GalileanEdit
Presque dès l’invention du télescope au 17ème siècle, les avantages de monter deux d’entre eux côte à côte pour une vision binoculaire semblent avoir été explorés. La plupart des premières jumelles utilisaient l’optique galiléenne, c’est-à-dire qu’elles utilisaient un objectif convexe et une lentille oculaire concave. La conception galiléenne a l’avantage de présenter une image droite, mais son champ de vision est étroit et elle n’est pas capable d’un très fort grossissement. Ce type de construction est encore utilisé dans des modèles très bon marché et dans les lunettes d’opéra ou de théâtre. La conception galiléenne est également utilisée dans les loupes chirurgicales binoculaires à faible grossissement et les loupes de bijoutier, car elles peuvent être très courtes et produire une image droite sans optique de redressement supplémentaire ou inhabituelle, ce qui réduit les dépenses et le poids global. Ils ont également de grandes pupilles de sortie, ce qui rend le centrage moins critique, et le champ de vision étroit fonctionne bien dans ces applications. Elles sont généralement montées sur une monture de lunettes ou ajustées sur mesure sur des lunettes.
Optique képlérienneEdit
Une image améliorée et un grossissement plus élevé sont obtenus dans les jumelles employant une optique képlérienne, où l’image formée par l’objectif est vue à travers une lentille oculaire positive (oculaire). Comme la configuration képlérienne produit une image inversée, différentes méthodes sont utilisées pour tourner l’image à l’endroit.
Ériger les lentillesModification
Dans les jumelles aprismatiques à optique képlérienne (qui étaient parfois appelées « télescopes jumeaux »), chaque tube possède une ou deux lentilles supplémentaires (lentille relais) entre l’objectif et l’oculaire. Ces lentilles sont utilisées pour ériger l’image. Les jumelles à lentilles de redressement présentaient un grave inconvénient : elles sont trop longues. De telles jumelles étaient populaires dans les années 1800 (par exemple, les modèles de G.& S. Merz), mais elles sont devenues obsolètes peu après que la société Carl Zeiss ait introduit des jumelles à prisme améliorées dans les années 1890.
PrismeEdit
Des prismes optiques ajoutés à la conception permettaient d’afficher l’image à l’endroit sans avoir besoin d’autant de lentilles, et en diminuant la longueur totale de l’instrument, en utilisant généralement un prisme de Porro ou des prismes en toit.
PorroEdit
Les jumelles à prisme de Porro doivent leur nom à l’opticien italien Ignazio Porro, qui a breveté ce système de redressement de l’image en 1854. Ce système a ensuite été perfectionné par d’autres fabricants de jumelles, notamment la société Carl Zeiss dans les années 1890. Les jumelles de ce type utilisent une paire de prismes de Porro dans une configuration en forme de Z pour ériger l’image. Il en résulte des jumelles larges, dont les objectifs sont bien séparés et décalés par rapport aux oculaires, ce qui donne une meilleure sensation de profondeur. Les conceptions à prisme de Porro ont l’avantage supplémentaire de replier le chemin optique de sorte que la longueur physique des jumelles est inférieure à la distance focale de l’objectif. Les jumelles à prisme de Porro ont été faites de manière à ériger une image dans un petit espace, ainsi les jumelles utilisant des prismes ont commencé de cette manière.
RoofEdit
Les jumelles utilisant des prismes en toit peuvent être apparues dès les années 1870 dans une conception d’Achille Victor Emile Daubresse. En 1897, Moritz Hensoldt a commencé à commercialiser des jumelles à prismes en toit. La plupart des jumelles à prisme en toit utilisent soit le prisme Abbe-Koenig (du nom d’Ernst Karl Abbe et Albert Koenig et breveté par Carl Zeiss en 1905), soit le prisme Schmidt-Pechan (inventé en 1899) pour redresser l’image et replier le chemin optique. Ils ont des lentilles d’objectif qui sont approximativement dans une ligne avec les oculaires.
Les conceptions de prismes de Roof créent un instrument qui est plus étroit et plus compact que les prismes de Porro. Il existe également une différence dans la luminosité de l’image. Les jumelles à prismes de Porro produiront intrinsèquement une image plus lumineuse que les jumelles à prismes en toit Schmidt-Pechan de même grossissement, taille d’objectif et qualité optique, car cette conception de prismes en toit emploie des surfaces argentées qui réduisent la transmission de la lumière de 12 à 15 %. Les modèles à prisme en toit exigent également des tolérances plus serrées pour l’alignement de leurs éléments optiques (collimation). Cela ajoute à leur coût puisque la conception exige l’utilisation d’éléments fixes qui doivent être réglés à un haut degré de collimation en usine. Les jumelles à prismes de Porro nécessitent occasionnellement un réalignement des jeux de prismes pour les mettre en collimation. L’alignement fixe dans les conceptions à prisme en toit signifie que les jumelles n’auront normalement pas besoin d’une nouvelle collimation.
Paramètres optiquesEdit
Les jumelles sont généralement conçues pour des applications spécifiques. Ces différentes conceptions nécessitent certains paramètres optiques qui peuvent être répertoriés sur la plaque de couverture du prisme des jumelles. Ces paramètres sont :
GrossissementEdit
Donné comme le premier chiffre dans une description de jumelles (par exemple, 7×35, 8×50), le grossissement est le rapport de la longueur focale de l’objectif divisée par la longueur focale de l’oculaire. Cela donne le pouvoir de grossissement des jumelles (parfois exprimé en « diamètres »). Un facteur de grossissement de 7, par exemple, produit une image 7 fois plus grande que l’original vu à cette distance. Le degré de grossissement souhaitable dépend de l’application prévue et, dans la plupart des jumelles, il s’agit d’une caractéristique permanente et non réglable du dispositif (les jumelles à zoom sont l’exception). Les jumelles de poche ont généralement un grossissement compris entre 7 et 10 fois, ce qui les rend moins sensibles aux effets du tremblement des mains. Un grossissement plus important entraîne un champ de vision plus petit et peut nécessiter un trépied pour assurer la stabilité de l’image. Certaines jumelles spécialisées pour l’astronomie ou l’usage militaire ont des grossissements allant de 15x à 25x.
Diamètre de l’objectifEdit
Donné comme deuxième chiffre dans la description d’une jumelle (par exemple, 7×35, 8×50), le diamètre de l’objectif détermine la résolution (netteté) et la quantité de lumière pouvant être rassemblée pour former une image. Lorsque deux jumelles différentes ont un grossissement égal, une qualité égale et une pupille de sortie suffisamment adaptée (voir ci-dessous), le plus grand diamètre de l’objectif produit une image plus « brillante » et plus nette. Ainsi, une jumelle 8×40 produira une image plus brillante et plus nette qu’une jumelle 8×25, même si les deux agrandissent l’image huit fois. Les lentilles frontales plus grandes du 8×40 produisent également des faisceaux de lumière plus larges (pupille de sortie) qui quittent les oculaires. Il est donc plus confortable de regarder avec un 8×40 qu’avec un 8×25. Une paire de jumelles 10×50 est meilleure qu’une paire de jumelles 8×40 pour le grossissement, la netteté et le flux lumineux. Le diamètre de l’objectif est généralement exprimé en millimètres. Il est d’usage de classer les jumelles en fonction du grossissement × le diamètre de l’objectif ; par exemple, 7×50. Les jumelles plus petites peuvent avoir un diamètre aussi bas que 22 mm ; 35 mm et 50 mm sont des diamètres courants pour les jumelles de terrain ; les jumelles astronomiques ont des diamètres allant de 70 mm à 150 mm.
Champ de visionEdit
Le champ de vision d’une paire de jumelles dépend de sa conception optique et est en général inversement proportionnel à la puissance de grossissement. Il est habituellement noté en une valeur linéaire, comme le nombre de pieds (mètres) de largeur qui seront vus à 1 000 yards (ou 1 000 m), ou en une valeur angulaire de combien de degrés peuvent être vus.
Pupille de sortieEdit
Les jumelles concentrent la lumière recueillie par l’objectif en un faisceau, dont le diamètre, la pupille de sortie, est le diamètre de l’objectif divisé par la puissance de grossissement. Pour que la collecte de la lumière soit la plus efficace possible et que l’image soit la plus lumineuse possible, et pour maximiser la netteté, la pupille de sortie doit être au moins égale au diamètre de la pupille de l’œil humain – environ 7 mm la nuit et environ 3 mm le jour, ce diamètre diminuant avec l’âge. Si le cône de lumière qui sort des jumelles est plus grand que la pupille dans laquelle il entre, toute lumière plus grande que la pupille est gaspillée. En utilisation diurne, la pupille humaine est généralement dilatée d’environ 3 mm, ce qui correspond à la pupille de sortie d’une jumelle 7×21. Des jumelles 7×50 beaucoup plus grandes produiront un cône de lumière plus grand que la pupille dans laquelle elles entrent, et cette lumière sera, dans la journée, gaspillée. Une pupille de sortie trop petite offre également à l’observateur une vue plus faible, car seule une petite partie de la surface de collecte de la lumière de la rétine est utilisée. Pour les applications où l’équipement doit être transporté (observation des oiseaux, chasse), les utilisateurs optent pour des jumelles beaucoup plus petites (plus légères) avec une pupille de sortie qui correspond au diamètre prévu de leur iris, de sorte qu’ils auront une résolution maximale mais ne porteront pas le poids d’une ouverture gaspillée.
Une plus grande pupille de sortie permet de placer plus facilement l’œil là où il peut recevoir la lumière ; n’importe où dans le grand cône de lumière de la pupille de sortie fera l’affaire. Cette facilité de placement permet d’éviter, surtout dans les jumelles à grand champ de vision, le vignettage, qui apporte à l’observateur une image dont les bords sont assombris parce que la lumière qui en provient est partiellement bloquée, et cela signifie que l’on peut retrouver rapidement l’image, ce qui est important lorsqu’on observe des oiseaux ou des animaux gibiers qui se déplacent rapidement, ou pour un marin sur le pont d’un bateau ou d’un navire qui tangue. Les jumelles à pupille de sortie étroite peuvent également être fatigantes car l’instrument doit être maintenu exactement en place devant les yeux pour fournir une image utile. Enfin, de nombreuses personnes utilisent leurs jumelles au crépuscule, par temps couvert et la nuit, lorsque leurs pupilles sont plus grandes. Ainsi, la pupille de sortie de jour n’est pas une norme universellement souhaitable. Pour le confort, la facilité d’utilisation et la flexibilité des applications, des jumelles plus grandes avec des pupilles de sortie plus grandes sont des choix satisfaisants, même si leur capacité n’est pas pleinement utilisée de jour.
Le relief des yeuxEdit
Le relief des yeux est la distance entre la lentille arrière de l’oculaire et la pupille de sortie ou le point de l’œil. C’est la distance à laquelle l’observateur doit positionner son œil derrière l’oculaire pour voir une image non voilée. Plus la distance focale de l’oculaire est longue, plus le dégagement oculaire potentiel est important. Les jumelles peuvent avoir un dégagement oculaire allant de quelques millimètres à 2,5 centimètres ou plus. Le dégagement oculaire peut être particulièrement important pour les porteurs de lunettes. L’œil d’un porteur de lunettes est généralement plus éloigné de l’oculaire, ce qui nécessite un dégagement oculaire plus long afin d’éviter le vignettage et, dans les cas extrêmes, de conserver l’intégralité du champ de vision. Les jumelles à court relief oculaire peuvent également être difficiles à utiliser dans les cas où il est difficile de les tenir en équilibre.
Distance de mise au point rapprochéeEdit
La distance de mise au point rapprochée est le point le plus proche sur lequel la jumelle peut faire le point. Cette distance varie d’environ 0,5 m à 30 m, selon la conception des jumelles. Si la distance de mise au point rapprochée est courte par rapport au grossissement, la jumelle peut être utilisée également pour voir des particularités non visibles à l’œil nu.
OculairesModifier
Les oculaires binoculaires sont généralement composés de trois éléments de lentilles ou plus, répartis en deux groupes ou plus. La lentille la plus éloignée de l’œil de l’observateur est appelée lentille de champ et celle la plus proche de l’œil, lentille oculaire. La configuration la plus courante est celle inventée en 1849 par Carl Kellner. Dans cette configuration, la lentille de l’œil est un doublet achromatique plano-concave/double convexe (la partie plate du premier faisant face à l’œil) et la lentille de champ est un singlet double-convexe. Un oculaire de Kellner inversé a été mis au point en 1975. Dans cet oculaire, la lentille de champ est un doublet achromatique concave/double convexe et la lentille oculaire est un singlet double convexe. Le Kellner inversé offre 50 % de relief oculaire en plus et fonctionne mieux avec les petits rapports focaux tout en ayant un champ légèrement plus large.
Les jumelles à grand champ utilisent généralement une sorte de configuration Erfle, brevetée en 1921. Celles-ci comportent cinq ou six éléments en trois groupes. Les groupes peuvent être deux doublets achromatiques avec un double singlet convexe entre eux ou peuvent tous être des doublets achromatiques. Ces oculaires ont tendance à ne pas être aussi performants que les oculaires Kellner à haute puissance car ils souffrent d’astigmatisme et d’images fantômes. Cependant, ils ont de grandes lentilles oculaires, un excellent relief d’œil et sont confortables à utiliser à des puissances inférieures.