手机闪光灯同心圆里的秘密

宋凡

当我们仔细观察手机的闪光灯时，会发现上面有一圈圈同心圆模样的螺纹。这样的设计有什么不为人知的玄机吗？

闪光灯面临的问题

手机电池续航能力不足，一直是制约智能手机进一步发展的绊脚石。要想扫除这个障碍，必须高效率地利用手机的高耗能器件，闪光灯便是其中的代表。

闪光灯作为一个普通的发光源，其发出的光线是发散的。为了提高能源的利用率，我们需要让光线平行射出。为了实现这一目的 ，可以将光源放置在球心上，利用半球形的凹面镜来实现，手电筒采用的便是这种设计。这样的设计虽然巧妙，但由于光线的散射，会浪费掉近一半的能量。要提高能量的利用率，必然要增加凹面镜的深度。能量利用率的问题虽然可以如此解决，但凹面镜的厚度必然会增加，所需的容纳空间也会增大，这显然违背了电子产品小型化的发展要求。那么，怎样才能解决这个问题呢？

手机是小型化电子产品的代表，因此它对闪光灯的重量和厚度都有特殊的要求。在手机闪光灯的选择上，到底有着怎样的小机关呢？

手机闪光灯必须要尽可能多地利用光源的能量，并减少光能在路径上的损耗，如果成本也能做到低廉，那就更完美了。而要满足这些条件，平凸透镜必定是首选。平凸透镜可以实现使光汇聚的功能，它有平面和曲面两个表面，光线从平面一面入射，不会影响光线的传播方向，只有透过曲面的时候，才会发生折射。既然曲面才是凸透镜的功能结构，有没有一种设计仅采取功能部分就能实现光线的汇聚呢？菲涅尔透镜就完美地实现了这个功能，它不但提升了光能传递效率，还进一步削减了透镜的厚度、重量和体积。

菲涅尔透镜是一种螺纹透镜，它将平凸透镜的曲面部分微分成多个部分。从菲涅尔透镜上方俯视，它的形态就如同一个凹陷的同心圆，看起来像一个盘子。将菲涅尔透镜应用于手机闪光灯时，光源放在其焦点上，就可以在其平面一端得到一束平行光。利用菲涅尔透镜，光线通过的材料的厚度会减小，从而减少光能损耗。菲涅尔透镜的使用既可以减轻闪光灯重量，又可以减小其体积，满足了手机对闪光灯“尽可能薄”的基本要求。与我们常见的平凸透镜一样，菲涅尔透镜通常可以使用玻璃或者聚烯烃树脂等材料制成，这也使得手机闪光灯的成本不再是问题。

菲涅尔透镜除了能够用于闪光灯外，它还在其他多个领域有所应用。

在光伏领域，如果使用平铺的方法接收太阳光，我们不得不使用大量太阳能板。由于太阳能板面积巨大，为了缩减成本，我们只能使用效率不高的低成本太阳能板。大量太阳能板的制造废料还会对环境造成严重污染。为了尽可能多地利用太阳能，同时减少对环境造成的污染，我们要尽可能采用高效率的太阳能板，而这种太阳能板的造价十分昂贵。但如果把传统的太阳能板上的玻璃换成菲涅尔透镜来实现对太阳能的聚焦，就可以使用远小于传统太阳能板接收面积的太阳能菲涅尔透镜面板，达到较高的光电转换效率。

除了在光伏领域的应用之外，菲涅尔透镜在探测领域也有非常普遍的应用，比如用作红外探测器的灯罩。红外光虽然不可见，但它同样也是一种电磁波。与太阳能接收装置一样，使用菲涅尔透镜，可以大幅度地汇聚接收到的红外光能量，同时也大大增强了探测装置的灵敏程度。在实际应用中，红外探测器的灯罩通常使用塑料进行制造，这大大减少了探测器整体的成本和重量。

既然菲涅尔透镜的设计如此巧妙，我们不禁要问，为何还有很多传统的应用仍然一如既往采用平凸透镜呢？

尽管菲涅尔透镜的优势不容小觑，但在追求超薄的道路上，成像质量不佳也是其不可回避的问题。当我们要求更高的成像品质时，对菲涅尔透镜的加工工艺也变得复杂。目前，数控技术中加工菲涅尔透镜的能力还远低于加工光滑表面的能力。在一些对成像质量要求特别高的产品中，打磨表面的技术，世界顶尖的机器都远不如一个有经验的技师的打磨能力和精度控制。所以，目前在眼镜片、高级投影设备、摄影机镜头等领域还会保留平凸透镜的使用。另外，在不考虑尽量利用能源、尽可能薄、体积小和价格便宜等因素时，平凸透镜仍然是高成像质量的最佳选择。