为什么手机闪光灯上是同心圆？

  在我们日常的概念中，灯具的表面总是光滑透明的，这样才能保证更好的光线输出，然而细心的你一定早就注意到，手机的闪光灯往往设计成一圈一圈的同心圆，这样的设计有什么作用吗？         这个问题的答案很简单，这些圆环是一个独特的光学设计，叫做“菲涅尔透镜（Fresnel lens）”，顾名思义，这是法国物理学家兼工程师菲涅耳推广的光学设计。1823年，第一枚菲涅尔透镜被用在了吉伦特河口的哥杜昂灯塔（Phare de Cordouan）上，而同样的设计广泛应用于目前的手机闪光灯上。         闪光灯的功能为拍照时用更强的光照照射在物体上，保证镜头能够捕捉到更强的反光。为了尽可能利用灯管所发出的光线，需要将这些光线集中射向前方。      
    闪光灯的灯管发出的光自然是向任意方向散射的：         对于向灯管后方发射的光线，人们首先想到的是利用凹面反光镜：  
      上图可以看到，光源射向后方的光线（蓝色）被凹面反光镜聚集以后水平射向前方，但是射向前方和侧方的光线（黄色）只有一小部分，也就是真正笔直向前的可以照到被摄物体，其它方向的也全都散失了。为了解决这个问题，最简单的方法就是加深反光镜：           这样做虽然使得光线发射的问题得到改善，但是大大增加了闪光灯的厚度，并且还是有一部分光线（蓝色表示）散失了。因此这种方法一般用于探照灯这类对体积没有太多限制的设备。当然，我们还可以利用更复杂的光路系统，比如：
            但这些系统都更加复杂，并且也非常厚，显然不能适用在闪光灯上。那么为了解决“闪光灯射向前方的光线发散”这一问题，人们很自然的想到了利用凸透镜：
            为了使得透镜外表面与闪光灯外壳齐平，可以采用半球形的凸透镜：           但是凸透镜对于一些闪光灯来说仍然较厚，比如追求超薄的手机，因此人们就用更薄的菲涅尔镜来代替凸透镜。菲涅尔镜的构造如下：
            这种神奇的镜片比凸透镜薄得多，但可以实现与凸透镜相同的光路：           除了更薄之外，菲涅尔镜还有更少的色差，因此，许多闪光灯（包括手机）上都会利用较浅的反光凹面镜和菲涅尔镜一起来实现“任何方向的光线都向前方汇聚”的效果啦。菲涅尔镜看起来是这样的：     手机闪光灯上同心圆