Selezione del fattore d’ingrandimento utile allo scopo preposto
Una lente di ingrandimento è costituito da una lente o da un sistema di lenti capace di creare un'immagine virtuale ingrandita di un oggetto. Quando una lente d'ingrandimento è posta tra l'oggetto e l'occhio dell'osservatore, quest’ultimo può controllare con precisione i dettagli dell'oggetto visualizzato grazie a un'immagine ingrandita di esso. Lenti di ingrandimento di varia «potenza d'ingrandimento» sono fabbricati in base allo scopo per cui vengono utilizzati. Lo stesso oggetto può essere visto in scala più grande attraverso una lente o un maggior potere d'in- grandimento. Tuttavia, le lenti con più alto potere d'ingrandimento hanno lo svantaggio di presentare un campo visivo più ridotto ed una distanza di lavoro (cioè la distanza tra l'oggetto da ispezionare e la lente di ingrandi- mento) più breve; quest’ultimo effetto rende meno conveniente il loro uso. La lente con un potere d'ingrandimento di 2 x 3 x è di solito una lente convessa singola, relativamente di basso costo; i sistemi con alto potere d'ingrandimento sono composti da 2-5 lenti concave e convesse, fatte vetri ottici di diverso tipo, in base a uno schema ottico elaborato che permette di correggere le aberrazioni e sono, quindi, più costosi.
Per leggere documenti con caratteri più piccoli sono adatte le lenti con ingrandimento pari a 2x a 3x, di conseguenza con più ampio campo di immagine. Quelli con potenza d’ingrandimento da 5x a 7x sono più idonei all’uso quotidiano. Per l'ispezione di particolari molto fini si raccomanda un fattore d’ingrandimento da 10x a 15x. Tuttavia, se si tenta di leggere un quotidiano con un apparecchio con ingrandimento pari a 10x occorre muovere la lente lettera per lettera a causa del campo visivo ridotto, col risultato che è impossibile catturare il si- gnificato delle frasi. Pertanto va selezionata una lente con un potere ingrandente tale che soddisfi i relativi scopi, comprendendo quindi che le lenti costose con un alto potere ingrandente non necessariamente sono utilizzabili in ogni ambito. Questo è il punto fondamentale per la scelta di una lente.
L’osservazione con un potere d'ingrandimento di 20x o maggiore si ottiene solitamente con un microscopio composto, che consiste in una lente obiettivo e una separata collocata a una distanza definita. La lente obiettivo forma un’immagine ingrandita, reale ma invertita, dell’oggetto ispezionato e la lente oculare, che è una lente d’ingrandimento speciale, ingrandisce ulteriormente l’immagine. E così, il microscopio composto può essere pa- ragonato ad un amplificatore a due fasi, laddove la lente può invece venir considerata a fase singola. Quindi, la prima può avere un potere d'ingrandimento molto elevato, ad esempio compreso fra 100x e 1000x; e qualora ve- nisse utilizzata a basso potere d'ingrandimento, compreso fra 20x e 30x, avrebbe un campo immagine più ampio e una distanza di lavoro maggiore rispetto a una lente con lo stesso potere d'ingrandimento
Il microscopio composto tuttavia presenta alcuni svantaggi: è massiccio e costoso, l’oggetto da ispezionare deve essere collocato sul suo (vetrino) portaoggetti e l’immagine ingrandita è capovolta. Da qui si vede il vantaggio di avere lenti comprese fra 20x e 30x che rendono quindi possibile la visualizzazione di un’immagine eretta (cioè non rovesciata) di ogni parte di un oggetto di grandi dimensioni che non può essere collocato sul portaoggetti. Per esempio, alcune lenti sono richieste nei processi foto-meccanici. Tuttavia, queste lenti ad alto potere d’ingrandimento hanno una distanza di lavoro molto breve e, inoltre, l'asse ottico dell'occhio dell'osservatore deve coincidere alla perfezione con quello della lente d'ingrandimento. Quest'ultima condizione richiede un po’ d’esperienza da parte dell'utente e l'uso errato di queste lenti impedisce di poter usufruire appieno delle loro caratteristiche. Ancora una volta occorre sottolineare di scegliere bene il potere ingrandente di una lente, ora disponibile da circa 2x a 30x.
Il potere ingrandente cambia con le condizioni d'uso
Finora il termine è stato utilizzato senza una connotazione precisa. È diverso da "ingrandimento" dell'immagine, cioè la grandezza fisica definita come il rapporto tra la lunghezza laterale dell'immagine di un piccolo ogget- to in sé. Il potere d'ingrandimento si riferisce alla combinazione di una lente d'ingrandimento (o un microscopio composto) e un occhio che osserva. Esso è definito come il rapporto tra l'angolo di visione dell'immagine virtuale ingrandita di un oggetto piccolo e quella dello stesso oggetto visualizzato con l'occhio nudo ad una distanza di 250 mm (ca. 10") da esso, che è approssimativamente uguale al rapporto tra la lunghezza dell'immagine formata sulla retina dell'occhio nei rispettivi casi. E così, se il potere d'ingrandimento di una lente di ingrandimento è 7x, la lunghezza laterale dell'immagine vista attraverso di esso è pari a 7 volte quella dello stesso oggetto visto a occhio nudo ad una distanza di 250 mm. In questo caso, l'area viene ingrandita di circa 72 o 49 volte.
Il potere d'ingrandimento di una lente non è una costante, ma varia continuamente all'interno di certa gamma coi cambiamenti nella distanza tra la lente e l'occhio, così come con i cambiamenti nella distanza di lavoro. Così il suo valore è indefinito qualora la condizione d’uso non venga specificata. Il valore del potere d'ingrandimento di una lente inciso sul barilotto dell’obiettivo o elencato nei cataloghi è il cosiddetto "potere d'ingrandimento normale", ovvero il potere d'ingrandimento a condizione che l’oggetto da ispezionare sia collocato sul "piano focale nello spazio dell'oggetto" della lente. In questo caso i raggi di luce emessi da ogni punto dell’oggetto diventano paralleli dopo aver attraversato la lente come indicato in Fig. 1 e, a questo punto, l’immagine virtuale dell’oggetto si forma a una distanza infinita dall’occhio, con una lunghezza infinitamente grande. Quindi il valore "dell’ingrandimento" dell’immagine è infinito ma in questo caso il potere d’ingrandimento o il potere d’ingrandimento normale della lente assume un valore finito ed è dato dalla formula
potere di ingrandimento normale = 250 (mm)/lunghezza focale (mm) della lente
essendo indipendente dalla distanza tra la lente e l'occhio. Grazie alla formula si può calcolare facilmente che una lente con una lunghezza focale di 25 mm ha un potere d’ingrandimento normale pari a 10x mentre quello normale di una lente con lunghezza focale di 50 mm è pari a 5x. Si può anche notare che il potere d’ingrandimento di una lente "debole" avente una lunghezza focale di 250 mm è pari a 1,0x, il che significa che l’utilizzo di tale lente non porta alcun vantaggio. Inoltre, una ancora più debole con una lunghezza focale di 300 mm ha un potere d’ingrandimento normale pari a 0,83x, il che significa che la dimensione dell’immagine virtuale osservata attraverso di essa è inferiore a quella dell’oggetto visto ad occhio nudo ad una distanza di 250 mm. Questi risultati sono corretti, a condizione che si parli di "potere d’in- grandimento normale".
Tuttavia, la "condizione d’uso normale" descritta in precedenza non è affatto consigliabile quando si usano lenti d’ingrandimento comuni. Il metodo più efficace è quello di portare l'occhio il più vicino possibile alla lente d'ingrandimento e regolare la distanza tra l'oggetto e la lente, così che l'immagine virtuale si formi a una distanza di 250 mm dall'occhio, come indicato in Fig. 2. Se l'occhio viene portato a contatto con la lente o, più propria- mente, se il "punto nodale nello spazio dell'oggetto" dell'occhio viene fatto coincidere con il "punto nodale nello spazio dell’immagine" della lente e l'immagine virtuale si forma nella posizione indicata in precedenza, allora il potere d'ingrandimento assume il valore massimo di potenza di ingrandimentomax dato dalla seguente formula. Solitamente è impossibile creare questa condizione alla perfezione ma più l’occhio si trova vicino alla lente, potere di ingrandimentomax = 1 + potere d'ingrandimento normale più il valore del potere d’ingrandimento si avvicina al livello massimo indicato dalla formula summenzionata. E quindi il potere d'ingrandimento di una lente 300 mm sarà pari circa a (1 + 0,83) o 1,83x e quello di una da 250 mm sarà circa (1 + 1,0) o 2x. Ciò significa che il fattore d’ingrandimento di una lente, per quanto debole possa essere, è sempre maggiore di 1x, a condizione che venga utilizzata alle condizioni descritte in precedenza.
La lente di media potenza con un potere d'ingrandimento normale di 5x o 7x potrà quindi esplicare un potere d’ingrandimento pari a quasi 6x o 8x, sempre se utilizzata alla condizione di cui sopra. Per realizzare questa condizione, tenere la lente con una mano, il più vicino possibile al proprio occhio, mentre con l’altra mano occorre regolare la posizione dell’oggetto da ispezionare fino a che è possibile osservare nitidamente l’immagine virtuale ingrandita. Questo è il secondo punto fondamentale per l’uso delle lenti d’ingrandimento.
Lenti di ingrandimento speciali per scopi speciali
Diversi tipi di lenti speciali sono state prodotte per scopi particolari, con lo stesso valore di un normale potere d'ingrandimento di quelle ordinarie, ma con alcune caratteristiche insolite. Per esempio la "lente anastigmatica 4x", con un campo dell’immagine molto ampio e piano, è particolarmente idonea per l'ispezione di precisione dei particolari dei negativi dei microfilm da 35 mm o per la visualizzazione delle diapositive a colori, senza dover spostare l'oggetto o la lente di ingrandimento. La "lente telecentrica 7x" montata su una scala in vetro può essere utilizzata per leggere con precisione la posizione deviata di un ago di metronomo che si muove su un piano leggermente diverso da quello della scala graduata. In seguito alla sua lunga distanza di lavoro, la "lente con fuoco posticipato 7x" permette di ispezionare il fondo di un foro piccolo e profondo o di osservare la struttura fine degli elettrodi in un tubo a vuoto da fuori la lampadina.
Attualmente sono disponibili solo due tipi di poteri ingrandenti in queste lenti speciali. Se si desidera una speciale lente di ingrandimento con un potere d'ingrandimento diverso, il costruttore può progettarla e costruirla in base alle specifiche desiderate, ma il costo sarà straordinariamente alto a causa di tutto quell’impegno mentale ed al tempo richiesto per la progettazione ottica. Questa è una condizione comune per tutti gli ordini specifici di strumenti ottici e l’unico modo per ridurre i costi è quello di ordinarne un gran numero, raccogliendo le richieste di chi è parimenti interessato al suo utilizzo. Questo è il terzo punto fondamentale da considerare quando si ordinano delle lenti speciali.
