Ocular

Un ocular , o lente ocular , es un tipo de lente que se coloca en una variedad de dispositivos ópticos, como telescopios y microscopios . Se llama así porque, por lo general, es la lente que está más cerca del ojo cuando alguien mira a través de un dispositivo óptico para observar un objeto o una muestra. La lente o espejo objetivo recoge la luz de un objeto o una muestra y la enfoca creando una imagen del objeto. El ocular se coloca cerca del punto focal del objetivo para ampliar esta imagen para 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 "cilindro" en un extremo. El cilindro tiene una forma que encaja en una abertura especial del instrumento al que está conectado. La imagen se puede enfocar moviendo el ocular más cerca o más lejos del objetivo. La mayoría de los instrumentos tienen un mecanismo de enfoque que permite 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 de forma permanente en ellos, lo que les confiere un aumento y un campo de visión predeterminados. Sin embargo, en el caso de los telescopios y microscopios, los oculares suelen ser intercambiables. Al cambiar el ocular, el usuario puede ajustar lo que ve. Por ejemplo, los oculares suelen intercambiarse 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 un usuario de un instrumento óptico al comparar oculares y decidir cuál 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 a esta pupila de entrada (es decir, con aberraciones mínimas para esta distancia). En un telescopio astronómico refractor, la pupila de entrada es idéntica al objetivo . Este puede estar a varios pies de distancia del ocular; mientras que en un ocular de microscopio, la pupila de entrada está cerca del plano focal posterior del objetivo, a escasos centímetros del ocular. Los oculares de microscopio pueden corregirse de manera diferente a los oculares de telescopio; sin embargo, la mayoría también son adecuados para su uso en telescopios.

Elementos y grupos

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

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

Reflexión interna y dispersión

Las reflexiones internas, a veces llamadas "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 particularmente malo, se ven "imágenes fantasma", llamadas "efecto fantasma". Durante muchos años, se prefirieron los diseños de oculares simples con un número mínimo de superficies internas de aire a vidrio para evitar este problema.

Una solución para la dispersión es utilizar capas delgadas sobre la superficie del elemento. Estas capas delgadas tienen una profundidad de una o dos longitudes de onda y funcionan para reducir los reflejos y la dispersión al cambiar la refracción de la luz que pasa a través del elemento. Algunas capas también pueden absorber la luz que no pasa a través de la lente en un proceso llamado reflexión interna total , en el que la luz que incide sobre la película se encuentra en un ángulo poco profundo.

Aberración cromática

La aberración cromática lateral o transversal se produce porque la refracción en las superficies de vidrio difiere para la 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 las fuentes de luz puntuales y da como resultado una imagen borrosa en general.

Una solución es reducir la aberración mediante el uso de múltiples elementos de distintos tipos de vidrio. Los acromáticos son grupos de lentes que llevan dos longitudes de onda de luz diferentes al mismo foco y presentan una reducción considerable de los colores falsos. También se puede utilizar vidrio de baja dispersión para reducir la aberración cromática.

La aberración cromática longitudinal es un efecto muy acusado 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 el punto en el que los rayos de luz paralelos convergen en un único punto. Cuando se utiliza, 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. Normalmente se expresa en milímetros cuando se refiere únicamente al ocular. Sin embargo, cuando se intercambian un conjunto de oculares en un único 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 particulares 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, el aumento 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 suelen referirse a los oculares de los telescopios por su longitud focal en milímetros. Normalmente, esta varía entre 3 mm y 50 mm. Sin embargo, algunos astrónomos prefieren especificar la potencia de aumento resultante en lugar de la longitud focal. A menudo resulta más cómodo expresar la potencia de aumento en los informes de observación, ya que da una impresión más inmediata de lo que vio realmente el observador. Sin embargo, debido a que depende de las propiedades del telescopio en particular que se utilice, la potencia de aumento por sí sola no tiene sentido para describir un ocular de 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

${\estilo de visualización \ D\}$ es la distancia de visión clara 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 (llamada vagamente "longitud del tubo" ), normalmente 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 por potencia en lugar de por longitud 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}}\ }}\

Así, 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 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 microscopio 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 foco más cercano es de 250 mm y la potencia del ocular normalmente se especifica asumiendo este valor. Las potencias oculares comunes son 8×, 10×, 15× y 20×. La distancia focal del ocular (en mm) se puede determinar, si es necesario, dividiendo 250 mm por la potencia del ocular. ${\estilo de visualización \ D\}$

Los instrumentos modernos a menudo utilizan 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 se encuentra fuera del ocular, delante de la lente de campo . Por lo tanto, este plano es accesible como ubicación para una retícula o alambres cruzados micrométricos. En el ocular huygeniano, el plano focal se encuentra entre el ojo y las lentes de campo, dentro del ocular, y por lo tanto no es accesible.

Campo de visión

El campo de visión, a menudo abreviado como FOV, describe el área de un objetivo (medida como un ángulo desde la ubicación de visualización) que se puede ver al mirar 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 ocular en sí. Los oculares se diferencian por su diafragma de campo , que es la abertura más estrecha por la que debe pasar la luz que ingresa al 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: En el caso de un telescopio o un binocular, el tamaño angular real de la extensión del cielo que se puede ver a través de un ocular particular, utilizado con un telescopio particular, produciendo un aumento específico. Suele oscilar entre 0,1 y 2 grados . En el caso de un microscopio, el ancho real de la muestra visible en el portaobjetos o la bandeja de muestras, que suele expresarse en milímetros, pero a veces se expresa como medida angular, como en el caso de un telescopio. En el caso de los binoculares, se expresa como el ancho real del campo en pies o en metros a una distancia estándar (normalmente 100 pies o 30 metros, que son casi lo mismo: 30 m es solo un 2 % más pequeño que 100 pies).
Campo de visión aparente o del ojo: En el caso de los telescopios, microscopios o binoculares, el campo de visión aparente es una medida del tamaño angular de la imagen que el ojo ve 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, este valor es constante para cualquier ocular con una distancia focal fija y puede utilizarse para calcular cuál será el campo de visión real cuando se utilice el ocular con un telescopio o microscopio determinado. En el caso de los oculares modernos, la medida varía entre 30 y 110 grados , y todos los oculares actuales de calidad tienen al menos 50°, excepto algunos oculares especiales, como algunos equipados con retículas .

Es habitual que los usuarios de un ocular quieran calcular el campo de visión real, ya que indica qué parte del cielo será visible cuando se utilice 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 mediante la siguiente fórmula aproximada:

T_{\mathsf {campo de visión}}\approx {\frac {\ A_{\mathsf {campo de visión}}\ }{M}}

dónde:

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

La fórmula tiene una precisión del 4 % o mejor hasta un campo de visión aparente de 40° y 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 campo de visión real incluso sin conocer el campo de visión aparente, 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 lente del objetivo hará que la luz de una estrella converja en un único punto ( exceptuando las aberraciones ). $\ f_{\mathsf {T}}\ ,$

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

\ 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 del campo. La primera fórmula no será precisa si el campo no es plano o si es superior a 60°, lo que es habitual 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, a partir del campo de visión real, como sigue: $\ A_{\mathsf {FOV}}\ ,$ $\ T_{\mathsf {FOV}}\ ,$

\ \tan \left({\frac {\ A_{\mathsf {FOV}}\ }{2}}\right)=M\times \tan \left({\frac {\ T_{\mathsf {FOV}}\ }{2}}\right)~.

Si se utiliza una lente diagonal o Barlow antes del ocular, el campo de visión del ocular puede verse ligeramente restringido. Esto ocurre cuando la lente anterior tiene un diafragma de campo más estrecho que el del ocular, lo que hace que la obstrucción en la parte delantera actúe como un diafragma de campo más pequeño delante del ocular. La relación exacta se da mediante

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

Una aproximación que se utiliza 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 cañón determinará la longitud focal máxima posible para ese ocular, ya que ningún diafragma de campo puede ser más grande que el propio cañón. Por ejemplo, un Plössl con un campo de visión aparente de 45° en un cañón de 1,25 pulgadas produciría una longitud focal máxima de 35 mm. ^[1] Cualquier medida más larga requiere un cañón más grande o la visión está restringida por el borde, lo que hace que el campo de visión sea inferior a 45°.

Diámetro del cañón

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

Oculares de telescopio

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

0,965 pulgadas (24,5 mm): este es el diámetro de barril estándar más pequeño y se encuentra generalmente 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 de telescopios de alta gama con este tamaño de barril ya no se fabrican, pero aún se pueden comprar oculares de tipo Kellner.
1,25 pulgadas (31,75 mm): este es el diámetro de barril del ocular de telescopio más popular. El límite superior práctico de las distancias focales para oculares con barriles de 1,25″ es de aproximadamente 32 mm. Con distancias focales más largas , los bordes del barril del ocular se entrometen en la visión, lo que limita su tamaño. Con distancias focales mayores de 32 mm, el campo de visión disponible cae por debajo de los 50°, que la mayoría de los aficionados consideran el ancho mínimo aceptable. Estos tamaños de barril están roscados para filtros de 30 mm .
2 pulgadas (50,8 mm): el mayor tamaño del cañón de los oculares de 2″ ayuda a aliviar el límite de las distancias focales; es el tamaño más grande que se encuentra disponible comúnmente. El límite superior de la distancia focal con oculares de 2″ es de aproximadamente 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 volcar el telescopio. Estos tamaños de cañón están roscados para filtros de 48 mm (o raramente 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 amplios. Muchos enfocadores de alta gama ahora aceptan estos oculares.
3 pulgadas (76,2 mm): el tamaño de barril aún más grande en los oculares de 3″ permite distancias focales extremas y oculares con un campo de visión de más de 120°. Las desventajas son que estos oculares son algo raros, extremadamente caros, pesan hasta 5 libras y solo unos pocos telescopios tienen enfocadores lo suficientemente grandes como para aceptarlos. Su enorme peso causa problemas de equilibrio en los 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 viñeteado severo con estos oculares. ^[b]
4 pulgadas (102 mm): los oculares de este tamaño son poco comunes y solo se usan comúnmente en telescopios refractores largos de observatorios 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 rescatadas de viejos proyectores de cine.

Oculares de microscopio

Los oculares de los microscopios tienen distintos diámetros de barril, normalmente expresados en milímetros, como 23,2 mm y 30 mm.

Alivio para los ojos

Relieve ocular: 1 imagen real; 2 diafragma de campo; 3 alivio ocular; 4 pupila de salida. El ocular es de diseño Abbe ("orto").

El ojo debe mantenerse a cierta distancia detrás de la lente ocular de un ocular para ver las imágenes correctamente a través de él. Esta distancia se llama alivio ocular. Un alivio ocular mayor significa que la posición óptima está más alejada del ocular, lo que facilita la visualización de una imagen. Sin embargo, si el alivio 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 alivio ocular largo tienen copas detrás de la lente ocular para ayudar al observador a mantener la 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 objetivo.

El relieve ocular suele oscilar entre 2 y 20 mm, dependiendo de la construcción del ocular. Los oculares de distancia focal larga suelen tener un amplio relieve ocular, pero los oculares de distancia focal corta son más problemáticos. Hasta hace poco, y todavía bastante común, los oculares de distancia focal corta tenían un relieve ocular corto. 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 lente pueden corregir esto y la observación a alta potencia se vuelve más cómoda. Esto es especialmente cierto para los usuarios de gafas , que pueden necesitar hasta 20 mm de relieve ocular para acomodar sus gafas.

Diseños

La tecnología ha evolucionado con el tiempo y existen diversos diseños de oculares para usar con telescopios, microscopios, miras para armas y otros dispositivos. Algunos de estos diseños se describen con más detalle a continuación.

Lente negativa o “galileana”

La lente negativa simple colocada delante del foco del objetivo tiene la ventaja de presentar una imagen derecha 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 de ocular el nombre de " galileano ". Este tipo de ocular todavía se utiliza en telescopios muy baratos, binoculares y en gemelos de ópera .

Lente convexa

Una lente convexa simple colocada después del foco de la lente del objetivo presenta al observador una imagen invertida y magnificada. 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 un 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 denominan lente ocular y lente de campo. El plano focal se encuentra entre las dos lentes. Fue inventado por Christiaan Huygens a fines de la década de 1660 y fue el primer ocular compuesto (multilente). ^[2] Huygens descubrió que se pueden usar dos lentes espaciadas por aire para hacer un ocular con aberración cromática transversal cero. Si las lentes están hechas de vidrio del mismo número de Abbe, para usarse 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 los telescopios de distancia focal muy larga. ^[c] Este diseño óptico ahora se considera obsoleto, ya que con los telescopios de distancia focal más corta de la actualidad, el ocular sufre de un alivio ocular corto, una alta distorsión de la imagen, 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]

Debido a que 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, para proyectar una imagen del Sol en una pantalla durante períodos prolongados. Tradicionalmente, se ha considerado que los oculares cementados son potencialmente vulnerables a los daños causados por el calor debido a las intensas concentraciones de luz involucradas.

Ramsden

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

Una separación de exactamente una distancia focal tampoco es aconsejable, ya que hace que el polvo de la lente de campo quede mal enfocado. Las dos superficies curvas miran hacia dentro. El plano focal se encuentra, por tanto, fuera del ocular y es accesible como lugar donde se puede colocar una retícula o una cruz micrométrica. Dado que se necesitaría una separación de exactamente una distancia focal para corregir la aberración cromática transversal, no es posible corregir completamente la aberración cromática transversal con el diseño de Ramsden. 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, como por ejemplo polarímetros.

Kellner o "Acromático"

En un ocular Kellner se utiliza un doblete acromático en lugar de la simple lente ocular plano-convexa del diseño 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 de potencia baja a media y son muy superiores al diseño Huygenian o Ramsden. El alivio ocular es mejor que el Huygenian y peor que el de los oculares Ramsden. ^{[5] El mayor problema de los oculares Kellner eran los reflejos internos.}Los revestimientos antirreflejos actuales hacen que sean opciones utilizables y económicas para telescopios de apertura pequeña a mediana con una relación focal f/6 o mayor. El campo de visión aparente típico es de 40 a 50°.

Plössl o "simétrico"

El Plössl es un ocular que generalmente 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 campo de visión aparente grande de 50° o más, junto con el campo de visión real proporcionalmente grande. Esto hace que este ocular sea ideal para una variedad de propósitos de observación, incluida la observación del cielo profundo y planetaria . La principal desventaja del diseño óptico Plössl es el alivio ocular corto en comparación con un ortoscópico, ya que el alivio ocular Plössl está restringido a aproximadamente el 70-80% de la longitud focal. El alivio ocular corto es más crítico en longitudes focales cortas por debajo de aproximadamente 10 mm, cuando la visualización puede volverse incómoda, especialmente para personas que usan anteojos.

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 astronómico amateur, ^[8] donde el nombre Plössl cubre una gama de oculares con al menos cuatro elementos ópticos, a veces superpuestos 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 utilizar lentes cóncavas y convexas bien adaptadas para evitar los reflejos internos. Debido a este hecho, la calidad de los diferentes oculares Plössl varía. Existen diferencias notables entre los oculares Plössl baratos con revestimientos antirreflejos más simples y los de buena calidad.

Ortoscópica o "Abbe"

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

Hasta la llegada de los recubrimientos múltiples y la popularidad del Plössl, los ortoscópicos eran el diseño más popular para los oculares de los telescopios. Incluso hoy en día, estos oculares se consideran buenos oculares para la observación planetaria y lunar. Se prefieren para los oculares reticulados , ya que son uno de los diseños de campo amplio, gran relieve ocular con un plano focal externo; lentamente están siendo reemplazados por el König. Debido a su bajo grado de distorsión y al efecto globo correspondiente , son menos adecuados para aplicaciones que requieren un amplio movimiento panorámico del instrumento.

Monocéntrico

Un monocéntrico es una lente triplete acromática con dos piezas de vidrio de corona cementadas en ambos lados de un elemento de vidrio sílex. 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 brinda una imagen brillante y contrastada, una característica deseable cuando se inventó (antes de los recubrimientos 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 2 dobletes acromáticos con una lente simple adicional entre ellos. Fueron inventados por Heinrich Erfle durante la Primera Guerra Mundial para uso militar. ^[14] El diseño es una extensión elemental de los oculares de 4 elementos como los Plössls, mejorados para campos más amplios.

Los oculares Erfle están diseñados para tener un campo de visión amplio (aproximadamente 60°), pero no se pueden usar con aumentos altos porque sufren astigmatismo e imágenes fantasma. ^[d] Sin embargo, con recubrimientos de lentes a bajas potencias ( longitudes focales de 20~30 mm y más) 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 longitudes focales más largas.

Rey

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

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

RKE

Un ocular RKE tiene una lente de campo acromático y una lente ocular convexa doble, una adaptación inversa del ocular Kellner, con su disposición de lentes similar a la del König. Fue diseñado por el Dr. David Rank para Edmund Scientific Corporation , que lo comercializó a fines de la década de 1960 y principios de la de 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" (ocular Rank Kellner). ^{[ cita requerida ]} En una enmienda a su solicitud de marca registrada el 16 de enero de 1979 se le dio como "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 "Kellner rediseñado ... tipo II". ^[16] Sin embargo, el diseño RKE no se parece a un Kellner, y es más parecido a un König modificado. Hay algunas especulaciones de que en algún momento la "K" se interpretó erróneamente como el nombre del más común Kellner, en lugar del bastante poco visto König.

Nagler

Inventado por Albert Nagler y patentado en 1979, el ocular Nagler es un diseño optimizado para telescopios astronómicos para dar un campo de visión ultra amplio (82°) que tiene una buena corrección para el astigmatismo y otras aberraciones. Introducido en 2007, el Ethos es un diseño de campo ultra amplio mejorado desarrollado principalmente por Paul Dellechiaie bajo la guía de Albert Nagler en Tele Vue Optics y afirma un campo de visión (AFOV) de 100-110°. ^[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 diseño más nuevo de Delos es un diseño Ethos modificado con un campo de visión de 'solo' 72 grados pero con un alivio ocular largo de 20 mm.

La cantidad de elementos de 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 cualidades positivas de las lentes de baja potencia. En efecto, un Nagler es una versión superior de una lente Barlow combinada con un ocular de distancia focal larga . Este diseño ha sido ampliamente copiado en otros oculares de campo amplio o de gran alivio ocular .

La principal desventaja de los oculares Nagler es su peso; a menudo se los 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 pequeños y medianos. Otra desventaja es su alto costo de compra, ya que los Nagler grandes tienen un precio comparable al costo de un telescopio pequeño. Por lo tanto, muchos astrónomos aficionados consideran estos oculares un lujo. ^[19]

Notas al pie

^ Una forma sencilla y común de medir directamente el campo de visión real ( si no hay viñeteado por la pared del tubo del telescopio) es cronometrar el tiempo que tarda una estrella que se encuentra a unos pocos grados del ecuador celeste en desplazarse por todo el campo de visión del ocular, con el telescopio inmóvil. 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 lo tanto, prescindir de la necesidad de utilizar una estrella que abrace 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 de tipo Huygens se utilizaban con telescopios refractores hechos de una lente primaria de un solo elemento con una distancia focal muy larga. Se los llamaba " telescopios aéreos " porque la primaria debía mantenerse muy por encima del suelo, generalmente montada en el extremo de un palo largo, 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 el color y las aberraciones focales .
^ Una frase común entre los astrónomos aficionados con respecto a su astigmatismo es "Los Erfles son horribles ".

Véase 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: Guía para astrónomos aficionados sobre cómo elegir, comprar y utilizar telescopios y accesorios (4.ª ed.). John Wiley & Sons. ISBN 9780-4717-5063-5.

Enlaces externos

Medios relacionados con Oculares en Wikimedia Commons
EVOLUCIÓN DEL OCULAR Archivado el 27 de febrero de 2021 en Wayback Machine
A. Nagler – Patente de Estados Unidos US4286844
A. Nagler – Patente de Estados Unidos US4747675
A. Nagler – Patente de Estados Unidos US4525035
A. Nagler – Buscador para utilizar 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: Ocular ultra ancho NAGLER. ^{[ enlace muerto permanente ]}