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Stabförmige Aufsetzlupe, insbesondere Nachfahrlupe für Planimeter
Die Erfindung bezieht sich auf eine stabfönnige Aufsetzlupe, welche insbesondere
als Nachfahrlupe für Planimeter oder sonstige mathematische Umfahrungsinstrumente
wie Integratoren, Integraphen, harmonische Analysatoren, Pantographen usw. bestimmt
ist, bei denen es da,rauf ankommt, die Konturen einer gegebenen Figur mit größtmöglicher
Genauigkeit nachzufahren.
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Als Führungsorgan zum Nachfahren wurde bisher im allgemeinen ein
zugespitzter Stahl stift verwendet.
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Bei vervollkommueten Instrumenten benutzt man seit einiger Zeit auch
Nachfahrmarken in Form eines kleinen Kreises oder Punktes, die z. B. auf der Unterseite
einer Glas- oder Edelsteinfläche eingraviert und mittels einer darüber angeordneten
Lupe optisch vergrößert werden.
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Diese bekannten Nachfahrlupen besitzen jedoch verschiedene Nachteile,
welche das genaue Nachfahren der Konturen erschweren bzw. unter bestimmten Bedingungen
so störend wirken, daß ein ordnungsgemäß es Arbeiten mit den betreffenden Instrumenten
nicht mehr möglich ist. Das schwierigste Problem besteht darin, für eine ausreichende
Beleuchtung des Gesichtsfeldes zu sorgen. Diese Beleuchtung muß bei einer Aufsetzlupe
durch den stabförmigen Lupenkörper hindurch geschehen, wobei das Licht praktisch
nur durch den oberen Teil der Lupe eingeführt werden kann, weil die Lupe als Nachfahrorgan
eines Planimeters od. dgl. eine Fassung oder e!inen Halter hat, um sie mit den Fingern
erfassen und führen zu können.
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Aus diesem Grunde sind die bisher bekannten Betrachtungslupen als
stabförmige Nachfahrlupen für die Zwecke der Erfindung nicht geeignet.
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Die üblichen Betrachtungslupen werden im allgemeinen freihändig gehandhabt,
wobei zwischen der unteren Lupenfläche und dem zu betrachtenden Objekt ein größerer
Abstand vorhanden ist. Von diesen Betrachtungslupen unterscheiden sich die Aufsetzlupen
schon grundsätzlich dadurch, daß bei letzteren die untere Lupenfläche hzw. die daran
angebrachte Nachfahrmarke auf der Ebene aufliegt, welche die nachzufahrenden Linien,
Konturen od. dgl. enthält.
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Man hat zwar schon vorgeschlagenß eine Sammellinse mit einem durchsichtigen
Tragrand zu versehen, der einerseits die Linse in dem erforderlichen Abstand von
der Beobachtungsfläche hält und andererseits bewirkt. daß das Licht von allen Seiten
durch die Tragwand hindurch Zutritt zu der Gesichtsfeldebene hat.
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Dabei soll das Gesichtsfeld in möglichst großer Ausdehnung erhellt
werden. Das seitlich einfallende Licht kann aber hier mangels einer optischen Sammelwirkung
nur in der Randzone, aber nicht im Zentrum des Gesichtsfeldes wirksam werden, d.
h. eine zusätzliche
Sammlung und Konzentration des Seitenlichtes auf die Nachfahrmarke
tritt keinesfalls ein. Das Gesichtsfeld kann bei dieser Betrachtungslupe niemals
heller werden, als wenn man die Lupe ohne den durchsichtigen Tragrand in einem entsprechenden
Abstand über die Betrachtungsfläche halten würde.
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Es ist ferner eine Betrachtungslupe nach Art einer Uhrmacherlupe
bekannt, an deren Unterseite ein ringförmiger Reflektor vorgesehen ist, durch den
das von der zu betrachtenden Fläche diffus reflektierte Licht auf das Zentrum des
Gesichtsfeldes umgeleitet wird.
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Zusätzliches Licht, insbesondere das in einem Arbeitsraum vom Fenster
her kommende wertvolle Seitenlicht, wird bei dieser Einrichtung nicht gesammelt.
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Auch ist bereits ein Vergrößerungsglas bekannt, auf welches zusätzlich
eine kleine Linse aufgesetzt ist, um in einem kleinen Teil des Gesichtsfeldes eine
stärkere Vergrößerung zu erzielen. Bei Benutzung der kleinen Linse wirken die übrigen
Teile der Lupe als Beleuchtmlgslinse, jedoch erfassen sie im wesentlichen nur von
oben einfallendes Licht. Eine Sammlung und Konzentrierung von zusätzlichem Seitenlicht
auf das Gesichtsfeld ist hierbei nicht gegeben.
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Schließlich ist eine Beleuchtungsvorrichtung für SIikrosko,pierzwecke
bekannt, bei der das Licht von unten her durch einen Beleuchtungsspiegel auf eine
geneigte äußere Schrägfläche geworfen und von dort auf die Bodenfläche reflektiert
wird. Hieraus ergibt sich wohl eine Steigerung der Beleuchtungsstärke im Gesichtsfeld,
jedoch ist eine solche Beleuchtungsvorrichtung bei einer Nachfahrlupe für Planimeter
nicht verwendbar, da das Licht in diesem Falle durch die Zeichenfläche hindurchgeführt
werden müßte.
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Die bei Nachfahrlupen in Form von stabförmigen Aufsetzlupen auftretenden
Schwierigkeiten zur Erzielung einer besseren Beleuchtung der Nachfahrmarke
werden
am besten durch Gegenüberstellung der bisher bekannten Nachfahrlupen mit einer Lupe
gemäß der Erfindung an Hand der Zeichnung erläutert.
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In der Zeichnung zeigt Fig. 1, 2 und 3 drei bekannte Ausführungen
von Nachfahrlupen mit schematisch angedeuteten Strahlengängen und Fig. 4, 5 und
6 drei verschiedene AuEsführungsformen von Lupen gemäß der Erfindung.
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Bei der bekannten Ausführung nach Fig. 1 ist eine linsenförmige Lupe
in einem seitlich durchbrochenen Lupenträger 2 oberhalb einer Platte 3 befestigt,
an deren Unterseite eine Nachfahrmarke 4 angeordnet ist.
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Hierbei läßt sich eine Schattenbildung im Gesichtsfeld durch die Sprossen
des Lupenträgers und der führenden Hand nicht vermeiden. Insbesondere bei künstlichem
Licht wird diese Schattenbildung so stark, daß ein genaues Arbeiten mit dem Instrument
nicht mehr möglich ist.
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Die weitere bekannte Ausführung nach Fig. 2 verwendet eine zylindrische
Stablupe 5 mit einer oberen kalottenförmigen Fläche 6 und einer unteren geraden
Fläche 7, an der die Nachfahrmarke 8 sitzt. Bei dieser Ausbildung der Stablupe tritt
das Licht in der Hauptsache unter einem zur Zeichenebene geneigten Winkel von 45
bis 900 durch die obere Kugelfläche 6 der Lupe ein. Durch den Zylindermantel der
Lupe hingegen tritt kein Licht ein, welches in wirksamer Weise auf die Fläche des
Gesichtsfeldes gelangen könnte. An einem normalen Arbeitsplatz in etwa 2 m Entfernung
vom Fenster fällt aber das Licht hauptsächlich in einem Winkel zwischen 10 und 450
zur Zeichenebene ein. Infolgedessen ist bei einer solchen zylindrischen Stablupe
das Gesichtsfeld nur bei bestimmten, günstigen Belenchtungsverhältnissen einigermaßen
ausreichend hell, während es bei größerer Entfernung vom Fenster, wie dies z. B.
in Hochschulsälen häufig der Fall ist, ungleichmäßig hell wird und im allgemeinen
für eine genaue Beobachtung zu dunkel ist.
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Eine dritte bekannte Ausführung, welche in Fig. 3 dargestellt ist,
verwendet eine halbkugelige Lupe 9 mit niedriger Zylinderbasis, an deren Grundfläche
die Nachfahrmarke 10 befestigt ist. Bei dieser Ausbildung ist in der Hauptsache
das in einem Einfallswinkel von 55 bis 900 eintretende Licht wirksam. Seitenlicht
ist dagegen bei dieser Lupenform völlig wirkungslos.
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Demgegenüber besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß bei
einer stabförmigen Aufsetzlupe mit einer oberen konvexen Linsenfläche unterhalb
des oberen Lupenendes ein sich verjüngender Lupenabschnitt und zwischen diesem ersten
sich verjüngenden Lupenabschnitt und dem unteren Lupenende ein zweiter sich verjüngender
Lupenabschnitt angeordnet ist, wobei sich die beiden Lupenabschnitte nach dem oberen
Lupenende hin verjüngen und der Verjüngungswinkei des oberen Lupenabschnittes kleiner
als der Verjüngungswinkel des unteren Lupenabschnittes ist, und daß die Verjüngungswinkel
der beiden Lupenabschuifte derart gewählt sind, daß das Seitenlicht, welches durch
die Fläche oder Flächen des oberen sich verjüngenden Lupenabschnittes ein fällt,
auf die gegenüberliegende Fläche oder Flächen des unteren sich verjüngenden Lupenabschuittes
trifft und durch diese auf das Gesichtsfeld der Lupe reflektiert wird Praktisch
kann die Erfindung in verschiedener Weise verwirklicht werden. Gemäß einer besonders
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann der untere Lupenabschuitt gegenüber
dem oberen Lupenabschnitt eingedreht sein. Dabei wirft eine unterhalb der oberen
konvexen Linsenfläche befind-
liche konische Fläche das Licht, welches etwa unter
einem Einfallwinkel zwischen 0 und 450 zur Horizontalen eintritt, auf eine darunterliegende
ringförmige, sich konisch nach oben verjüngende Eindrehung, von der die Lichtstrahlen
auf das Gesichtsfeld der Lupe reflektiert werden. Gegebenenfalls kann aber der untere
Lupenabschnitt auch gegenüber dem oberen Lupenabschnitt vorstehen. Ferner können
die Lupenabschnitte in zwei oder mchr Stufen unterteilt sein oder auch in Form einer
gekrümmten Begrenzungslinie ineinander übergehen, d. h. von unendlich vielen kleinen,
ineinander übergehen den Kegelflächen gebildet werden.
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Fig. 4 veranschaulicht die oben erwähnte, besonders vorteilhafte
Ausführungform der Erfindung.
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Diese besteht aus einer im wesentlichen zylindrischen Stablupe 11
mit einer oberen Linsenfläche 12 und einer unteren Fläche 13, welche eine Nachfahrmarke
14 z. B. in Form eines kleinen Edelsteinplättchens od. dgl. trägt. Unter der Linsenfläche
12 ist eine sich nach oben verjüngende Kegelfläche 15 vorgesehen, und darunter befindet
sich eine konische Eindrehungl6, welche sich stärker nach oben verjüngt als die
obere Kegelfläche 15. Durch die obere Linsenfläche 12 treten alle Lichtstrahlen
zwischen 40 und 900 Einfallswinkel so ein, daß sie das Gesichtsfeld der Lupe treffen,
und zwar entweder direkt oder nach entsprechender Reflexion durch den unteren zylindrischen
Teil der Stablupe. Dies entspricht etwa der Wirkung der be kannten Stablupe gemäß
Fig. 2. Zusätzlich treten nun aber durch dile obere, kegelförmige Randfläche 15
auch noch die seitlich einfallenden Strahlen mit Einfallswinkeln zwischen 10 und
400 derart ein, daß sie durch einmalige totale Reflexion auf der Innenseite der
unteren. konischen Eindrehung 16, welche als Ringspiegel wirkt, auf das Gesichtsfeld
der Lupe treffen.
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Dadurch wird erreicht, daß die Helligkeit der Lupe bei allen B eleuchtungsverhältnissen
sehr gleichmäßig und überraschend groß ist, und zwar ist dies insbesondere auch
der Fall in sehr hohen und tiefen Arbeitsräumen wie z. B. Hochschulsälen mit einseitiger
Beleuchtung, oder allgemein bei trübem Tageslicht.
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Auch bei künstlichem Licht kann man mit einer Lupe gemäß der Erfindung
z. B. durch seitliche Aufstellung einer Stehlampe eine sehr gute Beleuchtung des
Gesichtsfeldes unabhängig von den wechselnden Stellungen des Umfahrungsinstrumentes
erzielen. Auch werden hierbei störende Glanzlichter in der Linsenfläche vermieden.
Die Arbeitsgenauigkeit des Plammeters oder sonstigen Instrumentes wird auf diese
Weise auch bei Beleuchtungsverhältnissen gesichert, bei denen bisher ein einwandfreies
Arbeiten mit derartigen Nachfahrlupen nicht mehr möglich war.
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Die Beleuchtung der erfindungsgemäß erzielten Wirkung in geschlossenen
Räumen geht im übrigen auch aus photometrischen Messungen der Beleuchtungsstärke
bei den verschiedensten Raum- und Lichtverhältnissen hervor, welche ergeben haben,
daß das unter den Winkeln zwischen 0 und 400 auf die Arbeitsfläche fallende Tageslicht
den überwiegenden Teil der Beieuchtungsstärke liefert. Ordnet man den in diesem
Winkelbereich liegenden Meßrichtungen einen mittleren Lichtwert von 1000/o zu, so
ist steiler einfallendes Licht bei 600 Einfallswinkel nur mit etwa 850io, bei 750
mit etwa 70°/o und bei 900 Einfallswinkel nur mit etwa 50°/o wirksam.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 besitzt die Stablupe 17 ebenfalls
eine obere Kegeifläche 18 ähnlich der Kegelfläche 15 der Fig. 4. Die untere Kegelfläche
19 ist aber nicht wie bei Fig. 4 eingedreht, sondern
nach außen
vorstehend ausgebildet, wobei sich der Durchmesser des zylindrischen Teils der Lupe
entsprechend erweitert. Die Wirkungsweise dieser Lupe entspricht im übrigen derjenigen
nach Fig. 4.
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Fig. 6 schließlich veranschaulicht eine Stablupe 20 mit einer gekrümmten,
sich verjüngenden Seitenfläche 21, die sich im unteren Teil stärker verjüngt als
oben.
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Äf an kann sich diese Seitenfläche etwa aus der Lupe nach Fig. 5 entstanden
denken, indem eine sehr große Anzahl von schmalen Kegelflächen mit entsprechenden
Kegelwinkeln so aufeinander angeordnet sind, daß eine übergangslose, entsprechende
gekrümmte B egrenzungslinie der Randfläche entsteht.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Lupe zweckmäßig
aus einem durchsichtigen Kunststoff hergestellt. Dies hat den hesonderen Vortcil,
daß die Lupe durch Drehen aus einem einzigen Stück angefertigt werden kann, wodurch
die Herstellung wesentlich billiger wird als bei Glas. Jedoch ist selbstverständlich
auch eine Herstellung der Lupe gemäß der Erfindung aus Glas möglich.
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Im übrigen beschränkt sich die Erfindung nicht auf die vorstehend
beschriebenen und in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsformen, sondern
sie umfaßt alle Varianten im Rahmen des wesentlichen Erfindungsgedankens.
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PATENTANSPRtJCHE: 1. Stal)förmige Aufsetzlupe mit einer oberen konvexen
Linsenfläche, insbesondere Nachfahrlupe für Planimeter oder sonstige Umfahrungsinstrumente,
dadurch gekennzeichnet, daß unter halb des oberen Lupenendes ein sich verjüngender
Lupenabschnitt und zwischen diesem ersten sich verj üngenden Lupenabschuitt und
dem unteren Lupenende ein zweiter sich verjüngender Lupen-
abschnitt angeordnet ist,
wobei sich die beiden Lupenabschnitte nach dem oberen Lupenende hin verjüngen und
der Verjüngungswinkel des oberen Lupenabschnittes kleiner als der Verjüngungswinkel
des unteren Lupenabschnittes ist, und daß die Verjüngungswinkel der beiden Lupenabschnitte
derart gewähllt sind, daß das Seitenlicht, welches durch die Fläche oder Flächen
des oberen sich verjüngenden Lupenabschnittes einfällt, im wesentlichen auf die
gegenüberliegende Fläche oder Flächen des unteren sich verjüngenden Lupenabschnittes
trifft und durch diese auf das Gesichtsfeld der Lupe reflektiert wird.