Modelos de Oculares dos Séculos 17 e 18
Os primeiros telescópios eram construções baseadas apenas em experiências, produzidos sem uma teoria de ótica ou uma abordagem analítica quanto ao design do telescópio. As lentes eram testadas e colocadas juntas em várias combinações para encontrar aquelas que produziam resultados. Galileu escreveu: "Telescópios que são eficazes e capazes de exibir todas as observações [descreveu em seu Siderius nuncius de 1610] são muito raros, e entre os 60 que eu tenho feito, a muito custo e esforço, eu tenho sido capaz de encontrar apenas um número muito pequeno." A qualidade do vidro ótico e fabricação da lente deixavam muito a desejar, por isso as lentes não podiam ser grandes nem espessas. Os telescópios eram feitos com comprimentos focais de 30 metros ou mais, e rotineiramente o diâmetro da abertura na objetiva era alterado para minimizar os efeitos negativos da aberração cromática causados pela baixa qualidade ótica. A história das oculares do século 19 traça os esforços necessários para dominar os dois desafios fundamentais da teoria ótica, que são: aberrações óticas e fabricação de lentes.
Confira também nossos produtos: www.tellescopio.com.br/oculares-e-barlow
Kepler - A lente biconvexa às vezes é citada como a mais antiga forma de magnificar um objeto. De fato, a ocular nos telescópios construídos por Galileo Galilei de 1609-1621 era uma lente plano-côncava, seguindo os modelos fabricados pelos holandeses e parisienses. A ocular biconvexa é descrita pela primeira vez no Dioptrice (1611), uma discussão sobre ótica do telescópio por Johannes Kepler (1571-1630), que foi publicado para afirmar e também esclarecer a base física para as observações de Galileu. Embora estivesse fundamentado com apenas uma teoria aproximada de refração, Kepler mostrou que um telescópio feito com uma objetiva biconvexa e uma ocular produziriam uma imagem ampliada quando os pontos focais de ambas as lentes coincidissem. Isto tinha o potencial para um maior campo de visão aparente do que era possível com o telescópio de Galileu, e estendendo o raio de curvatura de um lado da lente, é possível reduzir de algum modo, tanto a aberração cromática quanto aberração esférica – e ao contrário do tipo holandês que produziam uma imagem invertida. O campo de visão além de 15 ° era gravemente distorcida por aberrações fora do eixo.
Huygens - O brilhante matemático holandês Christiaan Huygens (1629-1695, pronunciado Hoyghenz) foi autor de Traité de la Lumière (1690), resumia suas teorias óticas que ele começou a desenvolver no ano de 1650 e foi o primeiro tratado ótico para aplicar a lei de refração para lentes de superfície esférica e no projeto de telescópios. Em 1662 Huygens desenvolveu a ocular que leva seu nome: é composto por duas lentes objetivas Plano Crown convexas com ambas as superfícies curvas, montada com um espaçamento entre as lentes iguais a metade da soma de suas diferentes distâncias focais, o que minimiza a aberração cromática, e com os dois comprimentos focais na razão de 3:1 (campo: olho), o que minimiza a aberração esférica; no entanto nos primeiros dois projetos comuns utilizava razão de 3:2 (para grandes ampliações) e 4:1 (para baixa ampliação). A Huygens é uma ocular negativa, o que significa que ela não pode ser usada como uma simples lupa (para examinar um selo ou insetos, por exemplo). Ela projeta a imagem da objetiva no interior da ocular (entre as duas lentes), onde é transmitida para o olho sem a correção da aberração cromática da lente, como resultado, a utilização de retículo ou de mira cruzada se torna impraticável uma vez que estes aparecerão sem definição e com bordas coloridas. A ocular Huygens apresenta significativa aberração esférica, curvatura no campo e alguns pontos negativos como distorção e coma; também apresenta ligeiro astigmatismo negativo, que pode ser usado para neutralizar o astigmatismo negativo de uma objetiva com elevada relação focal (> F/12). Sua melhor funcionalidade está no uso em telescópios refratores. O projeto originalmente tinha um campo de visão aparente 25° a 30° e o eye relief muito curto - menos de 8mm numa ocular com distância focal de 28mm. O astrônomo Inglês George Airy minimizou a aberração esférica e a curvatura no campo usando uma lente de campo positivo côncavo-convexa e uma lente biconvexa. O oculista alemão Moritz Mittenzwey alargou o campo a 50° usando uma lente de campo positivo côncavo-convexa e uma lente plano-convexa. Apesar de sua origem antiga, a ocular Huygens ainda é usada às vezes em refratores profissionais de alta razão focal, que minimiza as suas falhas óticas.
Dollond - John Dollond (1706-1761) foi um fabricante Inglês de refinados instrumentos científicos de navegação e "filosóficos". Depois de anos de experimentação, ele desenvolveu um Doublet Acromático como ele descreveu para a Royal Society em 1758 e um ano mais tarde patenteou a invenção para a fabricação de objetivas e oculares acromáticas. É constituída por uma lente biconvexa positiva, de vidro Crown com menor índice, colada numa lente plano-côncava negativa, feita de vidro Flint com maior índice. As duas lentes foram projetadas de modo que as suas relativas dispersões fossem contrabalançadas para eliminar a aberração cromática, ao passo que seus índices de refração eram combinados para focar a imagem. Usado como uma ocular, o Doublet tem um campo de visão de 20° e o eye relief cerca de 26mm numa ocular F/28mm.
Ramsden - Jesse Ramsden (1735-1800) era cunhado de Dollond, aprendeu com ele a fabricação de óticas e instrumentos de precisão, e fundou sua própria empresa de fabricação de instrumentos. O modelo da ocular Ramsden, consiste em duas lentes Crown Plano convexas de iguais distâncias focais, separados por cerca de 2/3 da soma das suas distâncias focais e com as superfícies planas virada para fora (longe uma da outra). A Ramsden é uma ocular positiva que pode ser utilizada como uma simples lupa, significando que o plano focal está em frente ao campo da lente. Dessa forma o projeto de Ramsden tem um campo de visão aparente de 25° e melhor correção para aberrações esféricas e fora do eixo do que as Huygens, embora com alguma aberração cromática lateral, residual. Mas ela também tem eye relief 0mm e todas as falhas no campo da lente como riscos de superfície e sujeira, bolhas encapsuladas aparecem em foco. Para diminuir esses inconvenientes, o espaçamento e o comprimento focal das lentes foram modificadas longe do ideal ótico, que produz um eye relief de cerca de 7mm numa ocular F/28mm, mas introduz uma significativa curvatura no campo, fantasmas e aberração cromática lateral. A correção de cor pode ser melhorada pela escolha do vidro ótico, no entanto o plano focal externo impede que esta ocular seja usada com um retículo em telescópios com longa razão focal.
Modelos de Oculares do Século 19
__________________________________________________________________________________________________________
Nesta fase, os problemas de aberração cromática e esférica foram bem apreciados e cada vez mais minimizados em instrumentos óticos, e a tecnologia na fabricação de máquinas de precisão foi capaz de produzir instrumentos científicos de incomparável excelência. Fotografias de microscópio e daguerreótipo ampliaram a gama de exigências óticas e aplicações, e estas, muitas vezes serviram de base no projeto de ocular para telescópio. Os projetistas de óticas para oculares do século 19 estavam preocupados com o aumento do campo de visão e o eye relief, encurtando a distância focal e reduzindo ainda mais os erros óticos que persistiram em desenhos do século 18. Estes esforços avançaram em meados dos anos 1800, através de técnicas matemáticas de desenho ótico e análise de aberração, desenvolvido por Joseph Petzval (1807-1891) e Ludwig Philipp Von Seidel (1821-1896). O mais importante é que depois de 1830 uma maior variedade e qualidade de vidros óticos estavam disponíveis para experimentação e combinação de fabricantes como Guinand (França) e Chance Bros (Inglaterra). E a inovação acelerou novamente após 1886. Com a grande contribuição desses homens os projetistas óticos tiveram maior controle sobre a refração e dispersão e novos caminhos para a inovação se abriram. Empresários alemães fundaram uma das primeiras grandes empresas de fabricação ótica (Zeiss, Leitz, Steinheil), e a meta era conhecer o usuário final, minimizar os custos de produção e também novos projetos de lentes.
Barlow / Lentes Smyth - A ideia de usar um Doublet negativo para estender o comprimento virtual focal de uma objetiva ou normalizar um campo curvado, foi introduzida mais de uma vez no século 19. Peter Barlow (1776-1862), um matemático e engenheiro Inglês, desenvolveu a lente acromática negativa com George Dollond, que a apresentou para Royal Society em 1834. Charles Piazzi Smyth, astrônomo da realeza escocesa, concebeu a ideia de usar uma lente acromática negativa para minimizar a curvatura no campo numa outra lente com campo de visão mais extenso e com aberrações corrigidas. Após a Segunda Guerra Mundial, a lente barlow se tornou uma ferramenta padrão para multiplicar entre 1.5 a 3 vezes a ampliação de oculares (para objetivas com relações focais mais longos do que F/6). A lente Smyth foi adaptada para corrigir a curvatura nos projetos de lentes wide angle do século 20 – como exemplo, as oculares de 110° no binóculo militar desenvolvido por Tronnier em 1943, as oculares de 110° do periscópio patenteado por Köhler em 1959, também na ocular Pretória projetada por Klee & McDowell para compensar as aberrações num refletor parabólico F/4, a surpreendente ocular perfeitamente corrigida "extreme wide angle” de 90° patenteada por Don Dilworth em 1988, e os diversos projetos comerciais por Al Nagler e Explore Scientific.
Kellner - Carl Kellner (1829-1855) foi um matemático alemão e maquinista. A ocular Kellner é basicamente uma Ramsden modificada pela substituição da lente Plano-convexa por um Doublet acromático, que elimina eficazmente a aberração cromática. É provavelmente o modelo de ocular mais antigo ainda usado em binóculos e comercializado para os astrônomos amadores e as várias oculares aplanáticas, que corrigem tanto aberração esférica e o coma, foram desenvolvidas a partir dela. A kellner apresenta aberração cromática longitudinal, astigmatismo, curvatura no campo e distorção em níveis baixíssimos; sua aberração esférica pode ser minimizada por modernos vidros óticos, e a sua tendência para formação excessiva de fantasmas pode ser controlada com lentes revestidas ou tratadas. Ele apresenta imagens bem nítidas e brilhantes no campo central em baixas e médias ampliações, mas o eye relief muito curto em ampliações elevadas (curtas distâncias focais). Às vezes, a lente biconvexa é substituída por uma lente com campo Plano-convexo. A Kellner normalmente tem um campo de visão aparente entre 40° a 45°, mas com eye relief de 13mm numa ocular F/ 28mm.
Plössl - Georg Simon Plössl (1794-1868) foi um austríaco construtor de instrumentos científicos. O seu projeto de ocular é derivado da similaridade ou simétrica, que consiste em dois Doublets acromáticos idênticos, posicionados de modo que os elementos de Crown biconvexos estejam de frente um para o outro e espaçados em cerca de 20% dos seus comprimentos focais. (O princípio deste conceito para um Triplet aparece se imaginarmos a união de dois Crowns centrais como uma única lente Crown biconvexa). No entanto, a simétrica é propensa a fantasmas, um problema associado à Plössl devido a se colocar os Doublets quase em contato, aumentando a refração no campo da lente Flint e reduzindo o diâmetro de campo do Doublet. Modificações foram posteriormente desenvolvidas e patenteadas pela König em 1939. E nestas versões os elementos Flint negativos são ligeiramente côncavos nas superfícies exteriores, mas através da escolha alternativa de outros vidros óticos estas podem ser feitas planas, porém mantendo a mesma medida de raio em todas as superfícies curvas, no entanto, havendo uma notável perda no desempenho. O projeto apresentado tem uma modesta distorção de cerca de 8%. As cores laterais, aberração esférica e coma são completamente corrigidas e os fantasmas são quase inteiramente ausentes. A maior aberração residual é a curvatura no campo, o que pode ser um tanto corrigido aumentando o astigmatismo da ocular. As oculares Plössl tipicamente oferecem um campo de visão superior a ortoscópica, algumas variações chegando a um campo de visão aparente de 52° e um eye relief de cerca de 20mm numa ocular F/ 28mm.
Monocêntrica - Hugo Adolph Steinheil (1832-1893) era filho de Carl August, inventor da primeira câmera miniatura, e em 1855 se tornou chefe da empresa ótica da família. Seu projeto monocêntrico é uma elaboração de oculares esféricas, feitas por deixar cair gotas de vidro derretido em água quente, que foram usadas pelo microscopista Anthony Van Leeuwenhoek e astrônomo William Herschel. Isso levou a uma variedade de lentes esféricas ou arredondadas de apenas um único elemento, elaboradas nos séculos 18 e início de 19 por Wollaston, Brewster, Coddington, Stanhope, Tolles e outros. Todas estavam limitadas por um eye relief muito curto e geralmente também por aberração esférica e / ou cromática. Steinheil aperfeiçoou o conceito por fixar duas lentes Flint concêntricas na extremidade de um núcleo de lente Crown, sendo então todas as superfícies esféricas ao redor de um centro comum. A versão de Steinheil é quase completamente acromática com uma rápida aberração esférica e uma plana, muito escura e livre de fantasmas. Possui um campo de visão aparente de 25° a 30°, sendo melhor em F/6 ou acima, e com um excelente eye relief de cerca de 24mm numa ocular F/28mm). Sidgwick descreve as monocêntricas como "sem dúvida alguma são as oculares mais próximas da perfeição que já foi projetada".
Ortoscópica - Ernst Abbe (1840-1905) foi um brilhante matemático e físico alemão. Ele mostrou seu projeto da ortoscópica em 1860. A ocular é constituída por um Triplet com uma única lente observacional biconvexa ou uma plano-convexa. Ela apresenta uma aberração esférica longitudinal de cerca de 0.5 dioptrias, sem coma, astigmatismo sagital de cerca de 1.2 dioptrias, e pouquíssimo astigmatismo tangencial. Esta foi a primeira ocular quase completamente corrigida com distorção em menos de 4% numa escala de 8, levando o apelido de “seeing perfeito” em alguns países. Ela oferece excelente nitidez, correção de cor e contraste, além de uma melhora no projeto da Kellner ficando um excepcional eye relief. Este projeto tem um campo de visão aparente de 45° e um eye relief em torno de 22mm numa ocular F/28mm.
Modelos de Oculares do Século 20
__________________________________________________________________________________________________________
As oculares do século 20 foram fortemente influenciadas por exigências militares, sendo que o essencial era lentes com campos visuais bem amplos, livres de distorções e sem nenhum custo de produção. A inundação de excessivas oculares que apareceu após a Primeira e Segunda Guerra Mundial estimulou interesses comerciais para copiar e inovar a partir dos projetos já existentes, e várias empresas, há exemplo Brandon, Scidmore, König, em defesa própria patentearam projetos originais. Já na parte final do século projetos acompanhados por computadores e programas de análises óticas, trouxeram soluções muito mais complexas ao seu alcance, e como resultado, oculares com campo visual extragrande (Ultra Wide Angle) se tornou absurdamente grandes e pesadas. As inovações mais recentes sugerem que minimizar a massa ótica, o número de lentes e o número de ar/lente, ou lente/lente nos limites necessários para a produção de uma wide angle tornou-se uma prioridade, ao mesmo tempo que lentes feitas por computadores na Europa e Ásia tem impulsionado para baixo o custo de lentes com superfícies asféricas ou exóticas.
Hastings Triplet . Patenteada por Zeiss em 1911, esta é uma modificação feita por Paul Rudolph (1858-1935) e Hastings Charles (1848-1932) do Triplet simétrico e monocêntrico concebido por Steinheil em 1860. É hoje uma das formas mais comuns de lupa, mas apesar desta humilde ocupação este design está perto da difração limitada e é o projeto básico da TMB monocêntrica.
Hastings Triplet - Patenteada por Zeiss em 1911, esta é uma modificação feita por Paul Rudolph (1858-1935) e Hastings Charles (1848-1932) do Triplet simétrico e monocêntrico concebido por Steinheil em 1860. É hoje uma das formas mais comuns de lupa, mas apesar desta humilde ocupação este design está perto da difração limitada e é o projeto básico da TMB monocêntrica.
Erfle - Heinrich Erfle (1884-1923) foi um físico alemão que trabalhou para Steinheil & Söhne e Carl Zeiss. Seu projeto marca a transição para o século 20 e a primeira e verdadeira ocular "wide angle”, a qual coincidentemente não foi criada para aplicações militares embora tenha estado amplamente disponível como suprimento de guerra na década de 1950. Patenteada em 1923, as três oculares Erfle consistem num arranjo de 5 elementos, sendo 1-2-2 ou 2-1-2, oferecendo um longo eye relief, mas um alinhamento relativamente perto das bordas limitadoras no campo da lente. A distorção, pelo campo angular similar, é comparável à da ortoscópica. Este modelo tem um campo visual aparente de 60° e um eye relief em torno de 20mm numa ocular F/28mm.
Kaspereit - A modificação do modelo Erfle por Otto Karl Kaspereit acrescenta uma sexta lente para criar um projeto de três Doublets corrigidos (2-2-2). Ela é fornecida atualmente por Edmund Optics como "RKE oculares wide angle”, um modelo alterado por Rank David. Ela expande o aparente campo largo de visão para 68° e proporciona um eye relief em torno de 10mm numa ocular F/28mm.
König - Albert König (1871-1946) alemão oftalmologista que projetou seu modelo de ocular em 1915 e a patenteou em 1940. A ocular König consiste num Doublet côncavo-convexo positivo e uma lente plano-convexa positiva. As fortes superfícies convexas do Doublet e do Singlet de frente uma para a outra quase se tocam. Este modelo permite uma grande ampliação com um eye relief notavelmente alto. O campo de visão aparente em torno de 55° torna o seu desempenho semelhante à Plössl, com a vantagem de requerer uma lente a menos. Versões modernas das Königs podem usar outros vidros óticos ou adicionar mais lentes, agrupadas em várias combinações de Doublets e Singlets. Nestas versões modernas o campo de visão aparente normalmente fica em torno de 60° a 70°.
Brandon - Chester Brandon projetou óticas militares durante a Segunda Guerra Mundial e subsequentemente estabeleceu sua própria empresa de fabricação ótica. A ocular Brandon se assemelha a uma Plössl modificada, mas é constituída de duas lentes de denso bário Crown biconvexas fixadas em lentes Flint média e alta dispersão. As Brandons são amplamente apreciadas pelos astrônomos que buscam observações de estrelas binárias ou também observações planetárias e lunares, devido a sua nitidez central, alto contraste, correção de cor e ausência de astigmatismo e fantasmas. As lentes são totalmente revestidas, mas não multi-revestidas. O modelo tem um campo visual aparente de 45° e um eye relief em torno de 11mm numa ocular F/ 28mm.
Zeiss Astroplanokular - Já há muito tempo sem fabricação, a APO Zeiss é considerada um modelo que apresentava um campo visual aparente de 30° a 45° e um eye relief em torno de 11mm numa ocular F/28mm.
RKE - Marca registrada em 1979, acrônimo para Rank Kaspereit Erfle, “incorporando projetos óticos atribuíveis a indivíduos portadores desses três nomes", sendo então, a ocular RKE foi projetada por Edmund Scientific Company pelo físico David Rank (1907-1981). Essa melhora no modelo da Kellner oferece um amplo e nítido campo de visão, excelente correção de aberração e maior eye relief. O modelo atual tem um campo de visão aparente de 45° e um eye relief em torno de 26mm numa ocular F/28mm.
Köhler - Este projeto foi desenvolvido por Horst Köhler para Zeiss em 1955. Ela foi inspirada no modelo Erfle 2-1-2, dividindo a lente central positiva em duas lentes assimétricas voltadas com as suas superfícies tocadas de frete uma para outra. Similares deste modelo foram também produzidos por Wright Scidmore e Bertele Hans, e depois fabricadas pelas duas empresas, TeleVue e Takahashi com o nome Panoptic. Esta ocular tem um campo de visão aparente de 25° a 30° e um eye relief em torno de 11mm numa ocular F/28mm.
Takahashi LE - As Series LE ("Long Eye relief"), são de propriedade da Takahashi. Este modelo tem um campo de visão aparente de 50° e um eye relief em torno de 11mm numa ocular F/28mm.
Nagler - Al Nagler foi um projetista ótico para Farrand e Keystone Camera, os quais fundaram a Tele Vue em 1977. Na década de 80, ele patenteou e popularizou uma série de oculares de modelo wide angle, especialmente adequadas para rápidas razões focais e telescópios dobosianos guiados à mão desenvolvidos por John Dobson em 1960. Similar aos muitos modelos wide angle da época, as Naglers eram conhecidas pelo seu notório peso e custos elevados (mesmo em distâncias focais curtas), bem como a sua excelente correção de distorção da ampliação angular, coma e aberração esférica. As primeiras Naglers sofriam de grave aberração esférica na pupila de saída, problema que foi em grande parte, mas não totalmente, resolvido em projetos posteriores. Esta ocular tem um campo de visão aparente de 82° e um eye relief em torno de 5mm, numa ocular F/13mm.
Pentax XW - O modelo aqui representa as distâncias focais de 10mm e 14mm. Em comparação com vários outros projetos wide angle patenteados nas últimas décadas por Nagler, Koizumi, Kanai e outros, a inovação é uma lente côncavo-convexa negativa colocada imediatamente após a efetiva plano focal. Este elemento é movido à frente do Doublet de Smyth (barlow) nos comprimentos focais mais curtos, e é substituída pela lente barlow (Smyth) nas distâncias focais longas. Todas as oculares da série têm correção completa para coma, aberração cromática e esférica, um campo de visão aparente de 70° e um eye relief constante de 20mm. As distâncias focais mais longas têm uma curvatura de campo ligeiramente positiva, enquanto que as distâncias focais mais curtas têm uma curvatura de campo negativa.
Ethos - Este projeto.
