La nitidez de la lente

Desde hace años que me inicie en la observación astronómica y que inmediatamente después fue la astrofotografía. Mi máxima, siempre fue repetir la experiencia visual que me quedo grabada a fuego, cuando a mi padre le dejaron un pequeño refractor ruso de tan solo 60 o 70 mm de diámetro, en el que pudimos observar desde la ventana del salón ese diminuto punto sobre el horizonte urbano de Madrid.

Esa noche, apuntamos “por capricho” sobre ese punto luminoso, porque nos dimos cuenta que brillaba lo suficiente como para ser cómodo encauzarlo dentro de la pupila del ocular.

-          ¡¡Ostras!! Mira, mira, mira, ¡¡que pasada, es Saturno!!

Esas fueron mis primeras palabras,  despues mi famila pudo verlo con casi el mismo asombro.

Esa nitidez y limpieza de la imagen que ofrece un refractor es la que siempre he buscado también plasmar en fotografía.

Desgraciadamente cuando ya no solo observas, y pasas a la acción con la fotografía, determinados errores cromáticos propios de estos refractores ACRO, son mucho más patentes que visualmente.

Un tiempo después adquirí mi primer telescopio, un refractor acromático de 90 mm de apertura y 1000 mm de focal del fabricante Meade, junto con su montura ecuatorial de escasa calidad.

Refractores acromáticos.

El término acromático significa que carece de color "sin color" y por lo tanto que los tres colores son llevados al mismo foco.

La aberración cromática se debe a que a luz está compuesta por varias longitudes de onda donde cada una de ellas es afectada por un índice de refracción diferente, lo que origina que el foco para cada una de ellas se forme a diferentes distancias.

               Corrección con una sola lente cóncava

Un telescopio acromatico esta fomado por una lente cóncava "crown" de elevado índice de refracción, y una lente convexa "flint" con un índice de refracción bajo.

Con el fin de resolver este inconveniente que generaba una sola lente concava, la configuración óptica de los telescopios acromáticos, esta formada por este par de lentes, que hacen que los colores converjan en el mimo foco.

El  "crown" y el "flint" al ser de vidrios con diferente densidad tratan de compensar la diferencia de planos focales.

Desgraciadamente esto no se consigue totalmente y es unos de los principales problemas que padecen estos refractores en mayor o menor medida.

En mi caso yo disponía de un refractor con un valor de focal alto, F:11. Los refractores acromáticos, al trabajar con relaciones largas, muestran una aberración cromática menos evidente. De hecho se dice que un buen refractor acromático con una relación focal cercana a F:15 es capaz de ofrecer rendimientos similares a algunos APOs.

A continuación podemos ver en la siguiente gráfica, que focal a la hora de elegir un acromático, seria la más ideal, si queremos tener un cromatismo bastante corregido:

Esquema ejemplo de relación focal vs aberración cromática.

Recuerdo que mi telescopio (Como mucho otros en la actualidad), disponía de una doble tapa de un diámetro de aproximadamente la mitad en diámetro que la lente frontal, precisamente para obtener un diafragmado de la lente y por ende una pseudofocal mucho mas larga del mismo tubo sin añadir ningún multiplicador óptico real. O lo que es lo mismo, de un 100 mm f10, pasaríamos a tener un 50 mm f20.

¿Qué se consigue con esto? Pues poder tener un mejor rendimiento cromatico frente a la observación o fotografía planetaria - lunar. Por supuesto, no todo el campo es orégano, y esta claro que se pierde resolución, ya que la apertura es menor, y ¡si!, tu telescopio continua siendo un acromático, pero mejora notablemente ese halo purpura molesto.

Esto es idéntico a lo que conseguimos diafragmando los teleobjetivos fotográficos, sobre todo cuando estas haciendo fotografía estelar, en la que necesitas la mayor calidad que pueda ofrecerte este, pero sin pasarte ya que de lo contrario tendrás muy poca luz de entrada sobre el sensor y los tiempos de exposición se estiraran demasiado.

Refractores apocromáticos.

 

  

La definición de APO, es un objetivo en el que se ha corregido la aberración cromática para los tres colores aditivos primarios. Un sistema apocromático, consiste en asociar lentes convergentes y divergentes que permiten el enfoque de todos los rayos en el mismo punto. Básicamente son acromáticos con corrección de color mejorado, y en algunos modelos casi por completo.

Aunque los acromáticos (de mediana calidad y focal no mas baja de 8), corrigen bastante bien el problema del cromatismo, la aparición de los modelos APO mejoro enormemente la corrección cromática, para lo cual fue necesario buscar mejores vidrios.

Triplete apocromatico

A finales del siglo XIX Ernst Abbe, encontró que los cristales naturales de fluoruro de calcio (fluorita) que conseguía exactamente la corrección deseada. El problema es que dicho componente mineral sólo esta presente en pequeños cristales, lo que complicaba mucho la conformación de lentes.
Gracias al avance de la tecnología, mas adelante fue posible la creación de "fluorita artificial", pero el problema que tenía este tipo de cristal, es que era sumamente frágil e incluso era afectado por el rocío, aunque con tratamientos de coating adecuados, podía tener contacto con el aire. Eso sin mencionar que además, el proceso de fabricación de la fluorita resulta altamente costoso y no era accesible al amateur.

Mas adelante, los gigantes del vidrio Schott (alemanes) y Ohara (japoneses), lograron compuestos de vidrio mas estables con propiedades ópticas muy similares a la fluorita denominados ED ("Extra-low Dispersion") y SD ("Super-wide Dispersion"). Actualmente los vidrios ED son los más utilizados para Apocromáticos.

Numero de Abbe (ν) ¿Qué es?

Este número es el índice de refracción del vidrio a distintas frecuencias.

Indice de refracción del cristal FPL-51

Aquí se pueden consultar todos los valores correspondientes a los múltiples cristales que hay comercializados actualmente: https://refractiveindex.info/

A continuación en el diagrama MTF (Función de Transferencia de Modulación), que en este caso en vez de un porcentaje como en las gráficas típicas, se sitúa una curva descendente negra y otra azul oscuro numeradas 60 y 40 respectivamente que representan la corrección perfecta para un objetivo de 6” y 4”. Junto a estas curvas patrón, están marcadas las curvas de objetivos APO y algunos ACRO con diferentes focales, que representan mediante las diferentes relaciones focales su acercamiento a la corrección perfecta.

Cuando adquirí mi segundo refractor, un Vixen NA120SS, un Petzval con 4 elementos acromático de 120 mm f6.7, todavía resultaba enormemente caro adquirir un APO. En aquellos años solo había 3 opciones por la parte de gama alta, TMB, Astro Physics, Takahashi y alguna otra por la parte baja, Vixen ED y Meade ED.

Actualmente hay una enorme variedad de APOs de baja, media y alta gama, a gusto del consumidor, con unos precios más que competitivos y por supuesto con una corrección cromática superior a los ACRO.

También es verdad es que a partir de aquí se complica un poco la cosa. Existen varios tipos vidrios que imitan o calcan las propiedades de la Fluorita.

Eliminando la Fluorita, tendríamos los siguientes compuestos mas comúnmente utilizados:

S-FPL55, S-FPL53, S-FPL51, OK4

Del vidrio S-FPL55 de momento desconozco que modelos de telescopios lo montan actualmente. Se trata es un vidrio óptico que ofrece una dispersión muy baja, similar a S-FPL53, con la ventaja de mejorar las características de pulido. Este nuevo tipo de vidrio tiene mejores valores de abrasión le que garantizaría supuestamente una mejor corrección, superando al S-FPL53.

De todos estos se pueden saber las características en el enlace anterior.

Pero… ¿como elegir el tubo “OTA” mas apropiado a nuestro uso?

Yo partiría de la idea clara de si tu intención es fotografía de cielo profundo o planetaria. Por supuesto también se puede hacer visual con cualquier de estas don configuraciones.

Para la primera opción, habría que ir a relaciones focales cortas no superiores a f:6, que no son fáciles de conseguir con ningún refractor, bajando a f:5 con algún reductor/compresor de focal especifico del propio fabricante, a ser posible.

Y para la segunda opción, focales mayores a f:9 utilizando en algún caso duplicador de focal especifico del fabricante o una lente Barlow, que es mas económica.

A partir de aquí, el precio ira en función principalmente de la relación focal, el tipo de vidrio que se ha utilizado en la construcción de la lente y de si se trata de un doblete o triplete.

Contrario a lo que se suele creer, un APO no necesariamente es un triplete, la diferencia entre APO y ACRO es el nivel de corrección (que en general depende del vidrio), no la cantidad de elementos. Pero si es cierto que un APO con 3 elementos resulta más efectivo a la hora de ofrecer un alto rendimiento. De hecho la mayoría de los APO de gama alta suelen tener tres lentes, incluso suelen trabajar los diseños petzval 2+2 lentes ofreciendo un campo plano y reduciendo también la focal.

Ahora bien, veamos algunas preguntas usuales:

¿ED significa APO?

Para resumirlo diríamos que NO. El ED es un telescopio que monta un doblete, principalmente. Pero Con vidrio habitualmente tipo S-FPL51 o inferior y que por los estándares de fabricación no es capaz de corregir el espectro violeta al foco tanto como el resto de los colores, por lo tanto pasaría a ser denominado como semiAPO.

¿Es Mejor un APO con S-FPL53 que uno con S-FPL51?

No tiene porque, si el fabricante es capaz de tallar de forma impecable la lente con vidrio S-FPL51 y casi mejor que el que talle la de S-FPL53, podríamos encontrarnos que se obtengan resultados superiores con un S-FPL51. Por otro lado hay que tener en cuenta que los S-FPL53 son más frágiles.

Si presentamos en una comparación un APO f/6 con S-FPL53 y otro f/7 con S-FPL51, podríamos decir que si ambos están igualmente tallados podría decirse que serían equivalentes. Teniendo en cuenta que la relación focal mas larga del segundo le beneficia compensando la calidad algo inferior del vidrio.

Centrándonos y resumiendo, el FPL53 es un vidrio de mayor calidad que es más caro. Pero, el diseño de la lente es muy importante. El vidrio FPL-53 tiene algunas características que permiten una mejor corrección del color.

Si se opta por el FPL-51, lo recomendable es elegir al menos un triplete, dado que no sabemos si la talla de un doblete es suficientemente buena como para rendir lo que nosotros esperamos a nivel fotográfico.

Por supuesto si encontramos un doblete de fluorita a buen precio…. de cabeza a por el, la mayoría superan a tripletes.

El vidrio FPL-51 tiene un número de Abbe de 81.6 y FPL-53 tiene un Abbe de 95.0. Por lo tanto es más facir corregir las aberraciones de color para el FPL-53 que para el FPL-51. Ambos vidrios, FPL-51 y 53 se pueden usar para hacer un excelente instrumento si se tratan correctamente.

Una de las pruebas mas duras, es observar a mas de 100x en el borde lunar, es aquí donde de existir, se mostrara un ligero el color púrpura.

Un lente APO formada por un doblete tiene menos grados de libertad cuando se diseña la lente, dado que solo tienes dos elementos de vidrio para trabajar. Los APO de gran apertura y focales ajustadas, son más difíciles de trabajar que los modelos de menor diámetro. Los fabricantes rara vez pasan de 150 mm de diámetro en plan comercial. A partir de este tamaño los APO se fabrican casi por encargo, lo que los hace prohibitivos. Esta es la razón por la cual no se ven dobletes de gran apertura, 150 mm o mas, pero si tripletes.

Conclusión.

Elije que vas a querer hacer exactamente, no existe el telescopio todo terreno, aunque si es cierto que en la actualidad hay muchos modelos y competencia para poder elegir.

Fotografía: APO 4” triplete con focales cortas F5 a f6 al que opcionalmente se le puede añadir un reductor de focal de 0,70x a 0,80x o aplanador de campo en el caso de utilizar formato FF.

Coste estimado, a partir de 1500€.

Mixto (todo terreno): APO Doblete o triplete pero con focales mas altas de F7 a F9, al que se le añadirá un reductor de focal de 0,70x a 0,80x para poder hacerlo fotográfico.

Coste estimado, a partir de 1000€.

Planetaria: APO Doblete o triplete con focales todavía mas altas a F9 que disponga de enfocador de al menos 2” para poder utilizar aculares generosos.

Coste estimado, a partir de 700€.

Hace 20 años, había que invertir muuucho en un telescopio de estas características, pero en la actualidad y sobre todo gracias al los asiáticos, con un presupuesto ajustado podemos tener un 4” con una calidad óptica nada despreciable.

A disfrutarlo¡¡¡