Comment Fonctionne Des Jumelles?

Les lentilles, les objectifs et les oculaires

Une paire de jumelles est un dispositif optique grossissant permettant l’observation à distance. Les jumelles sont binoculaires, ce qui signifie la présence de deux lunettes et implique l’utilisation des deux yeux.

Les jumelles et les télescopes nous permettent de voir des objets éloignés en détail, alors que ce ne serait pas possible à l'œil nu. Pour ce faire, ces instruments jouent intelligemment avec la lumière et exploitent quelques principes scientifiques.

Lorsque la lumière présente dans l'air traverse un autre matériau comme le verre, elle s'infléchit légèrement. C'est ce que l'on appelle le principe de réfraction. Ce principe est utilisé par les jumelles et les télescopes, mais aussi par les verres correcteurs ou les loupes.

• Une lentille comme nous en trouvons dans les jumelles n'est en fait rien d'autre qu'un morceau de verre poli dont la surface est creuse ou sphérique.
• Lorsque la lumière atteint la lentille, les rayons lumineux sont ralentis et infléchis.
• Selon la façon dont elle est polie, la lentille provoque un fléchissement différent de la lumière et son qualificatif varie.
• Les lentilles plus épaisses au milieu que sur les côtés sont qualifiées de convexes ou convergentes.
• Les lentilles qui sont plus fines au milieu qu'à l'extérieur sont qualifiées de concaves ou divergentes.

Les lentilles convergentes attirent en quelque sorte la lumière vers l'intérieur de la lentille et la concentrent en un seul endroit. Ce type de lentilles crée une image agrandie lorsque vous regardez au travers, comme une loupe. Les lentilles concaves ou divergentes font exactement l'inverse d'une lentille convergente : les rayons lumineux sont répartis à travers la lentille sur une plus grande surface.

Le trajet de la lumière

Leur principe de fonctionnement repose sur la captation des rayons lumineux, qui traversent plusieurs lentilles optiques avant d’atteindre les yeux de l’utilisateur. La majorité des modèles sont dotés d’un axe mécanique réglable de façon à être adaptables à tous, ainsi que d’un dispositif permettant d’affiner la mise au point.

Le principe de base des jumelles repose sur l'effet grossissant des lentilles et consiste à placer deux lentilles convergentes l'une après l'autre dans un tube. La première lentille – l'objectif – capture la lumière et crée une image focalisée juste derrière cette première lentille. La deuxième lentille – l'oculaire – capture cette image et l'agrandit. Un seul tube donne un télescope, et deux tubes l'un à côté de l'autre donnent des jumelles.

1. La lumière traverse l’objectif.
2. La lumière traverse la lentille de focus, qui sert à faire la netteté.
3. La lumière traverse le prisme.
4. La lumière traverse les lentilles de l’œilleton.

Ce qu’il faut retenir, c’est que la lumière se transmet en ligne droite. Pour autant, dans une jumelle il y a des obstacles, exemple, les composants optiques. Donc, au contact d’un obstacle, la lumière peut être absorbée, dispersée, réfléchie, réfractée.

La lumière va alors rencontrer 6, 7, 8 obstacles optiques, et ce qu’il faut savoir c’est qu’à chacune de ces interfaces, la lumière perd environ 5% de son taux de transmission. Si on ne fait rien en l’état, la lumière qui rentre par l’objectif à 100% sort donc au niveau de l’œilleton à environ 60%. Vous n’aurez alors que très peu de contraste, et ce sera assez terne et plutôt sombre si vous regardez dans les jumelles.

Les prismes et l’image redressée

Lorsque la lumière d'un objet distant atteint une lentille convergente, les rayons lumineux infléchis peuvent se croiser. L'image apparaît alors à l'envers. Pour éviter ce problème, les jumelles sont dotées d'une paire de prismes – deux morceaux de verre taillés – qui remettent l'image à l'endroit.

• Le premier prisme fait pivoter l'image de 90 degrés sur le côté.
• Le prisme suivant la fait pivoter de 90 degrés de plus.
• Résultat : une image nettement agrandie et présentée dans le bon sens.

Les prismes sont à l'intérieur des jumelles et sont essentiels à celles-ci pour deux raisons :

1. Ils redressent l'image inversée fournie par les lentilles.
2. Ils permettent d'augmenter la puissance des jumelles sans trop augmenter la longueur de focale, distance entre les lentilles de l'oculaire et de l'objectif.

Porro

L'oculaire est décalé par rapport à l'objectif. Ce type de prisme se retrouve sur la plupart des jumelles.

En toit

L'oculaire et l'objectif sont dans le même alignement. Ce type de prisme se trouve sur la plupart jumelles compactes et sur quelques gros modèles haut de gamme.

Il existe deux types de prismes dans les jumelles : la conception de prisme en toit, les prismes sont placés l'un derrière l'autre, et le prisme de porro, les prismes sont placés l'un en face de l'autre à un angle de 90 degrés. Cette conception explique également la forme caractéristique des jumelles et leur poids, puisqu'il faut loger deux prismes dans chaque tube.

Les jumelles compactes sont la seule exception. Ces petites jumelles légères retournent l'image dans le bon sens sans prismes, en utilisant uniquement des lentilles. Ces jumelles sont dès lors beaucoup moins complexes, mais livrent aussi une qualité d'image nettement moins bonne.

Grossissement et diamètre de l’objectif

Une jumelle, c’est 2 chiffres. Par exemple, 10x42. Le premier chiffre, 10, c’est le grossissement. Le deuxième, 42, c’est le diamètre de l’objectif.

Toutes les jumelles ont accompagnées d'une indication de type 8x42. Le premier chiffre, le 8 en l'occurrence, indique le grossissement. Dans ce cas, l'objet sera rapproché de 8 fois. Si l'objet se trouve à une distance de 80 mètres, vous le verrez comme s'il se trouvait à 10 mètres.

• Avec une 7 x 35, vous verrez sept fois plus près de vous que si vous regardiez à l'œil nu.
• Si le grossissement est de 10 x, un objet éloigné de 80 m sera vu comme s'il était à 8 m.
• Le chiffre qui suit le x est le diamètre de l'objectif en millimètre.
• Plus le chiffre est élevé, plus l'objectif est gros et plus les jumelles captent la lumière mais plus elles sont lourdes.

Le grossissement de jumelles est un facteur important mais d’autres facteurs le sont tout autant pour des jumelles. Le grossissement n’est qu’un facteur parmi beaucoup d’autres. Cependant, à l’avis général, on considère souvent que plus le grossissement est fort, meilleures sont les jumelles. Ceci n’est absolument pas vrai. Au contraire, c’est la combinaison entre grossissement et ouverture de l’objectif qui compte.

À objectif égal, plus on monte en grossissement, plus la luminosité théorique est faible : ce qu'on gagne en grossissement, on le perd en luminosité : l'image est plus terne, plus sombre et on ne voit pas forcément mieux. Attention : la qualité et la luminosité de l'image diminuent lorsque le grossissement augmente.

Pupille de sortie et luminosité

Si on prend le ratio des deux, on obtient une valeur en millimètre. Donc par exemple, 42/10 donne 4,2 mm. Cela correspond à ce qu’on appelle la pupille de sortie. Concrètement, la pupille de sortie correspond au faisceau de lumière qui va sortir de la jumelle et qui va toucher votre œil.

• Si l’on prend une jumelle 10x25, la pupille de sortie est de 2,5 mm.
• Sur une 8x56, la pupille de sortie est de 7 mm.
• Avec des jumelles de 8x42, la pupille de sortie se monte donc à 42/8 = 5,25 mm.
• La pupille d'un œil en bonne santé varie entre 2 et 7 mm.

L’œil est composé de bâtonnets et de cônes. Les bâtonnets, ce sont des photorécepteurs qui transmettent une sensation de luminance : blanc, noir ou gris. Les cônes, eux, sont responsables de la couleur. Si l’œil reçoit peu de lumière, nous aurons une perception de gris. Si par contre l’œil reçoit beaucoup de lumière, on percevra toutes les nuances de couleurs que l’on peut observer.

L’intérêt d’une pupille de sortie d’une jumelle, c’est qu’il faut que le faisceau de lumière sortant de la jumelle illumine intégralement la pupille de votre œil. La pupille de l’œil se contracte et se dilate en fonction de la luminosité ambiante. Donc quand on est en plein jour, la pupille de l’œil fait 2-3 mm de diamètre, dans l’obscurité elle fait 7-8 mm de diamètre.

La luminosité exprime le degré théorique maximal de clarté d'une jumelle en donnant une indication quant à la quantité de lumière utilisable par l'observateur. Elle est calculée par la formule suivante : (diam. objectif / grossissement)².

Revêtement et transmission lumineuse

Tout l’intérêt sur la conception d’une jumelle, c’est donc de faire en sorte d’améliorer la netteté et la qualité de l’image. Pour ce faire, on a plusieurs possibilités. La première, c’est de jouer sur les lentilles. On dépose des traitements sur les lentilles, notamment du fluorure de magnésium, ce qui permet de réduire la diffraction de la lumière.

Traitement MC

Un traitement mc, multi coated, permet d’arriver à un taux de transmission de lumière de près de 70%.

Traitement FMC

Un traitement fmc sur toutes les lentilles, full multi coated, donne un taux de transmission de lumière de 78%.

Traitement FBMC

Un traitement fbmc, full broadband multi coated, permet près de 83% de taux de transmission.

Un bon revêtement améliore fortement la clarté et le contraste de l'image. Avec une lentille sans revêtement, 4 % de la lumière est réfléchi par verre/passage d'air. Étant donné qu'un objectif se compose de plusieurs lentilles, il y a de nombreux passages dans une jumelle.

• À l'aide d'un revêtement simple, cette perte peut être réduite à 1,5 %.
• La quantité de lumière qui atteindra l'œil se montera alors à un peu plus de 80 %.
• Dans le cas d'un objectif multicouche, le revêtement des lentilles se compose de plusieurs couches pour un résultat encore meilleur.
• La « fausse lumière » présente dans les jumelles diminue le contraste de l'image.

Avec de bonnes jumelles, les couleurs d'un sujet sont fidèles et riches en contraste. La qualité des éléments optiques et leur revêtement ont une influence majeure à cet égard. Des jumelles moins performantes peuvent provoquer un jet de couleur, déviation du rendu des couleurs, ou une image quelque peu décolorée.