Grundlegende Fakten über Lupen

Transkript

1 Grundlegende Fakten über Lupen Inhaltsverzeichnis Grundlegende Fakten über Lupen 2 1. Wählen Sie die passende Vergrößerungsstärke für Ihre Zwecke 2 2. Die Vergrößerungsstärke ändert sich mit den Anwendungsbedingungen 3 3. Speziallupen für spezielle Zwecke 4

2 Grundlegende Fakten über Lupen 1. Wählen Sie die passende Vergrößerungsstärke für Ihre Zwecke Dr. Zyun Koana Professor für Optik, Sophia University Professor Emeritus, the University of Tokyo Bei einem Vergrößerer bzw. einem Vergrößerungsglas, auch Lupe genannt, handelt es sich um eine Linse oder ein Linsensystem, welches ein vergrößertes virtuelles Bild eines Objekts erzeugen kann. Wird eine Lupe zwischen dem Objekt und dem Auge des Betrachters platziert, so kann der Betrachter winzige Details des Objekts überprüfen, indem er das vergrößerte Bild des Objekts betrachtet. Vergrößerungsgläser unterschiedlicher Vergrößerungsstärke (englisch: Magnifying Power) werden je nach Zweck, für den sie eingesetzt werden, hergestellt. Ein und dasselbe Objekt kann mittels einer Lupe mit höherer Vergrößerungsstärke in einem größeren Maßstab betrachtet werden. Lupen mit einer höheren Vergrößerungsstärke weisen jedoch die Nachteile eines kleiner Bildfelds und eines kürzeren Arbeitsabstands auf (z. B. der Abstand zwischen dem betrachteten Objekt und der Lupe); letzteres macht die Verwendung solcher Lupen weniger geeignet. Bei Lupen mit einer Vergrößerungsstärke von 2x bis 3x handelt es sich in der Regel um eine einfache Konvexlinse zu relativ niedrigen Kosten; Lupen mit hoher Vergrößerungsstärke bestehen aus 2 bis 5 Konvex- und Konkavlinsen aus unterschiedlichem optischem Glas, angepasst an ein aufwändiges optisches Design für die Korrektur von Abweichungen, und sind daher kostenaufwändiger. Für das Lesen von in kleiner Schrift geschriebenen Dokumenten sind Lupen von 2x bis 3x Vergrößerungsstärke geeignet, die folglich ein weiteres Bildfeld ermöglichen. Lupen mit einer Vergrößerungsstärke von 5x bis 7x sind hauptsächlich für den täglichen Gebrauch geeignet. Für die Überprüfung sehr kleiner Details wird eine Vergrößerungsstärke von 10x bis 15x empfohlen. Wenn Sie jedoch versuchen würden, mit einer 10x Vergrößerungsstärke-Lupe eine Zeitung zu lesen, müssten Sie die Lupe aufgrund des schmalen Bildfelds von einem Buchstaben zum anderen schieben, was zu Problemen bei der Erfassung des Satzzusammenhangs führen kann. Daher sollten Sie hierfür eine Lupe mit einer Vergrößerungsstärke wählen, die Ihren Bedürfnissen entspricht und sollten sich darüber bewusst sein, dass kostenaufwändigere Lupen mit einer hohen Vergrößerungsstärke keinesfalls universell einsetzbar sind. Dieses ist der erste grundlegende Aspekt bei der Auswahl von Lupen. Das Betrachten mit einer Vergrößerungsstärke von 20x oder höher wird in der Regel mittels eines Verbundmikroskops durchgeführt, welches aus einem Objektiv und einer Augenmuschel besteht, die sich in einem bestimmten Abstand zueinander befinden. Das Objektiv bildet ein vergrößertes, umgekehrtes, reelles Bild des betrachteten Objekts ab und die Augenmuschel, bei welcher es sich um einen besonderen Lupentyp handelt, vergrößert das reelle Bild noch weiter. Daher kann das Verbundmikroskop mit einem zweistufigen Verstärker verglichen werden, wohingegen es sich bei einer Lupe nur um eine einstufige Verstärkung handelt. Somit kann also das Verbundmikroskop mit einer sehr hohen Vergrößerungsstärke wie z. B. 100x bis 1000x arbeiten. Wird es mit einer niedrigen Vergrößerungsstärke von nur 20x bis 30x verwendet, bietet es ein breiteres Bildfeld und einen längeren Arbeitsabstand als eine Lupe mit derselben Vergrößerungsstärke. Das Verbundmikroskop weist jedoch auch Nachteile auf: es nimmt viel Platz ein und ist kostspielig, das zu prüfende Objekt muss auf den Mikroskopträger gelegt werden und das betrachtete, vergrößerte Bild ist seitenverkehrt. Hier werden die Vorteile einer 20x bis 30x-Lupe deutlich, denn diese ermöglicht das Betrachten des aufrechten (also nicht umgekehrten) Bildes jedes Teils eines größeren Objekts, das nicht auf den Mikroskopträger gelegt werden kann. Solche Lupen sind beispielsweise bei fotomechanischen Vorgängen unverzichtbar. Lupen mit hoher Vergrößerungsstärke verfügen jedoch über einen sehr kurzen Arbeitsabstand und zudem muss die optische Achse des Auge des Betrachters korrekt mit der der Lupe übereinstimmen. Diese Eigenschaft erfordert vom Benutzer des Mikroskops einige Erfahrung und eine falsche Anwendung solcher Lupen führt dazu, dass der Benutzer nicht deren gesamtes Leistungsspektrum nutzen kann. Es ist nochmals zu betonen, dass die Vergrößerungsstärke einer Lupe mit großer Sorgfalt auszuwählen ist und heutzutage bereits Vergrößerungsstärken von 2x bis 30x erhältlich sind.

3 2. Die Vergrößerungsstärke ändert sich mit den Anwendungsbedingungen Bislang wurde der Begriff Vergrößerungsstärke ohne genaue Erläuterung verwendet. Er unterscheidet sich vom Begriff der Vergrößerung des Bildes, also der physischen Eigenschaft, welche als Verhältnis der Seitenlänge des Bildes eines kleinen Objekts (das von einem optischen System einschließlich Lupe abgebildet wird) zur tatsächlichen Länge des Objekts selbst definiert ist. Die Vergrößerungsstärke bezieht sich auf das Zusammenspiel einer Lupe (oder eines Verbundmikroskops) und dem Auge des Betrachters. Sie ist als das Verhältnis des Blickwinkels des vergrößerten virtuellen Bildes eines kleinen Objekts zum Blickwinkel desselben Objekts definiert, der durch das Betrachten mit dem bloßen Auge auf eine Entfernung von ca. 250mm gegeben ist. Dies entspricht ungefähr dem Größenverhältnis der Länge des Bildes, das von der Retina des Auges in dem entsprechenden Fall gebildet wird. Wenn daher die Vergrößerungsstärke einer Lupe 7x ist, dann ist die Seitenlänge des durch die Lupe betrachteten Bildes 7-mal größer als die desselben Objekts, wenn dieses mit dem bloßen Auge in einem Abstand von 250mm betrachtet wird. In diesem Fall ist der Sichtbereich also 72 oder 49 mal vergrößert. Vergrößertes virtuelles Bild Lupe Objekt, das auf der Brennebene der Lupe platziert ist Auge Abb. 1 Normale Anwendungsbedingung Die Vergrößerungsstärke einer Lupe stellt keine Konstante dar, sondern variiert stets innerhalb eines bestimmten Bereichs, wobei bezüglich des Abstands zwischen der Lupe und dem Auge sowie auch bezüglich des Arbeitsabstands Variationen auftreten können. Daher kann dieser Wert nur dann definiert werden, wenn die Anwendungsbedingungen spezifiziert sind. Der Wert der Vergrößerungsstärke einer Lupe, welcher auf deren Gehäuse eingraviert bzw. im Katalog aufgeführt ist, stellt die sogenannte normale Vergrößerungsstärke dar: Dabei handelt es sich um die Vergrößerungsstärke unter der Bedingung, dass sich das betrachtete Objekt auf der Brennebene im Objektbereich der Lupe befindet. In diesem Fall werden die Lichtstrahlen, die von jedem Punkt des Objekts aus abgegeben werden, zueinander parallel, nachdem sie die Lupe passiert haben. Dies ist in Abb. 1 dargestellt. Daher wird das virtuelle Bild des Objekts in einem unbegrenzten Abstand vom Auge mit einer undefinierten Weite gebildet. Aus diesem Grund ist der Wert der Vergrößerung endlos, doch die Vergrößerungsstärke in diesem Fall, bzw. die normale Vergrößerungsstärke der Lupe, nimmt einen bestimmten Wert an, der durch folgende Formel exakt berechnet werden kann: normale Vergrößerungsstärke = 250 (mm) Brennweite der Lupe(mm) Diese Formel ist unabhängig vom Abstand zwischen Lupe und Auge. Aus obiger Formel lässt sich leicht ableiten, dass eine Lupe mit einer Brennweite von 25mm über eine normale M. P. von 10x verfügt und eine Lupe mit einer Brennweite von 50mm über eine normale Vergrößerungsstärke von 5x. Zudem lässt sich ableiten, dass die normale Vergrößerungsstärke einer schwachen Lupe mit einer Brennweite von 250mm bei 1.0x liegt, was bedeutet, dass die Verwendung einer solchen Lupe keine großen Vorteile mit sich bringt. Darüber hinaus bietet eine schwächere Lupe mit einer Brennweite von 300mm eine normale Vergrößerungsstärke von 0,83x, was bedeutet, dass die Größe des virtuellen Bilds, das betrachtet wird, kleiner ist als die Größe des Objekts, die man beim Betrachten mit bloßem Auge bei einem Abstand von 250mm wahrnimmt! Was die normale Vergrößerungsstärke betrifft, sind diese Ergebnisse absolut korrekt.

4 Vergrößertes virtuelles Bild Lupe Auge Objekt 250 mm Abb. 2 Effiziente Anwendungsbedingungen Die oben beschriebenen, normalen Anwendungsbedingungen sind für die Verwendung von regulären Lupen jedoch keinesfalls empfehlenswert. Die effektivste Methode ist, das Auge so nah wie möglich an die Lupe zu bringen und den Abstand zwischen dem Objekt und der Lupe so anzupassen, dass das virtuelle Bild in einem Abstand von 250mm vom Auge entfernt gebildet wird, wie in Abb. 2 dargestellt. Wenn das Auge mit der Lupe in Kontakt kommt, oder genauer gesagt, wenn der virtuelle Brennpunkt im Objektbereich des Auges mit dem virtuellen Brennpunkt im Bildbereich der Lupe übereinstimmt, wird das virtuelle Bild an der oben genannten Position gebildet und die Vergrößerungsstärke nimmt den maximalen Wert Vergrößerungsstärke max an, der durch folgende Formel ermittelt wird: Vergrößerungsstärke max = 1 + normale Vergrößerungsstärke In der Regel ist es nicht möglich, diese Bedingungen exakt umzusetzen; je näher das Auge jedoch an die Lupe gebracht wird, desto mehr nähert sich der Wert der Vergrößerungsstärke dem Wert an, der durch die obige Formel ermittelt wird. Daher beträgt die Vergrößerungsstärke einer 300mm-Lupe ungefähr (1 + 0,83) oder 1,83x und die einer 250mm-Lupe beträgt ca. (1 + 1,0) oder 2x. Dies bedeutet, dass die Vergrößerungsstärke einer Lupe stets größer als 1x ist., unabhängig davon, wie schwach sie ist, solange sie unter den oben genannten Bedingungen verwendet wird. Wenn eine Lupe mit mittlerer Stärke, mit einer normalen Vergrößerungsstärke von 5x oder 7x, unter den oben genannten Bedingungen verwendet wird, kann sie auch eine Vergrößerungsstärke von fast 6x oder 8x bieten. Um diese Bedingungen umzusetzen, halten Sie die Lupe mit einer Hand so nah wie möglich vor Ihr Auge und passen währenddessen die Position des betrachteten Objekts mit der anderen Hand an, bis das vergrößerte virtuelle Bild scharf gesehen wird. Dieses ist der zweite grundlegende Aspekt bei der Auswahl von Lupen. 3. Speziallupen für spezielle Zwecke Für spezifische Zwecke wurden verschiedene Arten von Speziallupen hergestellt, die über denselben normalen Vergrößerungsstärke-Wert wie reguläre Lupen verfügen, jedoch zusätzliche, außergewöhnliche Eigenschaften aufweisen. So ist beispielsweise die Anastigmat-Lupe 4x z. B., welche ein besonders weites und flaches Bildfeld bietet, für das Überprüfen feiner Details von 35mm-Mikrofilmnegativen oder für das Ansehen von Farbdias geeignet, da dabei weder das Objekt noch die Lupe versetzt werden müssen. Die Telezentrische Lupe 7x ist mit einer Glasskala ausgestattet, welche die Messung des Durchmessers eines dünnen Drahts oder einer kleinen Kugel ermöglicht, ohne dass dabei Fehler aufgrund von Parallaxen auftreten. Ohne eine Glasskala kann eine solche Lupe dafür eingesetzt werden, die abgelenkte Position einer Messnadel, welche sich auf einer leicht von der vorgege-

5 benen Skala abweichenden Ebene bewegt, genau zu ermitteln. Die Retrofokus-Lupe 7x ermöglicht durch ihren besonders langen Arbeitsabstand die Überprüfung des Bodens eines kleinen und tiefen Lochs oder die Ansicht der feinen Struktur von Elektroden in einem Vakuumröhre von einem Punkt außerhalb des Röhrenkolbens aus. Derzeit sind jedoch nur ein oder zwei Vergrößerungsstärke-Arten für solch Speziallupen erhältlich. Wünschen Sie eine Speziallupe mit einer anderen Vergrößerungsstärke, so kann der Hersteller diese gemäß Ihren Anforderungen entwickeln; die Kosten für eine solche Sonderanfertigung sind jedoch aufgrund der aufwendigen Designarbeit und erforderlichen Zeit für die Optik außerordentlich hoch. Diese Tatsache haben alle auf Bestellung gefertigten optischen Instrumente gemein und die einzige Möglichkeit, die Kosten zu reduzieren, ist, eine große Stückzahl ein- und desselben Produkts zu bestellen, indem die Aufträge von Personen, die an diesem Produkt interessiert sind, gesammelt werden. Dieses ist der dritte grundlegende Aspekt bei der Auswahl von Lupen.