Jármű optika
		Előre

Jármű optika

Dr. Ábrahám, György

Dr. Kovács, Gábor

Dr. Antal, Ákos

Németh, Zoltán

Veres, Ádám László

A tananyag a TÁMOP-4.1.2.A/1-11/1-2011-0042 azonosító számú „ Mechatronikai mérnök MSc tananyagfejlesztés ” projekt keretében készült. A tananyagfejlesztés az Európai Unió támogatásával és az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.

Kézirat lezárva: 2014 március

Lektorálta: Dr. Wenzelné Gerőfy Klára

A kiadásért felel a(z): BME MOGI

Felelős szerkesztő: BME MOGI

ISBN 978-963-313-144-2

2014

Tartalom

1. Optikai alapfogalmak

2. Az emberi látással kapcsolatos alapismeretek

2.1. Az emberi szem

2.1.1. A szem optikai rendszere
2.1.2. A szem leképzési hibái
2.1.3. A retina felépítése és működése

2.2. A színlátás és világosságérzékelés folyamata

2.3. Látórendszerünk adaptációs mechanizmusai

2.3.1. Sötét és világos adaptáció

2.3.2. Színi adaptáció és más színlátást befolyásoló mechanizmusok

2.3.3. Az emberi látás működése különböző megvilágítási szintek mellett

2.3.3.1. A mezopos látás sajátosságai

2.3.3.2. Káprázás és vakítás

2.3.3.2.1. Káprázás fajtái, kapcsolatuk az autóvezetéssel
2.3.3.2.2. Vakítás jelensége, kapcsolata az autóvezetéssel

3. Világítástechnikai alapismeretek

3.1. A térszög

3.2. Optikai sugárzás

3.2.1. A fény kettős természete

3.3. Fotometriai és radiometriai mennyiségek

3.4. A távolságtörvény

3.5. A Lambert-féle koszinusztörvény

4. Fénytechnikai és világítástechnikai alapfogalmak és a fényforrások alapvető jellemzői

4.1. Fényhasznosítás
4.2. Élettartam
4.3. Spektrum vagy spektrális teljesítmény-eloszlás
4.4. Színhőmérséklet
4.5. Korrelált színhőmérséklet
4.6. Színvisszaadási index
4.7. Felfutási és újragyújtási idő
4.8. Sugárzási szög

5. Járművekben alkalmazott fényforrás típusok

5.1. Hagyományos izzólámpás és halogén fényforrások

5.2. Fémhalogén fényforrások

5.3. LED fényforrások

5.3.1. A világító diódák történelme és fejlődése

5.3.2. LED-es fényforrások megjelenése személygépjárművekben

5.3.3. A LED-ek működési elv

5.3.3.1. A LED-ek színképi függése

5.3.4. Fehér LED-ek

5.3.5. A diódák nyitófeszültsége és védelme

5.3.6. A fénykicsatolás módjai LED-eknél

5.3.7. LED fényforrások kialakítása, jellegzetes LED típusok

5.3.8. LED-ek világítástechnikai jellemzői, alkalmazásuk jellegzetességei

5.3.9. A LED-ek színezete (chromaticity)

5.3.10. LED-ek jellemzőinek hőmérséklet függése

5.3.10.1. Teljesítmény LED-es fényforrások hűtése

6. Személygépjármű lámpatestek - „látni és látszani”

6.1. Fényszóró világítások
6.2. Személygépjárművek egyéb világító és jelzőberendezései

7. Gépjárművek világító berendezéseire vonatkozó fontosabb jogszabályok és előírások

7.1. A gépjármű fényforrások és világító berendezések szabványos jelölései

Irodalomjegyzék

Az ábrák listája

1.1. Fénytörés két közeg határán
1.2. A totálreflexió
1.3. Egyetlen gömbfelület képalkotása
1.4. A fősíkok és a főpontok szerkesztése
1.5. A csomópontok származtatása
1.6. Vázlat a Newton-formulához
1.7. Vázlat a vékonylencse számításhoz
1.8. A lineáris nagyítás számítása
1.9. A szögnagyítás számítása
1.10. Vastag lencse eredője
1.11. Vastag lencse fókusza és fősíkjainak helye
1.12. Vázlat a vastag lencse fősíkjainak számításához
1.13. A Kepler-távcső
1.14. A Galilei-távcső
1.15. A modulációs átviteli függvény és a fázisátviteli függvény
2.1. Látható tartomány elhelyezkedése az elektromágneses sugárzás spektrumán
2.2. Az emberi szem felépítése
2.3. Miopia és hiperopia
2.4. Kromatikus aberráció a szemben
2.5. A retina felépítése
2.6. A fotoreceptor sejtek felépítése
2.7. Csapok és pálcikák eloszlása a retinán
2.8. Csapok és pálcikák spektrális érzékenysége
2.9. Csapok alkotta retinális receptor mezők felépítése (On-centrum)
2.10. On- és Off- centrum típusú receptor mezők működése
2.11. ipRGC típusú ganglion sejtek jelképzése
2.12. Melatonin szint és a cirkádián ritmus
2.13. ipRGC ganglion sejtek spektrális érzékenysége
2.14. Opponens jelek képzése a retinán
2.15. Hermann rács és a laterális gátlás
2.16. Vörös-zöld opponens jel kialakulása
2.17. Sötét adaptációs görbék
2.18. Küszöbérték növekménymérése
2.19. A világos adaptáció küszöbérték növekmény karakterisztikája
2.20. A világos adaptációs görbe finomszerkezete (Pálcikák esetén)
2.21. Napsugárzás változása a nap folyamán
2.22. Ekvienergikus környezetre adaptált csap érzékenységi görbék
2.23. Az Abney effektus szemléltetése
2.24. Purkinje effektus
2.25. Láthatósági görbék, a nappali látás V(λ) - és az éjszakai látás V‘(λ) - görbe hullámhossz függése
2.26. Mezopos fényhatásfok görbék eltérő fénysűrűség szinteken Walters és Wright mérései alapján
2.27. Mezopos fényhatásfok görbék eltérő m arányossági tényezőkre (Goodman 2012.)
2.28. Azonos zavaró káprázáshoz tartozó vertikális megvilágítás fiatal és idősebb gépkocsivezető, valamint halogén izzólámpa és Xe-lámpa esetén
2.29. Káprázás alagútban
2.30. Polarizált szemüveg használata
3.1. A térszög szemléltetése
3.2. Az optikai sugárzás az emberi szem által érzékelhető része
3.3. Az optikai sugárzások energiája [28.]
3.4. Sugársűrűség szemléltetése
3.5. Besugárzott teljesítmény szemléltetése
3.6. A távolságtörvény
3.7. A Lambert-féle koszinusztörvény
4.1. Kiégési jelleggörbe izzólámpa esetén
4.2. Fényforrások spektrumai
4.3. Csillagok spektrumai
4.4. Különböző termikus sugárzó karakterisztikák
4.5. CIE xy színezeti diagram és a Planck-sugárzók vonala
4.6. Félérték-szög szemléltetése
5.1. Fényforrások csoportosítása
5.2. G-6 izzó indexlámpába és beltéri világításra, S-8 tolatólámpába és féklámpába
5.3. A hagyományos izzólámpa energiafolyama
5.4. Izzólámpa működési karakterisztikái
5.5. Kék színszűrővel ellátott halogén izzó
5.6. Spirálozott volfrám szál
5.7. Halogén körfolyamat
5.8. Különböző halogén jármű fényforrások (H7 fényszóró, 5008 tolatólámpa, H1 fényszóró)
5.9. Bilux halogén izzó
5.10. Fémhalogén komponensek jellemző emissziós formái
5.11. Fémhalogén lámpák spektrális teljesítmény eloszlásai
5.12. Az első HÍD fényszórók Európában és Amerikában
5.13. A gerjesztett xenon emissziós spektruma
5.14. Különböző fémhalogén fényforrás kialakítások
5.15. Fémhalogén lámpa bevonatos burával (balra) és egy PAR változat
5.16. Különbség a fényterítésben a halogén és a xenon között [12.]
5.17. Izzólámpa és ívkisülés összehasonlítása [12.]
5.18. Negatív ellenállás karakterisztika - az elektródák között a feszültség csökkenésével az áramerősség növekszik
5.19. Elektronikus előtét gépjárművekben
5.20. Dual-Xenon fényforrások működési elve
5.21. Bi-xenon és Dual-Xenon fényforrások működési elve
5.22. Bi-Xenon fényszóró
5.23. A fényáram logaritmikus növekedése a gyártási év függvényében [29.]
5.24. Személygépkocsik LED-es jelzőlámpái és fényszórói
5.25. Az első LED-es féklámpa - Cadillac DeVille
5.26. Az első LED-es fényszóró – Lexus LS600
5.27. AUDI R8 2009 – Az első össz-LED technológiás személygépjármű
5.28. Világító diódás rekombináció sávképe
5.29. A közvetlen és közvetett sáv átmenet sematikus képe [30.]
5.30. Világító diódák spektrális teljesítmény-eloszlása [31.]
5.31. Fehér LED jellemző spektruma
5.32. RGB LED kialakítása és sugárzási spektruma [30.]
5.33. Fénysugár törése különböző közegek határán
5.34. Kilépési kúpok [31.]
5.35. Abszorbeáló GaAs és transzparens GaP kristály közötti különbség [32.]
5.36. Szelektíven növesztett AlGaAs, gallium-arzenid hordozón [8.]
5.37. Hagyományos furatszerelt LED felépítése
5.38. SMD LED-ek felépítése
5.39. Multichip LED
5.40. Chip on Board LED modulok
5.41. A bal oldali diagramon T_j=125°C, jobb oldalin I_F=1,5 [33.]
5.42. LED-ek fényhasznosításának fejlődése [32.]
5.43. ANSI színezeti négyszögek [34.]
5.44. A baloldal diagramon egy fehér LED, a jobb oldalin három színes LED fényintenzitás változása látható, a hőmérséklet növelés függvényében [32.]
5.45. Egy vörös LED spektrumának és színességi koordinátáinak eltolódása a hőmérséklet függvényében (ΔT=47°C, Δ(u,v)=0,007) [32.]
5.46. Miniatűr hűtőventillátor modellje
5.47. Alumínium hűtőborda profilok LED-ekhez
5.48. Processzorhűtőben lévő hővezető csövek
5.49. A hővezető cső működési elve
6.1. A gépjármű fényforrások típusainak és alkalmazási helyeinek összefoglalása [13.]
6.2. Fényszóró rendszerek optikák rendszer szerinti csoportosítása
6.3. Parabolikus reflektor működési elve – oldalnézet [12.]
6.4. Parabolikus fényszórók buráján kialakított tipikus optikai felületstruktúrák
6.5. Parabolikus reflektor fényterelése a bura lencséivel és prizmáival – felülnézet. [12.]
6.6. Effektív reflektor felület (elölnézet), és a tompított fényszóró fényeloszlása [12.]
6.7. Tipikus tompított fényeloszlás parabolikus fényszórók esetén – „isolux” diagramon [12.]
6.8. A vetítőlencsés fényszóró működési elve – oldalnézet
6.9. A vetítőlencsés fényszóró működési elve – felülnézet [13.]
6.10. A fényvisszaverő felület hasznos része sugárblokkolóval (elölnézet) és a tompított fény tipikus eloszlása [12.]
6.11. Tipikus tompított fényeloszlás DE fényszórók esetén – „isolux” diagramon [12.]
6.12. Az FF fényszóró hasznos, szegmensekre osztott fényvisszaverő felülete, és példa a fény eloszlására egy FF fényszóró buráján [12.]
6.13. oldalnézet és felülnézet – fénysugarak irányítása kizárólag a reflektor felületével [12.]
6.14. Tipikus tompított fényeloszlás FF fényszórók esetén – „isolux” diagramon [12.]
6.15. Sugárirány és fénykoncentráció a gyújtótérben – felülnézet) [12.]
6.16. A fényvisszaverő felület hasznos része sugárblokkolóval (elölnézet) és a tompított fény tipikus eloszlása [12.]
6.17. Super DE rendszer esetén a világos-sötét határ létrejötte – oldalnézet [12.]
6.18. Tipikus tompított fényeloszlás Super-DE fényszóró esetén – „isolux” diagramon [12.]
6.19. Modern fényszóró rendszer Super-DE fényszóróval
6.20. Karbidlámpák járművek világításához
6.21. Automata fényszóró és hátsólámpa gyújtás a Cadillac 1910 modelljében
6.22. 1934 Nash Ambassador – háromféle fényeloszlást biztosító fényszórók
6.23. Autotronic Eye rendszer 1954-ből
6.24. Aszimmetrikus tompított fényszóró tpikus fényeloszlása
6.25. Szabványosított sajtolt burás fényszóró
6.26. Szabványos sajtolt burás fényszórók dominanciája az amerikai piacon
6.27. Korai másodlagos takaróburás fényszórót alkalmazó modellek Európában
6.28. A Citroën DS európai (balra), és amerikai (jobbra) piacra szánt fényszóró kialakítása
6.29. Vertikális fényszóró kialakítású modellek az Egyesült Államokban
6.30. 1964-es Mercedes Benz 600-as európai (balra) és amerikai modellje
6.31. Átlós elrendezésű fényszóró dizájn Angliában, 1965-ben
6.32. Első szögletes fényszórók 1961-ből (Citroen Ami 6 és Ford Taunus)
6.33. Szögletes sajtolt burás fényszóró
6.34. A nagyobbik, 200 x 142 mm-es fényszórót alkalmazó modellek
6.35. A kisebbik fényszórók szabványos, vertikális és horizontális elrendezésben
6.36. Porsche 928-as előbukkanó fényszórókkal
6.37. Az első elrejthető fényszórójú gépjármű
6.38. DeSoto 1942-es modell, rejtett fényszórókkal
6.39. A „klasszikus” rejtett fényszórós modellek első képviselői
6.40. Rejtett (előbukkanó) fényszórók az európai és japán piacon
6.41. Cizeta Moroder V16 T – felnyitható fényszóró párok
6.42. 1963-as Corvette elektromotoros lámpatest mozgató rendszere [35.]
6.43. Az első takaróelemes fényszóró
6.44. Dodge Charger elforduló takarórácsokkal
6.45. Takarólemezes megoldások az amerikai autóipartól
6.46. Szelektív sárga fényszórók
6.47. Kanyarodás kanyarvilágítással és nélküle [12.]
6.48. Tatra 77a középső kanyarkövető fényszórója 1935-ből
6.49. Statikus és dinamikus kanyarkövető fényszóró
6.50. Statikus kanyarvilágítás fényeloszlása
6.51. Dinamikus kanyarvilágítás fényeloszlása [12.]
6.52. Gépjármű jelzőlámpa metszete [12.]
6.53. Szóró optikás jelzőlámpa működési elve [12.]
6.54. Fresnel-lencséket alkalmazó jelzőlámpa működési elve [12.]
6.55. Reflektor felületeket alkalmazó jelzőlámpa működési elve [12.]
6.56. P21/5W - Dupla funkciót megvalósító Bilux izzó
6.57. Cadillac 1938 Limuzin fehér vagy sárga színű ködlámpával felszerelve
6.58. Szelektív sárga ködlámpák - rossz időjárási viszonyok esetén kedvezőek
7.1. Gépjárműlámpák irányszögeire vonatkozó ECE és FMVSS előírások
7.2. EK alkatrésztípus jóváhagyási jel
7.3. ECE tanúsítási jel

A táblázatok listája

3.1. Jellegzetes fénysűrűség értékek
3.2. Jellegzetes megvilágítás értékek
3.3. A fontosabb radiometriai és fotometriai mennyiségek összefoglalása
4.1. A fényhasznosítás származtatása
4.2. Színhőmérsékleti csoportok
4.3. Fényforrások színhőmérsékletei
4.4. Színvisszaadás kategóriák és a színvisszaadási index számítása CIE Luv-ben
5.1. Gépjárművek fényszóróiban alkalmazott leggyakoribb halogén izzólámpa típusok összefoglalása
5.2. Gépjárművek fényszóróiban alkalmazott leggyakoribb fémhalogén típusok összefoglalása
5.3. Világító diódák emissziós maximuma, a világítás színe és dióda összetétele
5.4. LED-ek jellemző nyitófeszültség értékei
6.1. Gépjárművek egyéb lámpatesteiben alkalmazott leggyakoribb fényforrás típusok
7.1. A gépjárművek világítóberendezésekre vonatkozó, Magyarországon elfogadott ENSZ-EGB (ECE) előírások
7.2. A gépjárművek világítóberendezésekre vonatkozó további releváns előírások
7.3. 6/1990. (IV. 12.) KöHÉM rendeletek vonatkozó követelményekei