Ocular

Un ocular , o lente ocular , es un tipo de lente que se acopla a una variedad de dispositivos ópticos como telescopios y microscopios . Se llama así porque suele ser la lente que está más cerca del ojo cuando alguien mira a través de un dispositivo óptico para observar un objeto o muestra. La lente o espejo objetivo recoge la luz de un objeto o muestra y la enfoca creando una imagen del objeto. El ocular se coloca cerca del punto focal del objetivo para ampliar esta imagen a los ojos. (El ocular y el ojo juntos forman una imagen de la imagen creada por el objetivo, en la retina del ojo). La cantidad de aumento depende de la distancia focal del ocular.

Un ocular consta de varios " elementos de lente " en una carcasa, con un "barril" en un extremo. El cañón tiene una forma que encaja en una abertura especial del instrumento al que está conectado. La imagen se puede enfocar acercando y alejando el ocular del objetivo. La mayoría de los instrumentos tienen un mecanismo de enfoque para permitir el movimiento del eje en el que está montado el ocular, sin necesidad de manipular el ocular directamente.

Los oculares de los binoculares suelen estar montados permanentemente en los binoculares, lo que hace que tengan un aumento y un campo de visión predeterminados. Sin embargo, en los telescopios y microscopios los oculares suelen ser intercambiables. Al cambiar el ocular, el usuario puede ajustar lo que ve. Por ejemplo, los oculares a menudo se intercambian para aumentar o disminuir el aumento de un telescopio. Los oculares también ofrecen distintos campos de visión y distintos grados de alivio ocular para la persona que mira a través de ellos.

Propiedades

Un ocular Kellner de 25 mm.

Es probable que varias propiedades de un ocular sean de interés para el usuario de un instrumento óptico a la hora de comparar oculares y decidir qué ocular se adapta a sus necesidades.

Distancia de diseño a la pupila de entrada

Los oculares son sistemas ópticos en los que la pupila de entrada se encuentra invariablemente fuera del sistema. Deben estar diseñados para un rendimiento óptimo para una distancia específica hasta esta pupila de entrada (es decir, con aberraciones mínimas para esta distancia). En un telescopio astronómico refractivo la pupila de entrada es idéntica al objetivo . Esto puede estar a varios pies de distancia del ocular; mientras que con el ocular de un microscopio la pupila de entrada está cerca del plano focal posterior del objetivo, a sólo unos centímetros del ocular. Los oculares de los microscopios pueden corregirse de forma diferente a los oculares de los telescopios; sin embargo, la mayoría también son adecuados para uso telescópico.

Elementos y grupos

Los elementos son las lentes individuales, que pueden venir como lentes simples o "singletes" y dobletes cementados o (raramente) tripletes . Cuando las lentes se cementan entre sí en pares o triples, los elementos combinados se denominan grupos (de lentes).

Los primeros oculares tenían un solo elemento de lente, que generaba imágenes muy distorsionadas. Poco después se inventaron diseños de dos y tres elementos y rápidamente se convirtieron en estándar debido a la calidad de imagen mejorada. Hoy en día, los ingenieros, asistidos por software de dibujo asistido por computadora, han diseñado oculares con siete u ocho elementos que ofrecen vistas excepcionalmente grandes y nítidas.

Reflexión interna y dispersión.

Los reflejos internos, a veces llamados "dispersión", hacen que la luz que pasa a través de un ocular se disperse y reduzca el contraste de la imagen proyectada por el ocular. Cuando el efecto es especialmente malo, se ven "imágenes fantasma", lo que se denomina "ghosting". Durante muchos años, para evitar este problema se prefirieron diseños de oculares simples con un número mínimo de superficies internas de aire a vidrio.

Una solución para la dispersión es utilizar recubrimientos de película delgada sobre la superficie del elemento. Estos delgados recubrimientos tienen solo una o dos longitudes de onda de profundidad y trabajan para reducir los reflejos y la dispersión cambiando la refracción de la luz que pasa a través del elemento. Algunos recubrimientos también pueden absorber la luz que no pasa a través de la lente en un proceso llamado reflexión interna total donde la luz que incide sobre la película forma un ángulo poco profundo.

Aberración cromática

La aberración cromática lateral o transversal se debe a que la refracción en las superficies de vidrio difiere para luz de diferentes longitudes de onda. La luz azul, vista a través de un elemento ocular, no se enfocará en el mismo punto sino a lo largo del mismo eje que la luz roja. El efecto puede crear un anillo de color falso alrededor de fuentes puntuales de luz y provocar una borrosidad general de la imagen.

Una solución es reducir la aberración utilizando múltiples elementos de diferentes tipos de vidrio. Los acromáticos son grupos de lentes que llevan dos longitudes de onda de luz diferentes al mismo foco y exhiben colores falsos muy reducidos. También se puede utilizar vidrio de baja dispersión para reducir la aberración cromática.

La aberración cromática longitudinal es un efecto pronunciado de los objetivos de los telescopios ópticos , debido a que las distancias focales son muy largas. Los microscopios, cuyas distancias focales son generalmente más cortas, no suelen sufrir este efecto.

Longitud focal

La distancia focal de un ocular es la distancia desde el plano principal del ocular hasta donde los rayos de luz paralelos convergen en un solo punto. Cuando está en uso, la distancia focal de un ocular, combinada con la distancia focal del telescopio o del objetivo del microscopio al que está conectado, determina el aumento. Generalmente se expresa en milímetros cuando se hace referencia únicamente al ocular. Sin embargo, al intercambiar un conjunto de oculares en un solo instrumento, algunos usuarios prefieren identificar cada ocular por el aumento producido.

Para un telescopio, el aumento angular aproximado producido por la combinación de un ocular y un objetivo en particular se puede calcular con la siguiente fórmula: $\ M_{\mathsf {A}}\$

\ M_{\mathsf {A}}\approx {\frac {\ f_{\mathsf {O}}\ }{\ f_{\mathsf {E}}\ }}\

dónde:

$\ f_{\mathsf {O}}\$ es la distancia focal del objetivo,
$\ f_{\mathsf {E}}\$ es la distancia focal del ocular.

Por lo tanto, la ampliación aumenta cuando la distancia focal del ocular es más corta o la distancia focal del objetivo es más larga. Por ejemplo, un ocular de 25 mm en un telescopio con una distancia focal de 1200 mm aumentaría los objetos 48 veces. Un ocular de 4 mm en el mismo telescopio aumentaría 300 veces.

Los astrónomos aficionados tienden a referirse a los oculares de los telescopios por su distancia focal en milímetros. Estos suelen oscilar entre aproximadamente 3 mm y 50 mm. Sin embargo, algunos astrónomos prefieren especificar el poder de aumento resultante en lugar de la distancia focal. A menudo es más conveniente expresar la ampliación en los informes de observación, ya que da una impresión más inmediata de lo que vio realmente el observador. Sin embargo, debido a su dependencia de las propiedades del telescopio particular en uso, el poder de aumento por sí solo no tiene sentido para describir el ocular de un telescopio.

Para un microscopio compuesto la fórmula correspondiente es

\ M_{\mathsf {A}}={\frac {~~~D\ \cdot \ D_{\mathsf {EO}}\ }{\ f_{\mathsf {E}}\ \cdot \ f_ {\mathsf {O}}\ }}={\frac {D}{~f_{\mathsf {E}}\ }}\cdot {\frac {~~D_{\mathsf {EO}}\ }{~ f_ {\mathsf {O}}\ }}\

dónde

$\ D\$ es la distancia de visión más cercana (normalmente 250 mm).
$\ D_{\mathsf {EO}}\$ es la distancia entre el plano focal posterior del objetivo y el plano focal posterior del ocular (llamado vagamente "longitud del tubo" ), típicamente 160 mm para un instrumento moderno.
$\ f_{\mathsf {O}}\$ es la distancia focal del objetivo y es la distancia focal del ocular. $\ f_{\mathsf {E}}\$

Por convención, los oculares de los microscopios suelen especificarse según la potencia en lugar de la distancia focal. La potencia del ocular del microscopio y la potencia del objetivo se definen por $\ P_{\mathrm {E} }\$ $\ P_{\mathsf {O}}\$

\ P_{\mathsf {E}}={\frac {D}{~f_{\mathsf {E}}\ }}\ ,\qquad P_{\mathsf {O}}={\frac {~ ~D_{\mathsf {EO}}\ }{~f_{\mathsf {O}}\ }}\

por lo tanto, de la expresión dada anteriormente para el aumento angular de un microscopio compuesto

\ M_{\mathsf {A}}=P_{\mathsf {E}}\times P_{\mathsf {O}}\

El aumento angular total de una imagen de microscopio se calcula simplemente multiplicando la potencia del ocular por la potencia del objetivo. Por ejemplo, un ocular de 10× con un objetivo de 40× ampliará la imagen 400 veces.

Esta definición de potencia de la lente se basa en una decisión arbitraria de dividir el aumento angular del instrumento en factores separados para el ocular y el objetivo. Históricamente, Abbe describió los oculares de los microscopios de manera diferente, en términos de aumento angular del ocular y "aumento inicial" del objetivo. Si bien esto era conveniente para el diseñador óptico, resultó ser menos conveniente desde el punto de vista de la microscopía práctica y, por lo tanto, posteriormente se abandonó.

La distancia visual generalmente aceptada del enfoque más cercano es de 250 mm, y la potencia del ocular normalmente se especifica asumiendo este valor. Las potencias de los oculares comunes son 8×, 10×, 15× y 20×. De este modo, si es necesario, se puede determinar la distancia focal del ocular (en mm) dividiendo 250 mm por la potencia del ocular. $\ D\$

Los instrumentos modernos suelen utilizar objetivos corregidos ópticamente para una longitud de tubo infinita en lugar de 160 mm, y estos requieren una lente de corrección auxiliar en el tubo.

Ubicación del plano focal

En algunos tipos de oculares, como los oculares Ramsden (descritos con más detalle a continuación), el ocular se comporta como una lupa y su plano focal está ubicado fuera del ocular, frente a la lente de campo . Por lo tanto, este plano es accesible como lugar para una retícula o un alambre transversal micrométrico. En el ocular de Huygen, el plano focal se encuentra entre el ojo y las lentes de campo, dentro del ocular y, por tanto, no es accesible.

Campo de visión

El campo de visión, a menudo abreviado FOV, describe el área de un objetivo (medida como un ángulo desde el lugar de visión) que se puede ver cuando se mira a través de un ocular. El campo de visión visto a través de un ocular varía dependiendo del aumento logrado cuando se conecta a un telescopio o microscopio en particular, y también de las propiedades del propio ocular. Los oculares se diferencian por su tope de campo , que es la apertura más estrecha por la que debe pasar la luz que entra en el ocular para llegar a la lente de campo del ocular.

Debido a los efectos de estas variables, el término "campo de visión" casi siempre se refiere a uno de dos significados:

Campo de visión verdadero o del telescopio: Para un telescopio o binocular, el tamaño angular real de la extensión del cielo que se puede ver a través de un ocular en particular, utilizado con un telescopio en particular, produciendo un aumento específico. Normalmente oscila entre 0,1 y 2 grados . Para un microscopio, el ancho real de la muestra visible en el portaobjetos o bandeja de muestra, generalmente se expresa en milímetros, pero a veces se expresa como medida angular, como en un telescopio. En el caso de los binoculares, se expresa como el ancho de campo real en pies o en metros a una distancia estándar (normalmente 100 pies o 30 metros, que son casi iguales: 30 m es sólo un 2% más pequeño que 100 pies).
Campo de visión aparente o del ojo: Para telescopios, microscopios o binoculares, el campo de visión aparente es una medida del tamaño angular de la imagen vista por el ojo a través del ocular. En otras palabras, es el tamaño de la imagen (a diferencia del aumento). A menos que haya viñeteado en el tubo del cuerpo del telescopio o microscopio, esto es constante para cualquier ocular con una distancia focal fija y puede usarse para calcular cuál será el verdadero campo de visión cuando el ocular se use con un telescopio o microscopio determinado. . Para los oculares modernos, la medición oscila entre 30 y 110 grados , siendo todos los buenos oculares actuales de al menos 50°, excepto algunos oculares para fines especiales, como algunos equipados con retículas .

Es común que los usuarios de un ocular quieran calcular el campo de visión real, porque indica qué parte del cielo será visible cuando se utiliza el ocular con su telescopio. El método más conveniente para calcular el campo de visión real depende de si se conoce el campo de visión aparente.

Si se conoce el campo de visión aparente, el campo de visión real se puede calcular a partir de la siguiente fórmula aproximada:

T_{\mathsf {FOV}}\approx {\frac {\ A_{\mathsf {FOV}}\ }{M}}

dónde:

$\ T_{\mathsf {FOV}}\$ es el verdadero campo de visión (en el cielo), calculado en cualquier unidad de medida angular que se proporcione en; $A_{\mathsf {FOV}}\$
$\ A_{\mathsf {FOV}}\$ es el campo de visión aparente (en el ojo);
$\ M\$ es la ampliación.

La fórmula tiene una precisión del 4% o más hasta un campo de visión aparente de 40° y tiene un error del 10% para 60°.

Desde donde: $\ M={\frac {\ f_{\mathsf {T}}\ }{f_{\mathsf {E}}}}\ ,$

$\ f_{\mathsf {T}}\$ es la distancia focal del telescopio;
$\ f_{\mathsf {E}}\$ es la distancia focal del ocular, expresada en las mismas unidades de medida que $\ f_{\mathsf {T}}\ ;$

El verdadero campo de visión incluso sin conocer el campo de visión aparente, viene dado por:

T_{\mathsf {FOV}}\approx {\frac {A_{\mathsf {FOV}}}{\ \left[{\frac {f_{\mathsf {T}}}{\ f_{\mathsf {E}}\ }}\right]\ }}=A_{\mathsf {FOV}}\times {\frac {\ f_{\mathsf {E}}\ }{f_{\mathsf {T}}}} ~.

^[a]

La distancia focal del objetivo del telescopio es el diámetro del objetivo multiplicado por la relación focal . Representa la distancia a la que el espejo o la lente del objetivo hará que la luz de una estrella converja en un solo punto ( excepto aberraciones ). $\ f_{\mathsf {T}}\ ,$

Si se desconoce el campo de visión aparente, el campo de visión real se puede encontrar aproximadamente usando:

\ T_{\mathsf {FOV}}~\approx ~{\frac {\ 57.3\ d\ }{f_{\mathsf {T}}}}\

dónde:

$\ T_{\mathsf {FOV}}\$ es el campo de visión real, calculado en grados .
$\ d\$ es el diámetro del tope de campo del ocular en mm.
$\ f_{\mathsf {T}}\$ es la distancia focal del telescopio, en mm.

La segunda fórmula es en realidad más precisa, pero la mayoría de los fabricantes no suelen especificar el tamaño de la parada de campo. La primera fórmula no será precisa si el campo no es plano o es superior a 60°, lo cual es común en la mayoría de los diseños de oculares ultraanchos.

Las fórmulas anteriores son aproximaciones. La norma ISO 14132-1:2002 proporciona el cálculo exacto del campo de visión aparente, desde el campo de visión real, como: $\ A_{\mathsf {FOV}}\ ,$ $\ T_{\mathsf {FOV}}\ ,$

\ \tan {\frac {\ A_{\mathsf {FOV}}\ }{2}}=M\times \tan {\frac {\ T_{\mathsf {FOV}}\ }{2}}~.

Si se utiliza una lente diagonal o de Barlow antes del ocular, el campo de visión del ocular puede verse ligeramente restringido. Esto ocurre cuando la lente anterior tiene un tope de campo más estrecho que el del ocular, lo que hace que la obstrucción en el frente actúe como un tope de campo más pequeño frente al ocular. La relación exacta está dada por

A_{\mathsf {FOV}}~=~2\times \arctan {\frac {d}{\ 2\times f_{\mathsf {E}}\ }}~.

Una aproximación utilizada ocasionalmente es

A_{\mathsf {FOV}}~~\approx ~~57.3^{\circ }\times {\frac {d}{\ f_{\mathsf {E}}\ }}~.

Esta fórmula también indica que, para un diseño de ocular con un campo de visión aparente determinado, el diámetro del cilindro determinará la distancia focal máxima posible para ese ocular, ya que ningún tope de campo puede ser mayor que el propio cilindro. Por ejemplo, un Plössl con un campo de visión aparente de 45° en un cañón de 1,25 pulgadas produciría una distancia focal máxima de 35 mm. ^[1] Cualquier cosa más larga requiere un cañón más grande o la visión queda restringida por el borde, lo que efectivamente hace que el campo de visión sea inferior a 45°.

Diámetro del barril

Los oculares de telescopios y microscopios suelen intercambiarse para aumentar o disminuir el aumento y para permitir al usuario seleccionar un tipo con determinadas características de rendimiento. Para permitir esto, los oculares vienen en "diámetros de barril" estandarizados.

Oculares de telescopio

Hay seis diámetros de cilindro estándar para telescopios. Los tamaños de cañón (generalmente expresados en pulgadas ^{[ cita necesaria ]} ) son:

0,965 pulgadas (24,5 mm): este es el diámetro de barril estándar más pequeño y generalmente se encuentra en telescopios de tiendas de juguetes y centros comerciales . Muchos de los oculares que vienen con estos telescopios son de plástico y algunos incluso tienen lentes de plástico. Los oculares telescópicos de alta gama con este tamaño de cilindro ya no se fabrican, pero todavía se pueden adquirir los tipos Kellner.
1,25 pulgadas (31,75 mm): este es el diámetro del cilindro del ocular del telescopio más popular. El límite superior práctico de distancias focales para oculares con cilindro de 1,25″ es de unos 32 mm. Con distancias focales más largas , los bordes del cilindro del ocular interfieren en la visión, limitando su tamaño. Con distancias focales superiores a 32 mm, el campo de visión disponible cae por debajo de 50°, que la mayoría de los aficionados consideran el ancho mínimo aceptable. Estos tamaños de barril tienen rosca para filtros de 30 mm .
2 pulgadas (50,8 mm): el tamaño de cilindro más grande en los oculares de 2 ″ ayuda a aliviar el límite de las distancias focales; Es el tamaño más grande comúnmente disponible. El límite superior de distancia focal con oculares de 2″ es de unos 55 mm. La desventaja es que estos oculares suelen ser más caros, no caben en algunos telescopios y pueden ser lo suficientemente pesados como para inclinar el telescopio. Estos tamaños de barril tienen rosca para filtros de 48 mm (o rara vez de 49 mm).
Los oculares de 2,7 pulgadas (68,58 mm) – 2,7 ″ solo los fabrican unos pocos fabricantes. Permiten campos de visión ligeramente más grandes. Muchos enfocadores de alta gama ahora aceptan estos oculares.
3 pulgadas (76,2 mm): el tamaño del cilindro aún mayor en los oculares de 3 ″ permite distancias focales extremas y un campo de visión de más de 120°. Las desventajas son que estos oculares son algo raros, extremadamente caros, pesan hasta 5 libras y que sólo unos pocos telescopios tienen enfocadores lo suficientemente grandes como para aceptarlos. Su enorme peso provoca problemas de equilibrio en Schmidt-Cassegrain de menos de 10 pulgadas, refractores de menos de 5 pulgadas y reflectores de menos de 16 pulgadas. Además, debido a sus grandes topes de campo, sin espejos secundarios de gran diámetro, la mayoría de los reflectores y Schmidt-Cassegrain tendrán un viñeteado severo con estos oculares. ^[b]
4 pulgadas (102 mm): los oculares de este tamaño son raros y solo se usan comúnmente para telescopios refractores largos en observatorios más antiguos. Muy pocos fabricantes los fabrican, y con la popularidad actual de los telescopios de distancia focal corta y relación focal más pequeña entre los aficionados, la demanda de este tamaño es baja. A veces se improvisan a partir de lentes readaptadas extraídas de viejos proyectores de cine.

Oculares de microscopio

Los oculares para microscopios tienen una variedad de diámetros de cilindro, generalmente expresados en milímetros, como 23,2 mm y 30 mm.

Alivio del ojo

El relieve ocular: 1 Imagen real; 2 diafragma de campo; 3 alivio para los ojos; 4 alumnos de salida. El ocular tiene un diseño Abbe ("orto").

El ojo debe mantenerse a cierta distancia detrás de la lente de un ocular para ver las imágenes correctamente a través de él. Esta distancia se llama distancia ocular. Un mayor alivio ocular significa que la posición óptima está más alejada del ocular, lo que facilita la visualización de una imagen. Sin embargo, si el relieve ocular es demasiado grande, puede resultar incómodo mantener el ojo en la posición correcta durante un período prolongado de tiempo, por lo que algunos oculares con relieve ocular largo tienen copas detrás de la lente del ojo para ayudar al observador a mantener la distancia ocular larga. posición de observación correcta. La pupila del ojo debe coincidir con la pupila de salida , la imagen de la pupila de entrada, que en el caso de un telescopio astronómico corresponde al cristal del objeto.

El alivio ocular suele oscilar entre 2 mm y 20 mm, según la construcción del ocular. Los oculares de distancia focal larga suelen tener un amplio alivio ocular, pero los oculares de distancia focal corta son más problemáticos. Hasta hace poco, y todavía es bastante común, los oculares de distancia focal corta tenían un distancia ocular corta. Las buenas pautas de diseño sugieren un mínimo de 5 a 6 mm para acomodar las pestañas del observador y evitar molestias. Sin embargo, los diseños modernos con muchos elementos de lentes pueden corregir esto y la visualización a alta potencia se vuelve más cómoda. Este es especialmente el caso de los usuarios de gafas , que pueden necesitar hasta 20 mm de distancia ocular para acomodar sus gafas.

Diseños

La tecnología se ha desarrollado con el tiempo y existe una variedad de diseños de oculares para usar con telescopios, microscopios, miras y otros dispositivos. Algunos de estos diseños se describen con más detalle a continuación.

Lente negativa o "galileana"

La lente negativa simple colocada antes del enfoque del objetivo tiene la ventaja de presentar una imagen vertical pero con un campo de visión limitado, más adecuado para aumentos bajos. Se sospecha que este tipo de lente se utilizó en algunos de los primeros telescopios refractores que aparecieron en los Países Bajos alrededor de 1608. También se utilizó en el diseño del telescopio de Galileo Galilei de 1609, que dio a este tipo de disposición ocular el nombre de " galileano ". Este tipo de ocular todavía se utiliza en telescopios, binoculares y prismáticos muy baratos .

Lentes convexas

Una lente convexa simple colocada después del enfoque de la lente del objetivo presenta al espectador una imagen invertida ampliada. Esta configuración puede haber sido utilizada en los primeros telescopios refractores de los Países Bajos y fue propuesta como una forma de tener un campo de visión mucho más amplio y mayor aumento en los telescopios en el libro Dioptrice de Johannes Kepler de 1611 . Dado que la lente se coloca después del plano focal del objetivo, también permitió el uso de un micrómetro en el plano focal (utilizado para determinar el tamaño angular y/o la distancia entre los objetos observados).

Huygens

Los oculares Huygens constan de dos lentes plano-convexas con los lados planos hacia el ojo separados por un espacio de aire. Las lentes se llaman lente ocular y lente de campo. El plano focal se encuentra entre las dos lentes. Fue inventado por Christiaan Huygens a finales de la década de 1660 y fue el primer ocular compuesto (multilente). ^[2] Huygens descubrió que se pueden utilizar dos lentes espaciadas por aire para fabricar un ocular con cero aberración cromática transversal. Si las lentes están hechas de vidrio del mismo número de Abbe, para ser utilizadas con un ojo relajado y un telescopio con un objetivo infinitamente distante, entonces la separación viene dada por:

d={\tfrac {1}{2}}\left(f_{\mathsf {A}}+f_{\mathsf {B}}\right)

donde y son las distancias focales de las lentes componentes. $\ f_{\mathsf {A}}\$ $\ f_{\mathsf {B}}\$

Estos oculares funcionan bien con telescopios de distancia focal muy larga. ^[c] Este diseño óptico ahora se considera obsoleto ya que con los telescopios de longitud focal más corta de hoy en día, el ocular sufre un alivio ocular corto, una alta distorsión de la imagen, una aberración cromática axial y un campo de visión aparente muy estrecho. Dado que estos oculares son baratos de fabricar, a menudo se pueden encontrar en telescopios y microscopios económicos. ^[3]

Como los oculares Huygens no contienen cemento para sujetar los elementos de la lente, los usuarios de telescopios a veces utilizan estos oculares como "proyección solar", es decir, proyectando una imagen del Sol en una pantalla durante períodos de tiempo prolongados. Tradicionalmente se considera que los oculares cementados son potencialmente vulnerables al daño por calor debido a las intensas concentraciones de luz involucradas.

ramsden

El ocular de Ramsden consta de dos lentes plano-convexas del mismo cristal y longitudes focales similares, colocadas a menos de una distancia focal de la lente del ojo, un diseño creado por el fabricante de instrumentos científicos y astronómicos Jesse Ramsden en 1782. La separación de las lentes varía entre los diferentes diseños. , pero normalmente está en algún punto entre 7 /10y 7 /8de la distancia focal de la lente ocular, siendo la elección un equilibrio entre la aberración cromática transversal residual (en valores bajos) y en valores altos, corriendo el riesgo de que la lente de campo toque el plano focal cuando la utiliza un observador que trabaja con una imagen virtual cercana, como un observador miope o una persona joven cuya adaptación es capaz de hacer frente a una imagen virtual cercana (esto es un problema grave cuando se usa con un micrómetro, ya que puede dañar el instrumento).

Tampoco es aconsejable una separación de exactamente 1 distancia focal, ya que hace que el polvo de la lente de campo quede enfocado de manera perturbadora. Las dos superficies curvas miran hacia adentro. Por tanto, el plano focal está situado fuera del ocular y, por tanto, es accesible como lugar donde se puede colocar una retícula o un punto de mira micrométrico. Debido a que se requeriría una separación de exactamente una distancia focal para corregir la aberración cromática transversal, no es posible corregir completamente el diseño de Ramsden para la aberración cromática transversal. El diseño es ligeramente mejor que el de Huygens, pero aún no está a la altura de los estándares actuales.

Sigue siendo muy adecuado para su uso con instrumentos que funcionan con fuentes de luz casi monocromáticas, por ejemplo, polarímetros.

Kellner o "Acromático"

En un ocular Kellner se utiliza un doblete acromático en lugar de la lente ocular plano-convexa simple en el diseño de Ramsden para corregir la aberración cromática transversal residual. Carl Kellner diseñó este primer ocular acromático moderno en 1849, ^[4] también llamado " Ramsden acromatizado ". Los oculares Kellner tienen un diseño de 3 lentes. Son económicos y tienen una imagen bastante buena desde potencia baja a media y son muy superiores al diseño Huygenian o Ramsden. El alivio ocular es mejor que el de los oculares Huygenianos y peor que el de los de Ramsden. ^[5] El mayor problema de los oculares Kellner eran los reflejos internos. Los revestimientos antirreflectantes actuales hacen que estas opciones sean útiles y económicas para telescopios de apertura pequeña a mediana con relación focal f/6 o más. El campo de visión aparente típico es de 40 a 50°.

Plössl o "simétrico"

El Plössl es un ocular que normalmente consta de dos juegos de dobletes , diseñado por Georg Plössl en 1860. Dado que los dos dobletes pueden ser idénticos, este diseño a veces se denomina ocular simétrico . ^[6] La lente Plössl compuesta proporciona un gran campo de visión aparente de 50° o más, junto con un campo de visión correspondientemente grande. Esto hace que este ocular sea ideal para una variedad de propósitos de observación, incluida la observación planetaria y del cielo profundo . La principal desventaja del diseño óptico Plössl es el corto alivio ocular en comparación con un ortoscópico, ya que el alivio ocular Plössl está restringido a aproximadamente el 70-80% de la distancia focal. La corta distancia ocular es más crítica en distancias focales cortas por debajo de aproximadamente 10 mm, cuando la visualización puede resultar incómoda, especialmente para las personas que usan gafas.

El ocular Plössl fue un diseño poco conocido hasta la década de 1980, cuando los fabricantes de equipos astronómicos comenzaron a vender versiones rediseñadas del mismo. ^[7] Hoy en día es un diseño muy popular en el mercado de la astronomía amateur, ^[8] donde el nombre Plössl cubre una gama de oculares con al menos cuatro elementos ópticos, que a veces se superponen con el diseño de Erfle.

Este ocular es uno de los más caros de fabricar debido a la calidad del vidrio y a la necesidad de lentes convexas y cóncavas bien combinadas para evitar reflejos internos. Por este motivo, la calidad de los distintos oculares Plössl varía. Hay diferencias notables entre los Plössl baratos con revestimientos antirreflectantes más sencillos y los bien fabricados.

Ortoscópico o "Abbe"

El ocular ortoscópico de 4 elementos consta de una lente de ojo singlete plano-convexa y una lente de campo acromática de lente de campo triplete convexa-convexa cementada . Esto le da al ocular una calidad de imagen casi perfecta y un buen alivio ocular , pero un campo de visión aparente estrecho, entre 40° y 45°. Fue inventado por Ernst Abbe en 1880. ^[3] Se le llama " ortoscópico " u " ortográfico " debido a su bajo grado de distorsión y, a veces, también se le llama "orto" o "Abbe".

Hasta la llegada de los revestimientos múltiples y la popularidad del Plössl, los ortoscópicos eran el diseño más popular para los oculares telescópicos. Incluso hoy en día estos oculares se consideran buenos oculares para la observación planetaria y lunar. Se prefieren para oculares de retícula , ya que son uno de los diseños de campo amplio y relieve ocular largo con un plano focal externo; poco a poco está siendo suplantado por el König. Debido a su bajo grado de distorsión y al correspondiente efecto globo , son menos adecuados para aplicaciones que requieren un amplio panorama del instrumento.

monocéntrico

Una monocéntrica es una lente triplete acromática con dos piezas de vidrio corona cementadas en ambos lados de un elemento de vidrio color piedra. Los elementos son gruesos, fuertemente curvados y sus superficies tienen un centro común, lo que le da el nombre de " monocéntrico ". Fue inventado por HA Steinheil alrededor de 1883. ^[9] Este diseño, al igual que los diseños de oculares sólidos de Tolles, Hastings y Taylor, ^[10] está libre de reflejos fantasma y proporciona una imagen brillante y contrastada, una característica deseable cuando se inventó. (antes de los revestimientos antirreflectantes ). ^[11] Tiene un campo de visión aparente estrecho de alrededor de 25° ^[12] pero fue favorecido por los observadores planetarios. ^[13]

Erfle

Un erfle es un ocular de 5 elementos que consta de dos lentes acromáticas con una lente extra simple entre ellas. Fueron inventados por Heinrich Erfle durante la Primera Guerra Mundial para uso militar. ^[14] El diseño es una extensión elemental de oculares de cuatro elementos como el Plössls, mejorado para campos más amplios.

Los oculares Erfle están diseñados para tener un amplio campo de visión (aproximadamente 60°), pero no se pueden utilizar con altas potencias porque sufren de astigmatismo e imágenes fantasma. ^[d] Sin embargo, con recubrimientos de lentes a bajas potencias ( distancias focales de 20 ~ 30 mm y superiores) son aceptables, y a 40 mm pueden ser excelentes. Los Erfles son muy populares para vistas de campo amplio, porque tienen lentes oculares grandes y pueden ser muy cómodos de usar debido a su buen alivio ocular en distancias focales más largas.

König

El ocular de König tiene un doblete positivo cóncavo-convexo y un singlete plano-convexo . Las superficies fuertemente convexas del doblete y del singlete se enfrentan y (casi) se tocan entre sí. El doblete tiene su superficie cóncava mirando hacia la fuente de luz y el singlete tiene su superficie casi plana (ligeramente convexa) mirando hacia el ojo. Fue diseñado en 1915 por el óptico alemán Albert König (1871-1946) ^{[ cita necesaria ]} y es efectivamente un Abbe simplificado. El diseño permite un gran aumento con un relieve ocular notablemente alto : el relieve ocular proporcional a la distancia focal más largo de cualquier diseño anterior al Nagler, en 1979. El campo de visión de aproximadamente 55° es ligeramente superior al del Plössl, con las ventajas adicionales de mejor alivio ocular y requiere un elemento de lente menos.

Las mejoras modernas suelen tener campos de visión de 60°-70°. Las revisiones de diseño de König utilizan vidrios exóticos y/o añaden más grupos de lentes; la adaptación más típica es añadir una lente cóncavo-convexa positiva simple antes del doblete , con la cara cóncava hacia la fuente de luz y la superficie convexa mirando al doblete.

RKE

Un ocular RKE tiene una lente de campo acromático y una lente ocular doble convexa, una adaptación invertida del ocular Kellner, con una disposición de lente similar a la del König. Fue diseñado por el Dr. David Rank para Edmund Scientific Corporation , quien lo comercializó a finales de los años 1960 y principios de los 1970. Este diseño proporciona un campo de visión ligeramente más amplio que el diseño clásico de Kellner y hace que su diseño sea similar a una versión ampliamente espaciada del König.

Según Edmund Scientific Corporation , RKE significa "Rank Kellner Eyepiece". ^{[ cita necesaria ]} En una enmienda a su solicitud de marca registrada el 16 de enero de 1979, se denominaron "Rank-Kaspereit-Erfle", los tres diseños de los que se derivó el ocular. ^[15] Edmund Astronomy News (marzo de 1978) llamó al ocular "Rank-Kaspereit-Erfle" (RKE) un "rediseño[ed]... tipo II Kellner". ^[16] Sin embargo, el diseño del RKE no se parece a un Kellner y está más cerca de un König modificado. Se especula que en algún momento la "K" se interpretó erróneamente como el nombre del Kellner más común, en lugar del raramente visto König.

Nagler

Inventado por Albert Nagler y patentado en 1979, el ocular Nagler es un diseño optimizado para telescopios astronómicos para brindar un campo de visión ultra amplio (82°) que tiene una buena corrección del astigmatismo y otras aberraciones. Introducido en 2007, el Ethos es un diseño de campo ultra amplio mejorado desarrollado principalmente por Paul Dellechiaie bajo la dirección de Albert Nagler en Tele Vue Optics y afirma tener un AFOV de 100 a 110°. ^[17]^[18] Esto se logra utilizando vidrio exótico de alto índice y hasta ocho elementos ópticos en cuatro o cinco grupos; Hay varios diseños similares llamados Nagler , Nagler tipo 2 , Nagler tipo 4 , Nagler tipo 5 y Nagler tipo 6 . El nuevo diseño de Delos es un diseño Ethos modificado con un campo de visión de "sólo" 72 grados pero con una distancia ocular larga de 20 mm.

La cantidad de elementos en un Nagler los hace parecer complejos, pero la idea del diseño es bastante simple: cada Nagler tiene una lente de campo doblete negativo , que aumenta el aumento, seguida de varios grupos positivos. Los grupos positivos, considerados separados del primer grupo negativo, se combinan para tener una distancia focal larga y formar una lente positiva. Eso permite que el diseño aproveche las muchas buenas cualidades de las lentes de bajo aumento. De hecho, una Nagler es una versión superior de una lente Barlow combinada con un ocular de longitud focal larga . Este diseño se ha copiado ampliamente en otros oculares de campo amplio o de alivio ocular largo .

La principal desventaja de los Nagler es su peso; A menudo se las llama con tristeza " granadas de mano " debido a su peso y gran tamaño. Las versiones de distancia focal larga superan los 0,5 kg (1,1 lb), lo que es suficiente para desequilibrar los telescopios de tamaño pequeño y mediano. Otra desventaja es el elevado coste de compra, ya que los precios de los Nagler grandes son comparables al coste de un telescopio pequeño. De ahí que muchos astrónomos aficionados consideren estos oculares como un lujo. ^[19]

Notas a pie de página

^ Una forma sencilla y común de medir directamente el verdadero campo de visión ( si no hay viñeteado en la pared del tubo del telescopio) es cronometrar el tiempo que le toma a una estrella situada a unos pocos grados del ecuador celeste recorrer todo el campo. de visión del ocular, con el telescopio quieto. Ese tiempo es una medida (casi) exacta del campo de visión, en segundos de reloj, y se convierte a unidades de grados angulares mediante fórmulas más precisas que pueden corregir cualquier altura de la estrella por encima o por debajo del ecuador y, por tanto, prescindir de la necesidad. utilizar una estrella que abraza el ecuador. $T_{\mathsf {FOV}}\ ,$ $\ t\$ $T_{\mathsf {FOV}}\approx t\times {\frac {1^{\circ }}{\ 15\ {\mathsf {seconds}}\ }}~.$
^ Los fabricantes de oculares de 3 ″ incluyen Explore Scientific y Siebert Optics. Los telescopios que pueden aceptar oculares de 3 ″ son fabricados por Explore Scientific y Orion Telescopes and Binoculars.
^ En la época de Huygens, los oculares tipo Huygens se utilizaban con telescopios refractores fabricados con una lente primaria de un solo elemento con una distancia focal muy larga. Se les llamaba " telescopios aéreos " porque el primario tenía que mantenerse muy alto sobre el suelo, normalmente montado en el extremo de un largo poste, para que un observador en tierra estuviera cerca del punto focal de la lente primaria. Las lentes utilizadas no eran acromáticas y se necesitaba una distancia focal muy larga para minimizar las aberraciones focales y de color .
^ Un eslogan común entre los astrónomos aficionados es "Los Erfles son horribles " .

Ver también

Referencias

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Fuentes

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Rutten, H.; van Venrooij, M. (1989) [1988]. Óptica del telescopio . Willmann-Bell. ISBN 0-943396-18-2.

Harrington, Philip S. (25 de febrero de 2011) [abril de 2007]. Star Ware: una guía para astrónomos aficionados para elegir, comprar y utilizar telescopios y accesorios (4ª ed.). John Wiley e hijos. ISBN 9780-4717-5063-5.

enlaces externos

Medios relacionados con oculares en Wikimedia Commons
EVOLUCIÓN DEL OCULAR
A. Nagler – Patente de Estados Unidos US4286844
A. Nagler – Patente de Estados Unidos US4747675
A. Nagler – Patente de Estados Unidos US4525035
A. Nagler – Visor para uso con telescopios astronómicos
La evolución del ocular astronómico, discusión en profundidad de varios diseños y antecedentes teóricos.
Página de oculares de John Savard, una lista de oculares con algunos detalles de su construcción.
Oficina de Patentes de Estados Unidos: NAGLER ocular ultra gran angular. ^{[ enlace muerto permanente ]}