Szkło powiększające

Klasyczna lupa do czytania

Szkło powiększające (z francuskiego lupa), zwany także szkło powiększające lub spalanie szkło , jest prosty wypukły zbieżne obiektyw o małej ogniskowej przy montażu i uchwytu lub urządzenia do konfigurowania. Jeśli obiekt znajduje się w obrębie ogniskowej , szkło powiększające tworzy pionowy wirtualny obraz obiektu. ${\ styl wyświetlania f}$

historia

Efekt powiększenia za pomocą wody był stosowany przez Senekę Starszego od I wieku . J. zajęty. Wynalezienie szkła powiększającego jako urządzenia optycznego przypisuje się arabskiemu uczonemu Abu Ali al-Hasan Ibn Al-Haitham (zlatynizowanemu Alhazenowi ) (XI wiek, tekst „ Skarb optyki ”). Minstrel Konrad von Würzburg skierował do Maryi Panny w XIII wieku następujące wersety: „Porównałem Cię do kryształu... Ma on sam w sobie wielki i potężny sposób, że chrzcielnica nigdy nie będzie tak mała, jej wygląd w ten sposób stałby się większy: gdyby ten kamień go zakrył i naruszył, gdyby ktoś ciął go cienko i chciał trzymać go na piśmie, zobaczyłby, że małe litery wydają się przez niego większe ”.

funkcjonalność

Szkło powiększające sprawia, że ​​obiekty wydają się większe, które znajdują się poza widzem między szkłem powiększającym a płaszczyzną ogniskowania (tj. w obrębie ogniskowej ). Ten efekt lupy wynika z jednej strony z tego, że można z nią zmieścić się na przedmiocie z krótszej odległości niż byłoby to możliwe okiem bystrym . Z drugiej strony szkło powiększające zapewnia powiększony wirtualny obraz. Drugi efekt jest również używany do określenia powiększenia ( patrz poniżej ).

Stosowany jako pomoc wizualna , kompensuje nadwzroczność (dalekowzroczność) lub starczowzroczność (starczowzroczność), ponieważ oko może pomieścić nieskończenie wiele za pomocą szkła powiększającego (często jest to postrzegane jako relaksujące przez osoby dotknięte chorobą). Użycie lupy, w której widz widzi powiększony wirtualny obraz, nie powinno być mylone z korekcją nadwzroczności lub starczowzroczności. Podczas korekcji stosowana soczewka jest również soczewką wypukłą, ale tutaj o znacznie większej ogniskowej lub o mniejszej sile refrakcyjnej („wartości dioptrii”) i nosi się ją bezpośrednio przed okiem jako okulary lub soczewki kontaktowe. Soczewka okularów lub soczewka kontaktowa tworzy układ soczewek lub jednostkę funkcjonalną z aparatem optycznym oka.

W przeciwieństwie do okularów, szkło powiększające nie musi być dostosowane do nadwzroczności lub starczowzroczności. Dlatego każda lupa do czytania może być zawsze używana jako prowizoryczne rozwiązanie na brakujące okulary lub soczewki kontaktowe. Krótkowzroczność (krótkowzroczność) nie może być skorygowana za pomocą lupy.

Budowa wirtualnego obrazu

Konstruowanie wirtualnego obrazu podczas patrzenia na obiekt (nazywany tutaj obiektem) przez szkło powiększające. (Wyjaśnienie patrz tekst)

Podczas konstruowania wirtualnego obrazu (patrz rys.) Używane są dwa promienie, które emanują z punktu na obiekcie (tu: od grotu strzałki obiektu): „Promień główny” - ten promień, który przechodzi przez środek soczewki idzie - nie doświadcza w przybliżeniu załamania. „Wiązka równoległa” (niebieska na ilustracji) staje się „wiązką ogniskową”, gdy soczewka ulega załamaniu, tj. przechodzi przez ognisko. Widz, który na ilustracji znajduje się po prawej stronie obiektywu, zakłada, że ​​światło rozchodzi się w linii prostej. Dla niego światło wydaje się emanować z punktu, w którym przecinają się narysowane czerwone linie. Więc grot strzałki wirtualnego obrazu jest właśnie tam.

Obiekt musi znajdować się w obrębie ogniskowej ( ), aby można go było zobaczyć w powiększeniu przez szkło powiększające. Szkło powiększające jest idealnie trzymane, gdy jest ustawione na ostrość ( ). Promienie biegną wtedy równolegle. Obiekt wydaje się być nieskończenie daleko, a oko może wygodnie pomieścić się z dużej odległości . Powiększenie wynika ze stosunku kąta widzenia z pomocą wizualną i bez niej. Często jako wartość referencyjną wybierany jest wyraźny zakres wizualny . ${\ styl wyświetlania f}$${\ displaystyle s_ {1} \ leq f}$${\ styl wyświetlania s_ {1} = f}$

Rodzaje lup i powiązanych urządzeń

Kształty specjalne : Powyżej lupa na folię lub kartę kredytową ( soczewka Fresnela ), poniżej długopis z wbudowanym patyczkiem do czytania.

Oprócz specjalnych szkieł powiększających, takich jak pałeczki do czytania (lupa z bezpośrednim podparciem na materiale do czytania i powiększenie w jednym wymiarze), kamienie do czytania (również z podparciem bezpośrednim, ale z dwuwymiarowym powiększeniem), lupy pomiarowe takie jak B. liczniki nici , lupy zegarmistrzowskie , lupy , lupy ze złożonymi układami soczewek ( aplanaty , soczewki achromatyczne itp. ) , lupy kart kontrolnych ( soczewka Fresnela ) u. V . za. istnieją dwa podstawowe typy, różniące się głównie zastosowaniem:

Lupa do czytania

Lupy do czytania zwykle powiększają się od 2 do 6 razy. Kolejną cechą charakterystyczną jest ich stosunkowo duże pole widzenia ze względu na dużą średnicę obiektywu. To duże pole widzenia umożliwia uzyskanie dużej i zmiennej odległości między lupą do czytania a głową (oczami) przy stałej odległości między lupą do czytania a czytanym materiałem (obiektem). Czytanie jest zatem możliwe w wygodnej pozycji. Widzenie trójwymiarowe jest możliwe, jeśli odległość między soczewką do czytania a oczami jest wystarczająca i jeśli powiększenie jest małe.

Podczas gdy klasyczna lupa do czytania to duża soczewka z metalową ramką i uchwytem (pomyśl o typowym wyglądzie Sherlocka Holmesa ze szkłem powiększającym - pikantnie, zawsze używa lupy do czytania zamiast lupy szczegółowej), nowoczesne lupy do czytania są często podświetlane (lupy podświetlane), przekładki lub inne urządzenia.

Kamienie do czytania i pałeczki do czytania (te ostatnie powiększają się tylko w jednym wymiarze jako soczewka cylindryczna) są płaskie od spodu i są umieszczane bezpośrednio na materiale do czytania. Ustala to odległość między czytanym materiałem a zakrzywioną górną stroną, co jest efektywne dla szkła powiększającego i ręka nie może się trząść. Te kamienie do czytania są ciężkie w zależności od ich objętości.

Lupa do czytania: W przypadku lupy do czytania ognisko jest najwyraźniej oddalone dla ludzkiego oka (obiekty w płaszczyźnie ogniskowej nieskończone), co oznacza, że ​​widz widzi ostro lupę lub powiększoną treść

Lupa szczegółowa: nad zwykłym wzorem i poniżej jego praktycznego zastosowania. Ponieważ oko dostosowuje się do odległości podczas patrzenia na wirtualny obraz, możliwe i przydatne jest zbliżenie lupy bardzo blisko oka, co znacznie zwiększa pole widzenia.

Lupa szczegółowa

Lupa kombinowana: Osiem różnych powiększeń jest możliwe dzięki obróceniu dwóch poziomów: od 2 do 28 razy. Aby osiągnąć powiększenie 28x , potrzeba pięciu elementów w trzech grupach: dwie połączone achromatycznie soczewki dwusoczewkowe i jedna soczewka płasko-wypukła

Lupa szczegółowa ma typowe powiększenie od 5 do 15 razy - z bardzo dobrą jakością, trochę więcej. Obiektyw ma małą średnicę (około 1–3 cm), przez co pole widzenia jest bardzo małe.

Ta niewielka konstrukcja wymaga zupełnie innego sposobu pracy z lupą detali niż z lupą do czytania. Chociaż odległość między przedmiotem a lupą również jest tutaj ustalona, ​​staramy się uzyskać większe pole widzenia, zachowując bardzo małą odległość między lupą a okiem. Typowym przypadkiem jest lupa zegarmistrzowska , którą mocuje się przed okiem. Ale inne szczegółowe powiększenia (np. lupy do obserwacji przyrody skał i minerałów w terenie lub kwiatów i owadów w terenie) są dostarczane bezpośrednio do oka, aby umożliwić większe pole widzenia. Prawidłowe korzystanie z takich lup zwykle wymaga trochę wprawy, ponieważ zwykle nie jest się przyzwyczajonym do umieszczania obiektów bezpośrednio przed okiem.

Widzenie trójwymiarowe nie jest tutaj możliwe. W tym miejscu jednak nawiązuje się do szkieł powiększających lub specjalnych i odpowiednio drogich dwuokularowych szkieł powiększających.

Pomiar / obliczanie ogniskowej

Bezpośredni pomiar ogniskowej lupy nad obrazem okna w pomieszczeniu: Obiekty znajdujące się daleko (tu: domy) stają się ostre, gdy obiektyw znajduje się w pewnej odległości swojej ogniskowej od powierzchni projekcyjnej.

Ogniskowa lupy determinuje jej powiększenie i dlatego jest jej najważniejszym parametrem. W celu obliczenia powiększenia (patrz niżej) musi być zatem znana ogniskowa.

W świetle słonecznym długość ogniskowej można określić z wystarczającą dokładnością do codziennego użytku, używając szkła powiększającego, aby zminimalizować okrągłą plamkę światła, którą tworzy podczas obrazowania na kartce papieru i mierząc odległość między szkłem powiększającym a papierem. Ta odległość odpowiada ogniskowej. Jeśli światło słoneczne nie jest dostępne, ogniskową można również zmierzyć za pomocą (rzeczywistego, odwróconego) obrazu odległych obiektów, na przykład za pomocą obrazu okna w pomieszczeniu (patrz po prawej).

Inną czystą metodą pomiarową jest wyznaczanie ogniskowej za pomocą autokolimacji .

Ogniskową można dokładnie obliczyć (przy założeniu odpowiednio dobrego pomiaru) kilkoma metodami:

• z równaniem odwzorowania Newtona (można to wyprowadzić z równania soczewki )
• z metodą Bessela
• z metodą Abbe

Wyznaczanie powiększenia

(Ilościowe) powiększenie szkła powiększającego podaje się jako wartość referencyjną w stosunku do oglądania z jasnego zakresu widzenia (zwanego również standardowym zakresem widzenia ) .${\ displaystyle s_ {0} = 250 {\ mb {\, mm}}}$

Górna część: oglądanie obiektu (strzałka pionowa) bez lupy. Promienie (niebieskie) z czubka i podstawy przedmiotu (tego ostatniego nie pokazano) padają w oko pod kątem (phi). Odległość tutaj nie może być mniejsza niż bliski punkt obserwatora. Dolna część: oglądanie tego samego obiektu przez lupę (pionowa podwójna strzałka). Odległość między przedmiotem a lupą odpowiada ogniskowej (obiekt mógłby też być przybliżony do lupy - wtedy promienie wychodzące z lupy nie byłyby równoległe). W przypadku pokazanych promieni równoległych widz widzi wirtualny obraz jako nieskończenie odległy. Kąt jest większy z lupą niż bez. To właśnie powoduje efekt powiększania szkła powiększającego ( patrz poniżej ). Efekt powiększenia (kąt ) jest całkowicie niezależny od odległości między widzem a lupą.${\ styl wyświetlania \ varphi}$${\ styl wyświetlania d}$
${\ styl wyświetlania f}$${\ styl wyświetlania \ varphi}$${\ styl wyświetlania \ varphi}$

Obiekt pojawia się w tej odległości pod kątem (nazwanym na sąsiednim rysunku ; dodatkowo wyraźny zasięg wizualny na rysunku odpowiada odległości ): ${\ styl wyświetlania \ alfa}$${\ styl wyświetlania \ varphi _ {0}}$${\ styl wyświetlania d}$

${\ displaystyle \ tan \ alfa = {\ frac {G} {s_ {0}}}}$

gdzie : rozmiar obiektu (rozmiar obiektu) w mm${\ styl wyświetlania G}$

Oko jest zrelaksowane, gdy mieści się z dużej odległości. Tak jest w przypadku dużego zakresu obrazu . Zwiększa się, gdy odległość obiektu zbliża się do ogniskowej szkła powiększającego. ${\ styl wyświetlania s_ {2}}$${\ styl wyświetlania s_ {1}}$ ${\ styl wyświetlania f}$

W przypadku granicznym powiększony obraz pojawia się pod kątem (oznaczonym na rysunku ): ${\ styl wyświetlania s_ {1} = f}$${\ styl wyświetlania \ alfa _ {v}}$${\ styl wyświetlania \ varphi}$

${\ displaystyle \ tan \ alfa _ {v} = {\ frac {B} {s_ {2}}} = {\ frac {G} {f}}}$

W przypadku rozszerzenia następuje: ${\ styl wyświetlania V}$

${\ displaystyle v = {\ frac {\ tan \ alfa _ {v}} {\ tan \ alfa}} = {\ frac {\ frac {g} {f}} {\ frac {g} {s_ {0} }}} = {\ frac {s_ {0}} {f}} = {\ frac {250 {\ rm {\, mm}}} {f}}}$

Obliczenie to zakłada, że ​​oko jest zrelaksowane, tj. H. jest nieskończenie przystosowany. Nie ma wtedy wirtualnego obrazu. Jeśli jednak wytężysz oko, możesz praktycznie zbliżyć przedmiot do lupy, tak aby wirtualny obraz powstał w odległości minimalnego zasięgu widzenia danego oka. Szkło powiększające musi znajdować się blisko oka, moc refrakcyjna szkła powiększającego i oka blisko adekwatnego sumuje się, a powiększenie wynosi: ${\ displaystyle f _ {\ rm {nah}}}$

${\ displaystyle v '= {\ frac {s_ {0}} {f}} + {\ frac {s_ {0}} {f _ {\ rm {nah}}}} = s_ {0} {\ frac { f + f _ {\ rm {nah}}} {f \ cdot f _ {\ rm {nah}}}}}$

Przykład 1

Szkło powiększające o ogniskowej 50 mm umożliwia oglądanie obiektu z odległości 50 mm zamiast z odległości wyraźnego zasięgu widzenia 250 mm. Zgodnie z definicją lupa powiększa 5 razy ( v = 250 mm / 50 mm ). Przystosowane oko osoby młodej lub krótkowzrocznej z praktycznymi powiększeniami do 7,5 raza i do 5,5 raza. ${\ displaystyle f _ {\ rm {nah}} = 100 {\ rm {\, mm}}}$${\ displaystyle f _ {\ rm {nah}} = 500 {\ rm {\, mm}}}$

Przykład 2

Dla szkieł powiększających często podaje się następującą konwersję między powiększeniem a ogniskową (w dpt):

Powiększenie = (dioptria / 4) + 1

Zależność ta wynika bezpośrednio z zależności v ', gdy oko mieści się w wyraźnym zakresie widzenia 250 mm. Wtedy i v '= 2 * v. ${\ displaystyle f = \, f _ {\ rm {nah}} = 250 {\ rm {\, mm}}}$

Przykład:

v '(4 dioptrie) = 2 ×

v '(8 dioptrii) = 3 ×

v '(12 dioptrii) = 4 ×

Używanie lupy jako lupy

Nazwa płonące szkło pochodzi od tego, że wypukła soczewka skupia padające promienie słoneczne, a tym samym zwiększa gęstość energii światła tak bardzo, że łatwopalny materiał, taki jak papier itp., może ulec zapłonowi. Ta właściwość obiektywu jest również źródłem terminów optycznych: ogniskowa , płaszczyzna ogniskowa , ogniskowa itp.

Największy wpływ ma średnica soczewki: im większa, tym więcej światła (mocy) jest skoncentrowane. Ponadto krótsza ogniskowa obiektywu (czyli większe powiększenie lupy) powoduje, że obraz tarczy słonecznej znajduje się na mniejszym ognisku. Dzięki zwiększonej w ten sposób luminancji osiągana temperatura wzrasta podczas absorpcji światła w napromieniowanym ośrodku. Idealny punkt (jako punkt ogniskowy) nigdy nie może zostać osiągnięty za pomocą prawdziwego obiektywu , również z powodu wad obiektywu .

To, czy i jak szybko można wypalić materiał, zależy nie tylko od gęstości energii dostarczanej przez płonące szkło, ale także od temperatury zapłonu materiału i warunków termicznych (grubość materiału, przewodność cieplna ) w punkcie ogniskowym.

Efekt płonącego szkła jest używany w heliografie do rejestrowania nasłonecznienia dnia.

zagrożenia

Okulary powiększające są łatwopalne w bezpośrednim świetle słonecznym, ponieważ mogą zapalić materiały przypadkowo trafione przez ruchomy obraz słońca. Lupy, które nie są używane, muszą być wyposażone w osłonę/nasadkę ochronną lub przechowywane w pojemniku nieprzepuszczającym światła. Znanych jest wiele przypadków, w których dekoracja szkieł powiększających (w tym soczewek fotograficznych) na wystawie sklepowej spowodowała pożar. Z drugiej strony efekt płonącego szkła rozbitego szkła z wyrzuconych butelek nie wystarczy, aby wywołać pożary lasów.

linki internetowe

Wikisłownik: Lupe  - wyjaśnienia znaczeń, pochodzenie słów, synonimy, tłumaczenia

Indywidualne dowody

1. ↑ Słowo kluczowe Duden „Lupe”. Źródło 10 czerwca 2015 . 
2. ↑ Wolfgang Münchow: Historia okulistyki. Wydanie II. Lipsk 1983, s. 170 f.
3. ↑ EMO-Optik Arthur Seibert Octoscop L. photo.net, dostęp 26 maja 2020 r . 
4. ↑ Ta definicja jest konieczna, ponieważ, w przeciwieństwie do lornetek lub teleskopów, lupy i mikroskopy nie mają powiększenia, ponieważ odwzorowują długość na kąty. Ile razy powiększa się szkło powiększające, które pozwala oglądać 8 mm pod kątem 11°?
5. ↑ Szkło powiększające na parapecie rozpala mieszkanie w Königsbronn. 26 grudnia 2012, dostęp 10 czerwca 2015 . 
6. ↑ Lupe podpalił go. 19 lutego 2008, dostęp 1 czerwca 2021 . 
7. ^ Pożar w Betzenhausen: Winny był efekt płonącego szkła. 28 maja 2010, w archiwum z oryginałem na 10 czerwca 2015 roku ; udostępniono 1 czerwca 2021 r . 
8. ↑ Czy stłuczone szkło może spowodować pożary lasów?