Takahashi FSQ, adiós a 166 años de historia

En 1840, cuando la fotografía estaba en sus albores, Joseph Petzval, un científico de origen Eslovaco, inventó un nuevo tipo de lente muy rápida y con un gran campo corregido que permitía trabajar con grandes aberturas y placas fotográficas de gran formato. El sistema, formado por cuatro lentes, dos dobletes espaciados en el aire, hizo posible reducir los largos tiempos de exposición, de unos 10 minutos, característicos del sistema de placas húmedas ideado por Daguerre a exposiciones de dos minutos.

La invención de Petzval tuvo una gran relevancia para la fotografía de la época, dado que permitía posar durante un tiempo aceptable, lo que hizo posible en la práctica el retrato de personas. No es de extrañar pues que los fotógrafos de entonces se refiriesen a estas lentes como “lentes de retrato”. Las primeras lentes Petzval fueron comercializadas en Austria por Peter Freidrich Voigtlander, el creador de la venerable marca Voigtlander hoy propiedad de los japoneses de Cosina. Los Petzval de Voigtlander tuvieron mucho éxito y pronto fueron imitadas tanto en Europa como en los EE.UU.

Medio siglo después, en el verano de 1889, el astrónomo Edward Emerson Barnard, que por entonces trabajaba en el observatorio Lick, fotografió por primera vez las grandes estructuras de la Vía Láctea. Para obtener estas imágenes, con las que se puede decir que nació la astrofotografía de cielo profundo, Barnard utilizó una lente de tipo Petzval de 6 pulgadas. La lente utilizada por Barnard había pertenecido a un estudio fotográfico de San Francisco especializado en retratos y había sido tallada en 1859 por Charles F. Usner en Nueva York, el comercializador de estas lentes era Willard y ese era el nombre que llevaba grabado el objetivo por eso se le conoce con el nombre de lente Willard.

Tiempo después, cuando Barnard decidió acometer la obra cumbre de su vida, la realización del Atlas Fotográfico de Regiones Seleccionadas de La Vía Láctea, decidió que el astrógrafo utilizado fuese también un sistema Petzval. Estas son algunas de las razones que el propio Barnard expone en el prólogo de su obra:

“Las principales ventajas de la “lente de retrato” son la gran extensión de cielo que cubren y su rapidez, esta última debida a su corta distancia focal. La gran anchura de campo que tienen les hacen especialmente apropiadas para delinear las grandes estructuras de la Vía Láctea.”

Barnard encargó la realización del nuevo Petzval de 10 pulgadas a John Brashear, un reconocido óptico de Pittsburg que había hecho trabajos para los mejores observatorios europeos. Brashear y Barnard, basados en experiencias previas y cálculos teóricos, determinaron que la lente daría su máximo rendimiento a una relación focal de f/5.

Además de la lente diseñada por Brashear, Barnard también adquiriría una genuina Petzval de marca Voigtlander de 6.25 pulgadas (f/4,75) que también fue utilizada para las fotografías del Atlas. Esta lente junto con la Brashear y un refractor de 5 pulgadas que hacía las funciones de tubo guía fueron los componentes ópticos del telescopio Bruce, con el que se hicieron todas las imágenes del famosísimo Atlas.

Poco tiempo después y gracias al impulso dado por el desarrollo de la astrofotografía aparecieron un nuevo tipo de refractores con una corrección cromática muy superior a la de los refractores acromáticos convencionales. Por esta razón se llamaron apocromáticos. En los diseños iniciales la única forma de satisfacer los estrictos criterios del apocromatismo, tal y como habían sido definidos por Abbe, era mediante el uso de sistemas complejos de tres lentes (tripletes).

Los grandes constructores de refractores de la primera mitad del siglo XX como Carl Zeiss en Alemania o Alvin Clark en los EE.UU. utilizaban tripletes apocromáticos. Para evitar los inconvenientes a que daban lugar las tres lentes los montaban en aceite con lo que se reducen las reflexiones que se producen en las múltiples superficies de la lentes, se mejora la transmisión de la luz y se consigue una mayor tolerancia a los defectos del tallado.

En los años '40 se descubrió que los cristales naturales de fluoruro de calcio (flourita, CaF2) tienen unas propiedades ópticas excepcionales en el espectro visible y se pensó que si se pudiesen fabricar lentes de fluorita del tamaño adecuado para hacer telescopios se podría simplificar el diseño de los sistemas apocromáticos, pasando de tres a dos lentes, algo que con otros vidrios es muy difícil.

La validez de la hipótesis se pudo comprobar a pequeña escala con lentes para microscopios. Pero recrear los procesos naturales para hacer cristales de fluorita de gran tamaño libres de impurezas no es tarea fácil y tuvieron que transcurrir otros 30 años hasta que en Japón los científicos de Optron, una compañía del grupo Canon, descubrieron la forma de producir cristales de fluorita de hasta 150 mm de diámetro.

Esto fue un gran hito e hizo posible que en 1977 Takahashi lanzase al mercado el primer telescopio apocromático con lentes de fluorita, el tipo FC, un doblete espaciado en aire con corrección de color comparable o superior a la de los tripletes montados en aceite. Durante los años siguientes se mejoraron las técnicas de tallado y recubrimiento de la fluorita, este último aspecto es muy importante porque la fluorita es higroscópica y necesita de un buen aislamiento del medio. El perfeccionamiento de estas técnicas fue clave para desarrollar la serie de telescopios FS de Takahashi en los que el elemento de fluorita del doblete va en la posición óptima, en el frente de la lente, al aire algo que no se había podido hacer en los de la serie FC.

Cuando los ingenieros de Takahashi se plantearon hacer un astrógrafo refractor de gran campo que representase la excelencia de la compañía y que fuese su “buque insignia” recurrieron, obviamente, a un diseño Petzval y a sus extraordinarios dobletes FS. De esta forma, combinando lo mejor de lo mejor, nació el Takahashi FSQ-106N. El mejor astrógrafo refractor de 4” que existe en el mundo. Un sistema de cuatro lentes, dos dobletes FS, de 106 mm de diámetro de abertura y 530 mm de focal que dan una relación focal de... f/5. ¡Todo un tributo a Petzval, Brashear, Barnard y los científicos de Optron en un solo instrumento! ¿El instrumento que Barnard hubiese soñado para hacer las fotos de su Atlas? Probablemente.

Takahashi FSQ 106N

Desgraciadamente las economías de escala suelen hacer estragos con la sofisticación y además, lo mejor acostumbra a chocar con lo empresarialmente rentable. La fluorita es difícil de fabricar y tallar.

En los últimos años se han desarrollado vidrios, que no cristales, con alto contenido en fluor como el FLP-53, desarrollado por Ohara (curiosamente otra compañía que también pertenece a Canon, al igual que Optron) y cuyas características ópticas son parecidas a las de los cristales de fluorita. Estos vidrios se conocen también por las siglas “ED” (Extra-baja Dispersión) y tienen importantes ventajas de cara a la producción de lentes a gran escala: se pueden tallar más fácilmente y en mucho menos tiempo por lo que los costes bajan de forma considerable. (También ayudan a mejorar la cuenta de resultados si el precio se mantiene o se incrementa).

¿Hay diferencias entre los mejores vidrios ED y la fluorita? Probablemente no mucha, pero voy a utilizar una cita textual de un eminente óptico, Philipp Keller de AstroOptik, que ilustra muy bien el tema. Se refiere al diseño de un corrector de coma tipo Wynne, una autentica exquisitez óptica, diseñado por el propio Keller y que fabrica su compañía.

"Este es el segundo diseño de este corrector que tenemos en producción. El primer diseño utilizaba Ca F2 (fluoruro de calcio, fluorita) y era muy caro. El rendimiento era ligeramente superior al del diseño actual pero pensamos que este es suficientemente bueno como para no mostrar errores incluso en condiciones de buen “seeing”, así que hemos decidido usar vidrio ED en lugar de Ca F2. Para aquellos que estén interesados en el viejo diseño de Ca F2 estaríamos dispuestos a fabricar otro conjunto de lentes en Ca F2 si hay suficiente interés, así que enviadme un correo si es que estáis interesados en pagar el doble de precio por tener un mejor tamaño de punto."

Es probable que la dificultad y el alto coste de la fluorita hayan sido los factores que han llevado a Takahashi a abandonar este preciado cristal en favor de otor tipo de vidrios. Primero se dejaron de fabricar los dobletes de fluorita de la serie FS, que fueron reemplazados por lo nuevos tripletes de la serie TOA. Tanto tiempo para hacer un doblete único y se ha vuelto al triplete, eso sí ED y espaciado en aire.

Ahora le toca el turno al FSQ. La producción ya se ha terminado y se ha anunciado un nuevo Petzval, pero no será de cristal de fluorita. Se llamará TOQ. El primer modelo será un 130 mm de diámetro, eso si a f/5, como tiene que ser.

Si eres uno de los afortunados poseedores de un FSQ ¡enhorabuena! tienes algo que es el resultado de ciento sesenta y seis años de evolución óptica y que probablemente represente la cumbre en cuanto a calidad, precisión y prestaciones.

antonio fernández
14 de enero de 2006

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