25.2: Otros instrumentos ópticos

Una lupa es una lente convexa que permite al observador ver una imagen más grande del objeto bajo observación. La lente suele estar montada en una montura con asa, como se muestra a continuación.

Lupa: Una lupa es una lente convexa que permite al observador ver una imagen más grande del objeto bajo observación.

El aumento de una lupa depende de dónde se coloca el instrumento entre el ojo del usuario y el objeto que se está viendo y de la distancia total entre el ojo y el objeto. La potencia de aumento es la relación entre los tamaños de las imágenes formadas en la retina del usuario con y sin la lupa. Cuando no usa la lente, el usuario normalmente acercaría el objeto lo más cerca posible del ojo sin que se vuelva borroso. (Este punto, conocido como el punto cercano, varía con la edad. En un niño pequeño su distancia puede ser tan corta como cinco centímetros, mientras que en una persona mayor su distancia puede ser de hasta uno o dos metros) Las lupas se caracterizan típicamente usando un valor “estándar” de 0.25m.

La mayor potencia de aumento se obtiene poniendo la lente muy cerca del ojo y moviendo tanto el ojo como la lente juntos para obtener el mejor enfoque. Cuando la lente se usa de esta manera, la potencia de aumento se puede encontrar con la siguiente ecuación:

\[\mathrm { MP } _ { 0 } = \dfrac { 1 } { 4 } \cdot \Phi + 1\]

donde\(Φ \) = potencia óptica. Cuando la lupa se mantiene cerca del objeto y el ojo se aleja, la potencia de aumento se aproxima por:

\[\mathrm { MP } _ { 0 } = \dfrac { 1 } { 4 } \cdot \Phi \]

Las lupas típicas tienen una distancia focal de 25cm y una potencia óptica de cuatro dioptrías. Este tipo de vidrio se vendería como una lupa 2x, pero un observador típico vería aproximadamente una a dos veces el aumento dependiendo de la posición de la lente.

La evidencia más temprana de un dispositivo de aumento fue la “lente” de Aristófanes del 424 a.C., un globo de vidrio lleno de agua. (Séneca escribió que se podría usar para leer letras “no importa cuán pequeñas o tenues”) Roger Bacon describió las propiedades de las lupas en el siglo XIII, y las gafas también se desarrollaron en la Italia del siglo XIII.

La cámara

Las cámaras son dispositivos ópticos que permiten a un usuario grabar una imagen de un objeto, ya sea en papel fotográfico o digitalmente.

¿Qué es una cámara?

Una cámara es un dispositivo que permite grabar imágenes, ya sea en película o digitalmente. Las cámaras pueden grabar imágenes así como películas; las películas en sí mismas obtuvieron su nombre de las imágenes en movimiento. La palabra cámara proviene de la frase latina camera obscura, que significa “cámara oscura” La cámara oscura fue un instrumento temprano para proyectar imágenes a partir de diapositivas. La cámara que usas hoy en día es una evolución de la cámara oscura.

Una cámara suele estar compuesta por una abertura, o abertura, que permite que la luz entre en un área hueca y una superficie que registra la luz en el otro extremo. En el siglo ^XX, estas imágenes se almacenarían en papel fotográfico que luego hubo que desarrollar, pero ahora la mayoría de las cámaras almacenan imágenes digitalmente.

¿Cómo funciona una cámara?

Las cámaras tienen una gran cantidad de componentes que les permiten trabajar. Vamos a verlos uno a la vez.

La lente

La lente de la cámara permite que la luz entre en la cámara y suele ser convexa. Hay muchos tipos de lentes que se pueden usar, cada uno para un tipo diferente de fotografía. Hay lentes para primeros planos, para deportes, para arquitectura y para retratos.

Las dos características principales de una lente son la distancia focal y la apertura. La distancia focal determina el aumento de la imagen, y la apertura controla la intensidad de la luz. El número f de una cámara controla la velocidad de obturación. Esta es la velocidad a la que el obturador, que actúa como su “párpado”, se abre y cierra. Cuanto mayor sea la apertura, menor debe ser el número f para que el obturador se abra y se cierre completamente. El tiempo que lleva abrir y cerrar el obturador se llama exposición. muestra un ejemplo de dos lentes del mismo tamaño pero con diferentes aperturas.

Enfoque

Algunas cámaras tienen un enfoque fijo, y solo los objetos de cierto tamaño a cierta distancia de la cámara estarán enfocados. Otras cámaras permiten ajustar el enfoque manual o automáticamente. muestra una foto tomada con una cámara con enfoque manual; esto permite al usuario determinar qué objetos estarán enfocados y cuáles no. El rango de distancia dentro del cual los objetos aparecen nítidos y claros se llama profundidad de campo.

Exposición

La apertura controla la intensidad de la luz que ingresa a la cámara, y el obturador controla la exposición, la cantidad de tiempo que la luz está permitida en la cámara.

Obturador

El obturador es lo que se abre y se cierra para permitir que la luz pase por la abertura. La velocidad a la que se abre y se cierra se llama el número f. Para una apertura más grande, el número f es generalmente pequeño para una velocidad de obturación rápida. Para una apertura más pequeña, el número f es mayor, lo que permite una velocidad de obturación más lenta.

El Microscopio Compuesto

Un microscopio compuesto está compuesto por dos lentes convexas; la primera, la lente ocular, está cerca del ojo, y la segunda es la lente objetivo.

Un microscopio compuesto utiliza múltiples lentes para ampliar una imagen para un observador. Se compone de dos lentes convexas: la primera, la lente ocular, está cerca del ojo; la segunda es la lente objetivo.

Los microscopios compuestos son mucho más grandes, pesados y más caros que los microscopios simples debido a las múltiples lentes. Las ventajas de estos microscopios, debido a las múltiples lentes, son la reducción de las aberraciones cromáticas y las lentes de objetivo intercambiables para ajustar la ampliación.

muestra un diagrama de un microscopio compuesto hecho de dos lentes convexas. La primera lente se llama lente objetivo y está más cerca del objeto que se observa. La distancia entre el objeto y el objetivo es ligeramente mayor que la distancia focal, f ₀. La lente objetivo crea una imagen ampliada del objeto, que luego actúa como el objeto para la segunda lente. El segundo o lente ocular es el ocular. La distancia entre la lente objetivo y la lente ocular es ligeramente más corta que la distancia focal de la lente ocular, f _e. Esto hace que el cristalino ocular actúe como una lupa a la primera imagen y la hace aún más grande. Debido a que la imagen final está invertida, está más lejos del ojo del observador y, por lo tanto, es mucho más fácil de ver.

Diagrama de un Microscopio Compuesto: Este diagrama muestra la configuración de espejos que permiten el aumento de imágenes.

Dado que cada lente produce una ampliación que multiplica la altura de la imagen, la ampliación total es un producto de las ampliaciones individuales. La ecuación para calcular esto es la siguiente:

\[\mathrm { m } = \mathrm { m } _ { \mathrm { o } } \mathrm { m } _ { \mathrm { e } }\]

donde m es aumento total, m _o es aumento de lente objetivo, m _e es aumento de lente ocular.

El Telescopio

El telescopio ayuda en la observación de objetos remotos mediante la recolección de radiación electromagnética, como la luz visible.

El telescopio ayuda en la observación de objetos remotos mediante la recolección de radiación electromagnética, como rayos X, luz visible, infrarrojos y rayos submilimétricos. Los primeros telescopios se inventaron en los Países Bajos en el siglo XVII y utilizaron lentes de vidrio. Poco después, la gente comenzó a construirlos usando espejos y los llamó telescopios reflectantes.

Historia

El primer telescopio fue un telescopio refractario fabricado por fabricantes de gafas en los Países Bajos en 1608. En 1610, Galileo hizo su propio diseño mejorado. Después de que se inventó el telescopio refractario, la gente comenzó a explorar la idea de un telescopio que usara espejos. Las ventajas potenciales de usar espejos en lugar de lentes fueron la reducción de las aberraciones esféricas y la eliminación de aberraciones cromáticas. En 1668, Newton construyó el primer telescopio reflectante práctico. Con la invención de lentes acromáticas en 1733, las aberraciones de color se corrigieron parcialmente y se pudieron construir telescopios refractarios más cortos y funcionales. Los telescopios reflectantes no eran prácticos debido a los metales altamente corrosivos utilizados para hacer espejos hasta la introducción de espejos de vidrio recubiertos de plata en 1857.

Tipos de telescopios

Telescopios refractarios

Esquema del Telescopio Refractante Kepleriano: Todos los telescopios refractarios utilizan los mismos principios. La combinación de una lente objetivo 1 y algún tipo de ocular 2 se utiliza para reunir más luz de la que el ojo humano es capaz de recolectar por sí solo, enfocarla 5 y presentar al espectador una imagen virtual 6 más brillante, más clara y ampliada.

La figura anterior es un diagrama de un telescopio refractario. La lente objetivo (en el punto 1) y el ocular (punto 2) reúnen más luz de la que un ojo humano puede recoger por sí mismo. La imagen se enfoca en el punto 5, y al observador se le muestra una imagen virtual más brillante y ampliada en el punto 6. La lente objetivo refracta, o dobla, la luz. Esto hace que los rayos paralelos converjan en un punto focal, y aquellos que no son paralelos converjan en un plano focal.

Telescopios reflectantes

Los telescopios reflectantes, como el que se muestra en, utilizan uno o una combinación de espejos curvos que reflejan la luz para formar una imagen. Permiten a un observador ver objetos que tienen diámetros muy grandes y son el principal tipo de telescopio utilizado en astronomía. El objeto que se observa es reflejado por un espejo primario curvo sobre el plano focal. (La distancia desde el espejo al plano focal se llama distancia focal) Se podría ubicar aquí un sensor para grabar la imagen, o se podría agregar un espejo secundario para redirigir la luz a un ocular.

Telescopios catadióptricos

Los telescopios catadióptricos, como el que se muestra en, combinan espejos y lentes para formar una imagen. Este sistema tiene un mayor grado de corrección de errores que otros tipos de telescopios. La combinación de elementos reflectantes y refractivos permite que cada elemento corrija los errores cometidos por el otro.

Difracción de rayos X

El principio de difracción se aplica para registrar interferencias a nivel subatómico en el estudio de la cristalografía de rayos X.

La difracción de rayos X fue descubierta por Max von Laue, quien ganó el Premio Nobel de Física en 1914 por su evaluación matemática de los patrones de difracción de rayos X observados.

La difracción son las irregularidades causadas cuando las ondas se encuentran con un objeto. Lo más probable es que hayas observado los efectos de la difracción al mirar la parte inferior de un CD o DVD. El patrón arcoíris que aparece es el resultado de que la luz es interferida por los pozos y aterriza en el disco que contienen los datos. muestra este efecto. La difracción puede suceder a cualquier tipo de onda, no solo a las ondas de luz visibles.

Difracción de Bragg

En la cristalografía de rayos X, el término para difracción es la difracción de Bragg, que es la dispersión de ondas desde una estructura cristalina. William Lawrence Bragg formuló la ecuación para la ley de Bragg, que relaciona la longitud de onda con el ángulo de incidencia y el espaciado de celosía. Consulte para un diagrama de la siguiente ecuación: nλ=2dsin (θ) nλ=2dsin (θ)

• n — constante numérica conocida como el orden del haz difractado
• λ — longitud de onda
• d — distancia entre planos de celosía
• θ — ángulo de onda difractada

Las olas experimentarán interferencia constructiva o interferencia destructiva. De igual manera, el haz de rayos X que se difracta de un cristal tendrá algunas partes que tienen energía más fuerte, y otras que pierden energía. Esto depende de la longitud de onda y el espaciado de la red.

El difractómetro de rayos X

La máquina XRD utiliza metal de cobre como elemento para la fuente de rayos X. Los patrones de difracción se registran durante un periodo prolongado de tiempo, por lo que es muy importante que la intensidad del haz permanezca constante. La película solía ser utilizada para registrar los datos, pero eso era inconveniente porque tenía que ser reemplazada a menudo. Ahora las máquinas XRD están equipadas con detectores de semiconductores. Estas máquinas XRD graban imágenes de dos maneras, ya sea escaneos continuos o escaneo escalonado. En exploraciones continuas, el detector se mueve con movimientos circulares alrededor del objeto, mientras que un haz de rayos X se dispara constantemente contra el detector. Los pulsos de energía se representan con respecto al ángulo de difracción. El método de escaneo por pasos es el método más popular. Es mucho más eficiente que los escaneos continuos. En este método, el detector recoge datos en un solo ángulo fijo a la vez. Para garantizar que la viga incidente sea continua, las máquinas XRD están equipadas con una ranura Soller. Esto actúa como gafas de sol polarizadas al organizar haces de rayos X aleatorios en una pila de ondas cuidadosamente dispuestas paralelas al plano del detector.

Radiografía y tomografías computarizadas

La radiografía utiliza rayos X para visualizar material que no puede ser visto por el ojo humano mediante la identificación de áreas de diferente densidad y composición.

Visión general

Las imágenes de rayos X, o radiografía, utilizaron rayos X para ver material dentro del cuerpo que no puede ser visto por el ojo humano mediante la identificación de áreas de diferente densidad y composición. Las tomografías computarizadas utilizan la ayuda de una computadora para tomar esta información y generar imágenes tridimensionales.

Imágenes de rayos X

Las radiografías se producen proyectando un haz de rayos X hacia un objeto, en casos médicos, una parte del cuerpo humano. Dependiendo de las propiedades físicas del objeto (densidad y composición), algunos de los rayos X pueden ser parcialmente absorbidos. La porción de los rayos que no son absorbidos luego pasa a través del objeto y son grabados por una película o un detector, como en una cámara. Esto proporciona al observador una representación bidimensional de todos los componentes de ese objeto superpuestos entre sí. muestra una imagen de un codo humano.

Radiografía de Rayos X: Radiografía de la rodilla en una moderna máquina de rayos X.

Tomografía

La tomografía se refiere a la imagen por secciones, o secciones. demuestra este concepto. La imagen tridimensional se divide en secciones. (_S1) muestra una sección desde la izquierda y (S ₂) muestra una sección desde la derecha.

Tomografías computarizadas

Las tomografías computarizadas o tomografías computarizadas utilizan una combinación de radiografía y tomografía para producir cortes de áreas del cuerpo humano. Los médicos pueden analizar el área, y en base a la capacidad del material para bloquear el haz de rayos X, entender más sobre el material. muestra una tomografía computarizada de un cerebro humano. Los médicos pueden hacer referencias cruzadas de las imágenes con propiedades conocidas del mismo material y determinar si hay alguna inconsistencia o problema. Aunque generalmente estas exploraciones se muestran como en, la información registrada puede ser utilizada para crear una imagen tridimensional del área. muestra una imagen tridimensional de un cerebro que se realizó mediante la compilación de tomografías computarizadas.

Microscopios especiales y contraste

Los microscopios son instrumentos que permiten que el ojo humano vea objetos que de otro modo serían demasiado pequeños.

Los microscopios son instrumentos que permiten que el ojo humano vea objetos que de otro modo serían demasiado pequeños. Existen muchos tipos de microscopios: microscopios ópticos, microscopios electrónicos de transmisión, microscopios electrónicos de barrido y microscopios de sonda de barrido.

Clases de Microscopio

Una forma de agrupar los microscopios se basa en cómo se genera la imagen a través del microscopio. Aquí hay tres formas en las que podemos clasificar los microscopios:

1.) Microscopios ópticos de luz o fotones

2.) Electrones — microscopios electrónicos

3.) Sonda — microscopios de sonda de barrido.

Los microscopios también se pueden clasificar en función de si analizan la muestra escaneando un punto a la vez (microscopios electrónicos de barrido), o analizando toda la muestra a la vez (microscopios electrónicos de transmisión).

Tipos de Microscopios

• En los microscopios ópticos, cuanto mejor sea el contraste entre la imagen y la superficie en la que se está visualizando, mejor será la resolución para el espectador. Existen muchas técnicas de iluminación para generar un contraste mejorado. Estas técnicas incluyen “campo oscuro” y “campo brillante”. Con la técnica del campo oscuro la luz es dispersada por el objeto y la imagen aparece al observador sobre un fondo oscuro. Con la técnica de campo brillante el objeto se ilumina desde abajo para aumentar el contraste en la imagen vista por los espectadores.
• Microscopio Electrónico de Transmisión: El TEM pasa electrones a través de la muestra, y permite a las personas ver objetos que normalmente no se ven a simple vista. Un haz de electrones se transmite a través de un espécimen ultra delgado, interactuando con el espécimen a medida que pasa. Esta interacción forma una imagen que se magnifica y se enfoca en un dispositivo de imagen.
• Microscopios Electrónicos de Barrido: Conocidos como SEM, estos microscopios miran la superficie de los objetos escaneándolos con un haz de electrones fino. El haz de electrones del microscopio interactúa con los electrones en la muestra y produce señales que pueden ser detectadas y tienen información sobre la topografía y composición.
• Microscopía de Fuerza Atómica: El AFM es un tipo de microscopía de exploración con muy alta resolución y es una de las herramientas más importantes para la obtención de imágenes a nanoescala. La sonda mecánica siente la superficie con un voladizo con una punta afilada. Luego se mide la deflexión de la punta usando un punto láser que se refleja desde la superficie del voladizo.

Límites de Resolución y Aperturas Circulares

En la imagen óptica, existe un límite fundamental para la resolución de cualquier sistema óptico que se deba a la difracción.

La resolución de un sistema de imagen óptica (por ejemplo, un microscopio, telescopio o cámara) puede estar limitada por factores tales como imperfecciones en las lentes o desalineación. Sin embargo, existe un máximo fundamental para la resolución de cualquier sistema óptico que se deba a la difracción (una naturaleza de onda de la luz). Se dice que un sistema óptico con la capacidad de producir imágenes con resolución angular tan buena como el límite teórico del instrumento es limitado por difracción.

Para telescopios con aberturas circulares, el tamaño de la característica más pequeña en una imagen que es difracción limitada es el tamaño del disco Airy, como se muestra en. A medida que se disminuye el tamaño de la abertura en una lente, la difracción aumenta y las características del anillo de la difracción se vuelven más prominentes. Del mismo modo, cuando los objetos con imágenes se hacen más pequeños, las entidades de la difracción comienzan a difuminar el límite del objeto. Dado que los efectos de la difracción se vuelven más prominentes para las ondas cuya longitud de onda es aproximadamente similar a las dimensiones de los objetos difractantes, la longitud de onda del haz de imágenes establece un límite fundamental en la resolución de cualquier sistema óptico.

Airy Disk: Imagen generada por computadora de un disco Airy. Las intensidades de la escala de grises se han ajustado para mejorar el brillo de los anillos exteriores del patrón Airy.

El límite de difracción de Abbe para un microscopio

La observación de estructuras de sub-longitud de onda con microscopios es difícil debido al límite de difracción de Abbe. En 1873, Ernst Abbe encontró que la luz, con longitud de onda λ, viajando en un medio con índice de refracción n, no puede converger a un punto con un radio menor que:

\[\mathrm { d } = \dfrac { \lambda } { 2 ( \mathrm { n } \sin \theta ) }\]

El denominador nsinθnsinθ se llama apertura numérica y puede alcanzar aproximadamente 1.4 en la óptica moderna, de ahí que el límite de Abbe sea aproximadamente d=λ/2. Con luz verde alrededor de 500 nm, el límite de Abbe es de 250 nm que es grande en comparación con la mayoría de las nanoestructuras, o células biológicas con tamaños del orden de 1μm y orgánulos internos que son mucho más pequeños. Usando un haz de 500 nm, no puede (en principio) resolver ninguna característica con un tamaño menor que alrededor de 250 nm.

Mejorando la Resolución

Para aumentar la resolución, se pueden usar longitudes de onda más cortas, como microscopios UV y de rayos X. Estas técnicas ofrecen una mejor resolución pero son caras, sufren de falta de contraste en las muestras biológicas y pueden dañar la muestra. Existen técnicas para producir imágenes que parecen tener mayor resolución que la permitida por el simple uso de ópticas de difracción limitada. Aunque estas técnicas mejoran algún aspecto de la resolución, generalmente implican un enorme aumento en el costo y la complejidad. Por lo general, la técnica solo es apropiada para un pequeño subconjunto de problemas de imagen.

Aberraciones

Una aberración, o distorsión, es una falla de los rayos para converger en un foco debido a limitaciones o defectos en una lente o espejo.

Los fundamentos de las aberraciones

Una aberración es la falla de los rayos para converger en un foco debido a limitaciones o defectos en una lente o espejo. Básicamente, una aberración es una distorsión de una imagen debido a que los lentes nunca se comportarán exactamente de acuerdo con la forma en que fueron modelados. Los tipos de aberraciones varían debido al tamaño, la composición del material o el grosor de una lente, o la posición de un objeto.

Aberración cromática

Una aberración cromática, también llamada acromatismo o distorsión cromática, es una distorsión de colores. Esta aberración ocurre cuando la lente no logra enfocar todos los colores en un mismo punto de convergencia. Esto sucede porque las lentes tienen un índice de refracción diferente para diferentes longitudes de onda de luz. El índice de refracción disminuye al aumentar la longitud de onda. Estas aberraciones o distorsiones ocurren en los bordes de los límites de color entre las áreas brillantes y oscuras de una imagen. Dado que el índice de refracción de las lentes depende del color o la longitud de onda, las imágenes se producen en diferentes lugares y con diferentes aumentos para diferentes colores. muestra aberración cromática para una sola lente convexa. Dado que los rayos violetas tienen un índice de refracción mayor que el rojo, están más doblados y enfocados cerrados a la lente. muestra un sistema de dos lentes usando una lente divergente para corregir parcialmente para esto, pero es casi imposible hacerlo por completo.

La ley de la reflexión es independiente de la longitud de onda, y por lo tanto los espejos no tienen este problema. Es por ello que resulta ventajoso utilizar espejos en telescopios y otros sistemas ópticos.

Aberración comática

Una aberración comática, o coma, ocurre cuando el objeto está descentrado. Diferentes partes de una lente de un espejo no refractan ni reflejan la imagen hasta el mismo punto, como se muestra en. También pueden ser el resultado de una imperfección en la lente u otro componente y resultar en fuentes puntuales fuera del eje. Estas aberraciones pueden hacer que los objetos aparezcan en forma de pera. También pueden hacer que las estrellas aparezcan distorsionadas o que parezcan tener colas, como ocurre con los cometas.

Otras Aberraciones

Las aberraciones esféricas son una forma de aberración donde los rayos que convergen desde los bordes exteriores de una lente convergen hacia un foco más cercano a la lente, y los rayos más cercanos al eje se enfocan más lejos. Los astigmatismos son también una forma de aberración en las lentes de los ojos donde los rayos que se propagan en dos planos perpendiculares tienen diferentes focos. Esto eventualmente puede hacer que una imagen monocromática se distorsione vertical u horizontalmente. Otra aberración o distorsión es una distorsión de barril donde la ampliación de la imagen disminuye con la distancia desde el eje óptico. El efecto aparente es el de una imagen que ha sido mapeada alrededor de una esfera, como en una lente ojo de pez.

Puntos Clave

• El aumento de una lupa depende de dónde se coloca entre el ojo del usuario y el objeto que se está viendo y de la distancia total entre el ojo y el objeto.
• La potencia de aumento es la relación entre los tamaños de las imágenes formadas en la retina del usuario con y sin la lente.
• La mayor potencia de aumento se obtiene poniendo la lente muy cerca del ojo y moviendo tanto el ojo como la lente juntos para obtener el mejor enfoque.
• Las cámaras funcionan de manera muy similar a como funciona el ojo humano. El iris es similar al cristalino; la pupila es similar a la abertura; y el párpado es similar al obturador.
• Las cámaras son una evolución moderna de la cámara oscura. La cámara oscura era un dispositivo utilizado para proyectar imágenes.
• La parte más importante de una cámara es la lente, que permite ampliar y enfocar la imagen. Esto se puede hacer manualmente en algunas cámaras y automáticamente en cámaras más nuevas.
• Las cámaras de cine funcionan tomando muchas fotos cada segundo y luego mostrando cada imagen con el fin muy rápidamente para dar el efecto de que las imágenes se están moviendo. De ahí viene el nombre “película”.
• Un microscopio compuesto utiliza múltiples lentes para crear una imagen ampliada que es más fácil de ver para un ojo humano; esto se debe a que la imagen final está más alejada del observador, y por lo tanto el ojo está más relajado al ver la imagen.
• El objeto se coloca justo más allá de la distancia focal de la lente del objetivo. Luego, una imagen ampliada es capturada por la lente objetivo, que actúa como el objeto para el cristalino ocular. El cristalino ocular está más cerca de la nueva imagen que su distancia focal, lo que hace que actúe como lupa.
• Dado que la imagen final es solo un múltiplo del tamaño de la primera imagen, la ampliación final es un producto de ambas ampliaciones de cada lente.
• Hasta la invención de los espejos plateados, los espejos refractivos eran el estándar para su uso en telescopios. Esto se debió a la naturaleza altamente corrosiva de los metales utilizados en los espejos más antiguos. Desde entonces, los espejos reflectantes han reemplazado a los espejos refractivos en astronomía.
• Hay tres tipos principales de telescopios ópticos: refractivos, reflectantes y catadióptricos.
• Los telescopios refractivos, como el inventado por Galileo, utilizan una lente objetivo y un ocular. La imagen se enfoca en el punto focal y permite al observador ver una imagen más brillante, más grande que lo haría con su propio ojo.
• Los telescopios reflectantes utilizan espejos curvos que reflejan la luz para formar una imagen. A veces un espejo secundario redirige la imagen a un ocular. Otras veces la imagen es grabada por un sensor y observada en la pantalla de una computadora.
• Los telescopios catadióptricos combinan espejos y lentes para formar una imagen. Este sistema tiene un mayor grado de corrección de errores que otros tipos de telescopios. La combinación de elementos reflectantes y refractivos permite que cada elemento corrija los errores cometidos por el otro.
• La difracción es lo que sucede cuando las ondas encuentran irregularidades en una superficie u objeto y son provocadas que interfieran entre sí, ya sea constructiva o destructivamente.
• La ley de Bragg se refiere a aplicar las leyes de difracción a la cristalografía para obtener imágenes precisas de las estructuras reticulares en átomos.
• El difractómetro de rayos X es la máquina utilizada para escanear el objeto disparándole una ola y registrando la interferencia que encuentra.
• La mayoría de los XRD están equipados con una ranura Soller, que actúa como un polarizador para el haz incidente. Se asegura de que el haz incidente que se está grabando sea perfectamente paralelo al objeto que se está analizando.
• La radiografía utiliza rayos X para tomar fotografías de materiales con un objeto que no se puede ver. Disparan haces de rayos X a través del objeto, y recogen los rayos en una película o un detector en el otro lado. Algunos de los rayos son absorbidos en los materiales más densos, y así es como se produce la imagen.
• Las radiografías de rayos X toman imágenes de todos los materiales dentro de un objeto superpuestos entre sí.
• Las imágenes tradicionales superpuestas pueden ser útiles para una serie de aplicaciones, pero las tomografías computarizadas permiten al observador ver solo las secciones deseadas de un material.
• Las tomografías computarizadas modernas pueden incluso tomar todas las rebanadas o capas, y organizarlas en una representación tridimensional del objeto.
• Para una mejor resolución, es importante que haya mucho contraste entre la imagen y el fondo.
• Los microscopios se clasifican por lo que interactúa con el objeto, como la luz o los electrones. También se clasifican por si toman imágenes escaneando poco a poco o tomando imágenes de todo el objeto a la vez.
• Algunos tipos comunes de microscopios especiales son los microscopios electrónicos de barrido (SEM), los microscopios electrónicos de transmisión (TEM), los cuales son microscopios electrónicos, y los microscopios de fuerza atómica (ATM), que es un microscopio de sonda de barrido.
• Dado que los efectos de la difracción se vuelven más prominentes para las ondas cuya longitud de onda es aproximadamente similar a las dimensiones de los objetos difractantes, la longitud de onda del haz de imágenes establece un límite fundamental en la resolución de cualquier sistema óptico.
• El límite de difracción de Abbe para un microscopio se da como\(\mathrm { d } = \frac { \lambda } { 2 ( \mathrm { n } \sin \theta ) }\).
• Dado que el límite de difracción es proporcional a la longitud de onda, para aumentar la resolución, se pueden usar longitudes de onda más cortas como los microscopios UV y de rayos X.
• Hay muchos tipos de aberraciones, incluyendo cromática, esférica, comática, astigmatismo y distorsión de barril.
• Las aberraciones cromáticas ocurren debido a que las lentes tienen diferentes índices de refracción para diferentes longitudes de onda, y por lo tanto colores. Estas aberraciones ocurren justo en los bordes de las imágenes entre las áreas claras y oscuras de la imagen.
• Los espejos no tienen aberraciones cromáticas porque no se basan en el índice de refracción, sino en el índice de reflexión, que es independiente de la longitud de onda.
• Las aberraciones comáticas se deben a imperfecciones en las lentes y hacen que la fuente puntual esté descentrada. Esto puede hacer que las imágenes aparezcan en forma de pera, o hacer que las imágenes tengan colas, como ocurre con los cometas.

Términos Clave

• lente: un objeto, generalmente hecho de vidrio, que enfoca o desenfoca la luz que pasa a través de él
• dioptrías: una unidad de medida de la potencia de una lente o espejo, igual al recíproco de su distancia focal en metros. La miopía se diagnostica y mide en dioptrías
• convexo: curvado o arqueado hacia afuera como el exterior de un cuenco o esfera o círculo
• velocidad de obturación: La duración del tiempo durante el cual el obturador de una cámara permanece abierto al exponer película fotográfica u otro material fotosensible a la luz con el propósito de grabar una imagen
• aberración cromática: una aberración óptica, en la que una imagen tiene franjas coloreadas, causada por la refracción diferencial de la luz de diferentes longitudes de onda
• aberración esférica: un tipo de aberración de lente que causa borrosidad, particularmente lejos del centro de la lente
• acromático: libre de color; transmisión de luz sin distorsión relacionada con el color
• interferencia constructiva: Ocurre cuando las olas interfieren entre sí cresta a cresta y las olas están exactamente en fase entre sí.
• cristalografía: La ciencia experimental para determinar la disposición de los átomos en los sólidos.
• interferencia destructiva: Ocurre cuando las olas interfieren entre sí de cresta a valle (pico a valle) y están exactamente desfasadas entre sí.
• radiografía: El uso de rayos X para visualizar un material compuesto de manera no uniforme como el cuerpo humano.
• tomografía: Imagenología por secciones o seccionamiento.
• superpuesto: Posicionado sobre o por encima de otra cosa, especialmente en capas
• contraste: Una diferencia en luminosidad, brillo y/o matiz entre dos colores que los hace más o menos distinguibles
• difracción: La flexión de una onda alrededor de los bordes de una abertura o un obstáculo.
• nanoestructura: Cualquier estructura fabricada que tenga una escala entre molecular y microscópica.
• apertura: El diámetro de la abertura que restringe el ancho de la trayectoria de la luz a través de todo el sistema. Para un telescopio, este es el diámetro de la lente objetivo (por ejemplo, un telescopio puede tener una abertura de 100 cm).
• distorsión: (óptica) una aberración que hace que la ampliación cambie sobre el campo de visión.
• refracción: Cambio de dirección de un rayo de luz cuando pasa por variaciones en la materia.
• aberración: La convergencia a diferentes focos, por una lente o espejo, de los rayos de luz que emanan de un mismo punto, o la desviación de dichos rayos de un solo foco; defecto en un mecanismo de enfoque que impide el punto focal pretendido.

LICENCIAS Y ATRIBUCIONES

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