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Um pouco mais a respeito dos óticos

Astronomia & Astrofísica — By on maio 29, 2010 at 11:44

Devido às dúvidas de alguns leitores, achei por bem esclarecer que tanto ótica ou óptica estão grafadas corretamente,e a única recomendação dos ortografistas, no caso dessas consoantes mudas facultativas é: escrever de acordo com a forma mais usual da fala.

A fabricação de um instrumento ótico de qualidade requer muita tecnologia principalmente com os vidros óticos e o tratamento que eles receberão. Tudo isso para minimizar certos defeitos comuns aos óticos em geral. Esses defeitos são impossíveis de serem eliminados totalmente. Na verdade eles são atenuados até onde a tecnologia pode atuar, ou os limites da física permitem. Nessas correções é exigido um alto grau de especialização tecnológica e os equipamentos óticos de qualidade acabam tendo um custo bem elevado.

As lentes de qualidade são confeccionadas com vidros óticos especiais que recebem a denominação ‘ED’ (extra low dispersion) ou ‘Fluorite’ (fluoreto de cálcio), material do qual é feito um vidro ótico de altíssima qualidade.

Além do vidro ótico de qualidade as lentes recebem tratamento anti-reflexo que dá uma coloração azulada ou esverdeada na superfície. Esse revestimento das lentes pode ser simples (coated), multi-camada (multicoated), este mais eficiente que o primeiro, e multicamada completo (fully-multicoated) este último indica que todos os elementos da ótica, tem revestimento multicamada.

O revestimento óticos é obtido pela evaporação metálica a vácuo e sua função é reduzir o índice de reflexão na superfície da lente e consequentemente aumentar a transmissão de luz através da lente.

Quando um feixe de luz incide na lente, uma parte dele é refletida de volta como em um espelho. Por menor que seja essa reflexão, em um conjunto de várias lentes a quantidade de luz refletida irá somar-se resultando em uma significativa perda do brilho e do contrate da imagem. Em instrumentos de alta qualidade , o revestimento das lentes e inclusive dos prismas, permite que mais de 95% da luz que chega à objetiva, alcance os olhos do observador.

Os principais defeitos dos óticos

Aberração cromática:

A luz visível abrange um espectro amplo que vai desde a cor vermelha até a cor violeta. Analisando as três cores primárias, o vermelho, o verde e o azul, (com as quais podemos obter qualquer outra cor), cada uma delas possui comprimento de onda diferente, sendo que o da luz vermelha é maior seguida pela luz verde depois pela luz azul que tem o menor comprimento de onda. Devido essa diferença, ao atravessar uma lente simples cada cor sofrerá um grau diferente de refração. Como conseqüência a luz vermelha irá focar mais afastada da lente, sendo que a luz verde fica em um ponto intermediário e a luz azul mais próxima da lente. Essas diferenças provocam o fenômeno da aberração cromática, que afeta a nitidez e gera contornos com cores alteradas.

A figura abaixo ilustra o fenômeno da aberração cromática em uma lente simples:

Com essa diferença de comportamento para cada cor, fica difícil fazer com que toda imagem seja focalizada no mesmo plano. Para corrigir este problema, utiliza-se a combinação de duas lentes, uma convergente o outra divergente, com vidros de diferentes índices de refração. Nas lentes menores elas são coladas uma à outra, mas em lentes maiores elas são apenas justapostas. Essas lentes recebem o nome de “lentes acromáticas”.

Lente acromática:

Com lentes acromáticas consegue-se que pelo menos duas cores sejam focalizadas no mesmo plano e que apenas o verde fique ligeiramente deslocado, eliminando grande parte da incômoda aberração cromática. A correção da aberração cromática melhora muito a qualidade da imagem e, hoje em dia, praticamente todos os instrumentos de qualidade razoável possuem correção acromática. O que difere um do outro é o nível de correção que cada um oferece e que certamente está relacionada com o preço do instrumento.

Versões mais aprimoradas das lentes acromáticas recebem a denominação Apocromática e podem ser compostas de até quatro elementos feitos de vidro ED ou Fluorite. É o que existe de mais perfeito em correção cromática e também são as óticas mais caras (infelizmente).

Aberração esférica:

Em uma lente ou espelho esférico, um feixe de raios luminosos paralelos, como os que vem de um objeto a grande distância, não focam perfeitamente no mesmo ponto. Esse problema é mais acentuado em comprimentos focais curtos. Para corrigir esta distorção as superfícies dos óticos devem ter a forma parabolóide ou hiperbolóide. Veja a figura abaixo:

Curvatura do campo focal:

Essa distorção está relacionada com a deficiência da lente focar em um campo realmente plano. Essa deficiência traduz-se em uma deformação da imagem que recebe o nome de distorção tipo “barril”, onde os cantos da imagem parecem encolher, ou tipo “almofada”, onde os cantos da imagem parecem esticar. As astro-fotografias, devido ao filme ser plano, ficam bem prejudicadas com este tipo de distorção.

Detalhe do campo focal não plano:

Efeito visual da distorção na imagem de um retângulo que seria vista por um instrumento ,com as respectivas distorções:

Coma:

Quando os raios de luz atingem a lente de modo oblíquo, o que acontece quando o objeto observado não está exatamente na área central do campo de visão, eles acabam não convergindo corretamente para o plano focal da lente e causam a coma. Esta aberração faz com que a imagem fique borrada quando próxima da borda do campo de visão e estrelas fiquem parecendo cometas.

A figura abaixo mostra o trajeto da luz e a não convergência dos raios de luz para o mesmo plano:

Nsta figura o efeito visual da imagem com coma:

Pupila de saída e ‘Eye Relief’:

A pupila de saída de um sistema ótico não depende diretamente da abertura física da ocular, ela é uma pupila virtual. Veja a figura abaixo onde a luz de três estrelas, azul, rosa e dourada passam através da ótica de um telescópio simples. Seguindo a luz das três estrelas até a saída pela ocular existe uma região onde os feixes convergem e se cruzam totalmente, a largura desse cruzamento é a pupila de saída e é medida em mm. Além desse ponto os feixes de luz começam a divergir, se você colocar o olho afastado da pupila não verá todo campo de visão da ocular.

‘Eye relief’ é uma expressão que não tem uma tradução direta, significa: Distância máxima da ocular da qual pode-se ver todo o campo de visão. Portanto vou continuar a usar o termo ‘eye relief’ que é mais simples. Na verdade ‘eye relief’ é a distância da lente até a área onde se forma imagem da objetiva, ou seja, exatamente na pupila de saída. É fácil medir a pupila de saída e o ‘eye relief’ de um telescópio ou binóculo, basta apontá-lo para o céu do dia (não o sol), colocar o foco no infinito e aproximar e afastar uma folha de papel da ocular até que a pupila de saída esteja em foco. A distância do papel até a ocular é o ‘eye relief’ e o tamanho da imagem focada é a pupila de saída.

Oculares:

Pelo grande número de oculares existentes hoje no mercado, a escolha pode ser difícil para o iniciante em astronomia. Esse artigo pretende mostrar os principais tipos de oculares e listar as inerentes vantagens e desvantagens de cada uma delas.

Basicamente uma ocular simples é composta de dois elementos, a lente mais próxima da objetiva recebe o nome de ‘Lente de Campo’ e a mais próxima do olho é a ‘Lente do Olho’, a distância que separa as duas é ‘d’. Veja figura:

O uso de dois ou mais elementos óticos, ao invés de um, permite uma maior liberdade ao projetista para alterar os parâmetros óticos do conjunto, com isso consegue implementar melhores correções.

As principais correções que os projetistas de oculares objetivam são:

  • Reduzir as aberrações cromáticas, usando combinações de lentes como foi explicado anteriormente;
  • Alargar o campo de visão aparente. Campo de visão largo torna a observação muito agradável, principalmente em observações de céu profundo e da Lua. Em observações planetárias não é muito útil pois dificilmente um planeta enche o campo de visão;
  • Aumentar o ‘Eye Relief’. Especialmente pessoas que usam óculos gostam de Oculares com ‘eye relief’ longo, em torno de 16 a 18 mm. Geralmente oculares de comprimento focal curto também tem ‘eye relief’ curto, o que faz com que muitos usem oculares de comprimento focal longo com um barlow. Assim consegue-se um aumento extra e preserva-se o ‘eye relief’ de uma ocular longa. E este é o motivo de alguns fabricantes conseguirem produzir oculares com longos ‘eye relief’ mesmo para comprimentos focais curtos. A ocular já vem com um barlow incorporado;
  • Reduzir distorções nas bordas do campo de visão. Quase todos os sistemas óticos sofrem algum grau de aberração esférica, coma, curvatura do campo e outras distorções similares;
  • Construir oculares Parfocal. São oculares que possuem a mesma distância do plano focal até a base de fixação da ocular. Desta forma, se você trocar de ocular não será preciso ajustar o foco novamente.

Veja alguns exemplos de oculares e os vários tipos de óticas usados:

Oculares do tipo Huygens possui ótica simples de dois elementos e foi desenhado no século XVII por Christian Huygens. É a típica lente encontrada nos telescópios mais baratos. A aberração cromática foi minimizada pela combinação de duas lentes do mesmo material, onde a distância focal de uma lente é a metade da distância focal da outra, ou seja f1=f2/2. Possui desempenho ótico fraco e acentuada curvatura do campo focal. Portanto são somente úteis com comprimentos focais longos ou de baixa ampliação. O campo focal ocorre entre as lentes o que dificulta colocar um ‘cross-hairs’ para usá-lo em uma buscadora. Campo de visão aparente teoricamente é de 40º mas somente 25º é realmente utilizável.

O ‘eye relief’ é muito curto e obriga quase a encostar a órbita do olho na ocular

Oculares desse tipo são geralmente marcadas com: ‘H’, ‘AH’ (achromatic Huygens), or ‘HM’ (Huygens Mittenzwey).

Oculares do tipo Ramsden também com duas lentes, porém com comprimentos focais iguais. Esse tipo de ocular não está livre das aberrações mas, tem seu campo focal menos curvo do que a Huygens. O campo focal encontra-se à frente da ocular o que facilita usa-la com ‘cross-hairs’ em buscadoras.

Campo de visão é de 25º a despeito dos 40º teóricos e o ‘eye relief’ é bem curto, o que impede o uso em comprimentos focais curtos (grande aumento).

São marcadas como: ‘R’ ou ‘SR’ (symmetrical Ramsden). São encontradas como oculares de maior poder em telescópios baratos de lojas de departamentos.

Oculares desse tipo são geralmente marcadas com: ‘R’

Ocular do tipo Kellner ou MA (Modified Achromat), essencialmente é uma Ramsdem melhorada pela adição de uma lente acromática na composição, fazendo que a lente de campo fique muito próxima do plano focal. Isso ajuda a corrigir melhor a aberração cromática mas, faz que o pó e sujeiras na lente de campo fiquem focados e visíveis. Sempre é preciso manter a lente de campo bem limpa para evitar este problema.

Oculares desse tipo são geralmente marcadas com: ‘K’

Plössl é o tipo mais popular de ocular atualmente. Oferece desempenho semelhante ao da ortoscópica, porém é mais fácil de ser fabricada, o que torna seu preço mais baixo, e funciona muito bem em qualquer aumento, inclusive em telescópios de grande abertura. É composta por duas lentes cromáticas (dubletos), com pequeno espaçamento entre elas. Alguns desenhos modernos acrescenta uma lente entre os dubletos para conseguir maior correção da aberração cromática. A Plössl possui boa correção cromática e campo de visão aparente em torno de 73º

Ortoscópica foi a ocular de melhor design do sec. XIX e que ainda é muito utilizada atualmente. Consiste em um tripleto acromático como lente de campo e é muito bem corrigida para todas as aberrações e distorções. Aliás o termo ortoscópica significa corrigida oticamente. Possui campo de visão aparente de 50º. e bom ‘eye relief’.

Oculares desse tipo são geralmente marcadas com: ‘Or’

Erfle, König são desenhos de oculares especialmente desenvolvidos para proporcionar um grande campo de visão aparente, normalmente entre 60º a 70º. Compõe-se de dois dubletos e uma lente simples ou três dubletos como da imagem ao lado. Este design foi muito aperfeiçoado nos dias de hoje com o advento do CAD (design auxiliado por computador), e das modernas técnicas de revestimento ótico. Modelos mais baratos sofrem de astigmatismo nas bordas do campo de visão, principalmente em grande aumento.

Oculares desse tipo são geralmente marcadas com: ‘Er’

Nagler é outro fruto do design por computador e consegue proporcionar um campo de visão aparente de 82º, maior que o campo de visão do olho, e um médio ‘eye relief’ em torno de 10 a 12 mm. O usuário tem a impressão de estar no espaço quando olha por esta ocular, efeito apelidado de ‘Andar no Espaço’. Como o grande ângulo só pode ser obtido com comprometimento do brilho e contraste, as lentes devem possuir revestimento da melhor qualidade. Em designs mais baratos o grande ângulo pode introduzir certa distorção do tipo almofada nas bordas da imagem, o que não ocorre nas oculares Naglers mais caras. Algumas dessas lentes são apelidadas de ‘garrafa’ pelo tamanho que atingem nos comprimentos focais maiores, e pelo peso que pode passar de 1 Kg!

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5 Comments

  1. Paulo Bretas disse:

    Belo post, esclareceu muitas dúvidas!

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  2. renato schendroski disse:

    Boa tarde !
    Estou pensando em comprar este telescopio “Telescópio RF 203mm Toya Skymaster THB203STEQ4-5” preço R$ 2,425,00,por esse preço é um bom produto?, dessas “oculares” que voce citou qual desses viria neste telescopio que eu citei ai em cima ?, vc saberai dizer ?
    E das oculares que voce citou, gostei da “nagler”
    Éssa ocular tem varios medidas que se ajusta em varios telescopio refletores ?, daria pra encaixar no meu telescopio refletor que eu citei?
    Me informaram que a ocular “Plössl” é boa !
    Se vier no meu telelscopio relfetor, posso ficar tranquilo ?
    Ja adquiri um telescopio refletor de baixo custo, a ocular era parecido com esta “Huygens” muito ruins
    O telescopio que eu pretendo comprar não quero usar só pra ver estrelas e planetas, teria como usar via terrestre horizonte, de dia ? e a imagem não de ponta cabeça ?, nos telescopios refletores mais caro vem com alguma peça pra indereitar a imagem ?

    ME PERDOE DE TANTAS PERGUNTAS !
    AGUARDO RETORNO ….
    ABRAÇOS.

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    Milton Resposta:

    Excelente matéria. Só corrijo a descrição das ortos, o eye relief delas não são confortáveis.

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  3. Anthuan disse:

    Ola ótima matéria mas lendo isso me surgiu uma duvida
    dentro desta aberração acromática seria possível talvez
    uma lente ou um telescópio que visualizasse apenas preto e branco e tons de cinza?

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