宋凡

當我們仔細觀察手機的閃光燈時，會發(fā)現(xiàn)上面有一圈圈同心圓模樣的螺紋。這樣的設計有什么不為人知的玄機嗎？

閃光燈面臨的問題

手機電池續(xù)航能力不足，一直是制約智能手機進一步發(fā)展的絆腳石。要想掃除這個障礙，必須高效率地利用手機的高耗能器件，閃光燈便是其中的代表。

閃光燈作為一個普通的發(fā)光源，其發(fā)出的光線是發(fā)散的。為了提高能源的利用率，我們需要讓光線平行射出。為了實現(xiàn)這一目的 ，可以將光源放置在球心上，利用半球形的凹面鏡來實現(xiàn)，手電筒采用的便是這種設計。這樣的設計雖然巧妙，但由于光線的散射，會浪費掉近一半的能量。要提高能量的利用率，必然要增加凹面鏡的深度。能量利用率的問題雖然可以如此解決，但凹面鏡的厚度必然會增加，所需的容納空間也會增大，這顯然違背了電子產(chǎn)品小型化的發(fā)展要求。那么，怎樣才能解決這個問題呢？

手機是小型化電子產(chǎn)品的代表，因此它對閃光燈的重量和厚度都有特殊的要求。在手機閃光燈的選擇上，到底有著怎樣的小機關(guān)呢？

手機閃光燈必須要盡可能多地利用光源的能量，并減少光能在路徑上的損耗，如果成本也能做到低廉，那就更完美了。而要滿足這些條件，平凸透鏡必定是首選。平凸透鏡可以實現(xiàn)使光匯聚的功能，它有平面和曲面兩個表面，光線從平面一面入射，不會影響光線的傳播方向，只有透過曲面的時候，才會發(fā)生折射。既然曲面才是凸透鏡的功能結(jié)構(gòu)，有沒有一種設計僅采取功能部分就能實現(xiàn)光線的匯聚呢？菲涅爾透鏡就完美地實現(xiàn)了這個功能，它不但提升了光能傳遞效率，還進一步削減了透鏡的厚度、重量和體積。

菲涅爾透鏡是一種螺紋透鏡，它將平凸透鏡的曲面部分微分成多個部分。從菲涅爾透鏡上方俯視，它的形態(tài)就如同一個凹陷的同心圓，看起來像一個盤子。將菲涅爾透鏡應用于手機閃光燈時，光源放在其焦點上，就可以在其平面一端得到一束平行光。利用菲涅爾透鏡，光線通過的材料的厚度會減小，從而減少光能損耗。菲涅爾透鏡的使用既可以減輕閃光燈重量，又可以減小其體積，滿足了手機對閃光燈“盡可能薄”的基本要求。與我們常見的平凸透鏡一樣，菲涅爾透鏡通常可以使用玻璃或者聚烯烴樹脂等材料制成，這也使得手機閃光燈的成本不再是問題。

菲涅爾透鏡除了能夠用于閃光燈外，它還在其他多個領(lǐng)域有所應用。

在光伏領(lǐng)域，如果使用平鋪的方法接收太陽光，我們不得不使用大量太陽能板。由于太陽能板面積巨大，為了縮減成本，我們只能使用效率不高的低成本太陽能板。大量太陽能板的制造廢料還會對環(huán)境造成嚴重污染。為了盡可能多地利用太陽能，同時減少對環(huán)境造成的污染，我們要盡可能采用高效率的太陽能板，而這種太陽能板的造價十分昂貴。但如果把傳統(tǒng)的太陽能板上的玻璃換成菲涅爾透鏡來實現(xiàn)對太陽能的聚焦，就可以使用遠小于傳統(tǒng)太陽能板接收面積的太陽能菲涅爾透鏡面板，達到較高的光電轉(zhuǎn)換效率。

除了在光伏領(lǐng)域的應用之外，菲涅爾透鏡在探測領(lǐng)域也有非常普遍的應用，比如用作紅外探測器的燈罩。紅外光雖然不可見，但它同樣也是一種電磁波。與太陽能接收裝置一樣，使用菲涅爾透鏡，可以大幅度地匯聚接收到的紅外光能量，同時也大大增強了探測裝置的靈敏程度。在實際應用中，紅外探測器的燈罩通常使用塑料進行制造，這大大減少了探測器整體的成本和重量。

既然菲涅爾透鏡的設計如此巧妙，我們不禁要問，為何還有很多傳統(tǒng)的應用仍然一如既往采用平凸透鏡呢？

盡管菲涅爾透鏡的優(yōu)勢不容小覷，但在追求超薄的道路上，成像質(zhì)量不佳也是其不可回避的問題。當我們要求更高的成像品質(zhì)時，對菲涅爾透鏡的加工工藝也變得復雜。目前，數(shù)控技術(shù)中加工菲涅爾透鏡的能力還遠低于加工光滑表面的能力。在一些對成像質(zhì)量要求特別高的產(chǎn)品中，打磨表面的技術(shù)，世界頂尖的機器都遠不如一個有經(jīng)驗的技師的打磨能力和精度控制。所以，目前在眼鏡片、高級投影設備、攝影機鏡頭等領(lǐng)域還會保留平凸透鏡的使用。另外，在不考慮盡量利用能源、盡可能薄、體積小和價格便宜等因素時，平凸透鏡仍然是高成像質(zhì)量的最佳選擇。