Műszaki Optika
Szerzői jog © 2014 Dr. Ábrahám György, Dr. Wenzelné Gerőfy Klára, Dr. Antal Ákos, Dr. Kovács Gábor
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.
Dr. habil Ábrahám György (1. fejezet) egyetemi tanár, BME-MOGI
Dr. habil Wenzel Klára (4. fejezet és CIE szótár) egyetemi tanár
Dr. Antal Ákos (2., 3., 5., 6., 7. fejezetek ) egyetemi adjunktus, BME-MOGI
Dr. Kovács Gábor (2., 3. fejezetek ) tudományos munkatárs, BME-MOGI
Kézirat lezárva: 2014 február
Lektorálta: Dr. Kalló Péter
További közreműködő: Németh Zoltán
A kiadásért felel a(z): BME MOGI
Felelős szerkesztő: BME MOGI
ISBN 978-963-313-202-9
2015
Tartalom
- 1. A képalkotás alapjai
-
- 1.1. Fénytani alapismeretek
- 1.2. A geometriai optika alapjai
- 1.3. Valóságos lencsék számításai
- 1.4. Teleszkopikus rendszerek
- 1.5. Rekeszek
- 1.6. Képméret, képszög, fősugár
- 1.7. Optikai átviteli függvények
-
- 1.7.1. Elemi alakzatok képalkotása
- 1.7.2. Az optikai átviteli függvény rendszertechnikai származtatása
- 1.7.3. Az optikai átviteli függvények szemléletes magyarázata
- 1.7.4. Az apertúrafüggvény és kapcsolata az optikai átviteli függvénnyel
- 1.7.5. Aberrációmentes optikai rendszer átviteli függvénye
- 1.7.6. Sorba kapcsolt rendszerek átviteli függvénye
- 2. Radiometria – fotometria
-
- 2.1. A radiometria és a fotometria jelölésrendszere
- 2.2. Optikai sugárzás
- 2.3. A térszög
- 2.4. Radiometriai és fotometriai mennyiségek és egységek
- 2.5. A távolságtörvény
- 2.6. A Lambert-féle koszinusztörvény
- 2.7. Fotometriai és radiometriai mennyiségek mérése
- 2.8. A vizuális fotometria
- 2.9. Objektív fotometria
- 2.10. A hőhatás elvén működő sugárzásmérés
- 2.11. Sugárzásmérés a fényelektromos hatás elvén
- 2.12. A fotográfiai hatáson alapuló sugárzásmérés
- 2.13. Denzitometrálás
- 2.14. Izokromatikus, és heterokromatikus fotometrálás
- 2.15. Ellenőrző kérdések
- Felhasznált irodalom
- 3. Fényforrások
-
- 3.1. A fényforrások működését leíró alapfogalmak és törvények
- 3.2. A sugárzás fontosabb törvényei
- 3.3. A Planck-törvény
- 3.4. A Wien-törvény
- 3.5. Rayleigh–Jeans-törvény
- 3.6. A Stefan-Boltzmann-törvény
- 3.7. Nem abszolút fekete-test jellegű sugárzók
- 3.8. A Kirchhoff törvény
- 3.9. Fényforrások hatásfoka
- 3.10. Fénykibocsátás az abszolút fekete test sugárzása alapján
- 3.11. A Nap sugárzása
- 3.12. Izzólámpák
- 3.13. Elektromos kisülés gázokban
- 3.14. Gázkisülő lámpa
- 3.15. Nagyintenzitású ívlámpák
- 3.16. Ellenőrző kérdések
- Felhasznált irodalom
- 4. Színtan
-
- 4.1. Történeti áttekintés
- 4.2. Mit nevezünk színnek?
- 4.3. Az emberi szem; a színes látás
- 4.4. A színtévesztés
-
- 4.4.1. Mi a színtévesztés?
- 4.4.2. Genetikus háttér, a színtévesztés elterjedtsége
- 4.4.3. A színtévesztés optikai magyarázata
- 4.4.4. A színtévesztés típusai
- 4.4.5. A színlátás javításának elve
- 4.4.6. A színtévesztés mérése; a diagnózis
-
- 4.4.6.1. A pszeudoizokromatikus tesztek
- 4.4.6.2. Az anomaloszkóp
- 4.4.6.3. Új színlátás vizsgáló műszerünk: az Anomal Tester
- 4.4.6.4. Új színlátás vizsgáló tesztünk: a színlátás vizsgáló Atlasz
- 4.4.6.5. Tapasztalatok a színlátás-javító szemüvegekkel
- 4.4.6.6. A színlátás javító szemüveg viselésének hatása a színtévesztésre
- 4.5. A színek jellemzése
-
- 4.5.1. A színek spektrális jellemzése (MSz 9620)
-
- 4.5.1.1. A spektrális eloszlás és a spektrális sűrűség
- 4.5.1.2. A spektrális emisszió, a spektrális transzmisszió, a spektrális reflexió és a spektrális abszorpció
-
- 4.5.1.2.1. A spektrális emisszió, Φ(λ)
- 4.5.1.2.2. A spektrális transzmisszió, τ(λ)
- 4.5.1.2.3. A spektrális reflexió, ρ(λ)
- 4.5.1.2.4. A spektrális abszorpció, α(λ)
- 4.5.1.2.5. A spektrális emisszió, a spektrális transzmisszió és a spektrális reflexió összefüggése
- 4.5.1.2.6. A szín inger függvény (φ(λ))
- 4.5.2. A színek tristimulusos jellemzése
- 4.5.3. A színek pszichofizikai (köznapi) jellemzése
- 4.5.4. A színek fizikai jellemzése
- 4.6. A színkeverés
- 4.7. A kiegészítő színek
- 4.8. A metameria
- 4.9. Az RGB és a CMYK színrendszer
- 4.10. A gamut
- 4.11. A színmérő rendszerek
-
- 4.11.1. A CIE színmérő rendszer
-
- 4.11.1.1. A CIE RGB-színrendszer
- 4.11.1.2. A CIE xyY színrendszer
- 4.11.1.3. A CIE L*a*b* színrendszer
- 4.11.1.4. A 20°-os és a 100°-os CIE adatok
- 4.11.1.5. A normál színmérő észlelő
- 4.11.1.6. A spektrális fényhatásfok függvény
- 4.11.1.7. A Planck-féle fekete sugárzó („fekete test”)
- 4.11.1.8. A színhőmérséklet
- 4.11.1.9. A szabványos CIE fényforrások
- 4.11.1.10. A színvisszaadás
- 4.11.2. Színminta gyűjtemények és színminta alapú szín rendszerek
-
- 4.11.2.1. A Munsell színminta atlasz és színrendszer (1929)
- 4.11.2.2. Az NCS (Natural Color System) színrendszer (1979)
- 4.11.2.3. Az Ostwald színrendszer (1931)
- 4.11.2.4. A Coloroid színrendszer
- 4.11.2.5. A RAL színtervezési rendszer
- 4.11.2.6. Jean Bourges digitális színrendszere
- 4.11.2.7. A színminta gyűjtemények
- 4.12. A színmérés
-
- 4.12.1. A szín inger függvény
- 4.12.2. A színmérés elve és műszerei
- 4.12.3. A felületek reflexiójának térbeli eloszlása
- 4.12.4. A látómező látószöge
- 4.12.5. Színmérési módszerek
- 4.13. Az emberi színlátás modellezésén alapuló színrendszerek
- 4.14. Ajánlott irodalom
- 5. Interferometria
-
- 5.1. Bevezető gondolatok
- 5.2. Történeti előzmények
- 5.3. A fény terjedési sebességének kérdése
- 5.4. Hullámtani alapfogalmak
- 5.5. A periodikus mozgás
- 5.6. Egyszerű harmonikus rezgőmozgás
- 5.7. Transzverzális hullámok
- 5.8. Amplitúdó és intenzitás
- 5.9. Frekvencia és hullámhossz
- 5.10. Fényinterferencia
- 5.11. A szuperpozíció elve
- 5.12. Egyszerű harmonikus rezgőmozgások összeadása egy egyenes mentén
- 5.13. Lézer interferometria
- 5.14. Amplitúdóosztás. Michelson-interferométer
- 5.15. Ellenőrző kérdések
- Felhasznált irodalom
- 6. A távcső, mint látószögnövelő eszköz
-
- 6.1. A távcsövek csoportosítása
- 6.2. Történeti áttekintés
- 6.3. Tükrös távcsövek története
- 6.4. A Magyarországi csillagászati megfigyelések története
- 6.5. A lencsés távcsövek optikai rendszere
- 6.6. Tükrös-távcsövek
- 6.7. A Newton távcső
- 6.8. Cassegrain távcső
- 6.9. A Schmidt távcső (Schmidt kamera)
- 6.10. Maksutov távcsövek
- 6.11. Ellenőrző kérdések:
- Felhasznált irodalom
- 7. A mikroszkóp mint optikai rendszer
-
- 7.1. Bevezető fogalmak
-
- 7.1.1. A látószög növelése
- 7.1.2. A mikroszkóp és a mikroszkópos képalkotás
- 7.1.3. A mikroszkópos képalkotás értelmezésének eszköztára
- 7.1.4. A mikroszkóp, mint finommechanikai eszköz
- 7.1.5. A képrögzítés, megfigyelés és nagyítás
- 7.1.6. Válogatott fejezetek a mikroszkópia történetéből
- 7.1.7. A mikroszkópos észlelés alapfogalmai
- 7.1.8. A szem felbontóképessége
- 7.1.9. A térlátás
- 7.1.10. A kép tulajdonságai
- 7.1.11. A kép világossága és kontrasztossága
- 7.1.12. Numerikus apertúra
- 7.1.13. A mélységélesség
- 7.1.14. A kép nagyítása
- 7.1.15. A kép látómezeje
- 7.1.16. Felbontóképesség
- 7.2. Az egyszerű és összetett mikroszkóp felépítése és megvilágítása
- 7.3. A mikroszkóp képalkotást végző optikai rendszerei
-
- 7.3.1. A mikroszkopizálás során alkalmazott optikai rendszerek és tulajdonságaik
- 7.3.2. A mikroszkópok legfontosabb képalkotó optikai rendszerei
- 7.3.3. Az objektív
- 7.3.4. A mikroszkóp objektívek képalkotási hibái
- 7.3.5. Akromátok
- 7.3.6. Apokromátok
- 7.3.7. Speciális objektívek
- 7.3.8. Okulárok
- 7.3.9. A főbb okulártípusok
- 7.3.10. Speciális okulárok
- 7.3.11. Az okulárok szerkezeti kialakítása
- 7.3.12. Kondenzorok
- 7.4. Ellenőrző kérdések
- Felhasznált irodalom
- A. CIE szótár
Az ábrák listája
- 1.1. Spektrumszínek és spektrumvonalak
- 1.2. Az optikában használatos anyagok a törésmutató és az Abbe-szám függvényében
- 1.3. Képalkotás a Fermat-elv alapján
- 1.4. Fénytörés két közeg határán
- 1.5. A totálreflexió
- 1.6. Az optikai szál működési elve
- 1.7. A síkpárhuzamos lemez
- 1.8. Gömbfelület képalkotása
- 1.9. Vázlat a Lagrange-féle invariánshoz
- 1.10. A fősíkok és a főpontok szerkesztése
- 1.11. A csomópontok származtatása
- 1.12. Vázlat a csomópontok helyének számításához
- 1.13. Vázlat a Newton-formulához
- 1.14. Vázlat a vékonylencse számításhoz
- 1.15. A lineáris nagyítás számítása
- 1.16. A szögnagyítás számítása
- 1.17. Vázlat az eredő gyújtótávolság számításához
- 1.18. Vastag lencse
- 1.19. Vázlat a vastag lencse fősíkjainak számításához
- 1.20. A Kepler-távcső
- 1.21. A Galilei-távcső
- 1.22. Az apertúrarekesz
- 1.23. Elemi alakzatok szórásképei
- 1.24. Az optikai átviteli függvény, mint a rendszertani átviteli függvény analógiája
- 1.25. A csíkos tárgy képalkotása.
- 1.26. A modulációs átviteli függvény és a fázisátviteli függvény
- 1.27. A hullámaberráció értelmezése
- 1.28. Aberrációmentes rendszer átviteli függvényének szemléltetése
- 1.29. Aberrációmentes rendszer átviteli függvénye
- 1.30. Aberrációval terhelt és aberrációmentes rendszerek átviteli függvényei a rekeszelés függvényében
- 2.1. A szem érzékenységi görbéi [2.4.]
- 2.2. A térszög értelmezése
- 2.3. A Lambert-féle koszinusztörvény [2.4.]
- 2.4. Az áteresztési, visszaverési és elnyelési tényező értelmezése
- 2.5. A fotográfiai réteg jelleggörbéje [2.4.]
- 3.1. A Planck-törvény grafikus ábrázolása
- 3.2. A Wien-féle eltolási törvény szemléltetése
- 3.3. A Wien-féle eltolási törvény ábrázolása
- 3.4. Rayleigh–Jeans-törvény és a Wien-törvény
- 3.5. Különböző hőmérsékletű abszolút fekete test sugárzási görbéi
- 3.6. A Nap sugárzásának spektrális eloszlása m=0 a légkörön kívül; m=1 a Föld felszínén; a merőleges beesésnél; m=2 Nap állása 60°; m=3 Nap állása 70°
- 3.7. Különböző hőmérsékletű volfrámszálak kibocsátó képessége
- 3.8. Különböző hőmérsékletű volfrámszálak spektrális felületi fénysűrűsége
- 3.9. 2,5 kW teljesítményű higany-xenon ív fényességeloszlása
- 3.10. Nagynyomású higanyívlámpa spektrális eloszlása
- 4.1. A spektrum
- 4.2. Az emberi szem metszete
- 4.3. Egy pálcika és egy csap metszete
- 4.4. A retina metszete
- 4.5. A vörösre, zöldre és kékre érzékeny csapok elhelyezkedése a retinán
- 4.6. A csapok és a pálcikák 1 mm2-re jutó száma a retinán
- 4.7. A szem látómezeje
- 4.8. Marks, Dobelle és Mc Nichol 1964-ben publikált mérési eredményei
- 4.9. A Marks által kiértékelt mérési eredmények
- 4.10. Szín kontraszt és világosság kontraszt jelenség
- 4.11. A színtévesztés gyakorisága a férfiak között
- 4.12. A vörös-, zöld- és kék-érzékeny csapok spektrális érzékenysége
- 4.13. A színérzékelő receptorok spektrális eltolódásai
- 4.14. Protanomália
- 4.15. Deuteranomália
- 4.16. A színlátás javításának elve
- 4.17. Az optimalizálás elve a színlátás javító szemüveg tervezésénél
- 4.18. A pszeudo-izokromatikus tesztábra
- 4.19. Heidelbergi anomaloszkóp és látómezeje
- 4.20. Az anomaloszkópi mérés kiértékelése
- 4.21. Az Anomal Tester
- 4.22. Az Anomal Tester LED-jeinek spektruma
- 4.23. A színlátás vizsgáló Atlasz 3 sorozatának kezdő ábrája
- 4.24. Az elektromágneses sugárzás tartományai
- 4.25. A spektrális eloszlás függvény
- 4.26. Egy optikailag átlátszó réteg a fényt részben reflektálja, részben átbocsátja, és részben szórja
- 4.27. A Nap spektrális energia eloszlása
- 4.28. A transzmissziós tényező
- 4.29. Színes felületek spektrális reflexiója
- 4.30. A színinger kialakulása
- 4.31. Vörös, zöld és kék alapszín additív keveréke
- 4.32. Világos telített és sötét telített zöld szín spektruma
- 4.33. Világos telítetlen és sötét telítetlen zöld szín spektruma
- 4.34. Világos és sötét telített piros szín spektruma
- 4.35. Egyenlő energiájú szürke színek
- 4.36. Az additív színkeverés alapszínei
- 4.37. A színkeverés színháromszöge
- 4.38. A színinger kialakulása
- 4.39. A szubtraktív színkeverés alapszínei
- 4.40. Az additív alapszínek
- 4.41. Az additív alapszínek additív keverése szubtraktív alapszíneket eredményez
- 4.42. A szubtraktív alapszínek szubtraktív keverékei éppen az additív alapszíneket eredményezik
- 4.43. Kiegészítő színek
- 4.44. Kiegészítő színek a CIE színezeti háromszögben
- 4.45. A színes monitoron megjeleníthető színek
- 4.46. Ideális additív és szubtraktív alapszínek spektrális eloszlása
- 4.47. CRT (képcsöves) színes monitor fényének spektrális energia eloszlása
- 4.48. Szubtraktív alapszínek színpontjai
- 4.49. Egy színes nyomtató C, M és Y alapszínének és azok szubtraktív keverésével létrehozott R, G és B színének színpontja
- 4.50. Színegyeztetési kísérletek eltűnő éles látómezőben
- 4.51. A CIE RGB színmegfeleltető függvények
- 4.52. Az R, G és B alapszínek színterének ábrázolása
- 4.53. A befoglaló háromszög
- 4.54. A CIE X, Y és Z alapszín ingerek színterének ábrázolása
- 4.55. A CIE színmegfeleltető függvények
- 4.56. A CIE színezeti diagram vagy CIE színháromszög (népszerű nevén „papucsdiagram”).
- 4.57. A MacAdam ellipszisek
- 4.58. A CIE L*a*b* színrendszer
- 4.59. A spektrális fényhatásfok függvény
- 4.60. A Planck sugárzó
- 4.61. A Planck sugárzó spektrális energia eloszlása
- 4.62. A Planck sugárzó vonala a papucs diagramban
- 4.63. A korrelált színhőmérséklet vonalai
- 4.64. Az etalon színminták színpontjai
- 4.65. A színvisszaadási index számítási módszere
- 4.66. A Munsell-színkör 10 alapszíne
- 4.67. A Munsell alapszínek jelei
- 4.68. Egy szabályos hengeres szín-test
- 4.69. Reálisan megvalósítható színek háromdimenziós képe
- 4.70. Az NCS színkör
- 4.71. Az NCS Színatlasz egyik lapja
- 4.72. Ostwald színköre. A szemben elhelyezkedő színek kiegészítő színek.
- 4.73. Ostwald Szín-Atlaszának egyik lapja
- 4.74. Ostwald színkörének alapszínei a CIE színezeti diagramban
- 4.75. Harmonikus színhármasok
- 4.76. Négyes színharmóniák
- 4.77. A COLOROID színrendszer színköre
- 4.78. A COLOROID alapszínek jellemző hullámhossza a CIE színezeti diagramban
- 4.79. A COLOROID alapszínek színkoordinátái a CIE színezeti diagramban
- 4.80. A COLOROID színtest
- 4.81. A RAL színtest
- 4.82. A RAL színkör egy színsíkkal
- 4.83. RAL színkártyák
- 4.84. Jean Burges színköre
- 4.85. Jean Burges színrendszerének alapszínei a CIE színezeti diagramban
- 4.86. Színárnyalatok 10-10 fokozatban
- 4.87. Felületek reflexiójának típusai
- 4.88. A CIE szabványos mérési geometriák
- 4.89. Diffúzor gömb
- 4.90. A GretagMachbeth Color Box
- 4.91. DATACOLOR Handy spektrofotométer, 2000
- 4.92. Az AVANTES spektrofotométer és színmérő műszer optikai vázlata
- 4.93. Konica-Minolta 2600 CM-2600d színmérő műszer
- 4.94. A BME Finommechanikai, Optikai Tanszékén (ma: MOGI Tanszék) kifejlesztett kétcsatornás tristimulusos színmérő műszer
- 4.95. A protos, a deuteros és a tritos spektrális érzékenysége
- 4.96. A színezeti diagram a PDT színrendszerben
- 4.97. Az intenzitásra normált csatorna függvény alakja, ezek az organikus színrendszer színkoordinátái
- 4.98. Az organikus színrendszer
- 4.99. Az OCS színtest
- 5.1. Pierre de Fermat (1601 – 1665)
- 5.2. Leonhard Euler (1707 – 1783)
- 5.3. Michael Faraday (1791 – 1867)
- 5.4. James Clerk Maxwell (1831 – 1879)
- 5.5. Albert Abraham Michelson (1852 – 1931) [5.11.]
- 5.6. Frits Zernike (1888 – 1966) [5.10.]
- 5.7. A Michelson interferométer
- 6.1. A Kepler-típusú távcső és sugármenete
- 6.2. A Galilei-típusú távcső és sugármenete
- 6.3. A terresztikus távcső és sugármenete
- 6.4. Lencsés képfordító rendszer
- 6.5. Prizmás képfordító rendszer
- 6.6. A mezőlencse szerepe
- 6.7. A Newton távcső
- 6.8. Cassegrain távcső
- 6.9. A Schmidt távcső
- 6.10. A Makszutov távcső
- 7.1. A látószög értelmezése
- 7.2. A mikroszkópizálás történetének meghatározó alakjai
- 7.3. A mikroszkópizálás történetének meghatározó alakjai
- 7.4. Az egyszerű mikroszkóp
- 7.5. Az összetett mikroszkóp
- 7.6. A Köhler-féle megvilágítás
- 7.7. A Köhler-féle megvilágítás vázlata
- 7.8. Objektív tartó revolver
- 7.9. A longitudinális és a transzverzális színhiba szemléltetése
- 7.10. Fedorow-asztal
- 7.11. Ramsden-okulár
- 7.12. A Huygens okulár
- 7.13. Egy szerelt mikroszkóp okulár
A táblázatok listája
- 1.1. A fény terjedési sebessége különböző anyagokban
- 1.2. Optikai üveg adatok
- 1.3. Optikai kristály adatok
- 2.1. Néhány fényforrás fényerőssége
- 2.2. Fontosabb fényforrások fénysűrűsége
- 2.3. Fontosabb megvilágítás értékek
- 2.4. Az emberi munkavégzéssel kapcsolatos megvilágítás szintjeinek jellegzetes értékei
- 2.5. A fontosabb radiometriai és fotometriai mennyiségek [2.4.]
- 6.1. A Cassegrain-rendszerek főé és segédtükteinek típusai