Optische Linsen: Vergrößerung, Sehfeld & Schärfentiefe

Optische Linsen: Grundlagen und Eigenschaften

Eine optische Linse ist ein Gerät, dessen Aufgabe es ist, dem Auge ein vergrößertes Bild von kleinen, nahegelegenen Objekten zu liefern. Dies ermöglicht es, Details besser zu erkennen, die sonst unsichtbar wären. Die Akkommodationsfähigkeit des Auges ist begrenzt (zwischen Punctum Remotum (PR) und Punctum Proximum (PP)).

Visuelle Vergrößerung und ihre Faktoren

Die visuelle Vergrößerung beschreibt das Verhältnis zwischen der scheinbaren Winkelgröße des durch die Lupe erzeugten Bildes und der Winkelgröße des Objekts, wenn es sich am Punctum Proximum (PP) befindet. Es ist der Quotient der Netzhautbildgrößen.

Faktoren, die die Vergrößerung beeinflussen:

• Die Brennweite (f') der Linse.
• Die Position des Auges relativ zur Lupe.
• Die Position des Punctum Proximum (PP) des Betrachters.

Wenn zwei verschiedene Personen dieselbe Linse verwenden, erzeugt das fertige Bild zwar dieselbe Winkelgröße, aber die wahrgenommene Vergrößerung kann aufgrund der unterschiedlichen Punctum Proximum (PP) Positionen variieren.

Unabhängigkeit der Vergrößerung vom Betrachter

Die Vergrößerung ist unabhängig von den Gegebenheiten des Betrachters, wenn das Objekt am Punctum Fixum Objecti (PFO) oder das Bild am Punctum Fixum Imaginis (PFI) liegt.

Normale Vergrößerung

Die normale Vergrößerung ist unabhängig vom Beobachter und entspricht der Position eines Objekts bei einer Objektentfernung von z.B. -250 mm (dem als normal geltenden Leseabstand). Dies wird auch als komfortabler Seh- oder Fernabstand bezeichnet. Eine geringere Vergrößerung ist mit einer größeren Brennweite (f') verbunden.

Äquivalenter Betrachtungsabstand

Der äquivalente Betrachtungsabstand ist der Abstand, gemessen von der axialen Mitte der Eintrittspupille (EP), in dem das Objekt platziert werden sollte, um denselben Winkel zu bilden wie das durch die Linse erzeugte Bild. Eine geringere Vergrößerung kann hierbei auftreten. Dies steht im Einklang mit der Tatsache, dass die Verwendung eines Zoom-Objektivs dazu führt, dass das Objekt einen größeren Winkel einnimmt.

Sichtfeld (Campo Transversalebene)

Das Sichtfeld ist der Teil des Objekts, der durch die Linse sichtbar ist. Die Eintrittspupille (EP) des Auges (im Objektraum) und die Linsenapertur (LA) (im Objektraum) bestimmen dies. Der Durchmesser der Augenpupille ist wesentlich kleiner als der der Linse.

Ideale Bedingungen für das Sichtfeld

Im Idealfall ist das Auge direkt an die Linse "geklebt", wodurch das Sehfeld ins Unendliche reicht. Allerdings kann es dabei zu Aberrationen kommen. Wenn das Auge nahe an der Linse ist, vergrößert sich die Eintrittspupille (EP).

Schärfentiefe

Die Schärfentiefe ist der axiale Bereich im Objektraum, dessen Bild durch das Instrument mit dem Bereich des klaren Sehens des Beobachters übereinstimmt. Es ist der Abstand zwischen den extremen Ebenen im Raum vor der Linse, innerhalb derer ein Objekt ein Bild formen kann, das das Auge ohne übermäßige Akkommodationsanstrengung fokussieren kann.

Die Schärfentiefe nimmt ab, wenn das Auge näher an die Linse rückt, und erreicht einen Minimalwert, wenn die Linse direkt am Auge befestigt ist. Wenn das Auge am Punctum Fixum Imaginis (PFI) ist, hängt die Schärfentiefe nur von der Akkommodationsamplitude (AA) und dem Refraktionsfehler (Rx) ab, unabhängig von der Linsenposition. Wenn die Eintrittspupille (EP) groß ist, entsteht ein reales Bild.

Helligkeit und Auflösungsvermögen

Helligkeit

Die Helligkeit bezieht sich auf eine sehr hohe Lichtausbeute des optischen Systems.

Auflösungsvermögen

Das Auflösungsvermögen ist die Fähigkeit, zwei dicht beieinander liegende Punkte als separate Bilder für das Auge zu unterscheiden. Die effektive Pupille des Auges (wobei der Rahmen keinen Einfluss auf die Beugung hat) bestimmt das Auflösungsvermögen der Kopplung zwischen Linse und Auge, welches wiederum durch das Auflösungsvermögen des Auges selbst bestimmt wird. Eine Erhöhung der visuellen Vergrößerung verbessert das Auflösungsvermögen.