4. 01 Lupy

Lupy používáme při relativně nízké tupozrakosti, pro hodnoty vizu nad 0,25, neboť je postižena pouze schopnost číst. Ale psát lze ještě bez zřejmých obtíží. Důležitou roli hraje i fakt, že při jejich použití nemusíme zcela přesně dodržovat pracovní vzdálenost, i když jsou velmi žádaná provedení, kdy je můžeme postavit, resp. položit na předlohu určenou ke čtení.

Lupy, u kterých se použilo při výrobě asférických ploch, vykazují v okrajové oblasti lepší kvalitu zobrazování a lze je proto zhotovovat ve větších průměrech. Žádané jsou též lupy s přídavným vlastním osvětlením. Uživatelé oceňují kladně i řešení, kdy je v určité části lupy natmelena - nebo do lup z umělé hmoty přímo ze základní hmoty odlita - další přídavná čočka. Ta pak může v malém, ale účelově vyhovujícím poli nabízet i výrazně vyšší hodnoty zvětšení.

Při zobrazení lupou se umísťuje předmět y nejčastěji mezi lupu a její předmětové ohnisko F_L. Pozorující osoba pak vnímá virtuální obraz  y´ (viz schéma 106 na následující stránce). Reálné zvětšení Г závisí na optické mohutnosti lupy φ_L[D], vzdálenosti d_[m] oka od lupy a na vzdálenosti a´_(m) (a_(m)) obrazu (předmětu) od lupy. Lze vyjádřit dle vzorce:

kde dosazujeme veškeré hodnoty s kladnými znaménky. Čtyřka v rovnici (28), resp. 0,25 v rovnici (29) vyjadřuje, že se zvětšení vztahuje na normovanou, resp. konvenční pohledovou vzdálenost 0,25 m. Virtuální obraz y´ se nachází v konečné vzdálenosti před okem a presbyopické osoby musí proto při pozorování lupou užívat brýle do blízka, které byly vyměřeny pro vzdálenost hlavního pracovního bodu.

Nejčastěji citovaný výraz pro zvětšení lupy, který se omezuje ve vzorci č. (28) pouze na první zlomek pravé strany rovnice, se vztahuje na extrémní případ, kdy se nachází předmět přesně v ohnisku lupy. Tehdy by ležel meziobraz  y´ v nekonečné vzdálenosti před lupou a musel by být pozorován bez akomodace.

Vlastní provedení lup může být značně rozmanité a liší se účelem, pro který má tato nejjednodušší zvětšovací pomůcka posloužit. Oblíbené jsou příložné lupy s menším zvětšením a eventuálně vlastní tubusovou objímkou, kterou lze přímo položit na text, resp. která může být vybavena i doplňujícím osvětlením.

4.11 Mikroskopy

Mikroskop je optický přístroj, který umožňuje rozlišit podrobnosti (detaily) blízkých a malých předmětů. Malé předměty se emetropickým okem pozorují zpravidla z konvenční zrakové vzdálenosti 250 mm (myopové s nefajčí kolem -4 dpt mohou umístit předmět do roviny svého dalekého bodu a pozorovat jej bez akomodace).

Zorný úhel předmětu je úhel vytvořený spojnicemi okrajových bodů předmětu se středem oční papily ( na obr. 4.1 je to úhel τ sevřený paprsky AZ_o a BZ_o). Body A a B budou prostým okem vnímány odděleně, jestliže zorný úhel bude nejméně τ = 60"; v konvenční vzdálenosti 250mm mu odpovídá vzdálenost bodů AB = 0,075 mm (str.133). Podrobnost na předmětech, které jsou ( při pozorování z konvenční vzdálenosti menší než 0,75 mm, resp. které se jeví pod zorným úhlem menším než 60", nebudou prostým okem vidět. Lze je postřehnout, jestliže se opticky zvětší jejich zorný úhel. Zvětšený obraz předmětu lze získat dvojím způsobem: jako virtuální, leží-li předmět mezi předmětovým ohniskem a spojnou optickou soustavou, nebo jako reálný, je-li předmět mezi jednoduchou a dvojnásobnou ohniskovou vzdáleností předmětovou spojné optické soustavy. Prvého případu se používá u lupy, druhého u mikroskopu.

4.111 Lupa

Jako lupa slouží každá čočka, jejíž ohnisková vzdálenost f´ je menší než konvenční zraková vzdálenost ( f´< 250 mm), tj. každá čočka s optickou mohutností větší než +4 dpt.. Zvětšení Г¹⁾ lupy určuje vztah

kde l je hodnota konvenční zrakové vzdálenosti (l = 0,25 m);
     f´ - obrazová ohnisková vzdálenost lupy
     D - optická mohutnost lupy 

Jako lupy se zvětšením až 6,25X se používá jednoduchých čoček s optickou mohutností do + 25 dpt; pro větší zvětšení se používá čoček o značné tloušťce (obr. 4.3) nebo soustav složených z několika čoček.

¹) Zvětšením vizuálních přístrojů se rozumí poměr tangenty úhlu τ, pod nímž je předmět vidět s přístrojem, k tangentě úhlu τ₀, pod kterým se předmět jeví bez přístroje. Zvětšení se uvažuje jako kladné, i když je obraz předmětu převrácený.

4.112 Složený mikroskop

Pro zvětšení větší než 30x se používá mikroskopu. Je to přístroj složený ze dvou optických soustav. První z nich, objektiv, vytvoří zvětšený, převrácený a skutečný obraz předmětu ve vzdálenosti t od svého obrazového ohniska. ( Vzdálenost t se nazývá optický interval mikroskopu; většinou se volí t = 130 mm). Druhá soustava, okulár, jejíž předmětové ohnisko leží ve vzdálenosti t od obrazového ohniska objektivu, obraz dále zvětší ( obr. 4.5 a 4.6).

a) Fraunhoferova lupa je složena ze dvou stejných plankonvexních čoček přivrácených k sobě vypuklými plochami;

b) Steinheilova (aplanatická) lupa; střední bikonvexní čočka je z korunového skla, vnější stejné záporné menisky jsou ze skla flintového.

Nahoře: předmět XY se pozoruje z konvenční zrakové vzdálenosti l pod zorným úhlem τ₀.

Uprostřed: virtuální obraz X´Y´ předmětu XY umístěného mezi lupou a jejím předmětovým ohniskem F je vidět pod zorným úhlem τ₁.

Dole: vztah pro zvětšení Г platí přesně, je-li předmět v ohnisku F a je-li oko bezprostředně za lupou. Nekonečně vzdálený obraz se jeví pod zorným úhlem τ.

a) Brewsterova lupa tvoří spojení dvou plankonvexních čoček; lupa je vybroušena z jednoho kusu, aby se snížily ztráty světla odrazem. Zúžení uprostřed lupy má funkci clony a koriguje astigmatismus a zkreslení.

b) Stanhopeova lupa má předmětovou ohniskovou rovinu na rovinné ploše, jíž se přikládá na pozorované předměta
(např. poštovní známky).

O - objektiv, Ok - okulár, XY - zobrazovaný předmět, X´Y´ - obraz předmětu vytvořený objektivem, t - optický interval

Zvětšení Г mikroskopu je určeno vztahem

kde f´ je ohnisková vzdálenost objektivu, f´o - ohnisková vzdálenost okuláru, t - optický interval, l = 250 mm - konvenční zraková vzdálenost, m - příčné zvětšení objektivu, m_o = l/f´o - zvětšení okuláru

Jak vyplývá ze vztahu (4.1.), lze měnit zvětšení mikroskopu dvojím způsobem: buď výměnou objektivu, ebeny. Okuláru, nebo změnou intervalu t. V prvním, běžnějším případě, se zvětšení mění stupňovitě, v druhém, používaném u tzv. pankreatických mikroskopů, spojitě. Užiteční zvětšení mikroskopů je omezeno ohybem světla.. ( Pro vlnivou povahu světla se bod nezobrazuje jako bod, nýbrž jako malý světelný kroužek obklopený střídavě světelnými a tmavými kroužky). Je-li λ vlnová délka světla odraženého od pozorovaného předmětu nebo jím procházejícího, jsou rozlišně zobrazeny dva body ležící ve vzdálenosti

kde A = n. sin τ_k je numerická apertura objektivu (viz str. 97). K zvětšení apertury A, která je přímo úměrná indexu lomu n optického prostředí před objektivem, se dává mezi objektiv a pozorovaný předmět kapalina o větším lomu, tzv. imerze (cedrový olej: n = 1,52, monobromnaftalén: n = 1,66). Zatímco s objektivem bez imerze (vzduch: n = 1,00) se dosahuje zvětšení 950X, lze při olejové imerzi ( se zvláštními imerzními objektivy) pracovat se zvětšením až 1 500 X.

1 - osvětlovací zařízení (žárovka), 2 - stativ, 3 - stolek s křížovým posuvem, 4 - monokulární nebo binokulární tubus, 5 - hrubý posuv, 6 - jemný posuv, 7 - osvětlovací zrcátko, 8 - kondenzor, 9 - objektivy v revolverové objímce, 10 - okulár

Výpočet zvětšení lupy

Předkládám pro laiky jednoduché znázornění pro výpočet zvětšení čočky lupy. 

Každá dioptrie zvětšuje o 25%. To znamená: 4 dioptrie se rovnají 100% zvětšení předlohy.

K určení stupně zvětšení se používá následující vzorec:

Např. čočka 10d zvětšuje 2,5 krát:

Osoby, jejichž vizus V je i s korekcí očí nižší než 0,8 pojímáme obecně mezi tupozraké (amblyopické). Bangerter rozlišuje:

vysokou amblyopii -
střední amblyopii -
nízkou amblyopii -

V oblasti nízké amblyopie je účelné pokoušet se s využitím zvětšovacích pomůcek, jakými mohou být např. dalekohledové systémy, o korekci do dálky, která může být účelně rozšířena i na korekci do blízka. Jedná-li se o střední amblyopii, vykazuje uspokojivé výsledky spíše korekce do blízka a na korekci do dálky lze pomýšlet jenom s využitím klasických systémů nové generace, s dostatečným zvětšením, aby dosažený vizus nezůstal po jejich aplikování pod hranicí 0,5. U vysokých amblyopií, resp. u hodnot vizu nižších pod 0,1 má smysl pokoušet se pouze o korekci do blízka.

V rozhovoru s postiženou osobou je nutno určit, pro jaké účely zvětšovací pomůcku skutečně potřebuje. Je přitom nutno jí dostatečně objasnit přednosti i zápory takovéto korekce, aby mohla objektivněji a realističtěji posoudit její užitnou hodnotu. Člověku je též nutno poskytnout příležitost, aby sám otestoval korekční pomůcku, kterou mu aplikátor doporučuje.. Pro tyto účely je nutné mít k dispozici též dostačující výběr zvětšujících pomůcek za účelem otestování.

Nejprve se budeme zabývat zvětšovacími pomůckami s relativně nízkým zvětšením, se kterými se též i jednoduše zachází.