Optikai elemek •
Optikai prizmák
• •
Tükrök Optikai lencsék
•
• •
Totálreflexiós prizmák Tükrözött prizmák Színbontó prizmák Prizma rendszerek
Egytagú lencsék Lencserendszerek
Síkpárhuzamos lemezek Optikai ékek Száloptikák
45 fokos prizma alkalmazása
Teljes képfordítás Porró prizmarendszerekkel
A penta-prizma
A Dowe-prizma
A sarok-prizma
Az optikai prizmák alkalmazásának szabályai
Merőleges be- és kilépést biztosítsunk A prizmán párhuzamos nyalábok (síkhullámfrontok) haladjanak át A totálreflexió biztosítása érdekében a totálreflexiós felületeket tartsuk szabadon és tisztán Ha a határszöghöz közel vagyunk (vagy átléptük), a felületet tükrözni kell Páros számú tükrözés - kisebb elfordulásra érzéketlen rendszer / páratlan számú tükrözés - a szögelfordulásra fokozottan érzékeny rendszer
Optikai elemek foglalása
Prizma foglalások
Dowe-prizma foglalása
Síküveg-lapok foglalása
Peremezési lehetőségek
Tükrök foglalása
Lencse foglalások
Kisméretű lencsék foglalása
Kisméretű lencsék foglalása
Nagyméretű lencsék foglalása
Lencserendszer foglalása
Lencserendszer foglalása
DAWN kamera
DAWN objektív
Optikai elemek foglalásának alapelvei
Az üvegből vagy kristályból készült, sérülékeny optikai elemeket mindig foglalatban szereljük be a műszerekbe A foglalat mind a 6 szabadságfok irányában rögzítse az elemet A befeszülés elkerülésére a megfogás egyik oldalon fix, a szemközti oldalon rugalmas legyen (papírlap, parafa, teflon, vagy rugó alkalmazása) A nagyobb elemeket három ponton, a kisebbeket élen vagy gyűrűn támasszuk meg A sarkokat hagyjuk szabadon A foglalat hőtágulási együtthatója legyen közel azonos a befoglalt elemével
Egyszerű optikai alaprendszerek Az egyszerű lencse Akromátok
Egyszerű lencsék alkalmazása
Ragasztott Légréses
Energia gyűjtés, továbbítás Megvilágító rendszerek Igénytelen leképezések Nagyítók
Kéttagú optikai rendszerek Tele Petzvál Retrofókusz
Szemüvegek
Aszférikus optikai elemek Fresnel lencsék Diffrakciós optikai elemek Gradiens indexű elemek
Egyszerű lencsék képalkotási hibái 1.
Akromátok Színhibára korrigált két tagú optikai elemek
Abbe-szám, törésmutató Alkalmazási területek
Akromatikus objektív Barlow lencse
Kis tárgyszögű leképezések Távcső objektívek Képfordítás Kollimátorok Kollektorok Rövid fókuszú kamerák Lézer nyalábtágítók
A longitudinális színhiba mellett a nyíláshiba is korrigálható Ragasztott vagy légréses kivitel Akromatizálási formulák
Kéttagú vékonyrendszer akromatizálása 1 1 1 f f1 f 2
1 1 f1 f 1 2
1 1 LchC f f f 1 1 2 2 2
1 2 f2 f11
Tripletek Háromtagú optikai rendszerek Elegendő szabadságfok a főbb aberrációk korrigálásához Nyíláshiba Kóma Képgörbűlet-asztigmatizmus Torzítás Színhibák
Önmagában viszonylag ritkán használják Több összetett rendszer alapját képezi
Összetett optikai rendszerek Leképező rendszerek, objektívek Vizuális Fotografikus
Képfordítók Okulárok
Átvetítő rendszerek, kondenzorok Prizmák tükrök
Távcsövek, nyalábtágítók Mikroszkópok Katadioptrikus rendszerek Szkennerek, infra optikai eszközök
Arányos szorzási tulajdonság A rádiuszok, távolságok konstanssal való szorzása Arányosan változik: A fókusztávolság Kép és tárgytávolság A kép és tárgy méret Szerkezeti hossz Geometriai optikai képhibák Az optikai úthossz különbségek A spot diagram és az MTF
Nem változik A nagyítás A kép és tárgyszög A fényerő (NA) Az elméleti határfelbontás (Airy korong)
Változik A rendszer tényleges felbontása
Szimmetria tulajdonságok -1 nagyítású, a rekeszre szimmetrikus rendszerek Kóma torzítás és színnagyítás mentesek Korrigálandó a nyíláshiba, az asztigmatizmus, a képgörbület, és a long. színhiba Aszimmetrikus esetben is használható
Field pos.: 1 2
Teleszkópikus rendszerek
Távcsövek (vizuális optika)
Szubjektív képmegítélés (a szem hibái és akkomodáció) Színhiba korrekció A kép közepe fontosabb Illeszteni kell a szem optikájához (pupilla távolság) Többnyire diffrakció korlátosak
Lézer nyalábtágítók
Nincs színhiba korrekció Kisebb képmező Nincs pupilla távolság Mindig diffrakció korlátos rendszer Rendívül alacsony hullámfront torzítás (l/4-l/20)
Afokális rendszerek Végtelenre korrigáltak Funkciójuk:
Szögnagyítás Irányzás, mérés (szállemez)
Alkotórészei
Objektív Képfordító Okulár
Aberrációk a teljes rendszerben Egyszerű teleszkópikus rendszerek
Galilei távcső Kepler távcső
Galilei vagy földi távcső Pozitív fókuszú objektív, negatív fókuszú okulár Egyenes állású kép Szerkezeti hossz: L=f1+f2 Nagyítás: N=f1/f2 Vizuálisan vignettálás Kisnagyítású, színházi látcső Lézer nyalábtágítók Nyíláshiba korrekció
Kepler vagy csillagászati távcső Pozitív fókuszú objektív, pozitív fókuszú okulár Fordított állású kép Képfordító
Szerkezeti hossz: L=f1+f2 N=f1/f2=c2/c1=Dp1/Dp2 A belépő pupilla az objektív Dp1 Kilépő pupilla illesztés Átmérő (fényhasznosítás) Pupillatávolság dp (betekintés)
Lézer nyalábtágítók Térszűrés
Dp1 Dp2
dp
Távcsőobjektívek Kis látószög, hosszú fókusz, diffrakció korlátos kép Többnyire egyszerű akromát Másodlagos spektrum Szferokromatizmus 3 tagú rendszerek Apochromat 3 szín Szuperakromát
Geodéziai távcsövek Nagy felbontás Kis méret Fókuszálás
Csillagászati távcsövek Hosszú fókusz (nagy nagyítás) Nagy átmérő (fénygyüjtőképesség) Parallaktikus felfogás Optikai hibák Geo. Képhibák (aszférikus felületek) Termikus deformációk Mechanikus deformációk Légköri hatások
Primer fókusz Newton távcső
Tükrös optikai rendszerek Cassegrain távcső Parabola főtükör Hiperbola segédtükör Fókusznyújtás
Gregory távcső Parabola főtükör Ellipszoid segédtükör Képfordítás
Katadioptrikus rendszerek Az objektív törő és visszaverő elemeket is tartalmaz Makszutov távcső Szférikus felületek Korrigált nyíláshiba
Schmidt kamera
Csillagászati távcsövek
Képfordítás, szállemezek Lencsés képfordítók
Szállemezek Irányzás, mérés Elhelyezés valós képhelyen
Vignettálás Szélső sugarak aberrációi Szerkezeti hossz
Mezőrekesz
Prizmás képfordítás
Gyártástechnológia
Porró prizmák Tetőél prizmák Abbe-König
Maratás Karcolás Fotó eljárás
Objektív
Belépő pupilla
Képfordító
Megvilágítás
Okulár
Kilépő pupilla
Okulárok
Tulajdonságok
Rövid fókusz (4-40mm) Nagy látószög (40-90°) Kis apertúra A rendszeren kívüli kilépő pupilla
Kóma, torzítás színnagyítás, képgörbület Vizuális eszköz
Torzítás 10% is lehet A képminőség középen jobb
Általános felépítés
Mezőlencse Szemlencse
Fordított ábrázolás
dp
Okulár típusok Huygens okulár Két sík-domború lencse Közbenső kép a lencsék között Látómező 30-36°
Ramsden okulár Két sík-domború lencse Közbenső kép az első lencsén Látómező 34-40°
Kellner okulár A szemlencse, vagy mindkét tag akromát Korrigált színhibák Orthoszkópikus okulár Színhiba kompenzáció Nagy látószög (60°)
Plössl okulár; Nagler okulár
Nagler okulár
Optikai elemek alkalmazása
A síkpárhuzamos lemez megdöntésével eltolódnak a rajta áthaladó nyalábok. Optikai mikrométerként alkalmazható.
A penta-tetőél prizmát fényképezőgépek képkeresőjében alkalmazzák Egyenes állású képet biztosít.
Az optikai ék az optikai tengelyre merőleges irányba tolja el a sugármenetet. Optikai mikrométerként alkalmazzák.
A lupe (okulár, képnagyító)
A lupe a legegyszerűbb optikai rendszer; egyik eleme maga az emberi szem. A lupe minden vizuális alkalmazású optikai műszerben megtalálható. A lupe látószög nagyító eszköz.
A lupe optikai működési elve
A lupe a közeli (fókusztávolságán belüli) tárgyról egyenes állású, virtuális, nagyított képet alkot. Ez a kép távolabb keletkezik a szemtől, mint ahol a tárgy van.
Elterjedt okulár típusok
Az objektívek
Az objektívek képalkotó (leképező) optikai elemek. Kialakításuk változatos. Csoportosítás:
Egytagú / többtagú Lencsés / tükrös
Alaklmazás szerint:
Fényképészeti objektívek Távcső objektívek Mikroszkóp objektívek Vetítő objektívek
Az objektívek jellemző adatai
A fókusztávolság, f [mm] A fényerő, D/f A képmező nagysága,
A látószög, a [ O ] A feloldás, [ vp/mm ] A képalkotási hibák
K [mm]
Torzítás Színhibák Stb.
Az átviteli függvény A korrigáltság
Zeiss gyártmányú mikro-chip levilágító-objektív sugármenete és foglalt képe
Nagy látószögű légi felvevő objektív
CCD kamera objektívje előtét-blendével
Optikai vizsgálatok
A kollimátorok alapelve
Fresnel-lencse
Mikro-lencse raszter
Folyamatosan változó törésmutatójú optikai szál lencse-hatása (GRIN-lencse)
Aszférikus (parabolikus) tükörfelület
Tórikus felület
A libellák felépítése
Szelencés libella működési elve és beszabályozása
Távcsöves műszerek
A katetométer Folyadék oszlop magasságának, illetve távoli tárgyak függőleges irányú mérésére alkalmazzák. Leolvasás: 0.1 mm Távcső: 8x nagyítás F1, F2 talpcsavarok D dobozlibella R csöveslibella M magassági skála E csúszka F a távcső élesre állító csavarja S1, S2 kengyel A kötőcsavar (az oszlopot rögzíti) B ellenrúgós paránycsavar az oszlop forgatásához Sp tükör
A futás- és irányvizsgáló műszer Távcső és kollimátor „a” tengelyszögének mérése illetve a távcső és a kollimátor párhuzamos tengelybe állítása A kollimátor hátsó szálkeresztjére célozunk; az a szög mérhető illetve 0-vá tehető
A futás- és irányvizsgáló műszer
Balra: Jobbra:
Távcső Kollimátor
Mindkét távcső tűrésezett, illesztett tengelypalásttal
Libellás szintezőműszer elvi felépítés (Fialovszky: Geodéziai műszerek) Fő részei: 1. Műszertalp 2. Állótengely 3. Műszerfelsőrész (alhidade) Részletesen: Lsz szintező libella La állótengely libella Ia a távcső irányvonala V-V állótengely H fekvőtengely Szv a szálkereszt állószála Szb szálkereszt fekvőszála ϑ szintező csavar
A teodolit elvi felépítése Fő részei: Műszertalp Állótengely Fekvőtengely Horizontális tengely (H-H) Vertikális tengely (V-V)
A műszertalp illeszkedése: kúpos tengely (1) kúpos persely (2)
A teodolit kivitelezett alakja A teodolit terep-műszer, ezért teljesen zárt kivitelben készül. A magassági és a vízszintes üvegkört ezért meg kell világítani (Fény bevetítő tükrök). Dobozba helyezéskor a távcsövet függőleges helyzetbe állítjuk.
Spektro-goniométerek
U K F T
műszertalp kollimátor Tr, Sp, J állítható rés mérőtávcső I szálkereszt O okulár tárgy-asztal, szintezhető, hármas kúpos tengelyrendszerrel
