菲涅爾透鏡（Fresnel lens），是由法國物理學家奧古斯丁·菲涅爾所發明的一種透鏡。此設計原來被應用于燈塔，可以建造更大孔徑的透鏡，其特點是焦距短，且比一般的透鏡的材料用量更少、重量與體積更小。和早期的透鏡相比，菲涅爾透鏡更薄，因此可以傳遞更多的光，使得燈塔即使距離相當遠仍可看見。

                           

                 

相比傳統的球面透鏡，菲涅爾透鏡通過將透鏡劃分出為一系列理論上無數多個同心圓紋路（即菲涅爾帶）達到相同的光學效果，同時節省了材料的用量。

正是因為這些紋路，透鏡的總體厚度減小了；菲涅爾透鏡實際上是普通凸透鏡連續的曲面被截為一段一段曲率不變的不連續曲面，因為曲面被劃分得很細，故看上去像一圈一圈的紋路。事實上菲涅爾透鏡可以被視作一系列的棱鏡按照環形排列，其中邊緣較為尖銳，而中心則是較為平滑的凸面。

菲涅爾透鏡的設計容許大幅度地削減透鏡厚度（以及重量與體積），但是付出的代價是成像品質會下降，這也是精密成像儀器例如單反相機以及數碼相機仍然使用傳統笨重的透鏡的原因。

菲涅爾透鏡常由玻璃或塑料制成，尺寸從大（老式燈塔，尺寸以米計）到中（閱讀放大鏡、幻燈片投影）再到小（單反相機對焦屏、顯微光學）。大多數情況下，它們很薄很平整，并且有韌性，大約3-5毫米厚。

隨著光學材質技術的發展，以往難以用在攝影用鏡頭的菲涅爾透鏡也逐漸出現在攝影鏡頭，如尼康的AF-S NIKKOR 300mm f/4E PF ED VR即使用了一片PF（Phase Fresnel）鏡片，大幅減輕了重量與體積，根據尼康說法，使用菲涅爾透鏡的鏡頭可以大幅降低色散。佳能EF接環鏡頭產品中有一部分使用了類似菲涅爾透鏡的衍射鏡片，稱為“DO鏡”。

本文簡單來介紹如何在zemax軟件中建模菲涅爾透鏡，常見的菲涅爾透鏡都可以用非序列中的Fresnel 1來建模，不僅能控制光學特性，還可以很好地控制制造參數，如俯仰角等。

  

如上圖所示，該物體可以是普通旋轉對稱或柱面的立體菲涅爾透鏡，物體的基底是平盤狀或矩形，前表面包含了徑向或矩形面，以此定義產生了帶有光焦度的菲涅爾剖面，剖面上各端點表達式與偶次非球面的矢高公式相似：

在OpticStudio中，主要使用以下幾個參數來生成菲涅爾面：

 

參數#	描述
1	徑向高度（Radial Height） 這是透鏡的最大徑向孔徑（如果徑向對稱），或者為y半高（如果柱面對稱）。
2	x半寬 這是透鏡的半寬（如果柱面對稱）。如果此參數為零，則生成旋轉對稱透鏡。
3	+深度/-頻率（+Depth/-Frequency） 如果此參數為正，則它對應于每個刻線的深度，以鏡頭單位表示。如果此參數為負，則它對應于刻線的頻率。例如，值為-2.0，表示沿透鏡徑向的單位長度上有2條刻線。 如果定義刻線深度，則刻線的徑向位置通常會發生變化；如果定義刻線頻率，則刻線深度將會有所不同。對定義刻線深度的這種情況OpticStudio自動計算指定刻線深度改變的矢高的精確徑向坐標。
4	齒距Pitch (degrees) 齒距是“非活動”面（這些面名義上與局部 z 軸平行）與z軸所成的角度。齒距始終徑向向外，無論齒距角是正還是負。通常，在菲涅爾模型中加入一定的傾斜度，從而使得建模零件更容易實現。

如下圖所示，在軟件中設置相關的參數，最終得到的菲涅爾面如下圖所示，

在這里我們只考慮了表面的曲率半徑，后面的圓錐系數和高階系數在設計過程中，也可以做為變量來優化，同時OpticStudio軟件中也有許多使用菲涅爾透鏡的案例文件，位于{Zemax}\Samples\Non-sequential\Fresnel Lenses目錄中。想要熟悉OpticStudio中的菲涅爾透鏡的設置，您也可以打開此文件夾中的一些不同文件，查看相關的資料。

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