Optomechatronika. 2014/15. tanév tavaszi félév. Antal Ákos

Hasonló dokumentumok
Optika és látórendszerek április 23.

Dr. Nagy Balázs Vince D428

OPTIKA. Fotometria. Dr. Seres István

OPTIKA. Fotometria. Dr. Seres István

Alapfogalmak folytatás

Szilárd testek sugárzása

Tipikus megvilágítás szintek a szabadban (délben egy napfényes napon) FISHER LED

Világítástechnika I. VEMIVIB544V A fény és tulajdonságai, fotometriai alapfogalmak és színmérés

VEMIVIB544V A fény és tulajdonságai, fotometriai alapfogalmak és színmérés

II. Szakmai alap- és szakismeretek, gyakorlati alkalmazásuk 11. Világítástechnika Hunyadi Sándor

Optomechatronika I Antal Ákos

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

Az optika tudományterületei

Név... intenzitás abszorbancia moláris extinkciós. A Wien-féle eltolódási törvény szerint az abszolút fekete test maximális emisszióképességéhez

Hogyan és mivel világítsunk gazdaságosan?

Történeti áttekintés

RÉSZLETEZŐ OKIRAT a NAH /2017 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

A geometriai optika. Fizika május 25. Rezgések és hullámok. Fizika 11. (Rezgések és hullámok) A geometriai optika május 25.

A fény mint elektromágneses hullám és mint fényrészecske

100 kérdés Optikából (a vizsgára való felkészülés segítésére)

OPTIKA. Gömbtükrök képalkotása, leképezési hibák. Dr. Seres István

Lencse típusok Sík domború 2x Homorúan domború Síkhomorú 2x homorú domb. Homorú

OPTIKA. Ma sok mindenre fény derül! /Geometriai optika alapjai/ Dr. Seres István

Optika gyakorlat 2. Geometriai optika: planparalel lemez, prizma, hullámvezető

Hajder Levente 2017/2018. II. félév

Tartalom. Tartalom. Anyagok Fényforrás modellek. Hajder Levente Fényvisszaverési modellek. Színmodellek. 2017/2018. II.

RÉSZLETEZŐ OKIRAT (2) a NAH /2017 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

Világítástechnika I. VEMIVIB544V A fény és annak tulajdonságai, fotometriai alapfogalmak

Az elektromágneses sugárzás kölcsönhatása az anyaggal

A hőmérsékleti sugárzás

Optika gyakorlat 5. Gyakorló feladatok

c v A sebesség vákumbanihoz képesti csökkenését egy viszonyszámmal, a törémutatóval fejezzük ki. c v

Orvosi biofizika. 1 Az orvostudomány és a biofizika kapcsolata. Sugárzások a medicinában. gyakorlatok. 1. félév előadásai

TÁVKÖZLÉSI ISMERETEK FÉNYVEZETŐS GYAKORLAT. Szakirodalomból szerkesztette: Varga József

Optika gyakorlat 1. Fermat-elv, fénytörés, reexió sík és görbült határfelületen. Fermat-elv

A gradiens törésmutatójú közeg I.

Elektromágneses hullámok - Interferencia

Optika fejezet felosztása

A fény visszaverődése

Fényerő mérés. Készítette: Lenkei Zoltán

OPTIKA. Hullámoptika Diszperzió, interferencia. Dr. Seres István

E (total) = E (translational) + E (rotation) + E (vibration) + E (electronic) + E (electronic

Optika és Relativitáselmélet II. BsC fizikus hallgatóknak

Spektrográf elvi felépítése. B: maszk. A: távcső. Ø maszk. Rés Itt lencse, de általában komplex tükörrendszer

A látás és a megértés a természet legnagyszerűbb ajándéka. Einstein. Világítástechnika

Optika gyakorlat 1. Fermat-elv, fénytörés, reflexió sík és görbült határfelületen

A látás és látásjavítás fizikai alapjai. Optikai eszközök az orvoslásban.

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

FÉNYTAN A FÉNY TULAJDONSÁGAI 1. Sorold fel milyen hatásait ismered a napfénynek! 2. Hogyan tisztelték és minek nevezték az ókori egyiptomiak a Napot?

Digitális tananyag a fizika tanításához


A LÁTÁS BIOFIZIKÁJA AZ EMBERI SZEM GEOMETRIAI OPTIKÁJA. A szem törőközegei. D szem = 63 dioptria, D kornea = 40, D lencse = 15+

d) A gömbtükör csak domború tükröző felület lehet.

2. OPTIKA. A tér egy pontján akárhány fénysugár áthaladhat egymás zavarása nélkül.

Kör-Fiz 7 gyak.; Fényforrások vizsgálata; PTE Környezetfizika és Lézerspktroszkópia Tanszék

Hőmérsékleti sugárzás

A fényerősség egységének nemzeti etalonja

Geometriai és hullámoptika. Utolsó módosítás: május 10..

OPTIKA. Hullámoptika Diszperzió, interferencia. Dr. Seres István

Mechanikai hullámok. Hullámhegyek és hullámvölgyek alakulnak ki.

1. Az üregsugárzás törvényei

Optikai alapmérések. Mivel több mérésről van szó, egyesével írom le és értékelem ki őket. 1. Törésmutató meghatározása a törési törvény alapján

OPTIKA. Vékony lencsék, gömbtükrök. Dr. Seres István

7. Előadás. A vékony lencse közelítésben a lencse d vastagsága jóval kisebb, mint a tárgy és képtávolságok.

A fény útjába kerülő akadályok és rések mérete. Sokkal nagyobb. összemérhető. A fény hullámhoszánál. A fény hullámhoszával

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) Építészmérnöki Kar. Világítástechnika. Mesterséges világítás. Szabó Gergely

Sugárzáson, és infravörös sugárzáson alapuló hőmérséklet mérés.

Optika. sin. A beeső fénysugár, a beesési merőleges és a visszavert, illetve a megtört fénysugár egy síkban van.

Mikroszerkezeti vizsgálatok

Radiometria, fotometria, színmérés. Az anyagokat Prof. Schanda János jegyzeteiből összeállította: Várady Géza

Optika gyakorlat 6. Interferencia. I = u 2 = u 1 + u I 2 cos( Φ)

Korszerű járművilágítás. Lámpahibák, javítási lehetőségek

s levegő = 10 λ d sin α 10 = 10 λ (6.1.1)

MÉRŐÉRZÉKELŐK FIZIKÁJA. Hang, fény jellemzők mérése. Dr. Seres István

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

Budapesti Műszaki Főiskola Kandó Kálmán Villamosmérnöki Főiskolai Kar. Félévi követelmények és útmutató a VILÁGÍTÁSTECHNIKA.

Arató András Dr. Borsányi János Klinger György Dr. Kovács Károly Molnár Károly Zsolt Nádas József Dr. Vetési Emil INNOVATÍV VILÁGÍTÁS

OPTIKA. Vékony lencsék képalkotása. Dr. Seres István

11. Egy Y alakú gumikötél egyik ága 20 cm, másik ága 50 cm. A két ág végeit azonos, f = 4 Hz

Világítástechnika a környezettudatosság tükrében. Dodog Zoltán Szent István Egyetem Gépészmérnöki Kar

Geometriai Optika (sugároptika)

Színpadi fényvetők fénytechnikai jellemzői PELYHE LTD

- abszolút törésmutató - relatív törésmutató (más közegre vonatkoztatott törésmutató)

Pelyhe János: Világítástechnikai Jegyzet 2006 / Színház és Filmművészeti Egyetem FÉNYTAN I.-II. (1.-2. tétel)

OPTIKA-FÉNYTAN. A fény elektromágneses hullám, amely homogén közegben egyenes vonalban terjed, terjedési sebessége a közeg anyagi minőségére jellemző.

OPTIKA. Geometriai optika. Snellius Descartes-törvény szeptember 19. FIZIKA TÁVOKTATÁS

Hullámmozgás. Mechanikai hullámok A hang és jellemzői A fény hullámtermészete

Rövid ismertető. Modern mikroszkópiai módszerek. A mikroszkóp. A mikroszkóp. Az optikai mikroszkópia áttekintése

Műszaki Optika. Dr. Nagy Balázs Vince D428

Zaj és rezgésvédelem Hangterjedés

A légköri sugárzás. Sugárzási törvények, légköri veszteségek, energiaháztartás

5.1. ábra. Ábra a 36A-2 feladathoz

A fény keletkezése. Hőmérsékleti sugárzás. Hőmérsékleti sugárzás. Lumineszcencia. Lézer. Tapasztalat: a forró testek Hőmérsékleti sugárzás

GEOMETRIAI OPTIKA I.

A fény tulajdonságai

OPTIKA-FÉNYTAN. A fény elektromágneses hullám, amely homogén közegben egyenes vonalban terjed, terjedési sebessége a közeg anyagi minőségére jellemző.

Optika az orvoslásban

Sugárzásos hőtranszport

Legyen a rések távolsága d, az üveglemez vastagsága w! Az üveglemez behelyezése

Fény, mint elektromágneses hullám, geometriai optika

Átírás:

Optomechatronika 2014/15. tanév tavaszi félév Antal Ákos

Területek Optika (mint tudományterület): Geometriai optika Hullámoptika Kvantumoptika Statisztikus optika A fény tulajdonságai: Hullám Részecske

Területek Fizikai optika Geometriai optika- sugároptika Alkalmazott optika Interferencia, diffrakció Radiometria, fotometria (energetika) Optikai méréstechnika Fényforrások Lézertechnika Optikai szálak

Területek Optikai távközlés Integrált optika Optoelektronika Optikai detektorok Optikai rendszertervezés Világítástechnika Fénytechnika Optikai adattárolás Mikro optika

Ismeretek, amikre építünk A fény tulajdonságai A fény elektromágneses hullám. Kettős hullám-, illetve részecske természete van, ezért bizonyos jelenségeket hullámtani, másokat pedig kvantummechanikai tárgyalással lehet leírni. Az optika szempontjából a fénynek három tartományát különböztetjük meg; látható ibolyántúli infravörös A látható fény tartománya 380 < λ < 780 nm között helyezkedik el. A hullámtani tárgyalásmód használatakor hullámfelületekkel jellemezzük a fény terjedését. A geometriai optika a fénysugarak fogalmát használjuk, amelyeken a hullámfelületek ortogonális trajektóriáit értjük, ha λ -> 0. Ez a tárgyalásmód a geometriai, vagy sugároptika.

Ismeretek, amikre építünk A fény terjedése Optikai üveg Törésmutató, diszperzió Abbe-szám Alap optikai rendszerek Képalkotó Nem-képalkotó Ideális képalkotás (Maxwell): pontot pontba képez le, azaz a képpont és a tárgypont konjugáltjai egymásnak optikai tengelyre merőleges síkban lévő alakzatok hasonló schott.com alakzatokba képződnek le (azaz torzításmentesen) az optikai tengelytől távolodva a nagyítás nem változik.

Ismeretek, amikre építünk A geometriai optika alaptörvényei: Fénysugár iránya Törés, tükröződés A beeső, a megtört vagy tükrözött sugár és a felületi normális viszonya Sugarak megfordíthatósága Sugarak függetlensége Egyenesvonlú terjedés Előjel szabály

Ismeretek, amikre építünk Irányfüggés: izotróp - anizotróp közeg Helyfüggés: homogén inhomogén közeg Hullámhossz függés: monokromatikus - polikromatikus Optikai tengely Centrált, szimmetrikus rendszer Paraxiális tartomány, kiterjedt tartomány

Ismeretek, amikre építünk Egyetlen gömbfelület képalkotása (Abbe invariáns) Kardinális pontok: Fókuszpontok Főpontok Csomópontok Gauss-formula n n n n = s s r i i i i i i i Vékony lencse vastag lencse a ff 1 1 1 1 = n f r r I HG 1 2 K J a ff H G I K J 1 n 1 1 1 1 1 f = n r r + n r r d 1 2 1 2

Ismeretek, amikre építünk Metszéki távolság, fókusztávolság Nagyítás Több tagból álló rendszer Képalkotó rendszerek típusai Fokális Afokális Fényhatároló elemek Apertúrarekesz Belépő pupilla Kilépő pupilla Síkok Meridionális sík Szagittális sík

Ismeretek, amikre építünk Sugarak típusai Apertúrasugár Fősugár Referenciasugár Fősugár menti apertúrasugár Szerkesztéses módszerek Vékony rendszer Optikai tengellyel párhuzamos sugár Fókuszponton átmenő sugár Fősugár Vastag rendszer Weierstraß-szerkesztés

Ismeretek, amikre építünk Számításos módszerek Vékony rendszer Gauss összefüggés Vastag rendszer Paraxiális sugárátvezetés Abbe invariáns Trigonometrikus átvezetés Bessel módszer Térbeli sugárátvezetés

Képalkotási hibák Monokromatikus hibák Szférikus aberráció Képmezőhjlás Asztigmatizmus Koma Torzítás Színhibák Longitudinális színhiba Színnagyítás

Afokális rendszer http://mogi.bme.hu/tamop/muszaki_optika/ch06.html

Mélységélesség

Radiometria és fotometria A fény szót használják a látható tartományon kívül található optikai sugárzás megnevezésére is, azonban szigorú értelemben a fény a CIE fénymérő észlelő szerint súlyozott sugárzás. Tapasztalati tények alapján állítható, hogy a fénynyalábban energia áramlik, és ezen energia áramlásának irányát a fénysugarak iránya adja meg. A fényforrások által kisugárzott fény a látható összetevő mellett láthatatlan sugárzást is tartalmaz, így a teljes sugárzási energiának csak egy része a látható fény által szállított fényenergia.

Radiometria és fotometria Az optikai sugárzás a kb. 1 nm hullámhosszúságú röntgensugárzás és a kb. 1 mm hullámhosszúságú rádiósugárzás hullámtartománya közé eső elektromágneses sugárzás. Amennyiben e sugárzás teljes sugárzási energiája szerint értékelő mennyiségeket vizsgáljuk radiometriai mennyiségekről beszélünk, ha azonban a CIE fénymérő észlelő szerint értékelő mennyiségeket vizsgáljuk, akkor fotometriai mennyiségekről beszélünk.

Radiometria és fotometria Ha a fényforrások által kisugárzott fényben megjelenő energia terjedésének törvényeit vizsgáljuk, akkor azt a radiometria eszközeivel tesszük. Ha figyelembe vesszük azt, hogy az emberi szem a különböző spektrális összetételű, de azonos teljesítményű fényforrásokat másképpen érzékeli, akkor a jelenségeket a fotometria fogalmaival írjuk le, tehát a fotometriában a fény energetikai jellemzőinek meghatározásakor tekintetbe vesszük az emberi szem spektrális érzékenységét is, és a méréseket etalon fényforrásra vezetjük vissza. Tehát a radiometriai illetve a fotometriai mennyiségek között a kapcsolatot az emberi szem spektrális érzékenysége teremti meg.

Sugárzási teljesítmény - fényáram Ha valamely főnyaláb adott metszetén dt idő alatt dw e sugárzási energia, illetve dw v fényenergia áramlik át, akkor a teljesítmény jellegű sugárzási teljesítményt (energiaáramot), illetve a fényáramot tudjuk definiálni. dw Φ = v Φ v = e e dt A sugárzási teljesítmény mértékegysége a watt, a fényáramé a lumen. dw dt

Sugárerősség - fényerősség A sugárerősség a sugárforrást elhagyó, az adott irányt tartalmazó dω térszögben terjedő df e sugárzott teljesítmény és a dω térszög hányadosa. (egysége a W sr 1.) Fotometriai értelemben ezzel analóg mennyiség a fényerősség, amely a fényforrást elhagyó, az adott irányt tartalmazó dω térszögben terjedő df v fényáram és a dω térszög hányadosa. (egysége a candela=lumen sr 1 ) I e = d Φ d Ω e I v = d Φ v d Ω

Jellemző fényerősség értékek Néhány fényforrás fényerőssége [cd] viaszgyertya 1 petróleumlámpa 30 100 W-os kriptonizzó 120 W-os vetítőlámpa 2.000 30 A-es ívlámpa 8.200 mozigép vetítőlámpa 20.000

Candela A candela (cd) az SI-rendszer alapmértékegysége, és definíció szerint olyan fényforrás fényerőssége adott irányban, amely 540 1012 Hz frekvenciájú monokromatikus fényt bocsát ki, és sugárerőssége ebben az irányban 1/683 watt/szteradián, azaz a fekete sugárzó 1/600 000 cm 2 -nyi felületének fényerőssége a felületre merőleges irányban, a platina dermedési hőmérsékletén, 101 325 Pa nyomáson.

Sugársűrűség - fénysűrűség A sugársűrűséget adott irányban az I e sugárerősségnek és a ds felületelem látszólagos nagyságának, a ds cos ϑ vetületnek a hányadosa és mértékegysége W m 2 sr 1. A fénysűrűség, a fényforrás felületi fényessége vagy világossága adott irányban, az I v fényerősségnek és a ds felületelem látszólagos nagyságának, a ds cosϑ vetületének a hányadosa, mértékegysége a cd.m 2.

Fontosabb fényforrások fénysűrűsége Éjszakai égbolt 10-7 mcd/m 2 Hold 0,25 cd/m 2 Szürke égbolt 0,3 cd/m 2 Kék égbolt 1 cd/m 2 Gyertyafény 1 cd/m 2 Izzólámpa / matt / 5-40 cd/m 2 Napfény a láthatáron 600 cd/m 2 Napfény napközben 150 000 cd/m 2 Xenon-gáztöltésű lámpa 50 000-100 000 cd/m 2

Besugárzott teljesítmény - megvilágítás A besugárzott teljesítmény a felület egy adott pontján az oda beeső df e sugárzási teljesítmény és a felületelem ds területének a hányadosa, egysége a W m 2. A megvilágítás a felület egy adott pontján az oda beeső df v fényáram és a felületelem ds területének a hányadosa, egysége: lux = lm m 2. E e d e = Φ ds E v d = Φ v ds

Fontosabb megvilágítás értékek Napfény nyáron 100 000 lux Napfény télen 10 000 lux Átlagos nap nyáron 5 000-10 000 lux Átlagos nap télen 1 000-2 000 lux Telihold 0,2 lux Holdfogyatkozás éjjel 0,0003 lux

Az emberi munkavégzéssel kapcsolatos megvilágítás szintjeinek jellegzetes értékei 1500-2000 lux, nagyon erős megvilágítás 1000-1500 lux, erős megvilágítás 500-1000 lux, normál megvilágítás 200-500 lux, gyenge megvilágítás 50-200 lux, tájékozódó fény 1-50 lux, járásfény, járás-megvilágítás, vészvilágítás

Pontszerű fényforrás Azt a fény- vagy sugárforrást, melynek méretei a forrás és az érzékelő közötti távolsághoz képest kicsik, pontszerű forrásnak nevezzük. Az ilyen források fényét a geometriai optika egyenesekkel, a fénysugarakkal jellemzi. Ilyen forrásnak tekinthető a Nap, az ívfény, a fény szóródását biztosító, bura nélküli izzó. Pontszerű fényforrások alkalmazása esetén a fényforrás és a felület megvilágítási viszonyaira a távolságtörvény a jellemző, mely szerint pontszerű fényforrás esetén a fényforrás megvilágítása a felülettől való távolság négyzetével arányosan csökken.

Lambert sugárzó A pontszerű sugárzók kemény fényével ellentétben definiálhatók olyan források, amelyek lágy fényt sugároznak. Az ilyen típusú sugárzást nevezzük szórt vagy diffúz fénynek. Tulajdonsága, hogy az árnyékhatás jelentéktelen. Nem érvényesek rá a pontszerű fényforrások törvényszerűségei. Az ideálisan diffúz felületet az ún. Lambert-féle felület, amit a Lambert-féle koszinusztörvény jellemez. E törvény kimondja, hogy a visszaverő felület fényerőssége a felület normálisával bezárt szög koszinuszával arányos.

Sugárzási törvények Egy test emisszióképessége azt jelenti, hogy az terület- és időegységenként mennyi energiát sugároz ki. Ez a saját sugárzása, amely a test hőmérsékletétől és fizikai tulajdonságaitól függ. Emellett a testre más testek által kisugárzott energiamennyiség is sugárzódik, ezt nevezzük beeső sugárzásnak.

Planck-törvény A Planck törvény segítségével kiszámítható a sugárzás intenzitásának nagysága fekete test esetén, adott sugárzó testre vonatkozó abszolút hőmérséklet és a sugárzási hullámhossz esetén.

Wien-féle eltolási törvény Stefan-Boltzmann-törvény