Lupe
PGT
Die Sonnenstrahlen bündeln sich in der Schüssel
Foto: H. Braas
Foto: Rainer Schwarz
klassische Leselupe
Eine Lupe, auch Vergrößerungsglas genannt, ist eine Konvexlinse kleiner Brennweite zum Handgebrauch, bei der sich der abzubildende Gegenstand innerhalb der Brennweite f befindet. Sie erzeugt ein aufrechtes virtuelles Bild. Ihre Erfindung wird dem arabischen Gelehrten Abu Ali al-Hasan Ibn Al-Haitham zugeschrieben.
Funktionsweise
Durch eine Lupe erscheinen Gegenstände größer, die sich jenseits des Betrachtes zwischen Lupe und Brennebene (also innerhalb der Brennweite) befinden. Diese Wirkung einer Lupe ergibt sich zum Einen daraus, dass man mit ihr aus kürzerer Distanz auf einem Gegenstand akkomodieren kann, als es mit dem freisichtigen Auge möglich wäre. Zum Anderen liefert die Lupe ein vergrößertes virtuelles Bild. Der zweite Effekt wird auch zur Bestimmung der Vergrößerung (siehe unten) herangezogen.
Bildquelle: LKA Baden-Württemberg, MM
Als Lesehilfe benutzt gleicht sie Hyperopie (Weitsichtigkeit) oder Presbyopie (Alterssichtigkeit) aus, da das Auge bei Lupendurchsicht auf Unendlich akkommodieren kann (dies wird von den Betroffenen oft als entspannend empfunden). Dabei sollte die Benutzung einer Lupe, bei der der Betrachter ein vergrößertes virtuelles Bild sieht, nicht mit der Korrektur einer Hyperopie oder Presbyopie verwechselt werden. Bei der Korrektur entsteht kein virtuelles Bild und die verwendete Linse (ebenfalls eine Konvexlinse, hier aber mit deutlich größerer Brennweite bzw. mit kleineren Dioptriewert) wird hier als Brille oder Kontaktlinse direkt vor dem Auge getragen. Die Linse der Brille bzw. die Kontaktlinse bildet dabei mit dem optischen Apparat des Auges ein Linsensystem oder eine funktionelle Einheit.
Im Gegensatz zur Brille muss die Lupe bei Hyperopie oder Presbyopie auch nicht angepasst werden. Daher kann jede Leselupe auch immer als Notbehelf für eine fehlende Brille oder Kontaktlinse verwendet werden. Myopie (Kurzsichtigkeit) kann mit einer Lupe nicht korrigiert werden.
verschiedene Typen
Fadenzähler – im Fuß befindet sich eine kleine Glasscheibe mit eingravierter metrischer SkalaNeben speziellen Lupen wie Lesestäbe (Lupe mit direkter Auflage auf das Lesegut und Vergrößerung in einer Dimension), Lesesteine (ebenfalls mit direkter Auflage aber zweidimensionaler Vergrößerung), Fadenzähler, Uhrmacherlupen, Lupenbrillen, Lupen mit komplexen Linsensystemen, Scheckkartenlupen (Fresnellinse) u.v.a. gibt es zwei grundsätzliche Typen, die sich vor allem in ihrer Anwendung unterscheiden:
Leselupe
Leselupen verfügen meist über eine Vergrößerung von 2- bis 6-fach. Ein weiteres Kennzeichen ist Ihr relativ großes Sichtfeld aufgrund eines großen Linsendurchmessers. Dieses große Sichtfeld erlaubt es, bei konstanten Abstand zwischen Leselupe und Lesegut (Objekt) einen großzügigen und variablen Abstand zwischen Leselupe und Kopf (Augen) einzunehmen. Lesen ist daher in bequemer Haltung möglich. Bei genügend Abstand zwischen Leselupe und Augen und bei geringer Vergrößerung ist dreidimensionales Sehen möglich.
Während die klassische Leselupe eine große Linse mit Metallfassung und Haltegriff darstellt (man denke an das typische Erscheinungsbild von Sherlock Holmes mit Lupe, pikanterweise verwendet er in den Darstellungen immer eine Leselupe statt einer Detaillupe), sind moderne Leselupen oft mit Beleuchtung, Abstandhalter oder sonstigen Vorrichtungen versehen.
Detaillupe
Die Detaillupe hat eine typische Vergrößerung von 5- bis 15-fach, bei sehr guter Qualität auch etwas darüber. Die Linse hat einen kleinen Durchmesser (etwas 1−3 cm) wodurch das Sichtfeld sehr klein ist.
Diese kleine Bauform erfordert eine völlig andere Arbeitsweise mit der Detaillupe gegenüber der Leselupe. Während hier der Abstand zwischen dem Objekt und Lupe ebenfalls fix ist, versucht man durch einen sehr kleinen Abstand zwischen Lupe und Auge ein größeres Gesichtsfeld zu erhalten. Ein typischer Fall ist die Uhrmacherlupe, die direkt vor dem Auge eingeklemmt wird. Aber auch andere Detaillupen (z.B. Lupen zur Naturbeobachtung von Blüten oder Insekten im Freiland) werden direkt ans Auge herangeführt, um ein größeres Gesichtsfeld zu ermöglichen. Der korrekte Umgang mit solchen Lupen erfordert meist etwas Übung da man normalerweise nicht gewohnt ist, Objekte direkt vor dem Auge zu platzieren.
Dreidimensionales Sehen ist hier nicht möglich. An dieser Stelle sei aber auf Lupenbrillen oder spezielle und entsprechend teure binokulare Lupen verwiesen.
Berechnung der Brennweite
Die Brennweite einer Lupe bestimmt deren Vergrößerung und ist damit deren wichtigste Kenngröße. Um die Vergrößerung zu berechnen (siehe unten), muss daher die Brennweite bekannt sein.
Bei Sonnenlicht lässt sich die Brennweite für den Alltag hinreichend genau bestimmen, indem mit Hilfe der Lupe der kreisförmige Lichtfleck einer Lichtquelle beim Abbilden auf ein Blatt Papier minimiert wird und dabei der Abstand zwischen Lupe und Papier gemessen wird. Dieser Abstand entspricht der Brennweite.
Ein weiteres reines Messverfahren ist die Bestimmung der Brennweite mittels Autokollimation.
Exakt berechnen (eine entsprechend gute Messung vorausgesetzt) lässt sich die Brennweite nach mehreren Verfahren:
mit der Newtonschen Abbildungsgleichung (diese lässt sich aus der Linsengleichung ableiten) mit dem Bessel-Verfahren mit dem Abbe-Verfahren
Bestimmung der Vergrößerung
Um die Vergrößerungsleistung einer Lupe abzuschätzen, wählt man die deutliche Sehweite (250 mm) als Bezugsgröße.
Konstruktion des virtuellen Bildes beim Betrachten eines Gegenstandes durch eine Lupe.Ein Gegenstand erscheint in dieser Entfernung unter dem Winkel α:
mit G: Objektgröße (Gegenstandsgröße) in mm
Das Auge ist entspannt, wenn es auf große Entfernung akkommodiert. Das ist der Fall für eine große Bildweite S2. Sie nimmt zu, wenn sich die Gegenstandsweite S1 dem Brennpunkt F der Lupe nähert (siehe Abbildung).
Im Grenzfall S1 = f erscheint das vergrößerte Bild unter dem Winkel αv:
Für die Vergrößerung V folgt:
Beispiel
Eine Lupe mit der Brennweite 50 mm erlaubt es, einen Gegenstand aus der Entfernung von 50 mm zu betrachten, statt aus der Entfernung der deutlichen Sehweite von 250 mm. Nach der Definition vergrößert die Lupe 5-fach (V=250/50).
Verwendung als Brennglas
Lupe als Brennglas
Die parallelen Lichtstrahlen (rot) werden im Brennpunkt B gebündelt. Der Abstand zwischen Brennpunkt und Linsenebene entspricht der Brennweite f.Der Name Brennglas rührt von der Eigenschaft her, die annähernd parallelen Sonnenstrahlen so in einem Punkt (genau betrachtet handelt es sich um ein sehr kleines reelles Abbild der Sonne und nicht um einen Punkt) auf der Brennebene (bei achsenparallelem Sonnenlicht auch im Brennpunkt) zu bündeln, dass die Zündtemperatur von Papier, Holz, o.ä. in diesem Punkt überschritten wird. Für diese Verwendung eignen sich vor allem Lupen mit einem großen Durchmesser (typische Leselupe s.o.), da sie über ihre größere Fläche mehr Licht und unsichtbare Strahlung (u.a. Wärmestrahlung) bündeln.
Diese Eigenschaft der Linse gab dem Brennpunkt und der Brennebene ebenfalls ihren Namen.
siehe auch:
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