Oculares

A ocular, ou lentes oculares, é a parte do microscópio que aumenta a imagem produzida pela objetiva do microscópio, de modo que ela possa ser vista pelo olho humano. Neste recurso, veremos os diferentes tipos de oculares, seus componentes, como elas funcionam e como usá-las.

Ocular vs. Lentes oculares

As oculares trabalham em conjunto com as objetivas do microscópio para aumentar ainda mais a imagem intermediária, de modo que os detalhes do espécime possam ser observados. Oculares, ou lentes oculares, são nomes alternativos para as mesmas lentes. Para manter a consistência durante essa discussão, vamos nos referir a todas elas como oculares.

Para alcançar os melhores resultados em microscopia, combine objetivas com oculares que sejam apropriadas para o tipo de objetiva e de correção. A anatomia básica de uma ocular moderna típica é ilustrada na Figura 1 abaixo. Inscrições na lateral da ocular descrevem as suas características e funções.

Como ler as inscrições de uma ocular

As oculares ilustradas na Figura 1 estão inscritas com UW, que é uma abreviação de "ultra-wide", indicando um campo de visão ultra-amplo. Muitas vezes, as oculares também têm uma designação H, dependendo do fabricante, para indicar um ponto focal alto que permite que os microscopistas usem óculos enquanto visualizam amostras.

As outras inscrições geralmente encontradas nas oculares incluem:

• WF para widefield (campo amplo)
• UWF para ultra-widefield (campo ultra-amplo)
• SW e SWF para super widefield (super campo amplo)
• HE para high eyepoint (ponto focal alto)
• CF para oculares que se destinam ao uso com objetivas corrigidas CF (Chrome-free, sem cromo)

As oculares de compensação geralmente são inscritas com K, C ou comp, assim como o aumento. As oculares usadas com objetivas de campo plano, às vezes, são marcadas com plan-comp.

O aumento das oculares na Figura 1 é de 10X, conforme indicado na estrutura. A inscrição A/24 indica que o número de campo é 24, que se refere ao diâmetro (em milímetros) do diafragma fixo na ocular. Essas oculares também têm um ajuste de foco e um parafuso giratório que permite fixar sua posição. Agora os fabricantes geralmente produzem oculares com olhetes de borracha que servem para posicionar os olhos na distância adequada da lente frontal e bloquear o reflexo da luz ambiente na superfície da lente para que não interfira na visão.

Tipos de oculares simples: negativa, positiva e modificada

Existem dois tipos principais de oculares que são agrupados de acordo com a disposição da lente e do diafragma: oculares negativas (ou oculares Huygens) com um diafragma interno e oculares positivas (ou oculares Ramsden) que têm um diafragma abaixo das lentes da ocular.

As oculares negativas têm duas lentes:

• Lente superior, que fica mais próxima dos olhos do observador, é denominada lente de olho
• Lente inferior (abaixo do diafragma), é frequentemente denominada lente de campo

Em sua forma mais simples, as lentes de olho e de campo são plano-convexas, com os lados convexos voltados para o espécime. Cerca de meio caminho entre essas lentes existe uma abertura circular fixa ou diafragma interno. O tamanho do diafragma define o campo de visão circular que é observado quando se olha pelo microscópio.

Saiba mais sobre a diferença entre as oculares positivas e negativas abaixo.

O que é uma ocular Huygens?

O design mais simples de ocular negativa, frequentemente denominada ocular Huygens (ilustrada na Figura 2), é encontrado na maioria dos microscópios de laboratório e de ensino equipados com objetivas acromáticas. Embora as lentes de olho e de campo da Huygens não sejam bem corrigidas, suas aberrações tendem a se cancelar mutuamente. Oculares negativas mais altamente corrigidas têm dois ou três elementos da lente cimentados para constituir a lente de olho. Se uma ocular desconhecida tiver apenas o aumento inscrito na estrutura, provavelmente é a ocular Huygens e é mais adequada ao uso com objetivas acromáticas de aumento de 5X a 40X.

O que é uma ocular Ramsden?

O outro tipo principal de ocular simples é a ocular positiva com um diafragma abaixo de suas lentes, popularmente conhecida como ocular Ramsden, ilustrada na Figura 2 à esquerda. Essa ocular tem uma lente de olho e uma lente de campo que também são plano-convexas, mas a lente de campo é montada com a superfície curva voltada para a lente de olho. O plano focal frontal desta ocular fica logo abaixo da lente de campo, no nível do diafragma da ocular, tornando esta ocular facilmente adaptável para montagem de retículas. Para proporcionar uma melhor correção, as duas lentes da ocular Ramsden podem ser cimentadas.

Oculares simples modificadas

Uma versão modificada da ocular Ramsden é conhecida como ocular Kellner, ilustrada à esquerda na Figura 3. Essas oculares aprimoradas contêm um dubleto de elementos da lente de olho cimentados e apresentam um ponto focal mais alto do que o da ocular Ramsden ou Huygens, assim como um campo de visão muito maior.

Uma versão modificada da ocular Huygens simples é ilustrada na Figura 3 à direita. Embora essas oculares modificadas tenham um desempenho melhor do que suas contrapartes simples de uma lente, elas ainda são úteis apenas com objetivas acromáticas de baixa potência.

Oculares de compensação

Oculares simples, como a Huygens e a Ramsden, e suas contrapartes acromatizadas não corrigem a diferença cromática do aumento residual na imagem intermediária, especialmente quando combinadas com objetivas acromáticas de alta ampliação ou objetivas de fluorite ou apocromáticas. Para corrigir esse problema, os fabricantes produzem oculares de compensação que introduzem um erro cromático igual, mas oposto, nos elementos da lente.

As oculares de compensação podem ser do tipo positivo ou negativo e devem ser usadas em todos os aumentos com objetivas de fluorite, apocromáticas e todas as variações de objetivas planas (elas também podem ser usadas para vantagem com objetivas acromáticas de 40X e superior). Nos últimos anos, as objetivas dos microscópios modernos têm a correção da diferença cromática do aumento incorporada às próprias objetivas (por exemplo, objetivas Olympus) ou a correção se dá na lente do tubo de observação.

As oculares de compensação exercem um papel crucial para ajudar a eliminar as aberrações cromáticas residuais inerentes ao design das objetivas altamente corrigidas. Como resultado, é preferível que o microscopista use as oculares de compensação projetadas por um fabricante específico para acompanhar as objetivas mais corrigidas daquele fabricante. Usar uma ocular incorreta com uma objetiva apocromática projetada para uma aplicação com comprimento de tubo finito (160 ou 170 mm) resulta em um contraste drasticamente aumentado, com franjas vermelhas nos diâmetros externos e franjas azuis nos diâmetros internos dos detalhes do espécime. Surgem problemas adicionais da planicidade limitada do campo de visão nas oculares simples, mesmo aqueles corrigidos com dubletos da lente de olho.

Oculares avançadas

Designs de ocular mais avançados resultaram na ocular Periplan, ilustrada na Figura 4 acima. Esta ocular contém sete elementos de lentes cimentados em um único dubleto, um único tripleto e duas lentes individuais. As melhorias no desenho das oculares Periplan levam a uma melhor correção da aberração cromática lateral residual, ao aumento da planicidade do campo e a um melhor desempenho geral quando usadas com objetivas de maior potência.

Os microscópios modernos apresentam objetivas corrigidas por plano amplamente aprimoradas, nas quais a imagem primária tem muito menos curvatura de campo do que nas objetivas mais antigas. Além disso, a maioria dos microscópios agora possui tubos de observação com um corpo muito mais amplo que aumenta bastante o tamanho das imagens intermediárias.

Para abranger esses novos recursos, os fabricantes agora produzem oculares de campo amplo (ilustradas na Figura 1) que aumentam a área visível do espécime em até 40%. Como as técnicas de correção entre oculares e objetivas variam de um fabricante para o outro, é importante usar apenas as oculares recomendadas por um fabricante específico para uso com as suas objetivas.

Como escolher a ocular certa

Recomendamos que primeiro a objetiva seja cuidadosamente escolhida e depois seja comprada uma ocular projetada para trabalhar com a objetiva. Ao escolher oculares, é relativamente fácil diferenciar entre oculares simples e oculares mais altamente compensadas. As oculares simples, como a Ramsden e a Huygens (e suas contrapartes mais altamente corrigidas), têm um anel azul em torno da borda do diafragma da ocular quando vistas através do microscópio ou mantidas contra uma fonte de luz. Em contraste, as oculares de compensação altamente corrigidas têm um anel amarelo-vermelho-laranja em torno do diafragma sob as mesmas condições.

Propriedades das oculares comerciais

Tabela 1

As propriedades de várias oculares comuns disponíveis comercialmente (fabricadas pela Olympus) estão listadas de acordo com o tipo na Tabela 1. Os três principais tipos de oculares listados na Tabela 1 são buscadora, campo amplo e super campo amplo.

Observe que a terminologia usada por vários fabricantes pode ser confusa. Preste muita atenção aos folhetos e manuais dos microscópios para escolher as oculares corretas para uma objetiva específica.

Na Tabela 1, as abreviações que designam as oculares campo amplo e super campo amplo estão ligadas à sua correção de ponto focal alto e são WH e SWH, respectivamente. Os aumentos são 10X ou 15X, e os números de campo variam de 14 a 26,5, dependendo da aplicação. O ajuste de dioptrias é aproximadamente o mesmo para todas as oculares, e muitas também contêm um retículo de fotomáscara ou de micrômetro.

Oculares de ponto focal alto

Os raios de luz que emanam da ocular se cruzam na pupila de saída ou no ponto focal, frequentemente chamado de disco de Ramsden, onde a pupila do olho dos microscopistas deve ser colocada para ver todo o campo de visão (geralmente de 8 a 10 mm da lente de olho). Ao aumentar o ampliação da ocular, o ponto focal é aproximado da superfície superior da lente de olho, dificultando muito mais o uso do microscopista, especialmente se ele usar óculos.

Para compensar esse problema, os fabricantes projetaram oculares com ponto focal alto que apresentam distâncias do ponto focal que se aproximam de 20 a 25 mm acima da superfície da lente de olho. Essas oculares aprimoradas possuem lentes de olho com diâmetro maior que contêm mais elementos ópticos e geralmente apresentam um aprimoramento da planicidade de campo. Essas oculares geralmente são designadas com a inscrição H em algum lugar da estrutura da ocular, sozinha ou em combinação com outras abreviações.

É importante mencionar que as oculares com ponto focal alto são particularmente úteis para microscopistas que usam óculos para corrigir a visão próxima ou distante, mas elas não corrigem vários outros defeitos visuais, como astigmatismo. Hoje em dia, as oculares de ponto focal alto são muito populares, mesmo entre as pessoas que não usam óculos, porque a grande desobstrução ocular reduz a fadiga e torna a visualização de imagens através do microscópio muito mais confortável.

Diâmetro do campo de visão

Há um tempo, as oculares estavam disponíveis em um grande espectro de aumentos, variando de 6,3x a 25x e, às vezes, ainda maiores para aplicações especiais. Essas oculares são muito úteis para observação e fotomicrografia com objetivas de baixa potência. Infelizmente, com as objetivas de mais alta potência, o problema do aumento vazio se torna relevante ao usar oculares com aumento muito alto, e isso deve ser evitado. Hoje em dia, a maioria dos fabricantes restringe suas ofertas de oculares àquelas na faixa de 10x a 20x. O diâmetro do campo de visão em uma ocular é expresso como um número de campo de visão ou número de campo (FN). As informações sobre o número de campo de uma ocular podem produzir o diâmetro real do campo de visão da objetiva usando a fórmula:

Diâmetro do campo de visão = (FN) / (M(O) × M(T)

Onde FN é o número de campo em milímetros, M(O) é o aumento da objetiva e M(T) é o fator de aumento da lente de tubo (se houver). Aplicando essa fórmula à ocular de super campo amplo listada na Tabela 1, chegamos ao seguinte resultado para uma objetiva 40X com um aumento da lente de tubo de 1,25: FN = 26,5/M(O) = 40 × M(T) = 1,25 = um diâmetro de campo de visão de 0,53 mm. A Tabela 2 enumera os tamanhos de campo de visão que ocorreriam usando essa ocular sobre a gama comum de objetivas.

Diâmetros do campo de visão
(Ocular SWF 10X)

Tabela 2

Intervalo de aumento útil

Tome cuidado ao escolher combinações de oculares/objetivas para ajudar a garantir o aumento ideal do detalhe do espécime sem adicionar artefatos desnecessários. Por exemplo, para alcançar um aumento de 250X, o microscopista pode escolher uma ocular 25X acoplada a uma objetiva 10X. Outra opção para o mesmo aumento seria uma ocular 10X com uma objetiva 25X. Como a objetiva 25X tem uma abertura numérica maior (cerca de 0,65 AN) do que a objetiva 10X (cerca de 0,25 AN) e os valores da abertura numérica definem a resolução de uma objetiva, a última opção é a escolha ideal. Se fotomicrografias do mesmo campo de visão fossem feitas com cada combinação de objetiva/ocular descrita acima, seria óbvio que a dupla, ocular 10X/objetiva 25X produziria fotomicrografias que se destacariam na clareza do detalhe do espécime em comparação com a outra combinação.

O intervalo de aumento útil de uma combinação de objetiva/ocular é definido pela abertura numérica do sistema. Há um aumento mínimo necessário para que o detalhe presente em uma imagem seja resolvido e esse valor geralmente é definido arbitrariamente como 500 vezes a abertura numérica (500 x AN).

Na outra extremidade do espectro, o aumento útil máximo de uma imagem geralmente é definido com 1000 vezes a abertura numérica (1000 x AN). Aumentos mais altos do que esse valor não produzirão mais informações úteis nem uma resolução mais refinada do detalhe da imagem e geralmente levarão à degradação da imagem. Exceder o limite do aumento útil faz com que a imagem sofra do fenômeno de aumento vazio, no qual aumentar o aumento através da ocular ou da lente de tubo intermediária apenas faz com que a imagem se torne mais ampliada sem o aumento correspondente na resolução do detalhe.

A Tabela 3 abaixo enumera as combinações de objetiva/ocular comuns que se encontram no intervalo de aumento útil.

Intervalo de aumento útil
(500–1000 × AN da objetiva)

Tabela 3

Gratículos de medição

As oculares podem ser adaptadas para fins de medição adicionando-se um pequeno retículo de vidro em forma de disco circular (às vezes chamado de um gratículo ou retículo) no plano do diafragma do campo da ocular. Os retículos geralmente têm marcações, como uma grade ou régua de medição, gravadas na sua superfície. Como o retículo se encontra no mesmo plano do diafragma do campo, ele aparece em foco nítido sobreposto à imagem do espécime. As oculares que usam retículos devem conter um mecanismo de focalização (geralmente, um controle deslizante ou parafuso helicoidal) que permite que a imagem do retículo seja colocada em foco. Vários retículos típicos são ilustrados na Figura 5 abaixo.

O retículo na Figura 5 (a) é um elemento comum das oculares que se destinam a enquadrar campos de visão para fotomicrografia. O pequeno elemento retangular circunscreve a área que será capturada na película usando um formato de 35 mm. Outros formatos de películas (120 mm e 4 × 5 pol.) são delineados por conjuntos de cantos dentro do retângulo maior de 35 mm. No centro do retículo está uma série de círculos rodeados por quatro conjuntos de linhas paralelas dispostas em um padrão de X. Essas linhas são usadas para focar o retículo e a imagem para serem parfocais com o plano da película em uma câmera traseira anexada ao microscópio. O retículo na Figura 5 (b) é um micrômetro linear que pode ser usado para medir as distâncias da imagem, e o micrômetro cruzado na 5 (c) é usado com microscópios de polarização para localizar o alinhamento de amostras em relação ao polarizador e ao analisador. A grade ilustrada na Figura 5 (d) é usada para particionar uma seção do campo de visão para contagem. Existem muitas outras variações de retículos de oculares, portanto, consulte os fabricantes de microscópios e acessórios ópticos para constatar os tipos e a disponibilidade desses úteis dispositivos de medição.

Micrômetros filares

Para medições altamente precisas, é usado um micrômetro filar (semelhante ao ilustrado na Figura 6). Esse micrômetro substitui a ocular convencional e oferece várias melhorias em relação aos retículos convencionais. No micrômetro filar, um retículo com uma escala de medição (existem muitas variações nos tipos de escalas) e um fio muito fino são colocados em foco com o espécime, como mostrado na Figura 6 (b). O fio é montado de modo que possa ser movido lentamente pelo campo de visão pelo parafuso giratório calibrado localizado na lateral do micrômetro, como mostrado na Figura 6 (a). Uma volta completa do parafuso giratório (dividido em 100 partes iguais) é igual à distância entre duas marcas adjacentes do retículo. Ao mover o fio lentamente de uma posição para outra na imagem do espécime e anotar as mudanças nos números do parafuso giratório, o microscopista obtém uma medição muito mais precisa da distância. Os micrômetros filares (e outros retículos simples) devem ser calibrados com um micrômetro de platina para cada objetiva com a qual serão usados.

Ponteiros móveis

Algumas oculares têm um ponteiro móvel localizado dentro da ocular e posicionado de modo que ele apareça como uma silhueta no plano da imagem. Esse ponteiro é útil para indicar determinadas características de um espécime, especialmente quando um microscopista está ensinando alunos sobre características específicas. A maioria dos ponteiros de oculares pode ser girada em um ângulo de 360° em torno do espécime, e as versões mais avançadas podem transladar pelo campo de visão.

Oculares fotográficas e lentes de projeção

Os fabricantes geralmente produzem oculares especializadas, geralmente denominadas oculares fotográficas, projetadas para serem usadas com fotomicrografia. Essas oculares geralmente são negativas (tipo Huygens) e não têm a capacidade de serem usadas visualmente. Por esse motivo, são tradicionalmente chamadas de lentes de projeção. Uma lente de projeção típica é ilustrada na Figura 7 abaixo.

As lentes de projeção devem ser cuidadosamente corrigidas para que produzam imagens de campo plano, condição crucial para uma fotomicrografia precisa. Geralmente, elas também têm correção de cor para ajudar a garantir a verdadeira reprodução da cor na fotomicrografia colorida. Os fatores de aumento nas lentes de projeção de fotomicrografia variam de 1X a cerca de 5X. Essas lentes podem ser trocadas para ajustar o tamanho da imagem final na fotomicrografia.

Telescópios de focalização

Os sistemas de câmera se tornaram uma parte integral do microscópio e a maioria dos fabricantes fornece câmeras fotomicrográficas como acessório opcional. Esses sistemas de câmera avançados geralmente apresentam caixas pretas motorizadas que armazenam e automaticamente passam pela película quadro a quadro à medida que as fotomicrografias são tiradas.

Uma característica comum desses sistemas de câmera integral é uma ocular telescópica divisora de feixe de focalização (veja a Figura 8) que permite que o microscopista visualize, foque e enquadre amostras para fotomicrografia. Esse telescópio contém um retículo de fotomicrografia, semelhante ao ilustrado na Figura 5 (a), que é inscrito com um elemento retangular que circunscreve a área capturada com película de 35 mm e suportes de canto para películas de formato maior. Para maior conveniência ao escanear e fotografar amostras, o microscopista pode ajustar a ocular telescópica para que ela fique parfocal com as oculares e seja mais fácil enquadrar e tirar fotomicrografias.

Perguntas frequentes

O que é a lente ocular em um microscópio?

A lente ocular pode se referir à ocular como um todo ou especificamente à lente de olho – a lente mais próxima do olho.

O que a lente ocular faz em um microscópio?

A lente ocular aumenta a imagem produzida pela objetiva para que o usuário do microscópio possa vê-la.

Como escolho a ocular certa?

Existem muitos fatores a serem considerados ao se escolher uma ocular. O mais importante a ter em mente é que a ocular e a objetiva devem ser compatíveis. Recomendamos que primeiro a objetiva seja cuidadosamente escolhida e depois seja comprada uma ocular projetada para trabalhar com a objetiva.