Alors, comment fonctionnent les jumelles ?
Dans ce guide complet, je vais passer en revue les mécanismes scientifiques qui permettent à l'optique d'une paire de jumelles de capter la lumière et de vous présenter une image agrandie de la vue qui se trouve devant vous. Dans les prochains articles, je prévois également de passer en revue les principaux mécanismes de fonctionnement de la mise au point et de l'œilleton, ainsi que la gamme des différentes options disponibles.
De cette façon, je suis sûr qu'à la fin de ce cours, vous comprendrez comment fonctionnent les jumelles et serez ainsi beaucoup mieux préparés pour choisir l'instrument adapté à vos besoins et, une fois arrivé, vous pourrez le régler et l'utiliser correctement afin d'en tirer le meilleur parti. Commençons :
Deux télescopes
Dans sa forme la plus simple, une paire de jumelles est essentiellement constituée de deux télescopes placés côte à côte. Donc, pour commencer et pour simplifier un peu les choses, coupons nos jumelles en deux et apprenons d'abord comment fonctionne un télescope, puis nous les remonterons à la fin :
Lentilles, lumière et réfraction
Fondamentalement, la façon dont fonctionnent les jumelles et agrandir une vue consiste à utiliser des lentilles qui provoquent la lumière à faire quelque chose appelé réfraction :
À travers le vide de l’espace, la lumière voyage en ligne droite, mais lorsqu’elle traverse différents matériaux, elle change de vitesse.
Ainsi, lorsque la lumière traverse un milieu épais comme le verre ou l'eau, elle ralentit. Cela provoque généralement une courbure des ondes lumineuses, appelée réfraction. La réfraction de la lumière est ce qui donne l'impression qu'une paille est courbée lorsqu'elle est dans un verre d'eau. Elle a également de nombreuses fonctions utiles et est la clé pour pouvoir agrandir ce que vous regardez.
Lentilles
Plutôt que d'utiliser simplement une simple feuille plate ou un bloc de verre, des instruments comme les télescopes, les jumelles et même les lunettes de lecture utilisent des lentilles en verre de forme spéciale, souvent constituées d'un certain nombre d'éléments de lentille individuels qui permettent de mieux contrôler la courbure des ondes lumineuses.
L'objectif
(la lentille la plus proche de l'objet que vous regardez) sur une jumelle est de forme convexe, ce qui signifie que son centre est plus épais que l'extérieur. Connue sous le nom de lentille convergente, elle capte la lumière d'un objet éloigné puis, par réfraction, elle fait en sorte que la lumière se courbe et se rassemble (converge) lorsqu'elle traverse le verre. Les ondes lumineuses se focalisent ensuite en un point situé derrière la lentille.
La lentille oculaire
puis prend cette lumière focalisée et l'amplifie, où elle passe ensuite dans vos yeux.
Grossissement
Tout d'abord, la lumière se déplace du sujet vers une image réelleAest produite par la lentille de l'objectif. Cette image est ensuite agrandie par une lentille oculaire et est visualisée comme une image virtuelleBLe résultat est que les objets agrandis semblent être devant vous et plus proches que le sujet.
6x, 7x, 8, 10x ou plus.
Le degré d'agrandissement de l'image est déterminé par le rapport entre la distance focale de l'objectif divisée par la distance focale de la lentille de l'oculaire.
Ainsi, un facteur de grossissement de 8, par exemple, produira une image virtuelle qui semble 8 fois plus grande que le sujet.
Le niveau de grossissement dont vous avez besoin dépend de l'utilisation prévue et il est souvent erroné de penser que plus la puissance est élevée, meilleures sont les jumelles, car les grossissements élevés entraînent également de nombreux inconvénients. Pour en savoir plus, consultez cet article : Grossissement, stabilité, champ de vision et luminosité
Comme vous pouvez également le voir dans le diagramme ci-dessus, l'image virtuelle est inversée. Nous allons voir ci-dessous pourquoi cela se produit et comment y remédier :
Image à l'envers
C'est génial et l'histoire peut s'arrêter là si vous fabriquez simplement un télescope pour des utilisations telles que l'astronomie.
En fait, on peut très facilement fabriquer un télescope simple en prenant deux lentilles et en les séparant par un tube fermé. C'est d'ailleurs de cette manière que le tout premier télescope a été créé.
Cependant, ce que vous remarquerez en regardant à travers, c'est que l'image que vous voyez sera inversée et en miroir. Cela est dû au fait qu'une lentille convexe provoque un croisement de la lumière lorsqu'elle converge.
En fait, vous pouvez très facilement démontrer cela en tenant une loupe à une distance d'environ un bras et en regardant des objets éloignés à travers elle. Vous verrez que l'image sera à l'envers et en miroir inversé.
Pour observer des étoiles lointaines, ce n'est pas vraiment un problème et de nombreux télescopes astronomiques produisent effectivement une image non rectifiée, mais pour les utilisations terrestres, c'est un problème. Heureusement, il existe quelques solutions :
Correction d'image
Pour les jumelles et la plupart des télescopes terrestres (longues-vues), il existe deux manières principales de procéder, en utilisant une lentille concave pour l'oculaire ou des prismes redresseurs d'image :
Optique galiléenne
Utilisée dans les télescopes inventés par Galilée au XVIIe siècle, l'optique galiléenne utilise une lentille d'objectif convexe de manière normale, mais la remplace par un système de lentille concave pour l'oculaire.
Également appelée lentille divergente, la lentille concave permet aux rayons lumineux de se disperser (diverger). Ainsi, si elle est placée à la bonne distance de l'objectif convexe, elle peut empêcher la lumière de se croiser et ainsi empêcher l'image de s'inverser.
Peu coûteux et facile à réaliser, ce système est encore utilisé aujourd'hui sur les jumelles d'opéra et de théâtre.
Cependant, les inconvénients sont qu’il est difficile d’obtenir un grossissement élevé, que vous obtenez un champ de vision assez étroit et que vous obtenez un niveau élevé de flou sur les bords de l’image.
C'est pour ces raisons que pour la plupart des utilisations, un système de prisme est considéré comme une meilleure alternative :
Optique képlérienne avec prismes
Contrairement à l'optique galiléenne qui utilise une lentille concave dans l'oculaire, le système optique képlérien utilise des lentilles convexes pour les objectifs ainsi que pour les lentilles de l'oculaire et est généralement considéré comme une amélioration de la conception de Galilée.
Cependant, l'image doit encore être corrigée et cela est réalisé à l'aide d'un prisme :
Corriger l'image inversée
Fonctionnant comme un miroir, la plupart des jumelles modernes utilisent des prismes redresseurs qui réfléchissent la lumière et modifient ainsi l'orientation, corrigeant l'image.
Alors qu'un miroir standard est parfait pour vous regarder le matin, dans des jumelles, il ne servirait à rien que la lumière soit simplement réfléchie à 180 degrés et revienne à son point d'origine, car vous ne pourriez alors jamais voir l'image.
Prismes de Porro
Ce problème a été résolu pour la première fois en utilisant une paire de prismes de Porro. Nommé d'après l'inventeur italien Ignazio Porro, un seul prisme de Porro, comme un miroir, réfléchit également la lumière à 180 degrés et dans la direction d'où elle vient, mais il le fait parallèlement à la lumière incidente et non directement le long du même chemin.
Cela aide vraiment car cela vous permet de placer deux de ces prismes de Porro à angle droit l'un par rapport à l'autre, ce qui signifie que vous pouvez ensuite réfléchir la lumière de manière à non seulement réorienter l'image inversée, mais également lui permettre de continuer dans la même direction et vers les oculaires.
Ce sont en effet ces deux prismes de Porro placés à angle droit qui donnent aux jumelles leur forme traditionnelle et iconique et c'est pourquoi leurs oculaires sont plus rapprochés que les lentilles objectives.
Prismes en toit
Outre le prisme de Porro, il existe un certain nombre d'autres conceptions qui ont chacune leurs propres avantages uniques.
Deux d'entre eux, le prisme d'Abbe-Koenig et le prisme de Schmidt-Pechan, sont des types de prismes en toit qui sont maintenant couramment utilisés dans les jumelles.
Parmi ces jumelles, le prisme Schmidt-Pechan est le plus courant, car il permet aux fabricants de produire des jumelles plus compactes et plus fines, avec les oculaires alignés avec les objectifs. L'inconvénient est qu'elles nécessitent un certain nombre de revêtements spéciaux pour obtenir une réflexion interne totale et éliminer un phénomène connu sous le nom de déphasage.
Pourquoi les jumelles sont plus courtes que les télescopes
Le deuxième avantage de l’utilisation de prismes est que, comme la lumière est inversée deux fois lorsqu’elle traverse le prisme et revient donc sur elle-même, la distance qu’elle parcourt dans cet espace est augmentée.
Par conséquent, la longueur totale des jumelles peut être raccourcie car la distance requise entre les lentilles objectives et l'oculaire est également réduite et c'est pourquoi les jumelles sont plus courtes que les télescopes réfracteurs avec le même grossissement car elles n'ont pas de prisme.