Jumelles à bord du USS Harry S. Truman

Des jumelles sont un dispositif optique binoculaire grossissant destiné à l'observation d'objets à distance, constitué de deux lunettes symétriques montées en parallèle.

L'intérêt des jumelles par rapport à une lunette simple est, dans une certaine mesure, de pouvoir conserver la vision stéréoscopique. Certaines jumelles de marine à très longue portée sont même conçues avec un écartement important des axes optiques en entrée, de manière à améliorer la pe****tion de la profondeur pour des objets lointains.

A contrario, les jumelles, dites de Galilée, qui comportent des oculaires concaves, et donnent, des objectifs, une image non renversée, et possèdent des tubes droits, sans coude. L'écartement de leurs axes optiques étant celui des yeux de l'observateur (écart interpupillaire), elles n'augmentent pas l'effet de relief et sont simplement conçues pour le confort binoculaire de l'observateur. De faible grossissement, elles sont aussi qualifiées de jumelles de théâtre.

Monoculaire

Histoire

Les jumelles longue-vues ont été inventées en 1608 par Hans Lippershey, un opticien hollandais.

Principe

Schéma des jumelles
1 - Objectif
2-3 - Prisme de Porro
4 Oculaire -

La lumière entre dans le système optique par les objectifs, comportant plusieurs lentilles, à l'extrémité de chaque tube. Les objectifs étant des systèmes convergents, les images résultantes sont retournées (haut/bas, gauche/droite) comme dans une lunette astronomique. Ces images sont vues grossies à travers des oculaires faisant office de loupes et constitués eux aussi de plusieurs lentilles. Pour permettre l'observation d'images terrestres redressées (droites), un véhicule optique est interposé dans le chemin lumineux. Composé d'un système de prismes, il offre l'avantage de plier le faisceau lumineux et de permettre de réduire l'encombrement global de l'instrument. Autre avantage qui caractérise cet appareil optique, les faisceaux optiques, pliés, restent parallèles, ce qui permet d'augmenter l'écart des axes optiques des objectifs en conservant un écart entre les axes de sorties égal à celui des yeux de l'observateur. La conséquence est la conservation de la sensation de relief, augmentée, de plus, par un grossissement de l'appareil supérieur à l'unité.

L'ensemble des tubes est élaboré de telle sorte (axe mécanique central) qu'on puisse régler l'écart interpupillaire pour l'ajuster d'un individu à l'autre. Un des oculaires est réglable pour tenir compte d'une éventuelle différence de qualité visuelle (correction en dioptries) des deux yeux de l'observateur.

On distinguera les jumelles militaires des jumelles courantes dites de marine. Pour ces dernières, une molette centrale permet d'accommoder sur un objet proche en déplaçant l'ensemble des oculaires vers les images données par les objectifs.

Utilisation

Les jumelles sont utilisées dans les domaines suivants (la liste n'est pas exhaustive) :

opérations militaires ;

ornithologie ;

astronomie amateur ;

surveillance et sécurité des lieux publics ;

assistance et sécurité en mer ;

randonnées ;

sport et nature ;

pour apprécier un spectacle (jumelles de théâtre, lorgnette).

Dans les deux premiers cas, l'objectif est de voir sans être vu ; les jumelles sont donc équipées de pare-soleil pour éviter les reflets sur les lentilles extérieures, ces reflets pourraient en effet trahir l'observateur. De plus, dans le cadre militaire, certaines jumelles sont équipées de dispositifs d'amplification de lumière ou de conversion des infrarouges en lumière visible pour la vision nocturne.

Dans le troisième cas, les jumelles s'avèrent utiles dans les observations du ciel profond (galaxies, nébuleuses), grâce à leur grand champ, la vision binoculaire et leur luminosité. Des formules avec plus fort grossissement sont optimales pour l'observation des comètes. La précision et la stabilité de l'image étant importantes, les jumelles d'astronomie sont donc souvent équipées d'un adaptateur permettant de les monter sur un support (trépied).

En ornithologie, l'emploi d'un Finnstick est recommandé.

Caractéristiques

Jumelles de Galilée

Dans le commerce, les jumelles sont caractérisées principalement par deux nombres, souvent notés a × b :

le premier chiffre, a, représente le coefficient de grossissement des jumelles.

le deuxième chiffre, b, représente le diamètre des optiques des jumelles. Il est exprimé en millimètres.

certaines jumelles ont des prismes en Bk-7 (boro-silicate) ; verre de qualité inférieure aux prismes en Bak4 (baryum) offrant une transmission optimale de la lumière.

on remarque que les lentilles possèdent des reflets de différentes couleurs, cela provient du traitement optique appliqué. Préférez les reflets violacés, rouge bordeaux, et verts aux bleutés et orangés. Si le reflet est "blanc", c'est que la lentille n'est pas traitée. Il est mentionné : Fully Multicoated ou Fully Broadband Multicoated sur les jumelles bénéficiant des meilleurs traitements optiques.

Pour obtenir le champ que l'observateur semble voir (champ de vision apparent) : on multiplie le champ réel par le grossissement des jumelles. Par exemple des jumelles "10 × 50, champ 6.5°" le champ de 6.5° représente le champ vu par les jumelles. Elles offrent un champ apparent de 65° à l'observateur. Si le champ apparent est supérieur à 60° il est considéré comme étant "grand angle". Mais attention parfois certains modèles de jumelles ou d'oculaires grand angle présentent beaucoup de chromatisme et autres défauts optiques.

La pupille de sortie est le diamètre du faisceau lumineux quittant l'oculaire. Elle se détermine en divisant le diamètre des optiques par le grossissement. Plus la pupille de sortie est grande, plus les jumelles sont lumineuses, mais si elle dépasse le diamètre de la pupille de l’œil de l'observateur, de la lumière est perdue.

双筒望远镜（或直接简称双筒镜，也称之为野外镜）是将两个相同的或者镜像对称的望远镜并排连在一个架子上使得它们始终对准同一方向而制成的望远镜。用户可通过它同时以双眼观察远处景象。双筒望远镜比单筒望远镜提供更高的深度和距离感。双筒镜也可以成由两个短的折射望远镜组合，用于观看遥远目标的设备。

最常见的双筒望远镜的大小正好适合双手托拿，它包括内部的反射系统，这个系统可以缩短望远镜的长度，使它短于透镜的焦距。此外它还可以增大物镜之间的距离来改善深度感。所有常见的双筒望远镜是伽利略式的，或者使用棱镜来呈现一个正像。

大的双筒望远镜比较重，不易稳定地拿住，因此一般被固定在三脚架上或其它支柱上。在第二次世界大战中美国制造过非常大的（10吨），其物镜的距离相当远的（15米）大型双筒望远镜来确定25公里以外的海上目标的距离。目前世界上最大的双筒望远镜是位于美国亚利桑那州的大双筒望远镜（Large Binocular Telescope，LBT）。

典型的以普罗棱镜设计的双筒镜
1 - 物镜
2-3 - 普罗棱镜
4目镜

与单筒望远镜分别

与单筒望远镜相比，双筒望远镜可给用户一种立体感：它在用户的每只眼睛里产生一个稍许不同的图像，这两个图像在用户的脑中合成一个有深度知觉的总图，用户可以以此来估计距离。在使用时双筒望远镜用起来也更舒服，用户不必合上一只眼睛或者使用一个挡板来避免视觉上的混淆。此外稳定地持和平稳地移动双筒望远镜比起持单筒望远镜更容易，因为双手和头部这三个点的可以形成一个稳定的平面，持单筒望远镜时这三点位于一线上。

光学设计

伽利略式双筒镜 伽利略式双筒镜 伽利略式双筒镜 几乎在望远镜刚发明的17世纪，就已经开始探索如何将两只望远镜平稳的架设在一起了。早期的双筒镜都是伽利略式的光学设计，使用一个凸透镜和凹透镜来制做。伽利略式的好处是影像是正像，但是视野狭窄，放大倍数也不高。这种型系的结构目前依然使用在便宜的模型望远镜和观剧镜上。 普罗棱镜双筒镜 双普罗棱镜设计 这是以意大利的光学工程师伊纳济欧·普罗为名的，他在1854年获得了这项正立影像设计的专利权，稍后在1890年代卡尔·蔡司的光学公司使用两个普罗棱镜以Z字体的排列制造出高品质的双筒镜。这型的特征是有宽广的视野，而物镜端产生的分离在目镜端予以良好的抵销掉。普罗棱镜的设计有折叠光路的好处，使得有形的长度比实际的焦距长度短，而物镜之间更宽广的空间，产生了更好的景深感。 倒立普罗棱镜式（Inverted Porro prism）的内部光路一样，只是物镜比目镜更靠近一起。优点是结构较为紧密、小巧，而缺点是立体感不佳。由于受结构所限，口径不大，一般来说质素较次。 屋顶棱镜双筒镜 阿贝-柯尼"屋顶棱镜"的设计 使用屋顶棱镜设计的双筒镜也许早在1880年代就已经由阿基里·维克托·埃米尔设计出来了。多数以屋顶棱镜制做的双筒镜不是使用阿贝-柯尼棱镜（以恩斯特·阿贝和艾伯特·柯尼为名，卡尔·蔡司在1905年取得专利），就是施密特-别汉棱镜（在1899年发明）来折叠光路和使影像正立。与普罗棱镜比较，他们的视野较狭窄，结构较复杂，价格也较昂贵，物镜和目镜几乎就在一条轴在线。 普罗棱镜与屋顶棱镜 除了价格和轻便性之外，在这两种设计上还有反射和亮度上的差异。在相同的放大倍率、口径和光学品质下，因为内在的在光路上的吸收率本质因素，普罗棱镜的双筒镜的影像会比屋顶棱镜的双筒镜明亮。过去屋顶棱镜式的缺点很多：首先其结构比较复杂，光线共反射六次，有较多的光度损失。此外，当光从镜面反射回来的时候，其相位会改变（phase shift）。部份光会被部分偏振化（polarisation）。当两束部分偏振化的光相遇互相干涉的时候，光度会再损失（破坏性干涉效应，destructive interference），令屋顶棱镜和同级普罗镜比就会暗一些，成像偏软。但是，从2005年起，因为使用了新的镀膜技术，使用最佳的施密特-别汉棱镜的屋顶棱镜双筒镜，在光学品质上已经可以媲美普罗棱镜的双筒镜，在不考虑他们的高价格下，看来屋顶棱镜双筒镜将占有轻便型的高品质双筒镜市场。欧洲主要的光学厂家（徕卡、蔡司和施华洛世奇）都停止了普罗镜的生产线；日本的厂家（尼康、富士等）也可能跟进。

光学参数

在棱镜盖板上列出的参数说明这架双筒镜的倍率是7倍，口径50毫米，在1000码的距离处视野宽为372英尺。 双筒镜常为了预期的特殊用途而被设计。一般双筒望远镜都有标示物镜口径、倍率与视场等数据。比如标示「7×50」说明该双筒望远镜倍率为7倍，物镜口径为50毫米。望远镜的成像质量以及实际分辨率则由其镜片质量与厂商制作工艺决定。这些不同设计的一些光学参数（有些会标示在双筒镜的棱镜盖板上）如下： 物镜口径 物镜的口径可以决定能吸收多少的光线来成像，通常是以毫米（mm）来表示。 集光力是指物镜收集光线比肉眼强多少倍的能力，公式是：物镜面积 / 瞳孔面积（7mmx7mm）。然而镀膜、制作精度也会影响光度。一枝优秀的10x40的光度可能比中级的10x50高。 倍率（Magnification） 倍率计算公式：物镜焦距 / 目镜焦距 倍率是物镜的焦距除以目镜焦距的商，这是线性的放大倍率（有时会以直径来表示）。例如，倍率为7的，就如同将物体拉近7倍距离的影像。倍率的数值将取决于双筒镜在设计时的用途。手持的双筒镜在设计时倍率可能较低，以减少因手持造成的震动所致的画面模糊。提高放大率会使视野相对应的减小。倍率越高，手持抖动所造成影响的可能性也越明显，因此对于观景来说，放大率小（7～10倍以下）的双筒镜效果有时甚至更好，因为它们比起高倍率的而言画面更为稳定。一般来说10倍乃是一般人之极限。 经常会以放大率X口径的型式来表示双筒镜的特性，也就是显示为7×50，并显示在棱镜的盖板上。 一般双筒望远镜放大率8倍以下的为最好，它们能提供足够放大率，同时手持也不太费劲。大多数人可以稳定地拿它们。7×30或8×30的双筒望远镜对白天使用已非常足够。口径40或50毫米的双筒望远镜在夜间提供较好的亮度。夜间使用的（如用在观星上）双筒望远镜若需更高放大率的话，需更高口径。 手持的双筒望远镜最小的是3×10的伽利略观剧镜，一般户外最大的放大率在7至12倍之间，口径在30至50毫米之间。更大的双筒望远镜一般需要一个支柱，比如天文爱好者使用的约150毫米的双筒望远镜。有一些天文爱好者也制造过更大的反射或者折射的双筒望远镜，其效果有好有坏。 视野 双筒镜的视野取决于它的光学设计，通常他显示的是线性的数值。例如标示为在1,000码（或1,000公尺）的距离时看见的宽度为多少英呎（或公尺），或是直接标示可以看见的视野角度。 出射光瞳 倍率计算公式：物镜口径（mm） / 倍率 当你手持双筒镜使目镜离双眼一段距离时，你会见目镜中央有一个圆型光点，其余地方为黑色，这光点就是出射光瞳。 双筒镜经由物镜收集的入射光会集中在目镜，也就是由出射光瞳射出，射出的直径就是出射瞳的孔径，其大小即为物镜与倍数相除的商值。出射光瞳越小，代表影像较光亮，较易看到影像。若出射光瞳太细，会使影像难于观测。要最有效率的使用收集到的光线并有效的提高亮度，出射瞳的直径应该与充分张开的虹膜直径一样大。人眼的虹膜最大直径—大约是7 mm，但会随着年龄的增加而减小。如50岁的人瞳孔夜间中扩到最大亦只有5mm。因此，比这个值高的出射光瞳会浪费部分的光。出射瞳太大会是浪费掉收集的光量，而且在观察小天体时，出射光瞳太大会降低反差，尤其在观察暗弱天体时十分不利，所以在白天使用出射瞳约3mm的就足够了。目前较普遍的出射光瞳为5毫米，比如10×50或者8×40。但是，较大的出射瞳能使眼睛更容易对准光束，并且能避免突然进入黑暗边缘的晕边现象。 适眼距 适眼距是从真实的目镜到后方仍能清晰看见影像的距离，在这个距离之内观测者看见的影像没有晕散开的现象。通常目镜的焦距越长，适眼距也会越长。双筒镜的适眼距一般都在几毫米至2.5公分的范围内，这个距离对戴眼镜的观测者非常重要。通常，需要较长的适眼距才能让戴着眼镜的观测者依然能看见完整的视野，而不是只看见片段的范围。在使用时，适眼距太短的双筒镜也很难让观测者维持平稳的进行观测。

光学镀膜

镀膜光学：一个或多个表面有镀膜。

全镀膜：所有的空气与玻璃交界的表面都有镀膜，但是如果使用塑胶的透镜，可能没有镀膜。

多层镀膜：一个或多个表面有多层的镀膜。

全多层镀膜：所有的空气与玻璃交界的表面都有镀膜。

机械设计

与架在三角架上未做稳定影像处理的双筒镜比较，影像的品质可能不是最佳的；而且当仪器出错时影像品质会变得更糟。

它们更为昂贵，而且电池的寿命不够长。

当观察移动中的物体时，不适合使用稳定影像的功能。

应用

投币式双筒镜 一般用途 手持的双筒镜从最小的3x10是伽利略式，用于观赏戏剧的；倍数7至12倍都是开普勒式了，口径30到50毫米，适用于野外活动的。虽然有各种不同的形式，虽然赏鸟人和猎人倾向于喜欢更轻便的屋顶棱镜，也愿意付出更高的代价，但普罗型棱镜的显然仍占尽优势。 许多旅游胜地都会将投币式的双筒镜安装在有基座的脚架上，供游客投币后自行操作来更贴近的欣赏景色。在英国，投入20 便士通常可以操作两三分钟；在美国，一或两个两角半的硬币可以观看一分半到两分半的时间；在**，10或20圆硬币可以看2至10分钟不等（因地而异）。 军事 军舰上的双筒镜 双筒镜用在军事上的历史非常悠久。伽利略式适用途最广的，但在19世纪结束前，让位给普罗棱镜型。供军事使用的双筒镜一般会比民间使用的沉重些，也会避免使用易损坏的中央调焦而采用独立调焦的对焦方式。棱镜上也会以层层的镀铝来保护，不会在潮湿的时候失去反射的能力。在冷战的时期，军用的双筒镜还曾经安装被动式的感应器，来侦测一些活动的红外线辐射体；现在一些更新的，还有能屏蔽雷射光的滤镜组。为军事用途设计的望远镜，有一个视觉上的距离标尺，可以判断或估计距离。 也有为民用和军用设计适合在海上使用的双筒镜。手持的模式放大率依然是5至7倍，但是有非常大的棱镜组和宽大的适眼距。这样的光学组合，即使在俯仰和摇晃不定的船上，也能让用户在没有影像稳定器的协助下，或是黑暗中进行观测。固定式、口径更大、放大率更高的模式以在船上使用中。 前曾提过，美国海军曾经建造了非常大的双筒镜做为测距仪，可以让海军瞄准25公里外的目标。但是20世纪后期的激光测距技术，已经使这种用途被淘汰了。 天文学 双筒镜被业余天文学家广泛的使用，特别是便于携带的型式，因为它们宽广的视野用在彗星和超新星的搜索上非常有效。 特殊的低亮度和物镜直径与放大率的比率是天文观测者最在意的。虽然大的出射光瞳意味着有些光线被浪费掉了，但低的放大倍数能使视野更为广阔，适合观赏大的深空天体，像是银河、星云和星系等目标。大的出射光瞳也使背景的星空呈现在视野之中，使有效的对比降低，不利于侦查暗弱与远距离的目标，但与周遭的光污染比较，又显得是微不足道了。天文学上对双筒镜的使用是倾向于大口径的，因为口径越大，越能收集更多的光线，才能看见更微弱的天体。如1996年1月底，百武彗星的发现者所使用的双筒望远镜口径高达150mm。观鸟爱好者和猎人也是双筒望远镜的主要市场。 许多巨大的双筒镜是由业余制镜者完成的，有些根本就是两架折射望远镜组合的结果。在专业的天文界中有一架非常巨大双筒镜，大双筒望远镜（Large Binocular Telescope），坐落在美国亚利桑那州，已经在2005年10月26日启用，但是没有人称它为双筒镜。LBT是由两架8.4公尺反射镜组合成的，毫无疑问的就像观测者的一对眼睛一样，两架望远镜同时看一个目标。由于它是分离开的两个镜片，所以能扩大视野并收集到更多的消息。

选择

理想的双筒望远镜应该产生两个相同的、质量绝好的、没有色差和相差的成像。两个成像该没有大小、方向的差别。实际上的双筒望远镜当然多少有些误差。 最常见的双筒望远镜为8×30。7×50和10×50较适合夜间使用。所有的双筒望远镜至少应调节良好，两幅图像应该相配（重合没有重影），此外使用时舒适，还有一定的牢固性。屋脊棱镜的双筒望远镜较轻，较小巧，但与相应的普罗棱镜的双筒望远镜相比也比较贵。 充了干燥气体（一般为氮气）的密封的双筒镜内部不会在低温度下形成凝结水与生长霉菌。但假如保管不好的话时间长了密封可能会泄漏。有些完全密封的双筒镜甚至有防水效果，当然，此类双筒镜比同口径同类型的贵。 放大率和物镜口径要根据使用需要选择。放大率越高手颤动造成的抖动也越强烈。物镜口径越大整个望远镜的重量和大小也越高、越大。 口径并非唯一的重要参考，物镜、棱镜上的镀膜同样重要。没有这层防止反射的镀膜，每次光在通过空气和玻璃之间的接口时有5%的光会被反射。 影像稳定设备可以使手持的双筒望远镜达到更高的放大率，缺点是它非常昂贵，很大和很重。它们较容易坏，还需要电池驱动。 与选择光学仪器一样，即使是同一厂商、同一型号的双筒望远镜也可能会有质量的些微差别，因此在购买时要特别用心比较。 以双筒镜观测深空天体比以单筒镜轻便与明亮，故受天文爱好者欢迎，使用的望远镜物镜口径一般较大（如50mm或以上），可以用三脚架支撑，用以提供一个稳定、舒适而清晰的观测环境，而专业寻彗使用的双筒镜口径则更大。

保养与维护