Instrumentación óptica (I): prismáticos

¡¡Muy buenas a todos!! Tras un largo parón motivado por las vacaciones de verano y el nuevo curso… vuelvo por fin con más entradas, ¡que ya era hora! Aunque bueno no ha estado parado del todo el blog estos meses… ha estado creciendo por las redes sociales (¡ya somos mas de 80 fans en Facebook y casi 30 seguidores por Twitter!) y ha aumentado la media de visitantes diarios hasta unas 100 visitas al día en la actualidad, cosa que no está nada mal para un blog, de momento, humilde. Así que de momento os dejo una entrada sencillita mientras escribo otras sobre temas que tengo pensados y que os pueden resultar interesantes… ya me diréis!
Por cierto, ¡el pasado Agosto cumplimos un año y ya vamos camino del año y medio! (549 días)

En esta ocasión empezamos otra nueva sección dedicada a una parte de la óptica que me resulta de gran interés. Se trata de la instrumentación óptica, y en ella comentaremos los aparatos ópticos más conocidos y usados, tales como telescopios, microscopios... etc. así como la manera en que funcionan y sus características ópticas en general, todo de manera sencilla y a la vez completa.
En primer lugar, inaugurando la sección, hablaremos de un instrumento óptico muy interesante y útil: los prismáticos.
Pues bien, como muchos sabréis, los prismáticos (también llamados binoculares, gemelos...) son un tipo de telescopio (ya que su función es observar objetos lejanos), binocular, pero que usa prismas para conseguir una imagen derecha (no invertida). De ahí el termino prismáticos.Aparte de los prismas, los cuales también se usan para que el instrumento no sea tan largo (como el típico telescopio refractor), los prismáticos están dotados de objetivo y un par de oculares para cada ojo. La luz entra pues por el objetivo donde es refractada hacia el foco del binocular pasando por el entramado de prismas. Los oculares se encargarán finalmente de ampliar la imagen final.
Características/prestaciones ópticas:
Por norma general en alguno de los lados de los prismáticos se nos ofrece una información del tipo "8x30" de la cual podemos sacar mucha información útil e interesante. Siguiendo dicho ejemplo tenemos:

1) Diámetro de la pupila de entrada (Dpe): o lo que es lo mismo, el valor del diámetro de las lentes frontales, en milímetros. Viene indicado en la segunda cifra del “8x30”. En nuestro caso cada lente frontal tendría, pues, 30 mm de diámetro. También se le conoce con el nombre de abertura.

Es un valor útil puesto que nos va a determinar lo luminoso que va a ser nuestro instrumento (es decir la cantidad de luz que va a captar). Para saberlo, se divide este valor por el aumento, y nos dará el diámetro de la pupila de salida –Dps – (haz de luz en forma de cono que sale a través de los oculares):
Dps=Dpe/aumento, en nuestro caso sería Dps=30/8=3.75mm, sería lo que mediría la pupila de salida. A este valor también se le conoce como luminosidad relativa.
Atendiendo a este dato, tenemos que:
- Son poco luminosos los instrumentos con una pupila de salida igual o menor de 2 mm.
- Tienen una luminosidad aceptable los instrumentos cuya pupila de entrada se sitúa entre 2 y 5 mm.
- Son muy luminosos aquellos cuya pupila de salida tiene un diámetro igual o mayor a 5 mm.
*Notas:
- Nuestra pupila al dilatarse rara vez supera los 7 mm de diámetro (en condiciones normales) por lo tanto diámetros de pupila de salida mayores a este valor, básicamente no sirven para nada, ya que no podremos captar toda la luz recogida. Hay que tener en cuenta que con la edad, el diámetro de la pupila humana va decreciendo.
- No siempre el valor de la pupila de salida marca la luminosidad del aparato, ya que hay excepciones como la calidad de las lentes, uso de antirreflejantes… etc. que pueden hacer que un instrumento con menor pupila de salida sea más luminoso que otro con un valor de pupila de salida superior al anterior pero peor calidad óptica, por poner un ejemplo. Por otro lado, a igualdad de calidad óptica y pupila de salida, son habitualmente más luminosos aquellos que tienen mayor abertura.
- Un “truco” para saber si nuestro instrumento lleva montado un sistema óptico de calidad es que la pupila de salida sea perfectamente circular, no con forma de rombo o cuadrado (la forma depende del material del prisma, como explicaremos más adelante). Para observarla, se sostiene el instrumento a una distancia de unos 30 cm y podremos distinguir en el centro de cada ocular dos discos luminosos perfectamente redondos. A dichos círculos es a lo que nos referimos con pupila de salida.
2) Aumento: como podemos deducir, es el número de veces que el instrumento aumenta el objeto observado. Se indica con la primera cifra, o sea en nuestro caso 8x. Con un ejemplo podemos decir que si enfocamos un objeto que se encuentra a 2 kilómetros, lo veremos como si estuviera a 250 metros.
El límite práctico del aumento de un prismático está entre 8x-12x, por debajo de 8x es considerado bajo, y por encima de 12x, con aumentos cercanos a 20x costaría estabilizar la imagen con nuestro propio pulso (incluso apoyando los brazos), por lo que se necesitarían trípodes.
Dependiendo la actividad que queramos hacer recomendamos unos u otros aumentos, así como un determinado diámetro de las lentes frontales (o diámetro de pupila de entrada):
- Para teatro, conciertos y museos (hasta 6 y 8 aumentos), eligiendo el aumento mas alto (8x) si queremos centrarnos en una persona determinada. También hay que tener en cuenta el diseño, que ha de ser elegante en representaciones teatrales importantes o los usados en óperas (para estos últimos usaremos prismáticos lineales y de pequeño diámetro de pupila de entrada, sobre 20 mm). Como diámetro de pupila de entrada para conciertos, museos, etc. nos vendrían bien unos 30 mm para 6x, o 40 mm para 8x.
- Espectáculos deportivos (de 7 a 10 aumentos): como por ejemplo un partido de futbol al aire libre, donde se recomendaría un buen aumento y un campo visual ancho. En deportes de interior mejor un aumento algo mas bajo. Diámetro de pupila de entrada entre 40 mm y 50 mm.
- Excursiones/senderismo: actividad muy recomendable para usar este tipo de instrumentos ópticos, ya que naturaleza y prismáticos van de la mano. Con 6x-8x nos vale, a no ser que queramos observar aves (ornitología), por lo que nos decantaríamos por uno de 10x y unos 30-45 mm de pupila de entrada. Recomendable que sean ligeros, puesto que estaremos con ellos encima todo el día, y de montura impermeablepor la cambiante meteorología de la montaña. Si las condiciones de luz son pobres, se recomiendan diámetros de pupila de entrada más alto, para que sean más luminosos, pudiendo optar por valores entre 50 mm y 56 mm, siempre teniendo en cuenta el aumento.
- Astronomía: los prismáticos siempre han sido los “parientes pobres” en astronomía y mucha gente los critica para esta práctica. Pero si eres principiante, una buena forma de iniciarte es usándolos, y más adelante adquirir un telescopio en condiciones. Puedes ver cosas bastante interesantes aunque te parezca que no. En este caso se necesitaría un aumento alto, de 8-12x en adelante además de una amplia abertura, por lo que nos interesa conseguir una pupila de salida de en torno a 6 mm o hasta 7 mm. Para ello podemos optar por algunos de estos modelos: 7x50, 7x45, 8x56, 8x50, 10x70 y 11x80, o bien, si la economía es limitada, podemos decantarnos por unos 10x50, algo menos luminosos. Muy importante para observación astronómica es intentar conseguir un sistema óptico de calidad que minimice todo lo posible las molestas aberraciones.

3) Campo visual: es otra de las características importantes de los prismáticos, la cual también viene indicada en algún lugar de la montura del instrumento. Consiste en el área que abarca nuestra visión al mirar por los prismáticos. Suele venir indicado la mayoría de las ocasiones en forma inglesa: “Field: 8º” (forma angular) o en forma lineal (140 yardas para 1000 yardas o 140 metros para 1000 metros (nombramos la yarda debido a que, atendiendo al país de origen del fabricante, se usará una unidad u otra).
Y bien… ¿qué significa todo ésto? Vamos a explicarlo:

Como vemos en el esquema, si el campo visual del prismático es 8º, significa que si miramos un objeto situado a 1000 yardas* (914 metros), el área observada será de unas 140 yardas/128 metros (o sea de punta a punta del circulo que vemos al observar por los prismáticos). Esto es así porque cumple la siguiente fórmula trigonométrica:
Tg 8º=x/1000yd=140 yardas (yd)Tg 8º=x/914m=128 metros (m)
Si queremos saber la medida para, por ejemplo, una distancia de 500 metros:Tg 8º=x/500=70 metros (para un objeto situado a 500 metros, abarcaremos una zona de 70 metros).
4) Tipo de prismas y sus materiales: dependiendo del modelo de prismáticos distinguimos entre modelos con prismas de Porro (cuando objetivo y ocular no están en línea recta) y modelos con prismas de Pechan (cuando objetivo y ocular están en línea).

En lo referente al material del que están hechos dichos prismas hay que prestar mucha atención ya que serán clave en la calidad óptica del instrumento. Hay que desechar materiales orgánicos y optar por vidrios minerales. En esta parte veremos que dependiendo el material, la forma de la pupila de salida es diferente como comentamos atrás. Resumiendo, hay que quedarse con el nombre de estos dos tipos de vidrio: BaK-4y BK-7 (son los dos más usados y conocidos).
En los prismáticos de alta calidad se usa el vidrio BaK-4, el cual contiene óxido de bario que le confiere una serie de mejoras ópticas, como un alto índice de refracción (entre 1.57 y 1.60) y una baja dispersión (alto número de Abbe, alrededor de 57). Todo esto se traduce en colores más nítidos y contrastados, y forma de pupila de salida circulary muy iluminada.
Por otro lado tenemos un vidrio más barato y de una calidad inferior al anterior, pero que aun así ofrece muy buenos resultados: el vidrio BK-7, el cual es un tipo de vidrio Crown al que se le añade en su composición original un pequeño porcentaje de óxido bórico (por tanto es un vidrio borosilicatado). Este vidrio tiene un índice de refracción mas bajo (entre 1.51 y 1.54), lo que merma su calidad en comparación con el BaK-4. En cuanto a la dispersión es casi igual que el anterior, incluso tiene mayor número de Abbe, incluso valores sobre 60. La pupila de salida que observamos con dichos prismas es cuadrada o en forma de rombo, y presentan menor contraste que su competidor.
5) Tratamientos antirreflectantes: en la actualidad tanto lentes oftálmicas (las que corrigen defectos refractivos de la vista) como lentes usadas en instrumentos ópticos, etc. se recubren con capas antirreflectantes (de fluoruro de magnesio, por ejemplo), que lo que hacen es evitar pérdida de luz por reflejos internos no deseados y además evitan aberraciones, como la cromática. La cantidad de luz que se aprovecha con dichos tratamientos es sorprendente, así como la mejora de la calidad de la imagen final.
En alguna parte del instrumento podemos encontrar escrito alguno de los cuatro tratamientos que pueden recibir las lentes (si tienen), que son:
- Coated (sólo algunas de las superficies ópticas están tratadas con capa antirreflectante)
- Fully coated (todas las superficies ópticas están tratadas con una capa antirreflectante)
- Multicoated (algunas de las superficies ópticas, no todas, llevan varias capas de antirreflectante)
- Fully multicoated (es la mejor, ya que todos los elementos ópticos que forman el sistema están tratados con varias capas de antirreflectante)
6) Distancia de acomodación ocular o en inglés “eye relief” es la distancia que debe haber entre nuestros ojos y los oculares para que el diámetro de nuestra pupila iguale al de la pupila de salida, y por tanto, observemos iluminado todo el campo visual. A partir de 1 cm resultará cómoda pero hay que tener especial atención si eres usuario de gafas, ya que requeriría algo más de distancia.
7) Montura: el “chasis” de nuestro instrumento. No hace falta decir que es de vital importancia ya que dentro de él irá todo el sistema óptico y su función será proteger dichos elementos de agentes externos ambientales, como la lluvia o el polvo. Suelen estar recubiertos de goma para protegerlo de golpes además de evitar que resbalen al tacto. La zona de los oculares también está protegida por caucho, el cual se puede retraer en algunos modelos para comodidad de usuarios con gafas.
En cuanto a la montura, interesa que sea resistente al agua, por lo que podemos leer en algunos instrumentos: water resistant o waterproof.
- Water resistant: solo resiste leves salpicaduras de agua, por lo que conviene tenerlo protegido de grandes cantidades de agua.
- Waterproof: resisten bajo la intensa lluvia e incluso pueden ser sumergidos en agua sin que se produzca filtración de agua hacia el interior. Muy usados en el ejército.
*Existen modelos (de gama alta) que llevan algún tipo de gas en su interior que evita que se empañe la óptica del instrumento en cuestión cuando es sometido a bajas temperaturas, previniendo también la oxidación interna.
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Para finalizar vamos a ver que pasos seguir para enfocar rápidamente nuestros binoculares así como una serie de consejos a modo de resumen.
¿Cómo enfocar los prismáticos? Reglaje:

Lo primero es ajustar la distancia interpupilar del sujeto (distancia entre ambas pupilas), para asegurar una cómoda visión por ambos ojos.
A continuación, mirando por el ocular izquierdo y manteniendo tapado el objetivo y/u ocular derecho, se enfoca un objeto lejano con el mando de enfoque central.
El siguiente paso es mirar por el ocular derecho y enfocar el mismo objeto lejano con el mando que hay en el ocular derecho. Así compensados la diferencia de ametropías entre los dos ojos.
A partir de entonces, ya se enfoca usando sólo el mando de enfoque central (rueda).
Consejos/resumen:
- Los prismáticos son telescopios que constan de objetivo, oculares (uno para cada ojo) y prismas (que hacen que la imagen sea derecha en vez de invertida).
- Hay que tener en cuenta para qué se van a usar los prismáticos, para así priorizar sobre las distintas prestaciones ópticas que el instrumento nos ofrece. Por ejemplo, no hay que obsesionarse con los aumentos, cosa que es lo que más llama la atención a los neófitos (sobre todo en astronomía) y que, como hemos explicado antes, se relaciona con otras características ópticas y todas han de ir en consonancia. Por poner un ejemplo, es una mala idea tener unos prismáticos con 10-12x y 20 mm de pupila de entrada, ya que será muy poco luminoso y perderá calidad.
- Que tengan una luminosidad aceptable, con más de 3 mm de pupila de salida como mínimo.
- Recordar que existen diseños de prismas Porro y Pechan. Los primeros nos ofrecen buena percepción de la profundidad y los segundos son mas ligeros y manejables, por lo que muchas veces se les denomina “compactos”. Por normal general son más baratos los de Porro.
- Muy importante el material del prisma. Lo recomendable es que sean BaK-4 (pupila de salida circular) pero claro, son más caros. Evitar modelos donde la pupila de salida no sea circular y brillante.
- Casi obligatorio es que lleve tratamiento antirreflectante. Se recomienda al menos que sea “multicoated”, pero si la economía no lo permite, que no baje nunca de “fully coated”.
- Dedicar tiempo y paciencia para enfocar con precisión, ya que es clave para una visión nítida. Hay que tener en cuenta defectos refractivos como el astigmatismo si vas a usar los prismáticos sin portar las gafas (distorsionará la imagen).
- Antes de decidirse a comprar un determinado modelo, conviene probar varios. Para ello se recomienda ir a comercios especializados donde nos puedan aconsejar y nos permitan cierta libertad para testar los instrumentos, como algunas ópticas (que se dediquen a ello) o empresas de fabricación de instrumentación óptica. Recomiendo personalmente probar el movimiento de la rueda de enfoque central, que no esté ni muy blanda ni demasiado dura ya que ganaremos en comodidad. También es conveniente prestar atención al estado general (es decir que no tenga arañazos, suciedad…)
- No obsesionarse con la economía ya que, aunque los instrumentos ópticos conllevan un importante esfuerzo económico, no siempre lo más caro es lo mejor, y por relativamente poco dinero hay cosas muy interesantes en cuanto a calidad/precio que puedes encontrar si sigues los consejos de este post y tienes paciencia.
- Para mantenerlos como el primer día conviene tener un mínimo de cuidado y obedecer las normas de mantenimiento que ofrece el fabricante: hay que tapar ambos objetivos y oculares con sus correspondientes tapas, así evitaremos el posible rayado de las lentes y el acumulo de partículas de polvo o suciedad. 
- En caso de que se requiera una limpieza de lentes en profundidad, nunca abrir el instrumento, ya que podemos alterar el correcto alineamiento de las lentes o cosas peores aun. Mejor llevarlo al establecimiento especializado donde se adquirió.
- Disfruta las vistas 
¡Un saludo!

(Pulsa para verla ampliada)

Imagen fotografiada usando unos prismáticos Super Zenith 6x30 (7.8º campo angular) desde la cima del pico Peñalara (2428m – Comunidad de Madrid – España) al embalse del Pontón Alto, en la provincia de Segovia. La distancia al pantano (zona media) es de 9300 metros aproximadamente, por lo que en la imagen se ve como si estuviera a unos 1550 metros. En cuanto al campo visual, de extremo a extremo del círculo (en su zona media) abarca alrededor de 1274 metros.
Juan Carlos – Estudiante Óptica y Optometría UCM.