Óptica I. Física. 4. Instrumentos Ópticos. FÍS.

Categoria:

Física

A. Instrumentos ópticos visuales. B. Instrumentos de proyección y fotográficos. C. Instrumentos de medida y varios.

Puede definirse como instrumento óptico aquel en el cual la Ó. constituye la finalidad del mismo. Como es natural esta definición no puede aceptarse de un modo absoluto, pudiendo existir instrumentos ópticos cuyo fin no sea rigurosamente óptico (instrumentos ópticos de medida), y también aquellos en que siendo óptico el fin perseguido no tengan en realidad nada de Ó. (microscopio electrónico).

En atención tanto a la finalidad como al funcionamiento y a la costumbre, podemos clasificarlos en tres grupos no bien diferenciados; y sin que esto quiera decir que no existan otras maneras de clasificación, dada la extraordinaria variedad de los mismos. A) Instrumentos ópticos visuales. B) De proyección y fotográficos. C) De medida.

En este último grupo cabría incluir, en realidad, todos los que no pertenecen a los dos primeros. Naturalmente este grupo forzosamente resultará el más impreciso y heterogéneo.

Trataremos de exponer aquí, lo más concisamente posible, aquellos que pueden considerarse como básicos y fundamentales, y de los que por agrupaciones o variaciones de los mismos, dando lugar a otros más complejos, se obtienen los restantes que constituyen cada uno de estos grupos. Antes de entrar en su estudio, debemos advertir que siempre, en último término, ha de intervenir, de un modo u otro, el ojo, del observador; ya sea mirando por el instrumento (visuales), contemplando una fotografía (fotográficos), realizando una medida (de medida), etc. Así, pues, de. un modo general puede decirse que la misión efectiva de un instrumento óptico no es otra que la de proporcionar, de un cierto objeto, una imagen o distribución luminosa, para ser vista por el observador. En este sentido el propio ojo (v.) es en realidad, por sí mismo, un instrumento óptico.

La comparación de la imagen mencionada con el objeto es lo que va a definir las características y calidad del instrumento. Así, pues, en dicha imagen podrá apreciarse una mayor o menor porción del objeto (campo); podrá aparecer ésta más o menos luminosa (luminosidad); verse mayor o menor que el objeto observado directamente (aumento) y podrá ser una representación fiel, semejante al mismo, o aparecer con defectos de representación o deformaciones (aberraciones). Esto nos lleva a considerar en el instrumento unos elementos fundamentales de los que dependen tales características. Son éstos los diafragmas y sus respectivas imágenes en uno y otro espacio.

Diafragma de apertura y pupilas. Éste se define como el elemento material del instrumento que limita el ángulo de apertura imagen útil, en la imagen final, dada por el instrumento, para el punto objeto situado en el eje del mismo. Por tanto, es el elemento que determina la luminosidad del aparato. A los efectos de estudio y funcionamiento son muy interesantes las imágenes de este diafragma en ambos espacios ópticos, objeto e imagen. Estas dos imágenes reciben los nombres de "pupilas" de entrada y de salida, respectivamente. Ambas son conjugadas respecto al sistema óptico que constituye el instrumento.

Diafragma de campo y lucarnas. Análogamente existe otro elemento material del instrumento que limita la porción de objeto que aparece en la imagen dada por aquél. Este elemento recibe el nombre de diafragma de campo. Sus imágenes en uno y otro espacio son las lucamas de entrada y salida, definidas al igual que las pupilas. Finalmente, la calidad de la imagen requiere una buena corrección de las aberraciones de la misma, lo que conduce a una mayor o menor complicación constructiva del instrumento, en atención a las exigencias en las condiciones de utilización.

A. Instrumentos ópticos visuales. Son aquellos en los que la imagen que proporcionan es vista por el ojo directamente a través de los mismos. Aquí quedan también comprendidos muchos instrumentos de medida, en los que aquélla se realiza de esta forma.

De ellos vamos a estudiar solamente los básicos: 1. Lupa. 2. Microscopio. 3. Anteojo.

Antes de ocuparnos de estos instrumentos hemos de hacer notar que siendo el ojo el receptor de la imagen, será la imagen retiniana la que importe eh último término y de la que dependan las características del instrumento, campo y luminosidad. Así, pues, según la fig. 1 (ojo esquemático) el campo visual vendrá determinado por el tamaño de la imagen y’; esto es: por el ángulo 2v’; y la luminosidad de la misma por el ángulo 2v, o bien por el diámetro útil 2P de la pupila del ojo que le determina.

1. Lupa. El tamaño aparente de un objeto viene determinado por el de su imagen en la retina, esto es: por el ángulo a bajo el cual se ve. Para ver un objeto de mayor dimensión basta aproximarlo al ojo; pero puede ocurrir que la distancia necesaria sea tan corta que no pueda ser acomodada. Entonces se utiliza la lupa. 1-sta no es sino un sistema convergente dentro de cuya distancia focal objeto se sitúa el objeto que se quiere observar y del cual la lupa proporciona una imagen virtual derecha y aumentada a una distancia del ojo que éste pueda acomodar y bajo un ángulo visual &’, mayor que el posible a ojo desnudo.

El aumento visual viene definido por la relación de los ángulos bajo los cuales se ve el objeto observado a través del instrumento y sin él, cuando aquél se sitúa a la distancia S del ojo. Su expresión es:

-tga’~_ -S ( 1-,Z’P

r_tgo- r_ f,K, ,

en donde f es la focal de la lupa, Z’p la distancia medida desde el foco imagen de la lupa al ojo, K’ la distancia desde el ojo a la imagen del objeto dada por la lupa (fig. 2).

Como este aumento es muy impreciso y depende de la posición del ojo y del objeto, se establece convencionalmente el llamado aumento normal, que es el que corresponde a situar el objeto en el plano focal de la lupa, siendo entonces independiente de la posición del ojo. Se puede expresar este aumento en función de la distancia focal medida en milímetros o en dioptrías D, adoptando como distancia de comparación el valor S=-250, de la siguiente forma

250 D r’=-

f En las lupas el aumento suele ser pequeño, del orden de 1 a 10, correspondiendo los valores más bajos a las de lectura, que suelen ser lentes sencillas de gran diámetro. Los valores mayores corresponden a los cuentahílos, etc., y adoptan formas más complicadas. Si el diámetro es mayor que el de la pupila del ojo, como es lo corriente, su luminosidad es muy grande. El campo visual viene limitado por lo que el ojo puede ver a través de la montura mecánica de la lupa.

2. El microscopio. Cuando el aumento requerido es muy grande, la focal de la lupa es muy pequeña (del orden de unos milímetros) y no puede utilizarse prácticamente. El microscopio resuelve este problema proporcionando dicha focal mediante dos sistemas ópticos separados (fig. 3).

Si llamamos jí y fz a las focales de estos elementos y f a la focal del conjunto se tendrá:

__fí-fí _ fí-fz

f~tí +fz-lá Siendo o la distancia entre ambos elementos (entre planos principales) y t la distancia del foco imagen del primero

al foco objeto del segundo, "distancia óptica del tubo". Expresando el aumento como en el caso de la lupa será:

_ 250 _r?250

fí-tí -aí-rí.

Siendo 0, el aumento lateral del primer sistema y rz el aumento normal de lupa del segundo sistema. Estos valores suelen ir grabados en las monturas de cada uno de ellos. Al primero se le llama objetivo, por ir junto al objeto, y al segundo ocular por ir pegado al ojo. La imagen dada por el objetivo ampliada se forma en el plano focal del ocular, donde se sitúa el diafragma de campo. La luminosidad no es demasiado grande porque el diámetro de la pupila de salida P.S. es pequeño y no llena todo el ojo. Su expresión viene dada por:

500

P.S.=-2f’?n-sena=-2f’AN.=- ~ -AN. donde n es el índice de refracción del espacio objeto; a- el semiángulo de apertura objeto;AN. =n ?sena?, la apertura numérica.

Por tanto, la luminosidad es tanto mayor cuanto mayor sea AN. y menor sea el aumento. Cuando éste es muy grande, la luminosidad es muy baja y es preciso iluminar el objeto intensamente por transparencia, preparándolo en forma de lámina delgadísima entre dos vidrios protectores (portaobjetos y cubreobjetos) dando lugar a la llamada preparación microscópica. Los sistemas de iluminación en microscopía son complejos y en cierto modo análogos a los utilizados en proyección de imágenes.

La finura de detalles de que es capaz un microscopio viene determinada por su poder separador, el cual se expresa por:

a

d=1,22 - AN. -

Sin embargo, este valor teórico es muy amplio, y en la práctica se toma el

a

d=0,5? N.

Siendo d el tamaño mínimo del detalle perceptible; X la longitud de onda de la luz utilizada en la iluminación. Según la luz empleada y los valores máximos alcanzados por AN. este límite puede establecerse en un orden de 0,2 a 0,1 micras.

Se conoce con el nombre de "inmersión" el hecho de situar el objeto sumergido no en aire, sino en un cierto medio, colocando una gota de un líquido entre la preparación y el objetivo. De este modo aumenta el valor de n. y con ello AN. Los líquidos utilizados son generalmente agua, glicerina, monobronaftaleno y sobre todo el aceite de cedro de n=1,515.

Se denomina ultramicroscopía o "jampo oscuro" a la técnica que consiste en iluminar el objeto con luz rasante que no entre directamente en el objetivo, sino solamente la difractada en las partículas del objeto, apareciendo éstas como puntos brillantes sobre un fondo oscuro. No puede decirse que realmente se vean las partículas, sino solamente que se pone de manifiesto su existencia por el destello luminoso que producen. Así se han detectado partículas coloidales. Aplicado a objetos mayores la imagen presenta una inversión de contrastes a modo de un negativo. Las modernas técnicas de contraste de fase e interferencia) consisten en poner de manifiesto el cambio de fase de la luz, que tiene lugar al atravesar un objeto transparente, traduciendo esta alteración de la fase en diferencia de amplitud, es decir: en contraste. De este modo se hacen visibles objetos que no lo serían en microscopia ordinaria o que precisarían de un coloreado mediante un teñido. Además, estos métodos ofrecen una porción de posibilidades de medida, etc. (v. MICROSCOPIA).

Desde el punto de vista de su estructura, el microscopio consta de un objetivo y un ocular, además del sistema de iluminación. El objetivo, si es de un aumento débil (2,3), lo constituye un elemento único acromático. Si es de aumento medio, suele ser de dos elementos acromáticos relativamente separados (Lister), y si es de aumento fuerte el número de elementos crece, su composición y variedad es enorme y la única característica común es el hecho de que la primera lente tenga la forma de algo más de una semiesfera, con una cara plana del lado del objeto (Amici).

La mecánica del microscopio consta de un tubo que lleva acoplados en sus extremos el objetivo y el ocular, y que es propiamente el microscopio, un soporte con una platina o plataforma para colocar el objeto con posibilidad de desplazamiento en su plano, y un dispositivo para adaptar el condensador (subplatina). A este soporte va acoplado el tubo del microscopio con posibilidad de desplazamiento relativo en la dirección de su eje, para aproximar más o menos el objeto y realizar el enfoque.

Los objetivos y oculares son intercambiables para conseguir diferentes aumentos. En muchos microscopios modernos se consigue este cambio de modo continuo intercalando entre ambos un sistema Zoom. Todo este conjunto recibe el nombre de estativo.

Cuando el objeto es opaco y su proximidad al objetivo hace imposible una buena iluminación es preciso lograrla por el interior del tubo del microscopio. Esto se consigue iluminando por una abertura lateral y dirigiendo la luz por su interior mediante una laminita semitransparente a 45° del eje (iluminación vertical). En este sistema el objetivo es atravesado por la luz dos veces; al iluminar hace las veces del condensador, y al observar, como objetivo. Este dispositivo es el empleado para la observación de superficies metálicas, en el llamado microscopio metalográfico.

Si en lugar del ocular se acopla una película fotográfica o pantalla recogiéndose sobre ella la imagen dada por el objetivo, se obtiene el dispositivo microfotográfico o de proyección. Esta última suele hacerse sin retirar el ocular, a través del microscopio completo, simplemente no focalizando a infinito (visual) sino llevando la imagen sobre la pantalla.

3. El anteojo. a) Anteojo astronómico (o de Kepler). A diferencia de la lupa o el microscopio, que están concebidos para ver aumentados los objetos pequeños y próximos, el anteojo tiene como finalidad ver aumentados los objetos que sin ser pequeños se ven así por estar muy alejados.

Consta de un sistema (objetivo), que forma del objeto observado una imagen pequeña en su plano focal imagen, pero que coincide con el plano focal objeto de un segundo sistema (ocular) que actúa a modo de lupa y con el que se observa esta imagen.

Si el conjunto permite obtener un ángulo visual a través del instrumento (aparente) superior al que corresponde a la observación sin instrumento (real), la principal finalidad del anteojo está conseguida. Así, pues, el anteojo astronómico está formado por dos sistemas, objetivo y ocular, ambos positivos con el plano focal imagen del primero coincidiendo con el plano focal objeto del segundo, formando un sistema afocal con el objeto y la imagen ambos en infinito (fig. 4).

Si el objeto, aun estando alejado, no está en infinito, se rompe esta focalización, siendo necesario desplazar el ocular para llevar la imagen a su plano focal (enfoque), o bien compensar este desplazamiento de la imagen a costa de una acomodación del ojo.

El desplazamiento del ocular sirve también para compensar las ametropías -anomalía de refracción en el aparato dióptrico del ojo- del observador.

En el anteojo, el diafragma de apertura (DA) y la pupila de entrada (PE) son el propio objetivo, estando la pupila de salida (PS) un poco por detrás del foco imagen del ocular. En ella debe situarse la pupila del ojo para aprovechar al máximo toda la luz y todo el campo visual que permita el instrumento. El diafragma de campo (DC) se sitúa en el plano focal común que coincide con la imagen real intermedia, para delimitarla nítidamente.

La luminosidad del instrumento sólo depende del diámetro de su PS siempre que sea menor o igual que la del ojo. En caso contrario es el propio ojo el que hace de PS. Esto sólo puede ocurrir con luminosidades grandes (playa, nieve, etc.) o para instrumentos de visión nocturna utilizados de día.

El aumento del anteojo se define igual que en la lupa y se deduce fácilmente de la fig. 4, viniendo expresado, para objeto e imagen en infinito, por la relación de las distancias focales de sus componentes

r,=tg_ _ fí t90- fí.

Como las dos focales son positivas, el aumento es negativo, lo que significa que la imagen visual es invertida.

También puede expresarse en función de los diámetros pupilares, esto es, por el aumento lateral de representación de éstas a través del ocular

0 PE - 1 0 PSQá

Estas últimas expresiones son válidas aun cuando el objeto no esté en infinito.

La luminosidad en el anteojo es diferente según se trate de un objeto puntual (estrellas) o extenso (objetos terrestres, planetas). En el primer caso crece con el aumento, mientras en el segundo disminuye en función de la relación de las pupilas, del instrumento y del ojo,

q5 PS

q5 PE ’

lo que en general supone una disminución al crecer el aumento.

El poder separador o finura de detalles de que es capaz el instrumento está determinado, como en el microscopio, por consideraciones difraccionales, y puede expresarse por:

P=1,22 O PE

en donde p es el ángulo mínimo de campo real que pueden subtender dos puntos para que aparezcan separados en la imagen, y X es la longitud de onda de la luz.

De un modo aproximado, para cálculos prácticos, expresando el poder separador, p, en segundos de arco sexagesimal y siendo D el diámetro útil del objetivo, en milímetros, puede adoptarse la expresión siguiente:

120 D

Como puede verse, para obtener una cierta finura de detalle en la imagen es preciso un diámetro mínimo de objetivo. Esto, unido a la condición de aumento (relación de focales), explica el por qué en astronomía (aumentos muy grandes y detalles muy finos) son necesarios anteojos de dimensiones enormes. No obstante, para que el observador pueda apreciar todos los detalles de que es capaz el anteojo, es preciso que el ángulo aparente correspondiente a este valor

(p’=r’_p)

sea superior al propio poder separador del ojo. Estos criterios sólo son válidos si se supone que el efecto de las aberraciones propias del sistema óptico ha sido corregido hasta hacerle despreciable frente al efecto de difracción.

Las pérdidas de luz tienen lugar en todo instrumento óptico por efecto de la absorción de los vidrios o material de las lentes, y sobre todo por las reflexiones que tienen lugar en cada una de sus superficies, principalmente en las que están en contacto con el aire. La pérdida por reflexión en ellas es del orden del 4 6 5%. Estas pérdidas quedan muy disminuidas por los tratamientos antirreflectores de las superficies (óptica azul) (v. ti, 8). Esto hace que entre el flujo luminoso incidente y el transmitido, que llega al ojo, haya una diferencia. La relación entre éstos (< 1) es lo que se llama transmitancia o factor de transmisión, y siempre supone una pérdida.

b) Telescopios. Un tipo de anteojo astronómico muy característico, utilizado frecuentemente en astronomía, lo constituye el telescopio, anteojo astronómico en el cual el objetivo es un espejo o combinación de éste con lentes o con más espejos sistema catóptrico o catadióptrico). Las ventajas que proporcionan los telescopios son evidentes para instrumentos de grandes proporciones. Aparte de no presentar los espejos aberraciones cromáticas, permiten diámetros mayores que no pueden alcanzarse con lentes, por la imposibilidad de disponer de piezas de vidrio tan grandes con homogeneidad suficiente.

La realización del anteojo con estos objetivos responde a los tipos clásicos (representados en la fig. 5), de Herschel (a); Gregory (b); Casegrain (c); Newton (d), y más recientemente los de Schmidt (e) y Maksulov (f) con placa asférica y menisco esférico respectivamente, muy utilizados para fotografía, por su gran apertura posible, el primero, y en aparatos de dimensiones reducidas el segundo.

Con objeto que poder apuntar a cualquier punto del cielo es necesario disponer el anteojo con posibilidad de giro alrededor de dos ejes perpendiculares. Estos ejes pueden ser uno vertical (eje acimutal) y otro horizontal (eje de altura). Más cómodo y más frecuente en astronomía es que estos ejes sean uno paralelo al eje de giro de la Tierra (eje horario o de ascensión recta) y el otro perpendicular a éste (eje de declinación). De este modo, apuntando al astro y amordazando el aparato, se imprime al eje horario un movimiento de rotación igual y contrario al de la Tierra, con lo que el anteojo sigue al astro automáticamente en su movimiento diurno sin perderlo en todo el tiempo que dure la observación.

Este tipo de montaje se llama en ecuatorial, designándose frecuentemente con este nombre los anteojos así montados.

c) Anteojo con sistema intermedio positivo (terrestre). . Para los usos terrestres se precisa una imagen derecha, lo que obliga a introducir un sistema intermedio, que recoja la imagen dada por el objetivo y la reproduzca, invertida, en el plano focal del ocular. Esta inversión que se introduce endereza la imagen invertida por el objetivo.

Estos sistemas llamados inversores pueden estar constituidos por un elemento o por dos. Esta segunda forma permite potencias menores de cada componente en relación al sistema única y, por tanto, mayores diámetros, menores curvaturas y mejor corrección de las aberraciones de imagen. También se pueden separar estos dos componentes entre sí, de modo considerable cuando interesa una longitud grande del aparato (periscopios, cistoscopios). En este caso, el sistema inversor suele llamarse también "vehículo".

En la fig. 6 se representa este anteojo con sistema inversor doble (A, B), (I), lente colectora (C), objetivo (1) y ocular del tipo Keller (2).

El aumento en este tipo de anteojo viene expresado por la misma relación de focales de objetivo y ocular que en el astronómico, pero multiplicada por el aumento de representación propio del sistema inversor,

,.

Rí = ; , y

siendo, por tanto,

fi_

2 RIPs

Como R’r es negativo resulta F’> 1 (imagen derecha). La relación de diámetros pupilares vale igualmente para este caso.

d) Anteojo con sistema intermedio negativo. Este tipo de sistemas no puede introducir una segunda imagen real y, por tanto, no actúa como sistema inversor ni como vehículo para producir imágentes derechas. Situado este elemento negativo dentro de la distancia focal imagen del objetivo, produce un desplazamiento de la posición de la imagen a la vez que una dimensión mayor de la misma.

Si esta lente negativa se desplaza a lo largo del eje en uno y otro sentido, sirve para el ajuste de foco, es decir, para enfocar el instrumento, en lugar de hacerlo con el ocular (anteojo de enfoque intermedio). Este sistema es más sólido y estanco, pero es más complicado y costoso.

El conjunto de objetivo y lente negativa forma lo que se llama un teleobjetivo. En esencia consiste en el conjunto representado en la fig. 7 y su finalidad es obtener imágenes de un tamaño mayor que el que correspondería a un sistema de su misma longitud mecánica.

Este tipo de objetivos se utiliza en fotografía para obtener fotografías de objetos alejados y también cuando se desea una focal larga (para aumentos grandes) con dimensiones pequeñas (teodolitos, taquímetros, etc.).

e) Anteojo con sistema intermedio afocal (prismas). Un método muy utilizado de invertir la imagen para tener una observación derecha de los objetos es mediante el empleo de prismas reflectores. Intercalándolos entre objetivo y ocular (dentro de la distancia focal del primero) se obtiene un número y disposición de reflexiones necesarias para enderezar la imagen visual. Sus formas son variadísimas, y en muchos casos las reflexiones en los prismas se completan con la disposición del propio observador respecto a la dirección de observación para obtener el fin deseado.

Los prismas, desde el punto de vista óptico geométrico, y por lo que se refiere a su actuación como combinación de espejos para invertir la imagen, se comportan como una lámina de caras plano-paralelas de espesor d igual al recorrido del rayo (eje óptico) en su interior. No obstante, al estar intercalados en una marcha de luz convergente, tienen sus aberraciones propias y producen, en virtud de su índice de refracción, n, distinto del índice del aire, un desplazamiento del plano imagen, dado por

n-1 A=--d. n

En la fig. 8 se representan algunos de los tipos más corrientes. El Romboedro (a) sólo produce un desplazamiento paralelo del eje. Se utiliza para ajuste de la distancia interpupilar. El Pentaprisma (b) utilizado para acodar los rayos a 90° sin producir efecto ninguno de inversión. Se emplea mucho en las cabezas de anteojos horizontales (telémetros, etc.). Los de Porro de la (c) y 2a (d) especie de uso corriente en gemelos prismáticos. El de Amici, en techo, que acoda a 900 (e). El de Jacob (f), Leman (g) y el tipo h, todos ellos de visión directa. El de Schmidt (i) que acoda a 45° y el de Pachen (j) que completa el anterior para visión directa.

f) Anteojo de Galileo (Holandés). Este anteojo, el más antiguo históricamente, está constituido por un objetivo análogo al de los anteriores, y un ocular negativo, que suele ser una lente sencilla. El aumento viene expresado por las mismas fórmulas que el astronómico, con la única diferencia de que al ser el ocular de focal negativa, el aumento es positivo y la imagen virtual derecha.

En la fig. 9 se representa en esquema este anteojo. De ordinario, el haz emergente del instrumento es mayor que la pupila del ojo, por lo cual es ésta la que hace de diafragma de apertura y PS, estando la PE situada por detrás del observador. El objetivo AB se representa a través del ocular en la imagen virtual A’ B’, que sería la PS del instrumento, si no se considera el ojo del observador. Al no poder situar éste en la posición A’ B’ como sería lo ideal, el ojo ve a través de este orificio virtual, variando la porción de campo visual al mover el ojo (visión de ojo de cerradura).

Es, por tanto, A’ B’ quien limita el campo visual en el espacio imagen y, por tanto, lucarna de salida, viniendo a ser entonces el objetivo el DC. Por ello, si se desea aumento grande el campo es muy pequeño y si se quiere campos normales el aumento no puede pasar de 2 ó 3 a menos de dar al objetivo diámetros excesivos. Esto hace que sea poco utilizable, limitándose su uso a gemelos de teatro o partes auxiliares de otros instrumentos más complicados. Al ser el ojo el DA, es muy luminoso. Es también de realización económica.

B. Instrumentos de proyección y fotográficos. Pueden definirse estos instrumentos como aquellos cuya finalidad es la de obtener, de un objeto dado, una imagen real que se forma sobre una pantalla quedando materializada en ella para poder ser observada. En este sentido, el objetivo fotográfico es uno más entre los sistemas de proyección, quedando incluido en ellos. Sin embargo, como los sistemas de proyección son constructivamente análogos a éstos, vamos a comenzar por su estudio.

1. Objetivo fotográfico. Ópticamente estos sistemas constan de un solo elemento, que por formar una imagen de un objeto se denominan "objetivos" y funcionan lo mismo que los otros de igual nombre en el anteojo y microscopio.

Como las exigencias de campo y apertura son grandes, sus formas constructivas son complicadas. La corrección de las aberraciones de imagen es la que impone estas formas complicadas y está relacionada con las características de la emulsión fotográfica y apariencia exigida a la fotografía. Así, mientras en sistemas visuales se debe atender principalmente al centro del campo, donde el ojo fija la atención, en fotografía debe darse mayor uniformidad a la imagen, aun cuando en el centro no sea necesaria tanta finura de detalle. La sensibilidad de las emulsiones a las longitudes de onda corta impone igualmente una mayor corrección cromática de las aberraciones.

Tampoco son admisibles deformaciones, lo que exige una corrección muy buena de distorsión y astigmatismo. De aquí los calificativos de ortoscópico, anastigmático, apocromático, etc., que aparecen escritos en sus monturas.

Es muy importante, para la buena corrección de un objetivo, seleccionar bien los haces de rayos de campo útiles en la formación de la imagen, lo que se consigue mediante una adecuada situación del diafragma de apertura, el cual, generalmente, cae entre las diversas lentes que componen el objetivo.

Desde un punto de vista general, pueden clasificarse los objetivos fotográficos en tres grupos: normales (standard), grandes angulares, y teleobjetivos (v. FOTOGRAFÍA, 2). En los sistemas fotográficos es característica fundamental la luminosidad. Por consideraciones fotométricas se demuestra que ésta depende del valor del ángulo 2a- de apertura de la imagen (fig. 10), el cual es, a su vez, función del diámetro de la pupila de entrada.

A la relación

0PEIf

se le llama razón de apertura o simplemente apertura y determina el valor de dicho ángulo para el caso de objeto en infinito. La luminosidad varía según el cuadrado de esta apertura, la cual se suele expresar en la forma

C. Instrumentos de medida y varios. 1. Colimador y micrómetro. Son éstos aparatos indispensables para cualquier tipo de medida óptica.

El primero es un objetivo que forma una imagen en infinito del objeto que se sitúa en su plano focal.

Es el modo artificial de conseguir un objeto en infinito sin los inconvenientes de la distancia y malas condiciones de visibilidad parejas a ella. Es, pues, la base de cualquier método o instrumento de medida que necesita trabajar con objetos en infinito, haces paralelos de rayos, etc.

Para un buen colimador, es necesario un objetivo muy corregido de aberraciones, que proporcione prácticamente un objeto virtual libre de ellas. Por esta razón suelen ser de aperturas pequeñas, 1:10 a 1:20, focales largas y diámetros grandes (superiores a los instrumentos utilizados a continuación). Frecuentemente son objetivos apocromáticos.

El segundo es, en realidad, una escala que puede ser utilizada como objeto para medida o bien situada en el plano focal de un ocular (ocular micrométrico), para medir con ella las dimensiones de las imágenes formadas en el mismo plano.

Frecuentemente van provistos estos oculares de un hilo que recorre la escala, solidario de un tambor dividido en partes decimales para poder apreciar fracciones (0,1; 0,01; 0,005) de división de la escala.

2. Aparatos espectrales. Estos instrumentos tienen como finalidad la obtención de un espectro del manantial luminoso y se pueden agrupar en espectrógrafos, si el espectro se recoge fotográficamente; espectroscopios, si su observación es visual; espectrómetros, si su finalidad es la medida de las longitudes de onda; espectrogoniómetros, si su objeto es la medida de los ángulos de desviación de las diferentes radiaciones; monocromedores, cuando se trata de obtener un manantial luminoso secundario monocromático, etc.

a) Espectrógrafos, espectroscopios y espectrómetros. Constan, en el sentido de marcha de la luz, de una estrecha rendija, con ancho entre 1 y 0,005 mm., iluminada por el manantial y situada en el plano focal de un colimador. Le sigue dicho objetivo colimador, del que emergen haces de rayos paralelos. Un elemento dispersor (prisma o red), sobre el que inciden estos rayos, saliendo también paralelos, pero dispersados por el elemento anterior. Estos haces son recogidos por un objetivo o anteojo, obteniéndose el espectro deseado, como sucesión de imágenes de la rendija, ordenadas según las diferentes frecuencias o longitudes de onda de la luz (fig. 12).

Es muy utilizado el dispositivo de Littrow, en el que el prisma está partido por su plano bisector que se hace especular, siendo el medio prisma de ángulo a/2 recorrido dos veces. Un solo objetivo hace de colimador y sistema de proyección (fig. 13). Según las dimensiones normales en la práctica, la rendija es el DC y su imagen en el espectro la PS, siendo el sistema dispersor el diafragma de apertura (DA).

La luminosidad, zsi se trata de un espectroscopio, es idéntica al caso tratado en el anteojo; son válidas las conclusiones entonces obtenidas, y depende igual que allí de la PS del anteojo de observación.

Para imagen proyectada o fotografiada, sólo depende de la apertura del objetivo de proyección y para nada del colimador o del sistema dispersor, supuesto el instrumento sin pérdidas. Esto no es cierto, sobre todo en los de red, cuya luminosidad es muy pequeña.

Un concepto muy importante en un aparato espectral es la pureza del espectro. Según Helmholtz, se define por 1/dx (absoluta), o bien A/da (relativa), siendo da=diferencia de a, el intervalo de valores de la longitud de onda de las cuales entre luz en el ancho de la imagen de la rendija.

Dada la imagen de la rendija correspondiente a una ao toda la luz de otras X diferentes que se superpone al cubierto por la imagen de esta 4 constituye la "impureza".

Un espectro es, por tanto, más puro, cuanto mayores sean la dispersión del elemento dispersor, la focal del colimador y más estrecha la rendija.

El concepto de dispersión se establece como relación entre las longitudes de onda de un intervalo (extremas superpuestas) y la desviación respecto a la longitud de onda media del intervalo

_ ax c dk siendo SX esta desviación.

La pureza y la luminosidad son contrarias y al aumentar una, disminuye la otra. Por ello en la práctica suelen hacerse iguales tos objetivos del colimador y del anteojo (o de proyección), dando al instrumento mayor simetría.

La desviación y la dispersión varían con el ángulo del prisma y con su índice de refracción, o la frecuencia de la red, aumentando con ellos. El poder separador del prisma es función de la longitud de su base (en su sección recta) y para la red depende del número total de trazos. De ordinario, los prismas suelen ser de 60°, trabajando en posición de mínima desviación (marcha de rayos simétrica respecto al plano bisector de su ángulo). En su construcción suele utilizarse el vidrio flint de índice no demasiado alto.

Cuando se desean prismas de dispersiones mayores, se colocan varios de éstos, unos a continuación de otros, en cascada, siguiendo la dirección de los haces sucesivamente refractados.

Respecto a las redes, pueden ser por transparencia o por reflexión. Estas últimas se graban sobre espejos y están formadas por trazos iguales refractantes y absorbentes. Pueden ser planas o cóncavas. En este último caso ella misma puede hacer las veces de colimador y objetivo de proyección.

Los montajes de los espectrógrafos de red son muy variados y se basan en las propiedades del círculo de Rowland. Su espectro guarda aproximadamente proporcionalidad entre la dispersión y la longitud de onda, cuando se recoge en la dirección normal a la red y permite grandes dispersiones (tanto mayor cuanto más alto sea el orden del espectro), por lo que se utilizan preferentemente para medidas de a. Es, en cambio, menos luminoso.

En el prisma no existe tal proporcionalidad, dilatándose el espectro en el sentido del violeta y comprimiéndose hacia el rojo. Es, en cambio, mucho más luminoso, empleándose, por tanto, para los monocromadores que no requieran mucha dispersión o que precisen de más luz.

En las redes por transparencia, los trazos son alternativamente opacos y transparentes. Se fabrican en forma plana y su frecuencia suele ser menor. Son muy corrientes las obtenidas fotográficamente, o por réplica de otras, en colodión sobre placa de vidrio.

Cuando se trabaja en la zona del ultra-violeta, a la cual el vidrio es bastante opaco, es preciso utilizar óptica de cuarzo. Al no poder obtener con él sistemas acromáticos, tampoco se puede recoger el espectro en un plano normal al eje óptico, sino en una superficie inclinada y curvada.

En el caso de la red cóncava, se evita el tener que utilizar el cuarzo, pero no la inclinación del espectro.

b) El espectrogoniómetro es un espectroscopio en el cual tanto el prisma como el anteojo de observación pueden girar en un plano paralelo a la sección recta del prisma, y alrededor de un eje paralelo a su arista, que pasa por el punto de intersección de los ejes ópticos del anteojo y colimador. Mediante unos limbos graduados, este dispositivo permite medir las desviaciones para cada x.

c) El monocromador consiste en aislar, con una segunda rendija, la imagen de la primera en el espectro formado, sirviendo esta segunda imagen como manantial monocromático para otros fines. Ajustando otro monocromador, de modo que la rendija de salida de uno haga las veces de la primera del otro, se obtiene mayor pureza a la salida de los dos. Este dispositivo constituye un doble monocromador.

En el monocromador es muy utilizado el prisma de

Abbe de desviación constante de 90° (fig. 14), que permite, mediante un giro único del prisma, poder seleccionar cualquier radiación del espectro, sin variar las posiciones de ningún otro elemento del aparato, ya que el espectro va barriendo la rendija selectriz.

3. Refractómetros. Son aparatos destinados a determinar el poder refractante de una sustancia, generalmente el índice de refracción.

Se utilizan para determinaciones rápidas, y no dan la precisión de los métodos espectroscópicos. Generalmente sirven tanto para sólidos como para líquidos, bastando muy poca cantidad de sustancia para ello. Son muy utilizados en la técnica y son indispensables para medidas biológicas.

La determinación del índice se hace con respecto a otro conocido mayor y generalmente se basan en el principio de la reflexión total, haciendo incidir una luz rasante en la superficie de separación de los dos medios (el patrón y el problema) y midiendo el ángulo límite para la luz refractada.

En el caso de sólidos, hay que asegurar el contacto entre los medios con un líquido, cuyo índice debe ser mayor que el presunto del problema. Generalmente se usan monobromonaftaleno (n=1,658), yoduro de mercurio y potasio (n=1,72) y yoduro de mercurio y bario (n=1,78).

Son muchos los modelos que existen basados en los mismos principios; pero quizá el más generalizado sea el de Abbe.

a) El refractómetro de Abbe (fig. 15). Consta de dos prismas rectangulares, uno del índice patrón, y el otro para iluminación, colocados contrapeados en contacto por sus hipotenusas, estando esmerilada la correspondiente al de iluminación. Entre ambas se colocan unas gotas de líquido problema.

La cara esmerilada difunde la luz en todas direcciones, entre ellas la rasante a la superficie. Esta luz se refracta pasando al otro prisma, con el ángulo límite correspondiente a los índices del líquido y del prisma patrón. El haz luminoso emergente de este prisma es recogido por un anteojo provisto de un retículo (dos hilos cruzados en el centro del campo visual). Mediante un giro relativo del bloque de prismas, respecto del eje del anteojo, se hace que dicho haz incida en la dirección de su eje óptico. Entonces el campo visual aparecerá la mitad iluminado y la mitad oscuro.

La medida se hace llevando la cruz filar sobre la línea de separación de ambas partes. El giro necesario para ello se mide en una escala, con ayuda de un anteojo de lectura, y da directamente el valor del índice problema.

Como la refracción es diferente para cada radiación la línea divisoria de los campos, claro y oscuro, aparece coloreada y mal definida. Para evitar este inconveniente, el aparato lleva acoplados con el mismo eje que el anteojo dos bloques de prismas dispersores de visión directa, que pueden girar alrededor del mismo, uno respecto del otro, produciendo entre ambos una dispersión variable a voluntad, que puede compensar la producida en la reflexión total. De este modo se acromatiza la citada línea divisoria de los dos semi-campos dándole más nitidez y con ello más precisión de medida.

El giro dado a estos prismas sirve para calcular la dispersión cromática del líquido, con ayuda de unas tablas de interpolación especiales.

Para el uso con sólidos, se coloca éste con una superficie plana y pulida en contacto con la hipotenusa del prisma patrón, con un líquido de contacto entre ambas, haciendo entrar una luz rasante a esta superficie. El resto de la medida es como antes.

b) El ref ractómetro de Pul f rich (fig. 16). Tiene el mismo fundamento de la reflexión total.

Haciendo entrar un haz estrecho en incidencia rasante por la superficie de separación de ambos medios (problema y patrón), se produce la reflexión total, saliendo el haz con la inclinación del ángulo límite rt en el interior del prisma patrón y emergiendo de éste, por otra cara, con el ángulo de refracción r.

El índice n que se trata de medir viene expresado en función del índice n’ del prisma patrón y del ángulo de emergencia, r, por la fórmula:

n= -/n2-sen2 r.

Para realizar la medida, se recoge el haz con un anteojo que gira alrededor de un punto A, hasta hacer coincidir la línea divisoria de los dos semi-campos de luz y sombra con la cruz filar del retículo. El giro dado mide el ángulo r. El cero de la escala se ajusta por autocolimación sobre la cara de emergencia del prisma patrón.

Este refractómetro, utilizado con lámpara espectral, permite la determinación del índice separadamente para cada radiación.

Mediante un tornillo micrométrico de giro lento del anteojo, se pueden medir diferencias angulares entre los valores, para diferentes radiaciones próximas, es decir: las dispersiones, con más precisión que los propios valores del índice.

Para mayor comodidad el anteojo se acoda a 90°, manteniéndose siempre en posición perpendicular al plano del dibujo.

4. Fotómetros. Los fotómetros son aparatos destinados a la medida de iluminaciones o bien de luminancias. Todos ellos están basados en la comparación de dos "playas" o superficies iluminadas uniformemente, en las cuales está dividido el campo visual. Una de ellas está iluminada por una lámpara, propia del instrumento, en condiciones conocidas y previamente taradas, y la otra constituye el problema objeto de la determinación.

La medida se realiza igualando las luminancias de ambas playas, generalmente a base de debilitar la luminancia de la lámpara patrón del aparato, de acuerdo con las leyes fotométricas (p. ej., la del cuadrado de la distancia, filtros, etc.), hasta conseguir dicha igualación. El valor de esta luminancia conocida, corregido de las modificaciones introducidas por la propia medida, da el valor deseado.

En realidad los fotómetros igualan luminancias; pero las constantes propias de cada aparato y el tarado de sus escalas permiten obtener la medida, según los casos, directamente en luminancias o iluminaciones.

La fase física del instrumento no es otra cosa que los propios métodos de igualación, y el instrumento no es sino una realización material del mismo, unido al dispositivo, para obtener la representación de las dos playas fotométricas simultáneamente en el campo visual. Por ello damos seguidamente una somera enumeración de los métodos más conocidos y utilizados que constituyen la base de estos instrumentos, bien aislados o combinados entre sí.

a) Método de variación de la distancia. Como la luminancia es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia al manantial iluminante, la variación de aquélla da un buen método para alcanzar la igualación. Tiene el inconveniente de precisar, a veces, distancias muy largas, por lo que por sí solo no es muy adecuado para un aparato de dimensiones reducidas, aunque es muy práctico para precisar la igualación cuando ya se está muy próximo a ella, y, por tanto, si va asociado a otros métodos. A este tipo corresponde el fotómetro de Weber.

b) Método del diafragma. Consiste en intercalar un diafragma entre la playa patrón y el manantial que la ilumina.

Supuesto el manantial un radiador ideal, según la ley de Lambert, con luminancia uniforme, todo ocurre como si la playa fuese iluminada por la superficie libre del diafragma con dicha luminancia. Basta actuar sobre el diafragma, para variar la luminancia de la playa fotométrica hasta conseguir la igualación.

Esta luminancia será proporcional a la superficie del diafragma; esto es: al cuadrado de cualquiera de sus dimensiones lineales (diámetro si es circular y lado si es cuadrado).

La falta de uniformidad del manantial resta precisión al método.. Por ello es preferible utilizar un sistema adecuado de lentes, con objeto de utilizar solamente una pequeña porción del manantial, haciendo la pupila de salida del sistema las veces del diafragma anterior y siendo ahora el diafragma el de apertura del sistema.

Con ello quedan eliminados los errores de inhomogeneidad del manantial. En este método se basa el conocido fotómetro de Pulfrich.

c) Método de Nikoles o polaroides. La base del método consiste solamente en hacer pasar los haces luminosos a través de unos prismas de Nikol, asociados a un prisma de Wollaston.

El giro de éstos produce un oscurecimiento, de acuerdo con las leyes correspondientes. Pueden utilizarse polaroides, con idénticos resultados. Los haces que los atraviesan deben de ser de rayos paralelos y de poco ángulo de campo, para que la extinción y uniformidad del oscurecimiento sean buenas. Con esta base, funcionan el fotómetro de Martens y el espectrofotómetro de KbnigMartens, todos ellos clásicos.

d) Métodos de filtros. Se utilizan filtros grises, que son los que absorben la energía luminosa en igual proporción para cualquier radiación. Estos filtros suelen obtenerse de modo que absorban la luz en relación de los múltiplos de 10 (filtros decádicos), para obtener una variación de la luminancia del 0,1; 0,01; 0,001... Son saltos discontinuos, si bien con una serie de ellos puede llegarse a la igualación, con una aproximación de un orden prefijado, a modo de una pesada en la balanza con las diferentes pesas.

Son muy prácticos como escalones grandes utilizados en combinación con los otros métodos de variación continua.

El filtro gris que produce variación continua es la llamada cuña f otométrica. Que consiste en una lámina de vidrio sobre la que se ha depositado una emulsión de ennegrecimiento variable, de modo continuo de una a otro de sus extremos. También se consigue dando a un vidrio gris forma de cuña.

Cuanto mayor es el espesor de vidrio atravesado mayor es el oscurecimiento. Cuanto menor es el ángulo de la cuña mayor es la precisión posible.

Para evitar el efecto desviador prismático y que el espesor de vidrio atravesado por los rayos sea constante, se acoplan dos cuñas iguales contrapeadas, una del vidrio gris y otra transparente de otro vidrio de igual índice de refracción. El conjunto forma una lámina plano-paralela.

La medida en la igualación viene dada por el desplazamiento de la cuña (fig. 17).

e) Método del sector rotatorio. Consiste en un disco

circular, opaco, que puede girar alrededor de un eje normal al mismo, que pasa por su centro, como lo hace una rueda. Este eje de giro se sitúa paralelo a los haces luminosos de modo que éstos queden interceptados por el disco, abriéndose en él un sector que deje pasar la luz.

Al girar el disco, los haces luminosos quedarán sucesivamente libres e interceptados, produciéndose una alternancia de luz y sombra sobre la playa fotométrica. Si el giro es lo suficientemente rápido, la alternancia no se notará (frecuencia superior a unas 25 obturaciones por segundo, para observación visual) y sólo se apreciará una disminución de luminancia. La relación entre esta luminancia y la inicial es la misma que exista entre los ángulos de las partes de transparencia y opacidad del disco.

El inconveniente del método consiste en hacer variar de modo continuo el ángulo abierto del sector sin detener el giro. Esto se consigue manteniendo el disco fijo y haciendo girar el haz luminoso según el propio eje del sector, barriendo la circunferencia del mismo. Para ello se acoplan un par de prismas romboedros contrapeados, y se hacen coaxiales los haces luminosos con el sector (fig. 18). A este tipo corresponde el fotómetro de Brodhun.

f) Fotometría heterócroma: Método de parpadeo. Cuando las dos playas fotométricas a igualar presentan coloración distinta, se hace -muy imprecisa subjetivamente la igualación. El método seguido consiste en hacer llegar al ojo, alternativamente, la luz procedente de uno y otro manantial, que en este caso deberán cubrir el campo visual completo, de modo que el observador aprecie un parpadeo, debido a la diferente coloración, así como a la distinta luminancia. La sensación de parpadeo es mínima cuando sólo queda la debida al color y se han igualado las luminancias. Con una buena elección de la frecuencia del parpadeo, el método puede dar buenos resultados, sobre todo si los colores no son muy diferentes.

Vistos los principales métodos de igualación de luminancias de ambas playas, se verá ahora la manera de conseguir éstas, para que aparezca simultáneamente dividiendo el campo de visión.

El procedimiento más comúnmente empleado en este tipo de aparatos es el llamado "dado fotométrico", que consiste en un cubo de vidrio formado por dos prismas rectos, en contacto por sus hipotenusas [fig. 19 (a), (b), (c)]. En este contacto hay unas partes de estas superficies que están verdaderalmente pegadas y las otras que mantienen una delgadísima capa de aire entre ellas. Por las primeras pasa la luz como si se tratase de una sola pieza, mientras en las segundas hay reflexión total y la luz sale a 90° de la dirección de incidencia, por la cara lateral del cubo. El campo visual va enfocado sobre esta superficie que separa así, nítidamente, ambas playas. Los tipos y formas de dividir el campo visual mediante estos dados fotométricos es variado, pero los más frecuentes son los tres indicados en la figura. [El corte, en sección, del dado corresponde a la forma de la (b) ] .

5. Interferómetros. El hecho de que en los fenómenos interferenciales se pongan claramente de manifiesto magnitudes del orden de la fracción de longitud de onda de la luz, hace que las medidas realizadas a base de estos fenómenos alcancen unas posibilidades y una precisión difícil de igualar por otro método. De aquí la importancia de los aparatos de medida fundados en las interferencias luminosas, es decir: los interferómetros.

En cierto modo, cualquier procedimiento para producir interferencias puede constituir un interferómetro, y muy frecuentemente la obtención de interferencias aplicadas a otros instrumentos pueden constituir uno de este tipo (microscopio interferencial).

En este sentido general se pueden considerar diferentes clasificaciones, según que el objeto productor de las interferencias sea puntual o extenso; según las interferencias estén o no localizadas; los haces que interfieren sean dos o múltiples; o según otros criterios diferentes.

No es nuestra intención tratar aquí el tema con la extensión necesaria para tocar estos puntos, sino solamente dar una idea descriptiva de los aparatos más conocidos de este tipo, remitiendo al lector interesado a la bibliografía, donde encontrará el tema completo ampliamente tratado.

Entre los de manantial puntual por reflexión, pueden citarse los espejos de Fresnel, y entre los refractores el biprisma del mismo. Entre los difractores, se puede considerar el interferómetro de gases o refractómetro de doble rendija de Lord Rayleigh, que bien pudiera incluirse entre los refractómetros, ya que se aplica para la medida de índices de refracción de gases. En él (fig. 20) la medida se hace por comparación con otro gas patrón que puede ser el aire. Ambos gases van encerrados en dos tubos de igual longitud TI y T2. El aparato lleva unas láminas compensadoras L para igualar los caminos ópticos de uno y otro brazo, lo que se consigue cuando aparece la franja negra de orden cero, empleando luz blanca. Un tarado previo del aparato con luz conocida permite valorar las franjas desplazadas, y con ello la diferencia de estos caminos y el índice deseado. El manantial puntual se sitúa en S. Un colimador produce los dos haces coherentes necesarios mediante las rendijas R1 y R2. Las franjas se observan situando el ojo en O.

a) El interferómetro de Michelson. Es el más caracterizado, clásico y utilizado en la técnica y la investigación (v. 1, 2). Su esquema es el de la fig. 22. Corresponde al tipo de dos ondas.

El manantial S es colimado y el haz paralelo es reflejado en parte en la superficie semi-especulada A de la lámina plano-paralela L (separatriz), hacia el espejo El. Reflejado en él, vuelve a atravesar dicha lámina, para ser recogido por el objetivo Oz y observado desde F. La otra parte del haz emergente de 01 atraviesa la lámina- LI, se refleja en el espejo E2 y es reflejada de nuevo en la superficie A de LI, para superponerse al haz anterior en OZ y F. La imagen virtual de Ez dada por la superficie A se forma en Eí.

Las interferencias se producen por la superposición de los haces, y todo ocurre como si se produjeran en la lámina de aire formada por El y Ez.

Con objeto de poder alcanzar el espesor nulo de esta lámina de aire, es decir, la coincidencia de El y Ez, es preciso igualar exactamente los caminos ópticos en ambos brazos, lo que se consigue intercalando la lámina L2 (compensadora), idéntica a la LI en espesor, índice paralelismo e inclinación.

Si se quiere obtener un sistema de franjas rectilíneas paralelas, es preciso dar una ligera inclinación a uno de los espejos, para convertir la lámina plano-paralela virtual El y Eá en una cuña.

b) El interferómetro de Mach-Zehnder. Consta de dos espejos El y E2 y también de dos láminas plano-paralelas LI y LZ, con las caras semi-especuladas Al y A2. También, como en el Michelson, los haces luminosos son colimados por el objetivo 01 y recogidos por el 02.

También, es necesario dar un pequeño ángulo relativo a los espejos para tener un sistema de franjas, que se corresponde con la cuña de aire formada por los planos de onda de un brazo, y la imagen del correspondiente

al otro brazo. La disposición del instrumento se da en la fig. 2.

c) El interferómetro de famin. Produce franjas localizadas en infinito, ya que los haces son siempre paralelos para cualquier punto objeto, puesto que los caminos recorridos son idénticos. Sirve para manantial extenso, y las franjas deben ser observadas mediante un anteojo.

Consta de dos láminas plano-paralelas gruesas, paralelas entre sí, inclinadas con las caras exteriores totalmente especuladas. El esquema se representa en la fig. 24.

d) El interferómetro o "étalon" Fabry-Perot (fig. 25). Consiste en dos láminas gruesas colocadas frente a frente, siendo las caras interiores semi-plateadas de un alto poder reflectante. Así, entre el espacio de aire comprendido entre ellas se producen las interferencias localizadas en infinito. Si las láminas de vidrio se hacen ligeramente prismáticas, las otras series de interferencias producidas por las reflexiones en las caras exteriores son desviadas fuera del campo de observación. Se utiliza con fuente extensa y los haces emergentes son paralelos, por lo que hay que observar mediante un anteojo.

Las dos láminas son reglables, de modo que se pueda ajustar el espesor de la lámina de aire intermedia. Si se utiliza con manantial puntual, o de pequeñas dimensiones que por medio de una lente se represente en la pupila de entrada del anteojo de observación, atravesando el interferómetro, se tiene entonces un haz convergente que proporciona una serie de anillos de interferencia en infinito. Ajustando el paralelismo y la distancia entre las caras interiores, reflectantes, del sistema a un espesor dado, se tiene un patrón (étalon; standard) de alta precisión, muy utilizado como elemento comparador en medidas interferométricas.

e) El interferómetro de Twyman-Green (fig. 23). Es uno de los más utilizados en la técnica para el control de fabricación, por ser fácilmente adaptable a las verificaciones de instrumentos y elementos ópticos.

Está basado en el de Michelson y consta de un manantial S, un colimador 01, la lámina semiespeculada L, el espejo plano de referencia El, el objetivo de observación OZ y un segundo espejo EZ en el otro brazo, no dibujado en la figura, que es reemplazada por el sistema en estudio 03 y una superficie esférica reflectante E3 de centro coincidente con el foco de 03.

En estas condiciones, si el sistema de estudio es perfecto, la onda reflejada en E3 interfiere con la procedente de El, funcionando como en el de Michelson, con un espesor de aire e entre la onda Y. reflejada en El y (a V’ imagen de la 4’ reflejada en E3, y simétrica de ésta respecto a L.

Si el sistema es defectuoso, la onda V no es plana y, por tanto, la lámina de aire mencionada no tiene espesor constante, apareciendo anillos o franjas deformadas. El ojo se sitúa en F. Nótese que al ser atravesado el objetivo 03 dos veces, las deformaciones debidas a la aberración son también duplicadas. Si el sistema en estudio es afocal (anteojo), el espejo E3 debe ser plano.

f) Las aplicaciones de los interferómetros son variadísimas y puede decirse que se emplean estos métodos en toda clase de medidas físicas de alta precisión.

Los avances recientes en la preparación del Laser hacen de éste un manantial ideal de energía luminosa coherente, para cualquier fenómeno interferencial.

Sin pretender, ni mucho menos, agotar el tema, podemos citar entre las aplicaciones las siguientes: Medidas de índices de refracción en gases, estudios de túneles aerodinámicos, control de homogeneidad de vidrios, medida de espesores en láminas delgadas, control de planitud de superficies, control de paralelismo de placas transparentes, defectos de pulidos en superficies, control de esferidad de superficies, aplicaciones a la microscopia interferencial y todos sus problemas, holografía, medida de la función de transfer en sistemas ópticos, aplicaciones a medidas gravitatorias de alta precisión y muy especialmente medidas de longitudes y control de galgas mecánicas.

En particular merece destacarse la realización experimental de la nueva definición óptica del metro, cuya medida pretende obtenerse, por estos métodos, con una precisión de 0,01.

Se han enumerado o descrito los instrumentos básicos que forman el núcleo de la Ó. instrumental, y que son la base de los innumerables aparatos de todo tipo.

Pretender dar cuenta de todos ellos sería imposible. Basta considerar la pequeña lista de instrumentos que damos a continuación, que no han sido tratados, para darse una idea de lo que acabamos de decir.

En el capítulo de microscopio y lupa cabe citar como ejemplo los proyectores de perfiles, los microscopios metalográficos, para microfotografía.

En el campo del anteojo, los telémetros, periscopios y cistoscopios, visores de puntería, anteojo de observación panorámico; los horizontales o de barra como los anteojos analácticos, teodolito, taquímetro y niveles. Los auxiliares de laboratorio, focómetros y campímetros; en el grupo de la medida, los colorímetros, polarímetros, sacarímetros, tensímetros, espectrofotómetros, sensitómétros, etc.

En los oftálmicos, cabe citar el frontofocómetro, humbralómetro, adaptómetro, lámpara de hendidura, refractómetro ocular, oftalmómetro y oftalmoscopio, y tantos otros más o menos específicos que harían la lista interminable.

Por ello hemos preferido terminar en este punto el tema dando una pequeña bibliografía, con carácter más general que concreto, donde en la mayoría de los casos encuentre el lector estos temas tratados, a nivel elemental, pero donde pueda completar la parte teórica, práctica o descriptiva, así como de fabricación y control de los instrumentos y su utilización.

En su mayor parte son libros antiguos básicos, muy similares entre sí, donde se trata a nivel medio todos los temas tratados en este artículo, deteniéndose más o menos en puntos más concretos, que son tratados con algún mayor detalle o con orientaciones diferentes. En cualquier caso constituyen una buena base, un primer eslabón para poder abordar posteriormente la lectura de cualquier otro libro más moderno y especializado en los temas de actualidad, tratados a nivel superior.

V. t.:ESPECTROS;ESPECTROSCOPIA;PROYECCIÓNDEIMÁGENES.

P. JIMÉNEZ LANDI.

BIBL.: GEORGE S. MONK, Light Principles and Experiments, Nueva York-Londres 1937; D. H. JACOBS, Fundamentals of Optical Engineering, Nueva York 1943; K. L. HABELL y A. Cox, Engineering Optics, Londres 1948; L. C. MARTIN, Technical Optics, II, Londres 1950; M. LACHENAUD, Construction, Réglage et Essais des Instruments d’Optique, París 1966; KURT MICHEL, Die Grundlagen der Theorie des Mikroskope, Stuttgart 1950; M. FRANCÍON, Le microscope á contraste de phase et le mi croscope interferentiel, París 1954; G. R. HARRISON, R. C. LORD y J. R. LOOFBOUROW, Practica) Spectroscopy, Nueva York 1948; R. SEWIG, Handbuch der Lichttechhik, Berlín 1938; M. COHU, Rayonnement, Photométrie et Éclairage, París 1949; J. T. WALSH, Photometry, Londres 1953; C. S. DEL Río, Introducción a la Interferometría, Madrid 1949; C. CANDLER, Modern Interferometers, Hilger Division 1951; M. FRANPON, Optical Interferometry, Nueva York 1966; S. S. BALLARD, K. A. MCCARTHY y W. BROUWER, American Institute of Physics Handbook, II,6-35; F. A. JENKINS y HEWHITE, Fundamentos de óptica, Madrid 1964.