ForerunnersEdit
Augustin-Jean Fresnelは、レンズを使って灯台の光を集めた最初の人物ではありません。 その功績は、1788年にトリニティハウスにこのアイデアを提案した、ロンドンのガラス工芸家トーマス・ロジャースにあるようです。 ロジャースの最初のレンズは直径53cm、中央部の厚さ14cmで、1789年にポートランド・ビルの旧下部灯台に設置された。 各ランプの背後にはバックコートされた球面ガラス鏡があり、後方放射をランプを通してレンズに反射させました。 さらに1804年までに、ハウス・ベーリー、ノース・フォアランド、その他少なくとも4か所に設置された。 しかし、光の多くはガラスの吸収によって無駄になった。
また、重量と吸収を減らすために、凸レンズを一連の同心円状プリズムに置き換えることを提案したのはフレネルが初めてであった。 1748年、ビュフォン伯爵は、このようなプリズムを一枚のガラスの中に段差をつけて削り出すことを提案した。 1790年（二次資料では1773:609または1788とされている）にはコンドルセ侯爵が、環状部を別々に作り、枠に組み立てる方が簡単だと提案したが、当時はそれすら現実的でなかった。 609 しかし、David Brewsterは1811年にコンドルセと同様のシステムを提案し、1820年にはイギリスの灯台に使用することを提唱している:
フレネルの貢献編集
フランスの灯台委員会は1811年にナポレオンによって設立され、フレネルの雇用主である橋と道路部隊の権限下に置かれた(Chission des Phares, Lighthouses). 委員会のメンバーは他の仕事で忙しかったため、初期のころはほとんど成果を上げることができなかった。 しかし、1819年6月21日、回折に関する有名な回顧録で科学アカデミーの物理学賞を受賞した3ヵ月後、フランソワ・アラゴ（1813年から委員）の推薦により、フレネルは「一時的に」委員会に出向し、灯台照明の改善の可能性について検討することになりました。
1819年8月末までに、ビュフォン-コンドルセ-ブリュースターの提案を知らずに、フレネルは委員会に最初のプレゼンテーションを行い、当時使われていた反射鏡に代わるものとして、彼がlentilles à échelons（階段状のレンズ）と呼んだ、入射光の半分程度しか反射しないレンズを提案しました。 フレネルは困惑したが、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。 しかし、ビュフォンのものが両凸で一体型であったのに対し、フレネルのものは平凸で、製作しやすいように複数のプリズムでできていた。 公費500フランの予算で、フレネルは3つのメーカーに声をかけた。 3番目のソレイユは、ガラスを再加熱して成形し直すことで、欠陥を取り除く方法を見出した。 アラゴは、同心円状の芯を持つアルガンランプの改造（フレネルはこのアイデアをラムフォード伯爵のものと考えていた）の設計でフレネルに協力し、偶然にも魚接着剤が熱に強いことを発見し、レンズに使用するのに適していることを知ったのだ。 1820年3月に完成した試作品は、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）プリズムを備えていた。 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角のパネルであった。 1821年4月13日の夜、公開の場で、最新の反射鏡との比較により、このモデルが突然時代遅れになったことが示された。
この実演のすぐ後、フレネルは、明らかに偏光していない光も含めて、光が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を考察することになった。 その回顧録の日付は、フレネルの灯台提唱がブリュースターより2年遅く始まったという主張の源かもしれないが、本文はフレネルの関与が1819年より遅くないことを明確にしている。
フレネルの次のレンズは、サンゴバン社製の環状円弧状の8つの「雄牛の目」パネルを持つ回転装置で、8つの回転ビームを与え、船員が周期的な閃光として見ることができるものであった。 各メインパネルの上と後ろには、外形が台形でエレメントが台形の、より小さな傾斜した雄牛の目パネルがあった。 これは傾斜した平面鏡に光を屈折させ、主ビームの7度前方で水平に反射させ、閃光の持続時間を長くしている。 メインパネルの下には128枚の小さな鏡が4つのリング状に配置され、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ている。 円錐の錐体のような形をしている各リングは、光を地平線に反射させ、閃光の間に淡い定常光を与えている。 1822年8月20日に未完成の凱旋門で行われた公式試験は、委員会とルイ18世とその側近が20マイル（32km）離れた場所から見守る中、行われた。 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、一部はフレネル自身の手でコルドゥアン灯台に再び組み立てられた。 1823年7月25日、世界初の灯台用フレネルレンズが点灯した。 449>
パリでのコルドゥアン灯台の試験の前日、科学アカデミーの委員会は、フレネルの二重屈折に関する回想録と補遺について報告しました。 試験からコルドゥアンでの再組立までの間に、フレネルは光弾性（1822年9月16日）、楕円偏光と円偏光、旋光（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、横波仮説による物理光学の再構成をほぼ完了させたのでした。 1824年5月、フレネルはファール委員会の書記に昇進し、技術士長と兼任ではあったが、同委員会のメンバーとして初めて給与を受け取ることになった。 同年末、病気が悪化したため、基礎研究を縮小し、ポリテクニック学院の試験官としての季節的な仕事を辞め、灯台の仕事のために残りの時間とエネルギーを節約するようになった
同年、彼は、上下の無駄を最小限にしながら水平線の周りに光を均一に広げるための最初の固定レンズを設計した。 理想的には、曲がった屈折面は共通の垂直軸を中心とした円柱のセグメントになり、ディオプトリックパネルが円筒形のドラムのように見えるようにすることであった。 さらに、屈折部（ディオプトリック）の上下に反射部（カトプトリック）のリングがあれば、装置全体が蜂の巣のように見えるだろう。 2番目に実用化されたフレネルレンズは、確かに3次の固定レンズで、1825年2月1日までにダンケルクに設置されました。 しかし、大きなトロイダルプリズムの製作が困難であったため、この装置は16面の多角形の平面をしていた。
1825年、フレネルは固定レンズの外に回転配列を追加し、その設計を拡張した。 回転配列の各パネルは、水平なファンからの固定光の一部を細いビームに屈折させるものであった。
また1825年、フレネルは「灯台図（Carte des Phares）」を発表し、51の灯台と小さな港湾灯のシステムを、「オーダー」と呼ばれるレンズサイズの階層（最初のものが最大）で、認識を容易にするために異なる特性、すなわち一定の光（固定レンズから）、1分間に1回の点滅（8枚のパネルを持つ回転レンズから）、1分間に2回（16枚）であると呼びかけました。
1825年末、フレネルは反射素子での光の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、その中で光は第1面による屈折、第2面による全内部反射、第3面による屈折を経て進むことになった。 その結果、現在のような灯台用レンズが完成した。 1826年、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、実物大のものを見ることはできなかった。
フレネルの後
フレネルの死後の灯台レンズの開発の第一段階は、彼のデザインの実現にあった。 オーギュスタンと同じく土木技師として教育を受けた弟のレオノルは、オーギュスタンとは異なり、経営に強い才能を持っていたのである。 レオノールは1825年に灯台委員会に入り、オーギュスタンの後を継いで長官となりました。
トロイダルプリズムを用いた最初の固定レンズは、レオノール・フレネルの指導のもと、スコットランドのエンジニア、アラン・スティーブンソンが設計し、アイザック・ククソン&社がフランスのガラスを用いて製作した1次装置で、1836年9月22日にスコットランドのメイ島で使用開始されました。 最初の大型カタディオプトリックレンズは、1842年にフランスのグラベリンとイル・ヴィエルジュの灯台用に作られたもので、固定式の3次レンズで、カタディオプトリックリング（分割して作られる）の直径は1mでした。 コルドゥアンのレンズと似ていますが、下部のスラットは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、上部には鏡が使用されています。 1852年にポワンタイに設置された最初の完全カタディオプトリック1次レンズも、8本の回転ビームと下部に固定光を与えていたが、上部には閃光を長くするために主ビームより約4度前に光を集める8枚のカタディオプトリックパネルが設置されていた。 1854年にサン・クレマン・デ・バイヌに設置され、オーギュスタン・フレネルのCarte des Pharesの完成を飾った。
アランの弟、トーマス・スティーブンソンは、ランプから放射されるほぼすべての方向、前後左右の光を単一のビームに集光する「ホロフォタル」レンズでフレネルよりさらに一歩先を行った。 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雄牛の目レンズ、パラボロイド反射鏡、後部半球反射鏡（半球全体に光を当てる以外は60年前のロジャースミラーと機能的に同じ）から構成されていた。 前方半球に放射された光のうち、雄牛の目レンズを通過しなかった光は、放物面により雄牛の目レンズを囲む平行光に偏向され、後方半球に放射された光は、球面反射鏡によりランプを通して反射し（ロジャースと同じ）、前方の部品に集められる仕組みである。 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た。 スティーブンソンはこの装置を「カタディオプトリック・ホロフォート」と呼んだが、各要素は純反射式か純屈折式のどちらかであった。 ホロフォートの第2バージョンでは、雄牛の目レンズとパラボロイド反射鏡の代わりに、フレネルが考案したカタディオプトリック・フレネルレンズを用い、前方半球全体をカバーするように拡張されました。 前半球のカタディオプトリック・フレネルレンズはそのままに、後半球の反射鏡を半球状に並べた環状プリズムに変更し、それぞれ2回の内部全反射によって半球の中心から発散した光を中心に向かって戻すというもので、スティーブンソンはこれを「ディオプトリック・ホロフォート」と呼んで混乱させるほど、革新的であった。
James Timmins Chanceは二重反射プリズムを垂直軸に配置し、スティーブンソンの全硝子製ホロフォートの設計を修正した。 1862年のロンドン万国博覧会で試作品が公開された。 その後、製造しやすいようにプリズムを分割し、一点から出た光をその一点に反射する性質を保ったまま円筒形に並べた。 この形式の反射鏡は逆説的に「ディオプトリックミラー」と呼ばれ、ランプの陸側から海側へ光を戻すのに特に有用であることがわかった。
灯台の普及に伴い、それぞれの区別が難しくなり、光を無駄にするカラーフィルターが使われるようになった。 1884年、ジョン・ホプキンソンが「群光式」レンズを発明し、フィルターを不要にしました。このレンズは、ディオプトリックパネルとカタディオプトリックパネルを分割し、複数のフラッシュを発生させ、フラッシュの回数だけでなく、フラッシュの多重度で灯台を識別することができます。 1875年にはタンピコ灯台（メキシコ）とリトルバス灯台（スリランカ）に二重閃光レンズが、1876年にはキャスケッツ灯台（チャンネル諸島）に三重閃光レンズが設置された。
超広角レンズの開発は、複数の噴射口を持つガス灯のような大きな光源の必要性から始まり、与えられたビーム幅に対してより長い焦点距離を必要とし、その結果、発生した光の一定割合を集めるためにより大きなレンズが必要となりました。 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家のために作られ、サウスフォアランド灯台で様々な光源を使ってテストされました。 その後、チャンス兄弟（ホプキンソンの雇い主）がハイパーラジアルの製作を開始し、1887年に最初のものをビショップロック灯台に設置した。 同年、バルビエはトーリー島にハイパーラジアルを設置した。 しかし、よりコンパクトな明るいランプの開発により、このような大きな光学系は不要となり、ハイパーラジアルは30台ほどしか使用されなかった（ハイパーラジアントフレネルレンズ参照）
ビュフォンが想定したような一体型のステップダイオプトリックレンズが実現可能になったのは、1852年にJohn L. Johnson（ジョン・エル・ジョンソン、以下ジョンソン）が、ハイパーラジアルレンズを製造して以来であった。 ブルックリン・フリント・グラス社のギリランドは、プレス成形したガラスからレンズを作る方法の特許を取得した。 同社は鉄道、蒸気船、港湾で使用する小型の雄眼鏡を製造しており、こうしたレンズは1870年代までに米国で一般的になった:488 1858年に同社は灯台で使用する「ごく少数のプレス火打ちガラス製6次レンズ」を製造したが、これは米国で作られた最初のフレネル灯台レンズであった。 1950年代には、ガラスがプラスチックに置き換わり、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可能になった
。