Jumelles

Conception de jumelles à prisme Porro typique.

Les télescopes binoculaires, ou jumelles (également connues sous le nom de lunettes de champ), sont deux télescopes identiques ou symétriques montés côte à côte et alignés pour pointer avec précision dans la même direction, permettant au spectateur d’utiliser les deux yeux (vision binoculaire) lors de la visualisation d’objets éloignés. La plupart sont dimensionnés pour être tenus à deux mains, bien qu’il existe des types beaucoup plus grands.

Contrairement à un télescope monoculaire, les jumelles donnent aux utilisateurs une image en trois dimensions: Les deux vues, présentées de points de vue légèrement différents à chacun des yeux du spectateur, fusionnent pour produire une seule vue perçue avec une sensation de profondeur, permettant d’estimer les distances. Il n’est pas nécessaire de fermer ou d’obstruer un œil pour éviter toute confusion, comme c’est l’habitude avec les télescopes monoculaires. Lorsque vous utilisez des jumelles portatives, les deux mains et la tête forment une plate-forme stable à trois points, avec moins de tendance à trembler qu’avec un instrument à œil unique.

Les jumelles sont régulièrement utilisées par les observateurs d’oiseaux, les chasseurs, les arpenteurs-géomètres et les touristes appréciant les paysages lointains. Ils peuvent également être utilisés par les amateurs de sport et les amateurs de théâtre. Ils sont souvent utilisés par le personnel militaire.

Conception optique

Jumelles galiléennes.

Jumelles galiléennes

Presque dès l’invention du télescope au XVIIe siècle, les avantages de monter deux d’entre elles côte à côte pour la vision binoculaire semblent avoir été explorés. La plupart des premières jumelles utilisaient une optique galiléenne; c’est-à-dire qu’elles utilisaient un objectif convexe et une lentille oculaire concave. La conception galiléenne présente l’avantage de présenter une image dressée mais a un champ de vision étroit et n’est pas capable d’un grossissement très élevé. Ce type de construction est encore utilisé dans des modèles très bon marché et dans des « lunettes d’opéra » ou des lunettes de théâtre.

Jumelles à prisme Porro

Conception à double prisme Porro.

Du nom de l’opticien italien Ignazio Porro, qui a breveté ce système de montage d’images en 1854, puis perfectionné par des fabricants comme Carl Zeiss dans les années 1890, les jumelles de ce type utilisent un prisme Porro dans une configuration en forme de Z à double prisme pour ériger l’image. Cette caractéristique se traduit par des jumelles larges, avec des objectifs bien séparés mais décalés par rapport aux oculaires. Les conceptions de prisme Porro ont l’avantage supplémentaire de plier le chemin optique de sorte que la longueur physique des jumelles soit inférieure à la distance focale de l’objectif et qu’un espacement plus large des objectifs donne une meilleure sensation de profondeur.

Jumelles à prisme de toit

Conception « prisme de toit » d’Abbe-Koenig

Les jumelles utilisant des prismes de toit peuvent être apparues dès les années 1880 dans une conception d’Achille Victor Emile Daubresse. La plupart des jumelles à prisme de toit utilisent soit le prisme Abbe-Koenig (nommé d’après Ernst Karl Abbe et Albert Koenig et breveté par Carl Zeiss en 1905), soit le prisme Schmidt-Pechan (inventé en 1899) pour ériger l’image et plier le chemin optique. Ils sont plus étroits, plus compacts et plus chers que ceux qui utilisent des prismes Porro. Ils ont des lentilles d’objectif qui sont approximativement alignées avec les oculaires.

Prismes Porro par rapport aux prismes de toit

Mis à part la différence de prix et de portabilité notée ci-dessus, ces deux conceptions ont des effets sur les reflets et la luminosité. Les jumelles à porro-prisme produiront intrinsèquement une image intrinsèquement plus lumineuse que les jumelles à prisme de toit avec le même grossissement, la même taille d’objectif et la même qualité optique, car moins de lumière est absorbée le long du trajet optique. Cependant, à partir de 2005, la qualité optique des meilleures jumelles à prisme de toit avec des procédés de revêtement à jour utilisés dans les modèles Schmidt-Pechan est comparable aux meilleures lunettes Porro, et il est possible que les prismes de toit dominent le marché des jumelles portables de haute qualité. Les principaux fabricants d’optiques européens (Leica, Zeiss, Swarovski) ont abandonné leurs gammes Porro, et les fabricants japonais (Nikon, Fujinon et autres) pourraient emboîter le pas.

Paramètres optiques

Paramètres énumérés sur la plaque de couverture du prisme décrivant une binoculaire à grossissement de 7 puissances avec un diamètre d’objectif de 50 mm et un champ de vision de 372 pieds (113 m) à 1 000 yards (1 000 m).Les jumelles

sont généralement conçues pour l’application spécifique à laquelle elles sont destinées. Ces différentes conceptions créent certains paramètres optiques (dont certains peuvent être répertoriés sur la plaque de couverture du prisme de la binoculaire). Ces paramètres sont:

Grossissement — Le rapport de la distance focale de l’oculaire divisée en la distance focale de l’objectif donne le pouvoir grossissant linéaire des jumelles (parfois exprimé en « diamètres »). Un grossissement de facteur 7, par exemple, produit une image comme si on était sept fois plus proche de l’objet. Le grossissement dépend de l’application pour laquelle les jumelles sont conçues. Les jumelles portatives ont des grossissements plus faibles, elles seront donc moins susceptibles de trembler. Un grossissement plus important conduit à un champ de vision plus petit.

Diamètre de l’objectif — Le diamètre de l’objectif détermine la quantité de lumière pouvant être recueillie pour former une image. Il est généralement exprimé en millimètres.

Il est d’usage de classer les jumelles selon le grossissement ×le diamètre de l’objectif ; par exemple 7×50.

Champ de vision – Le champ de vision des jumelles est déterminé par sa conception optique. Il est généralement noté dans une valeur linéaire, telle que le nombre de pieds (mètres) de largeur qui sera vu à 1 000 yards (ou 1 000 m), ou dans une valeur angulaire de combien de degrés peuvent être vus.

Pupille de sortie — Les jumelles concentrent la lumière recueillie par l’objectif en un faisceau, la pupille de sortie, dont le diamètre est le diamètre de l’objectif divisé par la puissance de grossissement. Pour une collecte de lumière efficace maximale et une image la plus brillante, la pupille de sortie doit être égale au diamètre de l’iris complètement dilaté de l’œil humain — environ 7 mm, ce qui diminue avec l’âge. La lumière recueillie par une pupille de sortie plus grande est gaspillée. Pour une utilisation diurne, une pupille de sortie de 3 mm — correspondant à la pupille contractée de l’œil — suffit. Cependant, une pupille de sortie plus grande facilite l’alignement de l’œil et évite l’intrusion du vignettage sombre par les bords.

Soulagement des yeux – Le soulagement des yeux est la distance entre l’objectif de l’oculaire arrière et l’endroit où l’image est formée. Il détermine la distance à laquelle l’observateur doit positionner son œil derrière l’oculaire pour voir une image non visible. Plus la distance focale de l’oculaire est longue, plus le relief oculaire est important. Les jumelles peuvent avoir un soulagement oculaire allant de quelques millimètres à 2.5 centimètres ou plus. Le soulagement des yeux peut être particulièrement important pour les porteurs de lunettes. L’œil d’un porteur de lunettes est typiquement plus éloigné de l’œil, ce qui nécessite un dégagement oculaire plus long afin de voir encore tout le champ de vision. Les jumelles avec un soulagement oculaire court peuvent également être difficiles à utiliser dans les cas où il est difficile de les maintenir stables.

Revêtements optiques

Jumelles de la marine américaine

Puisque les jumelles peuvent avoir seize surfaces air-verre. Avec une perte de lumière sur chaque surface, les revêtements optiques peuvent affecter de manière significative leur qualité d’image. Lorsque la lumière frappe une interface entre deux matériaux d’indice de réfraction différent (par exemple, à une interface air-verre), une partie de la lumière est transmise, une partie réfléchie. Dans tout type d’instrument optique formant des images (télescope, caméra, microscope, etc.), idéalement, aucune lumière ne devrait être réfléchie; au lieu de former une image, la lumière qui atteint le spectateur après avoir été réfléchie est distribuée dans le champ de vision et réduit le contraste entre l’image vraie et l’arrière-plan. La réflexion peut être réduite, mais non éliminée, en appliquant des revêtements optiques aux interfaces. Chaque fois que la lumière entre ou sort d’un morceau de verre, environ 5% sont réfléchis. Cette lumière « perdue » rebondit à l’intérieur des jumelles, rendant l’image floue et difficile à voir. Les revêtements de lentilles réduisent efficacement les pertes de réflexion, ce qui se traduit finalement par une image plus lumineuse et plus nette. Par exemple, les jumelles 8×40 avec de bons revêtements optiques donneront une image plus lumineuse que les jumelles 8×50 non revêtues. La lumière peut également être réfléchie de l’intérieur de l’instrument, mais il est simple de minimiser cela dans des proportions négligeables. Le contraste est également amélioré par un bon revêtement dû à l’élimination partielle des réflexions internes.

Un matériau classique de revêtement de lentilles est le fluorure de magnésium; il réduit les reflets de 5% à 1%. Les revêtements de lentilles modernes se composent de multicouches complexes et ne reflètent que 0,25% ou moins pour donner une image avec une luminosité maximale et des couleurs naturelles. Pour les prismes de toit, des revêtements anti-déphasage sont parfois utilisés, ce qui améliore considérablement le contraste.La présence d’un revêtement est typiquement désignée sur les jumelles par les termes suivants :

• Optique revêtue : Une ou plusieurs surfaces revêtues.
• Entièrement enduit: Toutes les surfaces air-verre sont revêtues. Les lentilles en plastique, cependant, si elles sont utilisées, ne peuvent pas être revêtues.
• Multicouches : Une ou plusieurs surfaces sont revêtues multicouches.
• Entièrement multicouches: Toutes les surfaces air-verre sont revêtues multicouches.

Le revêtement prisme à correction de phase et le revêtement prisme diélectrique sont des techniques récentes (en 2005) efficaces pour réduire les réflexions.

Conception mécanique

Mise au point et réglage

Les jumelles à utiliser pour visualiser des objets qui ne sont pas à une distance fixe doivent avoir une disposition de mise au point. Traditionnellement, deux arrangements différents ont été utilisés pour fournir une orientation. Les jumelles à « mise au point indépendante » nécessitent que les deux télescopes soient focalisés indépendamment en ajustant chaque oculaire, modifiant ainsi la distance entre les lentilles oculaires et les objectifs. Les jumelles conçues pour une utilisation intensive sur le terrain, telles que les applications militaires, ont traditionnellement utilisé une mise au point indépendante. Parce que les utilisateurs en général trouvent plus pratique de focaliser les deux tubes avec une seule action de réglage, un deuxième type de jumelles intègre la « mise au point centrale », qui implique la rotation d’une roue de mise au point centrale. De plus, l’un des deux oculaires peut être ajusté pour compenser les différences entre les yeux du spectateur (généralement en tournant l’oculaire dans sa monture). C’est ce qu’on appelle une dioptrie. Une fois ce réglage effectué pour un spectateur donné, les jumelles peuvent être recentrées sur un objet à une distance différente en utilisant la molette de mise au point pour déplacer les deux tubes ensemble sans réajustement de l’oculaire.

Jumelles avec éléments internes visibles

Il existe également des jumelles « sans mise au point » ou « à mise au point fixe ». Ils ont une profondeur de champ d’une distance relativement grande à l’infini et fonctionnent exactement de la même manière qu’un modèle de focalisation de même qualité optique (ou absence de celle-ci) focalisé sur la distance médiane.

Les jumelles Zoom, bien qu’en principe une bonne idée, sont généralement considérées comme peu performantes.

La plupart des jumelles modernes ont une construction à télescope articulé qui permet d’ajuster la distance entre les oculaires pour s’adapter aux téléspectateurs avec une séparation oculaire différente. Cette fonction de réglage fait défaut sur de nombreuses jumelles plus anciennes.

Stabilisation d’image

La secousse peut être beaucoup réduite, et des grossissements plus élevés utilisés, avec des jumelles utilisant la technologie de stabilisation d’image. Les parties de l’instrument qui modifient la position de l’image peuvent être maintenues stables par des gyroscopes motorisés ou par des mécanismes motorisés entraînés par des détecteurs gyroscopiques ou inertiels, ou peuvent être montées de manière à s’opposer et à amortir les mouvements brusques. La stabilisation peut être activée ou désactivée par l’utilisateur selon les besoins. Ces techniques permettent de tenir à la main des jumelles jusqu’à 20 × et améliorent considérablement la stabilité de l’image des instruments de faible puissance. Il y a quelques inconvénients: L’image peut ne pas être aussi bonne que les meilleures jumelles non stabilisées lorsqu’elles sont montées sur trépied, les jumelles stabilisées ont également tendance à être plus chères et plus lourdes que les jumelles non stabilisées spécifiées de manière similaire.

Alignement

Des jumelles bien collimatées, lorsqu’elles sont vues à travers des yeux humains et traitées par un cerveau humain, devraient produire une seule image circulaire, apparemment tridimensionnelle, sans indication visible que l’on regarde en fait deux images distinctes à partir de points de vue légèrement différents. Le départ de l’idéal provoquera, au mieux, un malaise vague et une fatigue visuelle, mais le champ de vision perçu sera de toute façon proche de circulaire. La convention cinématographique utilisée pour représenter une vue à travers des jumelles comme deux cercles se chevauchant partiellement en forme de huit n’est pas fidèle à la vie.

Le désalignement est corrigé par de petits mouvements sur les prismes, souvent en tournant des vis accessibles sans ouvrir les jumelles, ou en ajustant la position de l’objectif via des anneaux excentriques intégrés dans la cellule de l’objectif. L’alignement est généralement effectué par un professionnel, bien que des instructions pour vérifier les erreurs de collimation des jumelles et pour les collimater soient disponibles sur Internet.

Applications

Jumelles à pièces

Utilisation générale

Les jumelles portatives vont des petites lunettes d’opéra galiléennes 3×10, utilisées dans les théâtres, aux lunettes avec grossissement de 7 à 12 diamètres et objectifs de 30 à 50 mm pour une utilisation typique en extérieur. Les modèles à prisme Porro prédominent, bien que les ornithologues et les chasseurs aient tendance à préférer, et sont prêts à payer, les modèles à prisme de toit plus légers mais plus chers.

De nombreuses attractions touristiques ont installé des jumelles à pièces montées sur piédestal pour permettre aux visiteurs d’avoir une vue de plus près de l’attraction. Au Royaume-Uni, 20 pence donnent souvent quelques minutes de fonctionnement, et aux États-Unis, un ou deux trimestres donnent entre une minute et demie et deux minutes et demie.

Militaire

Jumelles de navire de guerre.

Les jumelles ont une longue histoire d’utilisation militaire. Les conceptions galiléennes ont été largement utilisées jusqu’à la fin du XIXe siècle, lorsqu’elles ont cédé la place aux types de prisme porro. Les jumelles construites pour les militaires généraux sont plus robustes que leurs homologues civils. Ils évitent généralement des arrangements de focalisation centrale plus fragiles en faveur d’une focalisation indépendante. Les ensembles de prismes des jumelles militaires peuvent avoir des revêtements aluminisés redondants sur leurs ensembles de prismes pour garantir qu’ils ne perdent pas leurs qualités réfléchissantes s’ils sont mouillés. Les jumelles militaires de l’époque de la guerre froide étaient parfois équipées de capteurs passifs détectant les émissions IR actives, tandis que les jumelles modernes sont généralement équipées de filtres bloquant les faisceaux laser. De plus, les jumelles conçues pour un usage militaire peuvent inclure un réticule stadiamétrique dans un oculaire afin de faciliter l’estimation de la portée.

Il existe des jumelles conçues spécifiquement pour une utilisation civile et militaire en mer. Les modèles portatifs seront de 5x à 7x, mais avec de très grands ensembles de prismes combinés à des oculaires conçus pour donner un soulagement généreux des yeux. Cette combinaison optique empêche le vignettage ou l’obscurité de l’image lorsque les jumelles tanguent et vibrent par rapport à l’œil du spectateur. De grands modèles à fort grossissement avec de grands objectifs sont également utilisés dans les fixations fixes.

De très grands télémètres navals binoculaires (jusqu’à 15 mètres de séparation des deux objectifs, poids 10 tonnes, pour la télémétrie des cibles de canons navals de la Seconde Guerre mondiale à 25 km) ont été utilisés, bien que la technologie de la fin du XXe siècle ait rendu cette application redondante.

Astronomique

Les jumelles sont largement utilisées par les astronomes amateurs; leur large champ de vision les rend utiles pour la recherche de comètes et de supernovas (jumelles géantes) et l’observation générale (jumelles portables). Les lunes galiléennes de Jupiter, Cérès, Neptune, Pallas et Titan sont invisibles à l’œil nu mais peuvent facilement être vues avec des jumelles. Bien que techniquement visibles sans aide dans un ciel sans pollution, Uranus et Vesta nécessitent des jumelles pour une observation pratique.

les jumelles 10×50 sont limitées à une magnitude d’environ +9,5, ce qui signifie que des astéroïdes comme Interamnia, Davida, Europa et, sauf dans des conditions exceptionnelles, Hygie, sont trop faibles pour être vus avec des jumelles. De même, toutes les lunes sont trop faibles pour être vues avec des jumelles, à l’exception des Galiléens et de Titan, et des planètes naines Pluton et Éris.

Le rapport entre la puissance de grossissement et le diamètre de l’objectif est particulièrement pertinent pour la visualisation en basse lumière et en astronomie. Un grossissement plus faible facilite un champ de vision plus grand, ce qui est utile pour observer de grands objets du ciel profond tels que la Voie Lactée, la nébuleuse et les galaxies, bien que la grande pupille de sortie signifie qu’une partie de la lumière recueillie est gaspillée. La grande pupille de sortie imitera également l’arrière-plan du ciel nocturne, diminuant efficacement le contraste, rendant la détection d’objets faibles plus difficile, sauf peut-être dans des endroits éloignés avec une pollution lumineuse négligeable. Les jumelles spécialement conçues pour la plupart des utilisations astronomiques ont un grossissement plus élevé et un objectif à plus grande ouverture, car le diamètre de l’objectif détermine l’étoile la plus faible que l’on puisse observer.

Des jumelles beaucoup plus grandes ont été fabriquées par des fabricants de télescopes amateurs, utilisant essentiellement deux télescopes astronomiques réfractants ou réfléchissants, avec des résultats mitigés. Un très grand instrument professionnel, bien qu’il ne s’agisse pas normalement de jumelles, est le Grand Télescope binoculaire en Arizona, aux États-Unis, qui a produit son image de « Première lumière » le 26 octobre 2005. Le LBT comprend deux télescopes réflecteurs de 8 mètres. Bien qu’il ne soit évidemment pas destiné à être porté aux yeux d’un spectateur, il utilise deux télescopes pour visualiser le même objet, ce qui donne un pouvoir de résolution plus élevé qu’un seul instrument de même pouvoir de collecte de lumière et permet une utilisation interférométrique.

Fabricants

Quelques fabricants de jumelles notables en 2005 :

1. Marques européennes

• Leica GmbH (Ultravid, Duovid, Geovid: Tous sont en toiture)
• Swarovski Optik (SLC, EL: Tous sont en toiture; Habicht: Porro, mais à arrêter)
• Zeiss GmbH (FL, Victory, Conquest: Tous sont en toiture; 7×50 BGAT/T: Porro, 15×60 BGA/T Porro, arrêté)
• Eschenbach Optik GmbH (Farlux, Trophy, Adventure, Sektor some; certains sont en toit, d’autres en Porro)
• Docter (l’ancienne usine Carl Zeiss d’Iéna à Eisfeld. Nobilem 7×50, 8×56, 10×50, 15×60: Porro; Docter 7×40, 8×40, 10×40: Toits)
• Optolyth (Royal: Toit; Alpin: Porro)
• Steiner GmbH (Commandant, Chasseur de nuit: Porro; Prédateur, Faune: Toit)

2. Marques japonaises

• Canon Inc. (Série I.S., variantes Porro)
• Nikon Co. (Série de haute qualité, série Monarch, RAII, série Spotter: Toit; Série Prostar, Série E supérieure, série E, série Action EX: Porro)
• Fujinon Co. (FMTSX, série MTSX: Porro)
• Kowa Co. (Série BD: Toit)
• Pentax Co. (Série DCFSP / XP; Toit, série UCF: Porro inversé; série PCFV/WP/XCF: Porro)
• Olympus Co. (Série EXWPI: Le toit)
• Minolta Co (Activa, certains sont Toit, d’autres sont Porro)
• Vixen Co. (Apex/Apex Pro: Toit; Ultima: Porro) *
• Zenith
• Miyauchi Co. (Spécialisée dans les jumelles Porro surdimensionnées)

* Vend également des produits OEM fabriqués par la KAMAKURA KOKI CO. LTD. du Japon.

3. Marques chinoises

Au début du XXIe siècle, certaines jumelles à prix moyen sont devenues disponibles sur le marché intérieur chinois. Quelques-unes d’entre elles seraient comparables à la fois en termes de performances et de prix à certaines des meilleures marques, la grande majorité d’entre elles étant inférieures.

• Sicong (de Xian Stateoptics. Navigator series: Roof; Ares series: Porro)
• WDtian (de l’optique de l’État du Yunnan, tout Porro)
• Optique de l’État du Yunnan (série MS: Porro)

4. Marques américaines

• Alpen*
• Barska
• Brunton
• Bushnell Performance Optics*
• Carson Optical
• Leupold& Stevens, Inc.*
• Simmons
• Vortex Optics
• Weaver
• William Optics

* Vend également des produits OEM fabriqués par la KAMAKURA KOKI CO. LTD. du Japon.

5. Marques russes

• Yukon Advanced Optics
• Baigish
• Kronos
• Jumelles militaires russes (BPOc 10×42 7×30, série BKFC)

Notes

• Abrahams, Peter. L’histoire du télescope &les jumelles, Les 300 premières années des Télescopes binoculaires, 2002. Récupéré le 3 septembre 2019.
• Corbett, Bill. Un Guide Simple pour les Télescopes, les Télescopes et les Jumelles. Il s’agit de la première édition de la série télévisée américaine Watson-Guptill, publiée en 2003. Il s’agit de la première édition de la série. Guide de l’Acheteur et de l’utilisateur des Télescopes Astronomiques &Jumelles (Série d’astronomie pratique de Patrick Moore). Londres, Royaume-Uni : Springer, 2007. ISBN 1846284392
• Neata, Emil. Un Guide des jumelles. Nightskyinfo.com . Récupéré le 3 septembre 2019.
• Reid, William. Jumelles Barr et Stroud Édimbourg, Royaume-Uni: Musées nationaux d’Écosse, 2001. ISBN 1901663663

Tous les liens récupérés le 9 juin 2016.

• Un Guide des jumelles.