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纹影成像是一种相当标准的光学技术，会显示空气中的热、声或压差。从技术上讲，纹影系统能够看到由于空气中光速的微小差异而在空气中产生的明显干扰。这项技术足够灵敏，可以在室温下看到人体手上的热量上升。
高质量纹影系统通常使用价格昂贵且超出大多数光学类预算的大型光学镜。今天介绍一个最简单设计的系统，任何学习者都可以用它来构建、校准和实验。
这个简单的设计使用了塑料菲涅耳透镜。菲涅耳透镜是一种平透镜，最常见于投影仪中。历史上的菲涅耳透镜用于光收集应用，其中图像不依赖于透镜的质量。第一只菲涅尔透镜是为灯塔设计的。
近年来，菲涅耳光学得到了改进，所以现在是时候看看菲涅耳透镜是否可以用于纹影系统了。菲涅耳透镜真正的价值在于它有一个大光圈，这意味着相对较大的物体可以在这个区域进行测试。具有250mm清晰光圈的高品质镜片非常昂贵。
对于一个简单的纹影系统而言，理想的镜头光圈值是/4到/8之间。透镜的个数就是透镜焦距除以透镜光圈的比值。大多数菲涅耳透镜的光圈值很低，不适合纹影系统。现代制造商提供光圈为/4的镜头。
为了测试菲涅耳透镜，摄影师Ted Kinsman从制造商那里购买了一只焦距为1,000 mm，直径为250mm的/4菲涅耳透镜透镜。这种/4菲涅耳透镜非常适合在一个简单的纹影系统中进行测试。
这种特殊的设计被称为Toepler单场透镜纹影排列，被认为是一个基本的纹影系统。所需的设备是：1是光源，2是菲涅尔透镜，3是热源（热烙铁工作良好），4是刀刃，5是相机和镜头。
上图中的黑色光线表示光源发出的光线，这些光线不与任何热源相互作用，并且被刀刃挡住。红色光线表示被热源弯曲并被照相机看到的光线。刀刃不一定具有锋利的边缘——一张黑色的纸效果很好，而且学习者在黑暗的房间里使用可能更安全。摄影师Ted Kinsman在测试中使用的相机镜头是一只300mm的佳能镜头，聚焦在热物体上。对于图像，Ted使用了蜡烛。在此设备中，热对象与相机位于镜头的同一侧，因此镜头可以很容易地聚焦到热对象上。
光源是一个简单的白色LED灯，由5伏直流实验室电源供电。为了防止LED灯烧坏，摄影师用了一个330欧姆的串联电阻来限制电流。
纹影系统中热源的相互作用距离越大，系统的灵敏度越大。这个位置是图像质量和灵敏度之间的一个很好的折衷。学习者应自行测试系统中热源的最佳位置，将热源移动到系统的不同部分并测试结果是熟悉系统灵敏度的一个好方法。
零部件的使用：
连接到5伏直流电源的是5mm白光LED灯。注意串联使用的330欧姆电阻来限制电流。要对齐LED和镜头，确保LED与镜头中心在桌子上方的高度一致。
菲涅尔透镜安装在一个切好的胶合板上。夹钳将镜头固定在适当的位置，并使其保持水平的位置。橙色夹钳上方是发光的白光LED灯。
5mm的白色LED灯聚焦在一张白纸上。这里的图像直径约为12mm。图像中出现的斑点似乎是由于透镜的制造缺陷造成的，无法通过改变LED与镜头的对齐方式来消除这些问题，因此拍出的图像不是很好。
红色区域大致显示了刀刃需要覆盖多少图像来观察纹影效应。
这里显示了用作刀刃的纸板。大多数光学装置将使用开放式刀片作为刀刃。这张纸对于在暗室里练习的学习者而言比较安全，所使用的镜头是一只300mm的佳能镜头。
实时查看模式有助于将纸板刀刃放在正确的位置。
菲涅耳透镜如装置中所示。背面所示的白色5mm LED的高度与镜头中心相同。蜡烛、烙铁和打火机如图所示，它们都是很好的热源。夹钳使透镜保持平放。
结果：
这些图像是用300mm佳能镜头在/2.8下拍摄的。在ISO 1600下，快门速度是每秒1/3200次。快速的快门速度对停止运动很重要，这里使用的相机是佳能5D MK III。在上面的图像中看到的斑点是由于镜头的制造缺陷造成的。菲涅尔透镜有数百个非常精细的表面，这些表面构成了透镜，其中一些表面并不是完全指向正确的方向。
菲涅耳透镜的测试结果还是相当好的。若朋友们正在寻找一个便宜的纹影系统教学或需要一个具有清晰光圈的系统，那么这个系统一定合适。摄影师表示，他看不见热气从人的手上冒出来，这表明该系统不具备显示少量热量的灵敏度。这是一个很好的学习技巧的系统。蜡烛、烙铁、打火机和空气中的纹影效果都很容易用这个系统观察和拍摄。
深入到光学领域：
光学薄透镜公式可以用来确定光将聚焦在哪里以及确定实验是否适合你的实验室空间。
纹影系统是观察空气折射率微小变化的一种很好的方法。物质的折射率是物质中的光速与真空中的光速之比。
值越大，纹影系统就越容易检测到差异。室温空气的折射率约为1.0003，当温度升高100℃时，折射率变为1.0002。与室温空气相比，热空气中的光速大约大0.01%。
如果纹影系统能从人的手上看到热量，那么这个系统就被认为是非常敏感和排列良好的。不同的气体也有不同的折射率比空气，使用一个简单的纹影系统很容易在空气中检测如二氧化碳和氦气这样的气体。
