Articolo
Un riflettore Vixen ad f/4
specchio parabolico corretto a 1/8 di lambda
Il fenomeno dell' interferenza su una
bolla di sapone.
Esempio di un' analisi interferometrica su una superfice ottica
La
qualità ottica come criterio di scelta.
La
fase che ci porta a scegliere uno
strumento od un componente ottico per osservazioni astronomiche o
naturalistiche è di fondamentale importanza.
Tale processo spesso influenzato da pubblicità, aspetti estetici, risorse economiche disponibili e molto altro ancora è estremamente soggettivo. L' utilità presunta che attribuiamo al nostro strumento "ideale" varia infatti da persona a persona, ma le prestazioni che poi esso fornisce e le eventuali analisi ottiche ed interferometriche a cui lo sottoponiamo danno poi dei riscontri oggettivi ed inconfutabili che ci possono poi portare a restarne soddisfattti o delusi.
Una conoscenza di base di molti aspetti legati alla leggi dell' ottica, alla qualità di lavorazione però ci può salvaguardare da molti inconvenienti.
La caratteristica in assoluto più importante delle immagini fornite da uno strumento ottico è data dalla loro risoluzione.
Il potere risolutivo di uno strumento definito come il minimo angolo ( misurato in secondi d' arco " ) al di sotto del quale un dettaglio non può essere percepito non è purtroppo sempre direttamente proporzionale al diametro dello strumento, ma alla sua qualità di lavorazione.
Anche se in teoria un obiettivo di diametro 200mm (per fare un esempio) consente un potere di risoluzione superiore ad un obiettivo di 90mm, all 'atto pratico spesso capita che strumenti di dimensioni così esigue sfoderino prestazioni in termini di dettaglio e risoluzione nettamente superiori a telescopi di dimensioni ben più generose e raggiungono matignutidini visuali e fotografiche superiori alla teoria.
Nei miei Test non uso segnalare il potere risolutivo nella scheda tecnica di uno strumento, proprio perchè a mio avviso non è un dato certo ed univoco, ma varia in funzione di numerosi fattori..così come il grado di lavorazione ottica espresso in frazioni di lambda..
L' aspetto che regna sovrano nelle prestazioni ottiche di uno strumento è dato dall' accuratezza e dal grado di finitura e precisione con cui vengono realizzate le superfici di lenti e di specchi oltre ai materiali che le costituiscono. Nel caso di strumenti a lente le superfici infatti rappresentano parti e sezioni di una calotta sferica ( di iperbole e di calotta sferica o parabolica in alcuni riflettori e catadiottrici ), ogni discostamento da questa forma ideale è da considerarsi come difetto ottico ( errore di superficie) che si traduce in una perdita di qualità e di contrasto dell' immagine prodotta dall' obiettivo.
Senza addentrarsi troppo nei vari aspetti e nelle fasi di lavorazioni ottiche i " difetti" devono essere mantenuti al di sotto di una determinata soglia per non compromettere eccessivamente le prestazioni complessive di un obiettivo.
Grazie a moderni interferometri e ad altri strumenti di misurazione è possibile per l' intrinseca natura ondulatoria della luce e del fenomeno dell' interferenza decodificarne la struttura a frange risalendo alla forma reale delle superfici ottiche. Tali analisi vengono effettuate per varie lunghezze d' onda in genere nella luce rossa e nel verde.
Le frange analizzate ( chiamate di Newton ) sia in strumenti a specchio o a lente ( con interferometri adatti ad analizzare superfici sferiche o con metodi classici come lama di Focault e reticolo di Ronchi ) se ben regolari, dritte e nitide sono indice di un' ottima qualità ottica. Al contrario frange irregolari che presentino convessità o concavità rispetto al centro della figura sono da considerarsi indice di difetti ottici, sottocorrezioni, sovracorrezioni che a seconda della loro entità degradano le prestazioni di un telescopio.
Si utilizza nel commercio e nei test di strumenti ottici come cartina "tornasole" della qualità di lavorazione di un obiettivo la frazione di lambda es: 1/2 1/4 1/6 1/8 1/16... tale frazione indica solo in parte il grado di qualità di lavorazione misurando l' entità di errore delle regioni di picco massimo e minimo sul fronte d' onda ( peak to valley) e sull' intera superficie ottica (RMS). Ogni strumento ottico infatti interagendo con un fascio di luce sia per riflessione sia per rifrazione genera una deformazione sul fronte d' onda. Strumenti di modesta qualità ottica hanno valori > 1/4 di lambda ( 1/3 1/2...). Secondo Rayleigh quando un sistema ottico presenta un aberrazione d'onda uguale o inferiore ad 1/4 esso non si distingue in nessun modo da un sistema ottico infinitamente perfetto..ottiche garantite per tolleranze di 1/6 1/8 1/10 di lambda sono da considerarsi di primissima scelta. Quando si supera la frazione del decimo di lambda ( 1/16 1/32 1/50...) dai professionisti del settore ottico ( e dal sottoscritto ) tali valori non sono più considerati molto attendibili in quanto è varcata la soglia oltre la quale non si ha più una riproducibilità e significatività della misurazione ottenuta...
Tale valore non è infatti del tutto esaustivo, altri parametri ben più fondamentali sono rappresentati dalla funzione di trasferimento del contrasto ( MTF ) e dalla Strehl ratio. Valori infatti prossimi a 1 di S.r esempio 0,99 sono da considerarsi indice di ottima fattura e precisione ottica. Così come curve di funzione del trasferimento del contrasto prossime alla curva ideale danno garanzie di ottime prestazioni sul campo.
Molti dei test interferometrici rilasciati assieme ad un telescopio (se non sono corredati di un ampia informazione su come sono stati ottenuti, del numero di passaggi eseguiti, del software utilizzato, dell' impostazione dell' interferometro e di un confronto con risultati ottenuti anche con altri strumenti di metrologia ottica che ne confermino i valori ) sono alla fine solo dei numeri stampati su carta poco attendibili che non vi diranno niente di più! Tutto sta alla serietà e bravura del tecnico che esegue tali metrologie. Ma in assoluto la prova di qualità la otterrete mettendo a fuoco e osservando il cielo....!! Il resto sono numeri che contano ben poco....
Uno strumento che sopporta elevati ingrandimenti e che possiede una posizione di fuoco univoca e ben definita indica elevata qualità ottica.
Determinante è anche la qualità e la scelta dei vetri impiegati nonchè dei trattamenti ottici.
Anche il processo di lucidatura di una superficie ottica riveste estrema importanza.
Idealmente su una superficie ottica non si dovrebbe vedere alcuna rugosità. Osservando pero microtopografie eseguite con microscopi differenziali di tipo Nomarsky in obiettivi di qualità ottica modesta si osservano molte imperfezioni: superfici chiamate "dog biscuits", segni di abrasivi impiegati, graffi, piccole buche o craterini....
Un tipo di lucidatura leggero ottenuto evitando una eccessiva pressione tra l' utensile di lavorazione e la superficie ottica consente di restare vicinissimi alla forma ideale sferica a scapito però di una lucidatura perfetta...ma quì entriamo nelle abilità dei costruttori ottici non oggetto di questo articolo!
Come nei rifrattori tali aspetti valgono anche per i Newton ed i Catadiottrici, i quali tra l' altro necessitano di maggiore attenzione di questi fattori ed aspetti essendo le superfici sottoposte a riflessioni e rifrazioni più numerose di quelle presenti nei cannocchiali di tipo galileiano.
E' noto che un eventuale errore superficiale in una configurazione a specchi si raddoppia prima di raggiungere il piano focale a causa della riflessione obiettivo primario-specchio deviatore o menisco-specchio primario-specchio secondario.
Le tolleranze finali di un sistema ottico sono infatti il risultato della somma delle tolleranze dei singoli componenti ottici. Per chiarirsi: un Newton o un Catadiottrico di apertura analoga a quella di un rifrattore ( non considerando l' ostruzione) dovrà avere una lavorazione ottica di 1/8 1/10 di lambda per sfoderare prestazioni analoghe a quelle del primo correto a 1/4!
Lo star test costituisce però la prova fondamentale della qualità del nostro strumento, ma è effettuabile solo dopo averlo acquistato! Tutelatevi facendo effettuare un controllo della collimazione dal fornitore, sono pochi euro spesi in più ma spesi bene!
Eventuali tensioni, aberrazioni ottiche è bene scoprirle prima dell' acquisto, per fortuna siete comunque protetti dalla serietà dei distributori nel cambiare uno strumento venduto al limite di diffrazione, ma che talvolta può essere otticamente difettoso.
Per concludere sono dell' idea che per osservare il cielo e le sue meraviglie basta poco, dipende da cosa esigiamo e cosa prediligiamo in uno strumento...le moderne tecnologie consentono di avere ottime prestazioni in strumenti anche economici, lo strumento migliore per molti ( e anche per me ) è quello che si possiede e che ci fa venire voglia di andare ad osservare il cielo lontano da casa, la ricerca della perfezione è rischiosa e a mio avviso rende poco liberi!
Ma ricordate....meglio uno strumento piccolo ( anche 70mm) lavorato ad hoc che uno più grande lavorato a risparmio!
Molti dei dati di cui abbiamo trattato non vengono forniti all' acquisto di uno strumento, la garanzia è data dalla fama che il costruttore ottico si è guadagnato e dalla sua bravura nel creare obiettivi e specchi allo stato dell' arte, le moderne tecnologie e l' utilizzo spesso totale delle macchine in quasi tutte le fasi di lavorazione delle produzioni di massa rendono "impersonale" la realizzazione dell' ottica ove a mio avviso per fortuna ciò che fa la differenza è ancora la mano e l' abilità dell' uomo.
Tale processo spesso influenzato da pubblicità, aspetti estetici, risorse economiche disponibili e molto altro ancora è estremamente soggettivo. L' utilità presunta che attribuiamo al nostro strumento "ideale" varia infatti da persona a persona, ma le prestazioni che poi esso fornisce e le eventuali analisi ottiche ed interferometriche a cui lo sottoponiamo danno poi dei riscontri oggettivi ed inconfutabili che ci possono poi portare a restarne soddisfattti o delusi.
Una conoscenza di base di molti aspetti legati alla leggi dell' ottica, alla qualità di lavorazione però ci può salvaguardare da molti inconvenienti.
La caratteristica in assoluto più importante delle immagini fornite da uno strumento ottico è data dalla loro risoluzione.
Il potere risolutivo di uno strumento definito come il minimo angolo ( misurato in secondi d' arco " ) al di sotto del quale un dettaglio non può essere percepito non è purtroppo sempre direttamente proporzionale al diametro dello strumento, ma alla sua qualità di lavorazione.
Anche se in teoria un obiettivo di diametro 200mm (per fare un esempio) consente un potere di risoluzione superiore ad un obiettivo di 90mm, all 'atto pratico spesso capita che strumenti di dimensioni così esigue sfoderino prestazioni in termini di dettaglio e risoluzione nettamente superiori a telescopi di dimensioni ben più generose e raggiungono matignutidini visuali e fotografiche superiori alla teoria.
Nei miei Test non uso segnalare il potere risolutivo nella scheda tecnica di uno strumento, proprio perchè a mio avviso non è un dato certo ed univoco, ma varia in funzione di numerosi fattori..così come il grado di lavorazione ottica espresso in frazioni di lambda..
L' aspetto che regna sovrano nelle prestazioni ottiche di uno strumento è dato dall' accuratezza e dal grado di finitura e precisione con cui vengono realizzate le superfici di lenti e di specchi oltre ai materiali che le costituiscono. Nel caso di strumenti a lente le superfici infatti rappresentano parti e sezioni di una calotta sferica ( di iperbole e di calotta sferica o parabolica in alcuni riflettori e catadiottrici ), ogni discostamento da questa forma ideale è da considerarsi come difetto ottico ( errore di superficie) che si traduce in una perdita di qualità e di contrasto dell' immagine prodotta dall' obiettivo.
Senza addentrarsi troppo nei vari aspetti e nelle fasi di lavorazioni ottiche i " difetti" devono essere mantenuti al di sotto di una determinata soglia per non compromettere eccessivamente le prestazioni complessive di un obiettivo.
Grazie a moderni interferometri e ad altri strumenti di misurazione è possibile per l' intrinseca natura ondulatoria della luce e del fenomeno dell' interferenza decodificarne la struttura a frange risalendo alla forma reale delle superfici ottiche. Tali analisi vengono effettuate per varie lunghezze d' onda in genere nella luce rossa e nel verde.
Le frange analizzate ( chiamate di Newton ) sia in strumenti a specchio o a lente ( con interferometri adatti ad analizzare superfici sferiche o con metodi classici come lama di Focault e reticolo di Ronchi ) se ben regolari, dritte e nitide sono indice di un' ottima qualità ottica. Al contrario frange irregolari che presentino convessità o concavità rispetto al centro della figura sono da considerarsi indice di difetti ottici, sottocorrezioni, sovracorrezioni che a seconda della loro entità degradano le prestazioni di un telescopio.
Si utilizza nel commercio e nei test di strumenti ottici come cartina "tornasole" della qualità di lavorazione di un obiettivo la frazione di lambda es: 1/2 1/4 1/6 1/8 1/16... tale frazione indica solo in parte il grado di qualità di lavorazione misurando l' entità di errore delle regioni di picco massimo e minimo sul fronte d' onda ( peak to valley) e sull' intera superficie ottica (RMS). Ogni strumento ottico infatti interagendo con un fascio di luce sia per riflessione sia per rifrazione genera una deformazione sul fronte d' onda. Strumenti di modesta qualità ottica hanno valori > 1/4 di lambda ( 1/3 1/2...). Secondo Rayleigh quando un sistema ottico presenta un aberrazione d'onda uguale o inferiore ad 1/4 esso non si distingue in nessun modo da un sistema ottico infinitamente perfetto..ottiche garantite per tolleranze di 1/6 1/8 1/10 di lambda sono da considerarsi di primissima scelta. Quando si supera la frazione del decimo di lambda ( 1/16 1/32 1/50...) dai professionisti del settore ottico ( e dal sottoscritto ) tali valori non sono più considerati molto attendibili in quanto è varcata la soglia oltre la quale non si ha più una riproducibilità e significatività della misurazione ottenuta...
Tale valore non è infatti del tutto esaustivo, altri parametri ben più fondamentali sono rappresentati dalla funzione di trasferimento del contrasto ( MTF ) e dalla Strehl ratio. Valori infatti prossimi a 1 di S.r esempio 0,99 sono da considerarsi indice di ottima fattura e precisione ottica. Così come curve di funzione del trasferimento del contrasto prossime alla curva ideale danno garanzie di ottime prestazioni sul campo.
Molti dei test interferometrici rilasciati assieme ad un telescopio (se non sono corredati di un ampia informazione su come sono stati ottenuti, del numero di passaggi eseguiti, del software utilizzato, dell' impostazione dell' interferometro e di un confronto con risultati ottenuti anche con altri strumenti di metrologia ottica che ne confermino i valori ) sono alla fine solo dei numeri stampati su carta poco attendibili che non vi diranno niente di più! Tutto sta alla serietà e bravura del tecnico che esegue tali metrologie. Ma in assoluto la prova di qualità la otterrete mettendo a fuoco e osservando il cielo....!! Il resto sono numeri che contano ben poco....
Uno strumento che sopporta elevati ingrandimenti e che possiede una posizione di fuoco univoca e ben definita indica elevata qualità ottica.
Determinante è anche la qualità e la scelta dei vetri impiegati nonchè dei trattamenti ottici.
Anche il processo di lucidatura di una superficie ottica riveste estrema importanza.
Idealmente su una superficie ottica non si dovrebbe vedere alcuna rugosità. Osservando pero microtopografie eseguite con microscopi differenziali di tipo Nomarsky in obiettivi di qualità ottica modesta si osservano molte imperfezioni: superfici chiamate "dog biscuits", segni di abrasivi impiegati, graffi, piccole buche o craterini....
Un tipo di lucidatura leggero ottenuto evitando una eccessiva pressione tra l' utensile di lavorazione e la superficie ottica consente di restare vicinissimi alla forma ideale sferica a scapito però di una lucidatura perfetta...ma quì entriamo nelle abilità dei costruttori ottici non oggetto di questo articolo!
Come nei rifrattori tali aspetti valgono anche per i Newton ed i Catadiottrici, i quali tra l' altro necessitano di maggiore attenzione di questi fattori ed aspetti essendo le superfici sottoposte a riflessioni e rifrazioni più numerose di quelle presenti nei cannocchiali di tipo galileiano.
E' noto che un eventuale errore superficiale in una configurazione a specchi si raddoppia prima di raggiungere il piano focale a causa della riflessione obiettivo primario-specchio deviatore o menisco-specchio primario-specchio secondario.
Le tolleranze finali di un sistema ottico sono infatti il risultato della somma delle tolleranze dei singoli componenti ottici. Per chiarirsi: un Newton o un Catadiottrico di apertura analoga a quella di un rifrattore ( non considerando l' ostruzione) dovrà avere una lavorazione ottica di 1/8 1/10 di lambda per sfoderare prestazioni analoghe a quelle del primo correto a 1/4!
Lo star test costituisce però la prova fondamentale della qualità del nostro strumento, ma è effettuabile solo dopo averlo acquistato! Tutelatevi facendo effettuare un controllo della collimazione dal fornitore, sono pochi euro spesi in più ma spesi bene!
Eventuali tensioni, aberrazioni ottiche è bene scoprirle prima dell' acquisto, per fortuna siete comunque protetti dalla serietà dei distributori nel cambiare uno strumento venduto al limite di diffrazione, ma che talvolta può essere otticamente difettoso.
Per concludere sono dell' idea che per osservare il cielo e le sue meraviglie basta poco, dipende da cosa esigiamo e cosa prediligiamo in uno strumento...le moderne tecnologie consentono di avere ottime prestazioni in strumenti anche economici, lo strumento migliore per molti ( e anche per me ) è quello che si possiede e che ci fa venire voglia di andare ad osservare il cielo lontano da casa, la ricerca della perfezione è rischiosa e a mio avviso rende poco liberi!
Ma ricordate....meglio uno strumento piccolo ( anche 70mm) lavorato ad hoc che uno più grande lavorato a risparmio!
Molti dei dati di cui abbiamo trattato non vengono forniti all' acquisto di uno strumento, la garanzia è data dalla fama che il costruttore ottico si è guadagnato e dalla sua bravura nel creare obiettivi e specchi allo stato dell' arte, le moderne tecnologie e l' utilizzo spesso totale delle macchine in quasi tutte le fasi di lavorazione delle produzioni di massa rendono "impersonale" la realizzazione dell' ottica ove a mio avviso per fortuna ciò che fa la differenza è ancora la mano e l' abilità dell' uomo.
Davide Sigillò