回想録の日付は、フレネルの灯台擁護がブリュースターより2年遅れて始まったという主張の根拠かもしれない。^[14]しかし、本文からはフレネルの関与が遅くとも1819年には始まっていたことが明らかである。^[26]

フレネルの次のレンズは、サンゴバン社が環状の弧を描いて作った8枚の「ブルズアイ」パネルを備えた回転装置で、[ ^12] 8本の光線を発し、船乗りには周期的な閃光として見えるようにした。各メインパネルの上と後ろには、台形の輪郭と台形の要素を持つ、より小さな傾斜したブルズアイパネルがあった。^[27]これにより光は傾斜した平面鏡に屈折し、次にメインビームの7度前方で水平に反射され、閃光の持続時間が長くなった。^{[28]メインパネルの下には、}ルーバーやベネチアンブラインドのスラットのように積み重ねられた4つのリングに配置された128枚の小さな鏡があった。円錐台のような形をした各リングは、光を水平線に反射し、閃光の間によりかすかな安定した光を与えた。 1822年8月20日、未完成の凱旋門で行われた公式テストは、委員会とルイ18世とその随行員が32キロ離れた場所から見守った。装置は冬の間ボルドーに保管され、その後フレネルの監督の下、コルドゥアン灯台で再組み立てされた。フレネル自身の手による部分もあった。1823年7月25日、世界初の灯台フレネルレンズが点灯した。^[29]予想通り、光は32キロ以上離れた地平線まで見えた。^[30]

パリでコルドゥアンレンズのテストが行​​われる前日、科学アカデミーの委員会は、フレネルの複屈折に関する回想録と補足資料について報告した。この回想録と補足資料は、現代の読者には回折に関する初期の研究ほど知られていないが、光の波動理論に決定的な打撃を与えた。^[31]テストとコルドゥアンでの再組み立ての間に、フレネルは光弾性（1822年9月16日）、楕円偏光と円偏光と光学回転（12月9日）、部分反射と全反射（1823年1月7日）に関する論文を提出し、^[32]横波仮説に基づく物理光学の再構築を実質的に完了した。コルドゥアンレンズが点灯して間もなく、フレネルは喀血し始めた。^[33]

1824年5月、^{[13]フレネルは}灯台委員会の書記官に昇進し、同委員会で初めて給与を受け取る委員となったが、^[34]主任技師も兼任していた。^{[35]その年の後半、病状が悪化したため、基礎研究を縮小し、}エコール・ポリテクニークの試験官という季節労働を辞め、残りの時間とエネルギーを灯台の仕事に充てた。^{[36] [37]}

同年、彼は最初の固定レンズを設計した。これは、地平線の周りに光を均等に広げ、上または下の無駄を最小限に抑えるレンズである。^[11]理想的には、湾曲した屈折面は共通の垂直軸を中心とするトロイドのセグメントであり、屈折パネルは円筒形のドラムのように見える。これに屈折（屈折）部品の上下に反射（反射）リングを追加すると、装置全体が蜂の巣のように見える。 ^[38] 2番目に使用されたフレネルレンズは、1825年2月1日までにダンケルクに設置された3次固定レンズであった。^[39]ただし、大きなトロイダルプリズムの製造が困難だったため、この装置は16辺の多角形平面であった。^[40]

1825年、フレネルは固定レンズの設計を拡張し、固定アレイの外側に回転アレイを追加しました。回転アレイの各パネルは、水平ファンからの固定光の一部を狭いビームに屈折させるようにしました。^{[11] [41]}

1825年、フレネルは51の灯台と小さな港湾灯からなるシステムを要求した「 Carte des Phares（灯台地図）」を発表した。この地図は、認識を容易にするために、一定の光（固定レンズから）、1分間に1回のフラッシュ（8枚のパネルを持つ回転レンズから）、1分間に2回のフラッシュ（16枚のパネル）という異なる特徴を持つ「オーダー」と呼ばれるレンズサイズの階層構造を描いていた。^[42]

1825年後半、^[43]フレネルは反射要素での光損失を減らすために、各鏡をカタディオプトリックプリズムに置き換えることを提案した。これにより、光は最初の表面で屈折し、次に2番目の表面で全反射し、最後に3番目の表面で屈折する。 ^[44]その結果、現在知られている灯台レンズが誕生した。1826年に彼はサンマルタン運河で使用するための小型モデルを組み立てたが、^[45]フルサイズのバージョンを見ることなく、1827年7月14日に39歳で亡くなった。

オーギュスタン・フレネルの死後、灯台レンズの開発の第一段階は、彼の設計の実現であった。これは、オーギュスタンと同様に土木技術者として訓練を受けたが、オーギュスタンとは異なり、経営の才能に恵まれていた弟のレオノールによって推進された。レオノールは1825年に灯台委員会に加わり、オーギュスタンの後任として長官に就任した。^[46]

トロイダルプリズムで作られた最初の固定レンズは、スコットランドの技術者アラン・スティーブンソンがレオノール・フレネルの指導の下で設計し、アイザック・クックソン商会がフランス製のガラスを使用して製作した一次装置であった。この装置は、スコットランドのメイ島で1836年9月22日に使用を開始した。^{[47]最初の大型カタディオプトリックレンズは、フランスのグラヴリーヌ島と}ヴィエルジュ島の灯台のために1842年に作られた。これらは、カタディオプトリックリング（セグメントで作られている）の直径が1メートルの固定された3次レンズであった。1844年に点灯したスティーブンソンの一次スケリーヴォアレンズは、部分的にのみカタディオプトリックであった。これは、下部のスラットがフランス製のカタディオプトリックプリズムに置き換えられ、上部にミラーが保持されている点を除いて、コルドゥアンレンズに似ていた。 1852年にポワント・ダイイに設置された最初の完全なカタディオプトリック1次レンズも、8つの回転ビームと下部の固定ライトを提供したが、その上部にはフラッシュを長くするためにメインビームより約4度先に光を集中させる8つのカタディオプトリックパネルがあった。純粋に回転するビームを備えた最初の完全なカタディオプトリックレンズ（これも1次）は、1854年にサン・クレマン・デ・バレーヌに設置され、オーギュスタン・フレネルのオリジナルのカルト・デ・ファレスの完成を記念した。^[48]

トーマス・スティーブンソン（アランの弟）は、フレネルの一歩先を行く「ホロフォトル」レンズを開発した。これは、ランプから前方または後方のほぼ全方向に放射される光を単一のビームに集光するレンズである。^[49] 1849年に発表された最初のバージョンは、標準的なフレネルのブルズアイレンズ、放物面反射鏡、および後方の半球面反射鏡（機能的には60年前のロジャースミラーと同等だが、半球全体を覆っている）で構成されていた。前方の半球に放射されてブルズアイレンズに当たらなかった光は、放物面によってブルズアイレンズを囲む平行ビームに偏向され、後方の半球に放射された光は球面反射鏡（ロジャースの構成と同じ）によってランプを通って反射され、前方のコンポーネントによって集められた。最初のユニットは、 1849 年 8 月にピーターヘッドのノース ハーバーに設置されました。スティーブンソンはこのバージョンを「カタディオプトリック ホロフォト」と呼びましたが、その各要素は純粋に反射するか純粋に屈折するかのいずれかでした。ホロフォトのコンセプトの 2 番目のバージョンでは、ブルズアイ レンズと放物面反射鏡が、フレネルが考案したカタディオプトリック フレネル レンズに置き換えられましたが、前方の半球全体をカバーするように拡張されました。スティーブンソンが紛らわしいことに「ジオプトリック ホロフォト」と呼んだ 3 番目のバージョンは、より革新的でした。前方の半球にはカタディオプトリック フレネル レンズが保持されましたが、後方の半球反射鏡が、半球状の環状プリズムの配列に置き換えられました。各環状プリズムは、2 回の全反射を使用して、半球の中心から発散する光を中心に戻します。その結果、金属反射による損失のない、すべてガラスのホロフォトができました。^[50]

ジェームズ・ティミンズ・チャンスは、トーマス・スティーブンソンの全ガラス製ホロフォトル設計を改良し、二重反射プリズムを垂直軸の周りに配置した。このプロトタイプは、1862年にロンドンで開催された万国博覧会で展示された。後に、製造を容易にするために、チャンスはプリズムをセグメントに分割し、単一の点からの光をその点に反射させる特性を維持しながら、円筒形に配置した。この形状の反射鏡は、逆説的に「屈折鏡」と呼ばれ、ランプの陸側から海側に光を戻すのに特に便利であることがわかった。^[51]

灯台が増えるにつれて、灯台同士を区別することが難しくなり、光を無駄にする色付きフィルターが使われるようになった。1884年、ジョン・ホプキンソンは「グループフラッシュ」レンズを発明してフィルターの必要性をなくした。これは、屈折板や反射屈折板を分割して複数のフラッシュを発生させるものであり、これにより、フラッシュの頻度だけでなく、フラッシュの多重度によっても灯台を識別できるようになった。1875年にはタンピコ（メキシコ）とリトル・バス（スリランカ）に二重フラッシュレンズが設置され、 1876年にはカスケット灯台（チャンネル諸島）に三重フラッシュレンズが設置された^。[52]右に示す例は、1908年から1977年まで使用されていたポイント・アリーナ灯台の二重フラッシュレンズである。 ^[53]

ハイパーラジアルレンズの開発は、複数のジェットを備えたガス灯などのより大きな光源の必要性によって部分的に推進されました。これらの光源では、所定のビーム幅に対してより長い焦点距離が必要になり、したがって、生成された光の所定割合を集めるためにより大きなレンズが必要になりました。最初のハイパーラジアルレンズは、1885年にフランスのF. Barbier & Cieによってスティーブンソン夫妻のために構築され、サウスフォアランド灯台でさまざまな光源を使用してテストされました。チャンスブラザーズ（ホプキンソンの雇用主）はその後ハイパーラジアルの製造を開始し、1887年にビショップロック灯台に最初のものを設置しました。 ^[54]同じ年、Barbierはトリー島にハイパーラジアルを設置しました。しかし、よりコンパクトで明るいランプが開発されてこのような大きな光学系が不要になるまでに、約30個のハイパーラジアルが使用されただけでした^{[55] （}ハイパーラジアルフレネルレンズを参照）。

ビュフォンが構想したような一体型の段付き屈折レンズの製造は、1852年にブルックリン・フリント・グラス社のジョン・L・ギリランドがプレス成形ガラスからレンズを製造する方法の特許を取得したときに実現可能になった。同社は鉄道、蒸気船、ドックで使用するための小型のブルズアイレンズを製造した。^[56]このようなレンズは1870年代までに米国で一般的になった。^{[13] : 488} 1858年に同社は灯台で使用するために「プレス成形フリントガラスの6次レンズをごく少数」製造した。これは米国で製造された最初のフレネル灯台レンズであった。^[56] 1950年代までに、ガラスがプラスチックに置き換えられ、オーバーヘッドプロジェクターのコンデンサーとしてフレネルレンズを使用することが経済的になった。^[57]

フレネル レンズは、レンズを同心円状の環状セクションに分割することで、従来のレンズに比べて必要な材料の量を減らします。理想的なフレネル レンズには、無限の数のセクションがあります。各セクションでは、同等の単純なレンズに比べて全体の厚さが薄くなります。これにより、標準レンズの連続面が同じ曲率の一連の面に効果的に分割され、その間に段階的な不連続が生じます。

一部のレンズでは、曲面が平面に置き換えられ、各セクションで角度が異なります。このようなレンズは、縁に急勾配のプリズムがあり、中央が平らかわずかに凸面になっている円形に配置されたプリズムの配列と見なすことができます。最初の (そして最大の) フレネル レンズでは、各セクションは実際には独立したプリズムでした。後に「一体型」のフレネル レンズが製造され、自動車のヘッドライト、ブレーキ、パーキング、方向指示器のレンズなどに使用されました。現代では、コンピューター制御のフライス加工装置 (CNC)または3D プリンターを使用して、より複雑なレンズを製造する場合があります。^{[引用が必要]}

フレネル レンズの設計により、レンズの画質を低下させる代わりに、厚さ (したがって材料の質量と体積) を大幅に削減できます。そのため、写真撮影などの精密な画像処理アプリケーションでは、通常、従来の大型レンズが依然として使用されています。

フレネルレンズは通常ガラスまたはプラスチックで作られており、そのサイズは大型（古い歴史的な灯台、メートルサイズ）から中型（読書補助器具、OHPビューグラフプロジェクター）、小型（TLR / SLRカメラスクリーン、マイクロオプティクス）までさまざまです。多くの場合、非常に薄く平らで、ほぼ柔軟性があり、厚さは1〜5 mm（1 ⁄ 32〜3 ⁄ 16 インチ）の範囲です。[^{引用が必要]}

現代のフレネルレンズのほとんどは屈折要素のみで構成されています。しかし、ライトハウスレンズには屈折要素と反射要素の両方が含まれる傾向があり、後者は写真に見られる金属リングの外側にあります。内側の要素は屈折レンズの一部ですが、外側の要素は反射プリズムで、それぞれが 2 回の屈折と 1 回の全内部反射を実行し、銀メッキの鏡からの反射で発生する光損失を回避します。

フレネルは、大きさと焦点距離に基づいて4つの等級に分けられた6つのサイズの灯台レンズを設計しました。 ^[58] 3次と4次はさらに「大きい」と「小さい」に分けられました。現代の用法では、等級は1次から6次までに分類されています。後に、3次と4次の中間のサイズと、1次より上と6次より下のサイズが追加されました。

一次レンズの焦点距離は920mm（36+1 ⁄ 4 インチ）で、高さは約 2.59 m（8 フィート 6 インチ）、幅は 1.8 m（6 フィート）です。最小（6 番目）のオーダーは、焦点距離が 150 mm（6 インチ）、高さが433 mm（ 17+1 ⁄ 16 インチ）。 ^{[58] [59] [60]}

最も大きなフレネルレンズはハイパーラジアント（またはハイパーラジアル）と呼ばれます。ハワイのマカプウポイントライトの建設と装備が決まったとき、このようなレンズが1つありました。新しいレンズを注文する代わりに、高さ3.7メートル（12フィート）、1000を超えるプリズムを備えた巨大な光学構造がそこで使用されました。^[61]

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  一次レンズ。
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  一次レンズ（ケープ・ミアーズ灯台）
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  1888 年にフランスで建造された西オーストラリア州デストラクション島の 1 次レンズ。現在はウェストポート海洋博物館に所蔵されています。
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  2次レンズのクローズアップ。
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  3次レンズ（セントシモンズ島光）。
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  4 次レンズ (大分県関崎灯台)。
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  ケープ・アラゴ灯台の第 4 次レンズ。現在はクーズ歴史博物館に所蔵されています。
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  キーウェスト灯台の第5次レンズ
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  6次レンズ（ポンセ・デ・レオン入江光）
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  1 次レンズと 4 次レンズの比較 (キーウェスト灯台)

フレネルレンズには、結像型と非結像型の2つの主なタイプがあります。結像型フレネルレンズは、湾曲した断面を持つセグメントを使用して鮮明な画像を生成しますが、非結像型レンズは、平坦な断面を持つセグメントを使用しており、鮮明な画像は生成しません。^[63]セグメントの数が増えるにつれて、2つのタイプのレンズは互いに類似してきます。セグメントの数が無限であるという抽象的なケースでは、湾曲したセグメントと平坦なセグメントの違いはなくなります。

撮像レンズは次のように分類できます。

球状

球面フレネルレンズは、単純な 球面レンズと同等で、球の一部であるリング状のセグメントを使用して、光を一点に集めます。このタイプのレンズは、隆起の端での回折のため、同等の単純な球面レンズほど鮮明ではありませんが、鮮明な画像を生成します。隆起が波長スケールで微細な場合、このタイプはキノフォームと呼ばれることもあります。

円筒形

円筒形フレネルレンズは、円形断面の直線部分を使用して光を 1 本の線に集める単純な円筒形レンズと同等です。このタイプは、稜線の端での回折により、同等の単純な円筒形レンズほど鮮明ではありませんが、鮮明な画像を生成します。

非結像レンズは次のように分類できます。

スポット

非結像スポットフレネルレンズは、円弧ではなく直線の断面を持つリング状のセグメントを使用します。このようなレンズは、小さなスポットに光を集めることができますが、鮮明な画像は生成しません。これらのレンズは、太陽光を太陽電池パネルに集中させるなど、太陽光発電に応用されています。フレネルレンズはケーラー照明光学系のコンポーネントとして使用でき、非常に効果的な非結像光学系フレネル-ケーラー（FK）太陽光集光器になります。 ^[64]

リニア

非結像型リニアフレネルレンズは、断面が円弧ではなく直線である直線セグメントを使用します。これらのレンズは光を狭い帯状に集光します。鮮明な画像は生成されませんが、太陽光をパイプに集中させて内部の水を加熱するなど、太陽光発電に使用できます。^[65]

高品質のガラス製フレネルレンズは灯台で使用されており、19 世紀後半から 20 世紀中頃にかけては最先端の技術と考えられていました。現在ではほとんどの灯台でガラス製フレネルレンズの使用が廃止され、はるかに安価で耐久性の高いエアロビーコンに置き換えられています。エアロビーコン自体にもプラスチック製のフレネルレンズが使用されていることがよくあります。 ^{[要出典]灯台のフレネルレンズシステムには、通常、中央の平面フレネルの上下にファセットドーム状に配列された追加の環状}プリズム要素が含まれており、光源から発せられるすべての光を捉えます。これらの要素を通過する光路には、平面フレネル要素での単純な屈折ではなく、内部反射が含まれる場合があります。これらのレンズは、灯台とその照明の設計者、建設者、およびユーザーに多くの実用的な利点をもたらしました。とりわけ、レンズが小さいため、よりコンパクトなスペースに収まります。長距離にわたる光の透過率が高く、パターンが多様であるため、位置を三角測量できます。^[要出典]

おそらく、フレネル レンズは、かつては自動車の ヘッドランプに最も広く使用されていました。このヘッドランプでは、放物面反射鏡からのおおよそ平行なビームを成形して、ロービームとハイビームのパターンの要件を満たすことができ、多くの場合、同じヘッドランプ ユニット (欧州のH4設計など) に両方が搭載されていました。経済性、重量、耐衝撃性の理由から、新しい車ではガラス製のフレネル レンズは使用されず、プレーンなポリカーボネートレンズを備えた多面反射鏡が使用されています。ただし、フレネル レンズは、自動車のテール ライト、マーカー ライト、バック ライトで引き続き広く使用されています。

ガラスフレネルレンズは、劇場や映画の照明器具にも使用されています（フレネルランタンを参照）。このような器具は、単にフレネルと呼ばれることがよくあります。器具全体は、金属製のハウジング、反射鏡、ランプアセンブリ、およびフレネルレンズで構成されています。多くのフレネル器具では、ランプをレンズの焦点に対して移動させて、光線のサイズを拡大または縮小することができます。その結果、非常に柔軟性が高く、7°の狭い光線から70°の広い光線まで生成できることがよくあります。^[66]フレネルレンズは非常にエッジの柔らかい光線を生成するため、ウォッシュライトとしてよく使用されます。レンズの前のホルダーに色の付いたプラスチックフィルム（ゲル）を置いて光に色を付けたり、金網やすりがけしたプラスチックを置いて光を拡散させたりすることができます。フレネルレンズは、一般的なレンズよりも明るく光線を集中させることができるだけでなく、光線の幅全体にわたって光の強度が比較的一定であるため、映画制作に役立ちます。

航空母艦や海軍航空基地では、光学着陸装置にフレネルレンズが一般的に使用されている。この「ミートボール」ライトは、パイロットが着陸時に適切な滑空傾斜を維持するのに役立つ。中央にはフレネルレンズでできた琥珀色と赤色のライトがある。ライトは常に点灯しているが、パイロットの視点から見たレンズの角度によって可視光の色と位置が決まる。ライトが緑色の水平バーより上に見えれば、パイロットは高度が高すぎる。下に見える場合はパイロットは高度が低すぎる。ライトが赤色の場合は、パイロットは非常に高度が低い。^[67]

フレネルレンズは、サーチライト、スポットライト、懐中電灯にもよく使用されます。

フレネルレンズは、簡単な手持ち拡大鏡として使用されます。また、斜視などの眼球運動障害を含むいくつかの視覚障害を矯正するためにも使用されます。^{[68]フレネルレンズは、}シンクレアTV80などのポケットテレビのCRTディスプレイの視覚サイズを拡大するために使用されてきました。また、信号機にも使用されています。

フレネルレンズは、英国およびアイルランド共和国に入る左ハンドルの欧州製トラック（および逆に欧州本土に入る右ハンドルのアイルランドおよび英国のトラック）で使用され、運転者が車が走行する道路の側に対して運転席の反対側に座ってトラックを運転することによって生じる死角を克服する。このレンズは助手席側の窓に取り付けられる。^[69]

フレネルレンズの自動車への応用としては、リアビュー・エンハンサー（後方視界向上装置）がある。リアウィンドウに取り付けられたレンズの視野角が広いため、特に背の高い車や尾が丸い車の後方の光景を、バックミラーだけよりも効果的に確認することができる。フレネルレンズは、測距装置や投影地図表示スクリーンに使用されている。 ^[70]

フレネルレンズは、大衆娯楽の分野でも使用されている。英国のロックアーティスト、ピーター・ガブリエルは、初期のソロライブで、ドラマチックでコミカルな効果を出すために、体の他の部分と比べて頭のサイズを拡大するためにフレネルレンズを使用した。テリー・ギリアムの映画『ブラジル』では、プラスチックのフレネルスクリーンが、情報省のオフィス全体で使用されている小さなCRTモニターの拡大鏡として登場する。しかし、このスクリーンは時折、俳優とカメラの間に現れ、シーンのスケールと構成をゆがめてユーモラスな効果を生み出している。ピクサー映画『ウォーリー』では、主人公がミュージカル『ハロー・ドリー!』をiPodで拡大して観るシーンでフレネルレンズが登場する。

Meta Quest 2やHTC Vive Proなどのバーチャルリアリティヘッドセットは、通常のレンズよりも薄くて軽いフォームファクタを可能にするフレネルレンズを使用しています。 ^{[71] Meta} Quest Proなどの新しいデバイスは、フレネルレンズよりもフォームファクタが小さく、色収差が少ないため、パンケーキレンズ設計に切り替えました。 [ ^{73 ]}

多焦点フレネル レンズは網膜識別カメラの一部としても使用され、カメラ内の固定ターゲットの複数の焦点の合った画像と焦点の合っていない画像を提供します。ほぼすべてのユーザーにとって、少なくとも 1 つの画像に焦点が合っているので、目の位置合わせを正しく行うことができます。

キヤノンとニコンは、望遠レンズのサイズを小さくするためにフレネルレンズを使用している。フレネル要素を含む写真レンズは、対応する従来のレンズ設計よりもはるかに短くすることができる。ニコンは、この技術を「位相フレネル」と呼んでいる。^{[75] [76]}ポラロイドSX-70カメラは、そのビューイングシステムの一部としてフレネル反射鏡を使用していた。ビューカメラや大判カメラでは、フレネルレンズをグラウンドグラスと組み合わせて使用​​​​することで、レンズによってグラウンドグラスに投影された画像の知覚される明るさを増加させ、フォーカスと構図の調整に役立てることができる。

フレネル レンズを画像投影に使用すると画像の品質が低下するため、品質が重要でない、または固体レンズのかさばりが許容できない場合にのみ使用される傾向があります。安価なフレネル レンズは、透明なプラスチックから打ち抜いたり成形したりすることができ、オーバーヘッド プロジェクターやプロジェクション テレビで使用されます。

異なる焦点距離のフレネル レンズ (1 つのコリメータと 1 つのコレクタ) は、商用およびDIY投影で使用されます。コリメータ レンズは焦点距離が低く、光源の近くに配置されます。コレクタ レンズは光をトリプレット レンズに焦点を合わせ、投影画像 ( LCD プロジェクターのアクティブ マトリックス LCDパネル) の後ろに配置されます。フレネル レンズは、オーバーヘッド プロジェクターのコリメータとしても使用されます。

プラスチックのフレネルレンズはガラスのレンズよりも大きく作れる上に、はるかに安価で軽量なので、太陽熱調理器、太陽熱炉、家庭用の水を温める太陽熱集熱器などで太陽光を集光して加熱するのに使われます。また、蒸気を発生させたり、スターリングエンジンに動力を与えたりするのに使うこともできます。

フレネルレンズは、ほぼ500:1の比率で太陽光を太陽電池に集中させることができます。 ^[77]これにより、太陽電池の有効面積が縮小され、コストが削減され、そうでなければ高価すぎるより効率的なセルを使用できるようになります。^[78] 21世紀初頭、フレネル反射鏡は太陽エネルギーを集中させる集光型太陽光発電（CSP）プラントで使用され始めました。1つの用途は、オーストラリアのハンターバレーにある 石炭火力リデル発電所での水の予熱でした。

フレネルレンズは砂を焼結するのに使用でき、ガラスでの3Dプリントが可能になります。^[79]

• フレネルイメージャー
• フレネルゾーンプレート
• レンチキュラーレンズ
• リニアフレネル反射鏡
• プリズム照明

• M. Born および E. Wolf、「光学原理」、第 7 版、ケンブリッジ、1999 年。
• G.-A. Boutry、1948 年、「オーギュスタン・フレネル: その時代、生涯、仕事、1788-1827」、Science Progress、第 36 巻、第 144 号 (1948 年 10 月)、pp. 587-604; jstor.org/stable/43413515。
• JZ Buchwald、1989、「光の波動理論の台頭：19世紀初頭の光学理論と実験」、シカゴ大学出版局、ISBN 978-0-226-07886-1。 
• J. エルトン、2009、「暗闇を照らす光：灯台光学とフレネルの革命的な屈折レンズのその後の発展 1780～1900」、国際工学技術史ジャーナル、第 79 巻第 2 号 (2009 年 7 月)、183～244 ページ、doi :10.1179/175812109X449612。
• A. Fresnel、1822年、「Mémoire sur un nouveau système d'éclairage des phares」、1822年7月29日閲覧。Fresnel、1866–1870、第3巻、pp. 97–126に再版。T. Tagによる「Memoir upon a new system of lighthouse lighting」として翻訳、US Lighthouse Society、2017年8月26日アクセス、2016年8月19日アーカイブ。（引用ページ番号は翻訳を参照。）
• A. フレネル (H. ド セナルモン、E. ヴェルデ、L. フレネル編)、1866 ～ 1870 年、オーギュスタン フレネル作品全集(3 巻)、パリ: Imprimerie Impériale。巻。 1 (1866)、vol. 2 (1868)、vol. 3 (1870)。
• TH Levitt、2013、「A Short Bright Flash: Augustin Fresnel and the Birth of the Modern Lighthouse」、ニューヨーク：WW Norton、ISBN 978-0-393-35089-0。 
• T. ヤング（編：G. ピーコック）、1855 年、「故トーマス・ヤングの雑集」、ロンドン：J. マレー、第 1 巻。

• 「フレネルレンズ」、The Keeper's Log、1985年冬、12～14ページ。
• 米国沿岸警備隊、「航行援助施設」、ワシントン D.C.：米国政府印刷局、1945年。
• 米国沿岸警備隊、灯台、レンズ、光源、工学、オーギュスタン・フレネル: 2007 年までに出版された作品の歴史的書誌。

ウィキメディア・コモンズには、フレネルレンズに関連するメディアがあります。

• 米国灯台協会、特に「フレネルレンズ Archived 2 March 2021 at the Wayback Machine」。
• WA ブリテン、「フレネルレンズ」（写真付き）。
• J. Francis、「フレネルレンズ - マクスウェルシミュレーション」、2009 年 4 月 13 日。
• J. Hare、「フレネルレンズの仕組み」（5 分間のビデオ）、Vega Science Trust、2008 年。
• T. ペッパー、「光を見る: 五大湖西部の灯台」、2008 年 1 月 30 日のオリジナルからアーカイブ。
• フレネルレンズ：1000隻の船を救った発明