Oculaire - Eyepiece

Une collection de différents types d'oculaires.

Un oculaire , ou lentille oculaire , est un type de lentille qui est fixé à une variété d'appareils optiques tels que des télescopes et des microscopes . Il est ainsi nommé car il s'agit généralement de la lentille la plus proche de l'œil lorsque quelqu'un regarde à travers l'appareil. L' objectif ou le miroir recueille la lumière et l'amène à se concentrer en créant une image. L'oculaire est placé près du point focal de l'objectif pour agrandir cette image. La quantité de grossissement dépend de la distance focale de l'oculaire.

Un oculaire se compose de plusieurs « éléments de lentille » dans un boîtier, avec un « barillet » à une extrémité. Le canon est façonné pour s'adapter dans une ouverture spéciale de l'instrument auquel il est attaché. L'image peut être concentrée en déplaçant le plus près de l' oculaire et plus loin de l'objectif. La plupart des instruments ont un mécanisme de mise au point pour permettre le mouvement de l'axe dans lequel l'oculaire est monté, sans avoir besoin de manipuler l'oculaire directement.

Les oculaires des jumelles sont généralement montés en permanence dans les jumelles, ce qui leur confère un grossissement et un champ de vision prédéterminés. Avec les télescopes et les microscopes, cependant, les oculaires sont généralement interchangeables. En commutant l'oculaire, l'utilisateur peut ajuster ce qui est vu. Par exemple, les oculaires seront souvent interchangés pour augmenter ou diminuer le grossissement d'un télescope. Les oculaires offrent également différents champs de vision et différents degrés de dégagement oculaire pour la personne qui regarde à travers eux.

Propriétés de l'oculaire

Un oculaire Kellner de 25 mm

Plusieurs propriétés d'un oculaire sont susceptibles d'intéresser un utilisateur d'un instrument optique, lorsqu'il compare des oculaires et décide quel oculaire convient à ses besoins.

Distance de conception à la pupille d'entrée

Les oculaires sont des systèmes optiques où la pupille d'entrée est invariablement située à l'extérieur du système. Ils doivent être conçus pour des performances optimales pour une distance spécifique à cette pupille d'entrée (c'est-à-dire avec un minimum d'aberrations pour cette distance). Dans une lunette astronomique à réfraction, la pupille d'entrée est identique à l' objectif . Cela peut être à plusieurs pieds de distance de l'oculaire ; alors qu'avec un oculaire de microscope, la pupille d'entrée est proche du plan focal arrière de l'objectif, à quelques centimètres de l'oculaire. Les oculaires de microscope peuvent être corrigés différemment des oculaires de télescope ; cependant, la plupart sont également adaptés à l'utilisation d'un télescope.

Éléments et groupes

Les éléments sont les lentilles individuelles, qui peuvent se présenter sous la forme de lentilles simples ou de « singules » et de doublets cimentés ou (rarement) de triplets . Lorsque les lentilles sont collées ensemble par paires ou triples, les éléments combinés sont appelés groupes (de lentilles).

Les premiers oculaires n'avaient qu'un seul élément de lentille, qui produisait des images très déformées. Les conceptions à deux et trois éléments ont été inventées peu de temps après et sont rapidement devenues la norme en raison de l'amélioration de la qualité de l'image. Aujourd'hui, les ingénieurs assistés par un logiciel de dessin assisté par ordinateur ont conçu des oculaires avec sept ou huit éléments qui offrent des vues exceptionnellement larges et nettes.

Réflexion interne et dispersion

Les réflexions internes, parfois appelées "scatter", provoquent la dispersion de la lumière traversant un oculaire et réduisent le contraste de l'image projetée par l'oculaire. Lorsque l'effet est particulièrement mauvais, des "images fantômes" sont vues, appelées "fantômes". Pendant de nombreuses années, des conceptions d'oculaires simples avec un nombre minimum de surfaces internes air-verre ont été préférées pour éviter ce problème.

Une solution à la dispersion consiste à utiliser des revêtements en film mince sur la surface de l'élément. Ces revêtements minces n'ont qu'une ou deux longueurs d'onde de profondeur et contribuent à réduire les réflexions et la diffusion en modifiant la réfraction de la lumière traversant l'élément. Certains revêtements peuvent également absorber la lumière qui ne traverse pas la lentille dans un processus appelé réflexion interne totale où la lumière incidente sur le film est à un angle faible.

Aberration chromatique

Comparaison d'une image idéale d'un anneau (1) et de celles avec une aberration chromatique uniquement axiale (2) et uniquement transversale (3)

L' aberration chromatique latérale ou transversale est due au fait que la réfraction sur les surfaces de verre diffère pour la lumière de différentes longueurs d'onde. La lumière bleue, vue à travers un élément oculaire, ne se concentrera pas sur le même point mais le long du même axe que la lumière rouge. L'effet peut créer un anneau de fausses couleurs autour des sources lumineuses ponctuelles et entraîner un flou général de l'image.

Une solution consiste à réduire l'aberration en utilisant plusieurs éléments de différents types de verre. Les achromats sont des groupes de lentilles qui amènent deux longueurs d'onde de lumière différentes au même foyer et présentent une fausse couleur considérablement réduite. Le verre à faible dispersion peut également être utilisé pour réduire l'aberration chromatique.

L' aberration chromatique longitudinale est un effet prononcé des objectifs de télescope optique , car les distances focales sont très longues. Les microscopes, dont les focales sont généralement plus courtes, n'ont pas tendance à souffrir de cet effet.

Distance focale

La distance focale d'un oculaire est la distance du plan principal de l'oculaire où les rayons lumineux parallèles convergent vers un seul point. Lors de l'utilisation, la distance focale d'un oculaire, combinée à la distance focale du télescope ou de l'objectif du microscope, auquel il est fixé, détermine le grossissement. Il est généralement exprimé en millimètres lorsqu'il s'agit de l'oculaire seul. Lors de l'échange d'un ensemble d'oculaires sur un seul instrument, cependant, certains utilisateurs préfèrent se référer à identifier chaque oculaire par le grossissement produit.

Pour un télescope, le grossissement angulaire MA produit par la combinaison d'un oculaire particulier et d'un objectif peut être calculé avec la formule suivante :

\mathrm {MA} ={\frac {f_{O}}{f_{E}}}

où:

$f_{O}$ est la distance focale de l'objectif,
$f_{E}$ est la distance focale de l'oculaire.

Le grossissement augmente donc lorsque la distance focale de l'oculaire est plus courte ou que la distance focale de l'objectif est plus longue. Par exemple, un oculaire de 25 mm dans un télescope avec une distance focale de 1200 mm grossirait les objets 48 fois. Un oculaire de 4 mm dans le même télescope grossirait 300 fois.

Les astronomes amateurs ont tendance à se référer aux oculaires des télescopes par leur distance focale en millimètres. Celles-ci vont typiquement d'environ 3 mm à 50 mm. Certains astronomes, cependant, préfèrent spécifier la puissance de grossissement résultante plutôt que la distance focale. Il est souvent plus pratique d'exprimer le grossissement dans les rapports d'observation, car cela donne une impression plus immédiate de la vue que l'observateur a réellement vue. En raison de sa dépendance vis-à-vis des propriétés du télescope utilisé, le pouvoir de grossissement seul n'a pas de sens pour décrire un oculaire de télescope.

Pour un microscope composé, la formule correspondante est

\mathrm {MA} ={\frac {DD_{\mathrm {EO} }}{f_{O}f_{E}}}={\frac {D}{f_{E}}}\times { \frac {D_{\mathrm {EO} }}{f_{O}}}

où

${\style d'affichage D}$ est la distance de vision distincte la plus proche (généralement 250 mm)
$D_{\mathrm {EO} }$ est la distance entre le plan focal arrière de l'objectif et le plan focal arrière de l'oculaire (appelée longueur du tube), typiquement 160 mm pour un instrument moderne.
$f_{O}$ est la distance focale de l'objectif et est la distance focale de l'oculaire. $f_{E}$

Par convention, les oculaires des microscopes sont généralement spécifiés par la puissance au lieu de la distance focale. La puissance de l'oculaire du microscope et la puissance de l' objectif sont définies par $P_{\mathrm {E} }$ $P_{\mathrm {O} }$

P_{\mathrm {E} }={\frac {D}{f_{E}}},\qquad P_{\mathrm {O} }={\frac {D_{\mathrm {EO} }} {f_{O}}}

ainsi de l'expression donnée plus tôt pour le grossissement angulaire d'un microscope composé

\mathrm {MA} =P_{\mathrm {E} }\times P_{\mathrm {O} }

Le grossissement angulaire total d'une image de microscope est alors simplement calculé en multipliant la puissance de l'oculaire par la puissance de l'objectif. Par exemple, un oculaire 10× avec un objectif 40× agrandira l'image 400 fois.

Cette définition de la puissance de l'objectif repose sur une décision arbitraire de diviser le grossissement angulaire de l'instrument en facteurs distincts pour l'oculaire et l'objectif. Historiquement, Abbe a décrit les oculaires de microscope différemment, en termes de grossissement angulaire de l'oculaire et de « grossissement initial » de l'objectif. Bien que pratique pour le concepteur optique, cela s'est avéré moins pratique du point de vue de la microscopie pratique et a donc été abandonné par la suite.

La distance visuelle généralement acceptée de la mise au point la plus proche est de 250 mm, et la puissance de l'oculaire est normalement spécifiée en supposant cette valeur. Les puissances oculaires courantes sont 8×, 10×, 15× et 20×. La distance focale de l'oculaire (en mm) peut ainsi être déterminée si nécessaire en divisant 250 mm par la puissance de l'oculaire. ${\style d'affichage D}$

Les instruments modernes utilisent souvent des objectifs corrigés optiquement pour une longueur de tube infinie plutôt que 160 mm, et ceux-ci nécessitent une lentille de correction auxiliaire dans le tube.

Emplacement du plan focal

Dans certains types d'oculaires, tels que les oculaires Ramsden (décrits plus en détail ci-dessous), l'oculaire se comporte comme une loupe et son plan focal est situé à l'extérieur de l'oculaire devant la lentille de champ . Ce plan est donc accessible comme emplacement pour un réticule ou des réticules micrométriques. Dans l'oculaire Huygénien, le plan focal est situé entre l'œil et les lentilles de champ, à l'intérieur de l'oculaire, et n'est donc pas accessible.

Champ de vision

Simulation de vues à travers un télescope en utilisant différents oculaires. L'image centrale utilise un oculaire de la même distance focale que celui de gauche, mais a un champ de vision apparent plus large donnant une image plus grande qui montre plus de zone. L'image de droite a le même champ de vision apparent que l'oculaire central mais a une distance focale plus courte, donnant le même vrai champ de vision que l'image de gauche mais à un grossissement plus élevé.

Le Plössl, un oculaire avec un grand champ de vision apparent

Le champ de vision, souvent abrégé FOV, décrit la zone d'une cible (mesurée comme un angle par rapport à l'emplacement de vision) qui peut être vue en regardant à travers un oculaire. Le champ de vision vu à travers un oculaire varie en fonction du grossissement obtenu lorsqu'il est connecté à un télescope ou à un microscope particulier, et également en fonction des propriétés de l'oculaire lui-même. Les oculaires se différencient par leur diaphragme de champ , qui est l'ouverture la plus étroite que la lumière entrant dans l'oculaire doit traverser pour atteindre la lentille de champ de l'oculaire.

En raison des effets de ces variables, le terme « champ de vision » se réfère presque toujours à l'une des deux significations suivantes :

Champ de vision réel: La taille angulaire de la quantité de ciel qui peut être vue à travers un oculaire lorsqu'il est utilisé avec un télescope particulier, produisant un grossissement spécifique. Il varie généralement entre 0,1 et 2 degrés.
Champ de vision apparent: Il s'agit d'une mesure de la taille angulaire de l'image vue à travers l'oculaire. En d'autres termes, il s'agit de la taille de l'image (par opposition au grossissement). Ceci est constant pour tout oculaire donné de distance focale fixe, et peut être utilisé pour calculer quel sera le champ de vision réel lorsque l'oculaire est utilisé avec un télescope donné. La mesure s'étend de 30 à 110 degrés .

Il est courant pour les utilisateurs d'un oculaire de vouloir calculer le champ de vision réel, car il indique quelle partie du ciel sera visible lorsque l'oculaire est utilisé avec leur télescope. La méthode la plus pratique pour calculer le champ de vision réel dépend de la connaissance ou non du champ de vision apparent.

Si le champ de vision apparent est connu, le champ de vision réel peut être calculé à partir de la formule approximative suivante :

FOV_{C}={\frac {FOV_{P}}{mag}}

ou

FOV_{C}={\frac {FOV_{P}}{({\frac {f_{T}}{f_{E}}})}}

où:

$FOV_{C}$ est le champ de vision réel, calculé dans l'unité de mesure angulaire dans laquelle est fourni. $FOV_{P}$
$FOV_{P}$ est le champ visuel apparent.
$mag$ est le grossissement.
$f_{T}$ est la distance focale du télescope.
$f_{E}$ est la distance focale de l'oculaire, exprimée dans les mêmes unités de mesure que . $f_{T}$

La distance focale de l'objectif du télescope est le diamètre de l'objectif multiplié par le rapport focal . Il représente la distance à laquelle le miroir ou l'objectif fera converger la lumière sur un seul point.

La formule est précise à 4% ou mieux jusqu'à un champ de vision apparent de 40°, et a une erreur de 10% pour 60°.

Si le champ de vision apparent est inconnu, le champ de vision réel peut être trouvé approximativement en utilisant :

FOV_{C}={\frac {57.3d}{f_{T}}}

où:

$FOV_{C}$ est le champ de vision réel, calculé en degrés .
${\style d'affichage d}$ est le diamètre de la butée de champ oculaire en mm.
$f_{T}$ est la distance focale du télescope, en mm.

La deuxième formule est en fait plus précise, mais la taille des butées de champ n'est généralement pas spécifiée par la plupart des fabricants. La première formule ne sera pas précise si le champ n'est pas plat ou est supérieur à 60°, ce qui est courant pour la plupart des conceptions d'oculaires ultra-larges.

Les formules ci-dessus sont des approximations. La norme ISO 14132-1:2002 détermine comment l'angle de vue apparent exact (AAOV) est calculé à partir de l'angle de vue réel (AOV).

tan{\frac {AAOV}{2}}=mag\times tan{\frac {AOV}{2}}

Si une lentille diagonale ou de Barlow est utilisée avant l'oculaire, le champ de vision de l'oculaire peut être légèrement restreint. Cela se produit lorsque l'objectif précédent a un diaphragme de champ plus étroit que celui de l'oculaire, ce qui fait que l'obstruction à l'avant agit comme un diaphragme de champ plus petit devant l'oculaire. La relation précise est donnée par

{AAOV}=2\times arctan{\frac {0.5d}{f_{E}}}

Cette formule indique également que, pour une conception d'oculaire avec un champ de vision apparent donné, le diamètre du canon déterminera la distance focale maximale possible pour cet oculaire, car aucun diaphragme de champ ne peut être plus grand que le canon lui-même. Par exemple, un Plössl avec un champ de vision apparent de 45° dans un canon de 1,25 pouce donnerait une distance focale maximale de 35 mm. Tout ce qui est plus long nécessite un canon plus grand ou la vue est limitée par le bord, ce qui rend le champ de vision inférieur à 45 °.

Diamètre du canon

Les oculaires pour télescopes et microscopes sont généralement interchangés pour augmenter ou diminuer le grossissement et pour permettre à l'utilisateur de sélectionner un type avec certaines caractéristiques de performance. Pour permettre cela, les oculaires sont standardisés en "diamètres de canon".

Oculaires de télescope

Exemples (de gauche à droite) d'oculaires de 2" (51 mm), 1,25" (32 mm) et 0,965" (24,5 mm).

Il existe six diamètres de canon standard pour les télescopes. Les tailles de canon (généralement exprimées en pouces ) sont :

0,965 in. (24,5 mm) - Il s'agit du plus petit diamètre de canon standard et se trouve généralement dans les télescopes des magasins de jouets et des centres commerciaux . Beaucoup de ces oculaires fournis avec de tels télescopes sont en plastique, et certains ont même des lentilles en plastique. Les oculaires de télescope haut de gamme avec cette taille de canon ne sont plus fabriqués, mais vous pouvez toujours acheter des types Kellner.
1,25 po (31,75 mm) – Il s'agit du diamètre de canon d'oculaire de télescope le plus populaire. La limite supérieure pratique des distances focales pour les oculaires avec des barillets de 1,25" est d'environ 32 mm. Avec des distances focales plus longues , les bords du barillet lui-même empiètent sur la vue limitant sa taille. Avec des distances focales supérieures à 32 mm, le champ de vision disponible descend en dessous de 50°, ce que la plupart des amateurs considèrent comme la largeur minimale acceptable.Ces tailles de canons sont filetés pour recevoir des filtres de 30 mm .
2 pouces (50,8 mm) – La plus grande taille de canon dans les oculaires de 2" aide à réduire la limite des longueurs focales. La limite supérieure de la distance focale avec les oculaires de 2" est d'environ 55 mm. Le compromis est que ces oculaires sont généralement plus chers, ne rentrent pas dans certains télescopes et peuvent être assez lourds pour faire basculer le télescope. Ces tailles de canons sont filetées pour recevoir des filtres de 48 mm (ou rarement 49 mm).
Les oculaires 2,7 pouces (68,58 mm) – 2,7 pouces sont fabriqués par quelques fabricants. Ils permettent des champs de vision légèrement plus grands. De nombreux porte-oculaires haut de gamme acceptent maintenant ces oculaires.
3 pouces (76,2 mm) – La taille encore plus grande du canon des oculaires de 3" permet des distances focales extrêmes et des oculaires de champ de vision de plus de 120 °. Les inconvénients sont que ces oculaires sont quelque peu rares, extrêmement coûteux, jusqu'à 5 lb de poids , et que seuls quelques télescopes ont des focaliseurs assez grands pour les accepter. Leur poids énorme provoque des problèmes d'équilibrage dans les Schmidt-Cassegrains de moins de 10 pouces, les réfracteurs de moins de 5 pouces et les réflecteurs de moins de 16 pouces. De plus, en raison de leurs grands arrêts de champ, sans miroirs secondaires plus grands la plupart des réflecteurs et Schmidt-Cassegrains auront un vignettage sévère avec ces oculaires.Les fabricants de ces oculaires incluent Explore Scientific et Siebert Optics.Les télescopes qui peuvent accepter ces oculaires sont fabriqués par Explore Scientific et Orion Telescopes and Binoculars.
4 pouces (102 mm) – Ces oculaires sont rares et couramment utilisés uniquement dans les observatoires. Ils sont fabriqués par très peu de fabricants et la demande est faible.

Oculaires de microscope

Les oculaires pour microscopes ont des diamètres de canon mesurés en millimètres tels que 23,2 mm et 30 mm.

Soulagement des yeux

Le soulagement des yeux.
1 Image réelle 2 - Diaphragme de champ 3 - Dégagement oculaire 4 - Pupille de sortie

L'œil doit être maintenu à une certaine distance derrière la lentille oculaire d'un oculaire pour voir correctement les images à travers celui-ci. Cette distance s'appelle le dégagement oculaire. Un dégagement oculaire plus important signifie que la position optimale est plus éloignée de l'oculaire, ce qui facilite la visualisation d'une image. Cependant, si le dégagement oculaire est trop important, il peut être inconfortable de maintenir l'œil dans la bonne position pendant une période prolongée, c'est pourquoi certains oculaires à dégagement oculaire long ont des coupelles derrière la lentille oculaire pour aider l'observateur à maintenir la position d'observation correcte. La pupille de l'œil doit coïncider avec la pupille de sortie , l'image de la pupille d'entrée, qui dans le cas d'une lunette astronomique correspond au verre de l'objet.

Le dégagement oculaire varie typiquement d'environ 2 mm à 20 mm, selon la construction de l'oculaire. Les oculaires à longue focale ont généralement un dégagement oculaire suffisant, mais les oculaires à courte focale sont plus problématiques. Jusqu'à récemment, et encore assez couramment, les oculaires à focale courte avaient un dégagement oculaire court. De bonnes directives de conception suggèrent un minimum de 5 à 6 mm pour accueillir les cils de l'observateur afin d'éviter l'inconfort. Cependant, les conceptions modernes avec de nombreux éléments d'objectif peuvent corriger cela et la visualisation à haute puissance devient plus confortable. C'est particulièrement le cas pour les porteurs de lunettes , qui peuvent avoir besoin d'un dégagement oculaire allant jusqu'à 20 mm pour accueillir leurs lunettes.

Conceptions d'oculaires

La technologie s'est développée au fil du temps et il existe une variété de conceptions d' oculaires à utiliser avec des télescopes, des microscopes, des viseurs et d'autres appareils. Certaines de ces conceptions sont décrites plus en détail ci-dessous.

Lentille négative ou « galiléenne »

Lentille négative

La simple lentille négative placée avant la mise au point de l'objectif a l'avantage de présenter une image dressée mais avec un champ de vision limité mieux adapté aux faibles grossissements. On soupçonne que ce type de lentille a été utilisé dans certains des premiers télescopes réfracteurs apparus aux Pays-Bas vers 1608. Il a également été utilisé dans la conception du télescope de Galileo Galilei en 1609 qui a donné à ce type d'arrangement d'oculaire le nom de " Galiléen ". Ce type d'oculaire est encore utilisé dans les télescopes très bon marché, des jumelles et des lunettes d'opéra .

Lentille convexe

Une simple lentille convexe placée après la mise au point de l'objectif présente au spectateur une image inversée agrandie. Cette configuration peut avoir été utilisée dans les premiers télescopes réfracteurs des Pays-Bas et a été proposée comme un moyen d'avoir un champ de vision beaucoup plus large et un grossissement plus élevé dans les télescopes dans le livre de Johannes Kepler 1611 Dioptrice . La lentille étant placée après le plan focal de l'objectif, elle permettait également l'utilisation d'un micromètre au niveau du plan focal (utilisé pour déterminer la taille angulaire et/ou la distance entre les objets observés).

Huygens

Schéma oculaire Huygens

Les oculaires Huygens sont constitués de deux lentilles plan-convexes avec les côtés plans vers l'œil séparés par un entrefer. Les lentilles sont appelées lentille oculaire et lentille de champ. Le plan focal est situé entre les deux lentilles. Il a été inventé par Christiaan Huygens à la fin des années 1660 et a été le premier oculaire composé (multi-lentilles). Huygens a découvert que deux lentilles espacées d'air peuvent être utilisées pour fabriquer un oculaire avec une aberration chromatique transversale nulle. Si les lentilles sont en verre du même nombre d'Abbe, à utiliser avec un œil détendu et un télescope avec un objectif infiniment éloigné alors la séparation est donnée par :

d={\frac {1}{2}}(f_{A}+f_{B})

où et sont les distances focales des lentilles composantes. $f_{A}$ $f_{B}$

Ces oculaires fonctionnent bien avec les télescopes à très longue focale (à l'époque de Huygens, ils étaient utilisés avec des télescopes réfracteurs non achromatiques à longue focale à élément unique , y compris les télescopes aériens à très longue focale ). Cette conception optique est maintenant considérée comme obsolète car avec les télescopes à focale plus courte d'aujourd'hui, l'oculaire souffre d'un dégagement oculaire court, d'une distorsion d'image élevée, d'une aberration chromatique et d'un champ de vision apparent très étroit. Étant donné que ces oculaires sont bon marché à fabriquer, ils peuvent souvent être trouvés sur des télescopes et des microscopes bon marché.

Parce que les oculaires Huygens ne contiennent pas de ciment pour maintenir les éléments de lentilles, les utilisateurs de télescopes utilisent parfois ces oculaires dans le rôle de "projection solaire", c'est-à-dire projetant une image du Soleil sur un écran pendant des périodes de temps prolongées. Les oculaires cimentés sont traditionnellement considérés comme potentiellement vulnérables aux dommages causés par la chaleur en raison des concentrations intenses de lumière impliquées.

Ramsden

Schéma oculaire de Ramsden

L'oculaire Ramsden comprend deux lentilles plan-convexes du même verre et des distances focales similaires, placées à moins d'une distance focale de l'objectif, une conception créée par le fabricant d'instruments astronomiques et scientifiques Jesse Ramsden en 1782. La séparation des lentilles varie selon les différentes conceptions. , mais se situe typiquement entre 7/10 et 7/8 de la distance focale de l'oculaire, le choix étant un compromis entre l'aberration chromatique transverse résiduelle (à faibles valeurs) et à hautes valeurs faisant courir le risque de la lentille de champ toucher le plan focal lorsqu'il est utilisé par un observateur qui travaille avec une image virtuelle proche comme un observateur myope, ou un jeune dont l'accommodation est capable de faire face à une image virtuelle proche (c'est un problème sérieux lorsqu'il est utilisé avec un micromètre car il peut endommager l'instrument).

Une séparation d'exactement 1 distance focale est également déconseillée car elle rend la poussière sur la lentille de champ de manière perturbante au point. Les deux surfaces incurvées sont tournées vers l'intérieur. Le plan focal est ainsi situé à l'extérieur de l'oculaire et est donc accessible en tant qu'emplacement où un réticule ou un réticule micrométrique peut être placé. Parce qu'une séparation d'exactement une distance focale serait nécessaire pour corriger l'aberration chromatique transversale, il n'est pas possible de corriger complètement la conception de Ramsden pour l'aberration chromatique transversale. Le design est légèrement meilleur que celui de Huygens mais toujours pas à la hauteur des normes d'aujourd'hui.

Il reste parfaitement adapté à une utilisation avec des instruments fonctionnant à l'aide de sources lumineuses quasi-monochromatiques, par exemple des polarimètres.

Kellner ou "Achromat"

Schéma de l'oculaire Kellner

Dans un oculaire Kellner, un doublet achromatique est utilisé à la place de la simple lentille oculaire plan-convexe dans la conception de Ramsden pour corriger l'aberration chromatique transversale résiduelle. Carl Kellner a conçu ce premier oculaire achromatique moderne en 1849, également appelé " Ramsden achromatisé ". Les oculaires Kellner sont conçus à 3 lentilles. Ils sont peu coûteux et ont une assez bonne image de puissance faible à moyenne et sont de loin supérieurs à la conception Huygenian ou Ramsden. Le relief oculaire est meilleur que le Huygenian et pire que les oculaires Ramsden. Le plus gros problème des oculaires Kellner était les réflexions internes. Les revêtements antireflet d'aujourd'hui en font des choix utilisables et économiques pour les télescopes à petite et moyenne ouverture avec un rapport focal f/6 ou plus. Le champ de vision apparent typique est de 40 à 50°.

Plössl ou "Symétrique"

Schéma oculaire Plössl

Le Plössl est un oculaire généralement composé de deux ensembles de doublets , conçu par Georg Simon Plössl en 1860. Étant donné que les deux doublets peuvent être identiques, cette conception est parfois appelée oculaire symétrique . La lentille de Plössl composé fournit une grande 50 ° ou plus apparent champ de vision , ainsi que relativement grand FOV . Cela rend cet oculaire idéal pour une variété d'objectifs d'observation, y compris l'observation du ciel profond et de la planète . Le principal inconvénient de la conception optique Plössl est un dégagement oculaire court par rapport à un appareil orthoscopique puisque le dégagement oculaire Plössl est limité à environ 70-80% de la distance focale. Le dégagement oculaire court est plus critique dans les distances focales courtes inférieures à environ 10 mm, lorsque la visualisation peut devenir inconfortable, en particulier pour les personnes portant des lunettes.

L'oculaire Plössl était une conception obscure jusqu'aux années 1980, lorsque les fabricants d'équipements astronomiques ont commencé à en vendre des versions redessinées. Aujourd'hui, c'est une conception très populaire sur le marché de l'astronomie amateur, où le nom Plössl couvre une gamme d'oculaires avec au moins quatre éléments optiques.

Cet oculaire est l'un des plus coûteux à fabriquer en raison de la qualité du verre et de la nécessité de lentilles convexes et concaves bien assorties pour éviter les reflets internes. De ce fait, la qualité des différents oculaires Plössl varie. Il existe des différences notables entre les Plössls bon marché avec les revêtements antireflet les plus simples et ceux bien fabriqués.

Orthoscopique ou "Abbe"

Schéma oculaire orthoscopique

L'oculaire orthoscopique à 4 éléments se compose d'une lentille singulet plan-convexe et d'une lentille de champ achromatique à lentille triplet cimentée convexe-convexe . Cela donne à l'oculaire une qualité d'image presque parfaite et un bon dégagement oculaire , mais un champ de vision apparent étroit - environ 40 ° à 45 °. Il a été inventé par Ernst Abbe en 1880. Il est appelé " orthoscopique " ou " orthographique " en raison de son faible degré de distorsion et est aussi parfois appelé " ortho " ou " Abbe ".

Jusqu'à l'avènement des multicouches et la popularité du Plössl , l'orthoscopie était la conception la plus populaire pour les oculaires de télescope. Même aujourd'hui, ces oculaires sont considérés comme de bons oculaires pour l'observation planétaire et lunaire. En raison de leur faible degré de distorsion et de l' effet globe correspondant , ils sont moins adaptés aux applications qui nécessitent un panoramique excessif de l'instrument.

Monocentrique

Schéma oculaire monocentrique

Un monocentrique est une lentille triplet achromatique avec deux morceaux de verre couronne collés des deux côtés d'un élément en verre silex. Les éléments sont épais, fortement incurvés, et leurs surfaces ont un centre commun lui donnant le nom de « monocentrique ». Il a été inventé par Hugo Adolf Steinheil vers 1883. Cette conception, comme les conceptions d'oculaires solides de Robert Tolles , Charles S. Hastings et E. Wilfred Taylor , est exempte de reflets fantômes et donne une image contrastée lumineuse, une caractéristique souhaitable lorsqu'elle a été inventé (avant les revêtements antireflet ). Il a un champ de vision étroit d'environ 25° et est un favori parmi les observateurs planétaires.

Erfle

Schéma oculaire Erfle

Un erfle est un oculaire à 5 éléments composé de deux lentilles achromatiques avec des lentilles supplémentaires entre les deux. Ils ont été inventés pendant la première guerre mondiale à des fins militaires, décrits dans le brevet américain de Heinrich Erfle numéro 1 478 704 d'août 1921 et sont une extension logique à des champs plus larges d'oculaires à quatre éléments tels que Plössls .

Les oculaires Erfle sont conçus pour avoir un large champ de vision (environ 60 degrés), mais ils sont inutilisables à haute puissance car ils souffrent d' astigmatisme et d'images fantômes. Cependant, avec des revêtements de lentilles à faible puissance ( distances focales de 20 mm et plus), ils sont acceptables et à 40 mm, ils peuvent être excellents. Les Erfles sont très populaires car ils ont de grandes lentilles oculaires, un bon dégagement oculaire et peuvent être très confortables à utiliser.

Konig

Schéma oculaire de König

L'oculaire de König a un doublet positif concave-convexe et un singulet plan-convexe . Les surfaces fortement convexes du doublet et du singulet se font face et (presque) se touchent. Le doublet a sa surface concave face à la source lumineuse et le singulet a sa surface presque plate (légèrement convexe) face à l'œil. Il a été conçu en 1915 par l'opticien allemand Albert König (1871−1946) comme un abbé simplifié. La conception permet un grossissement élevé avec un relief oculaire remarquablement élevé - le relief oculaire le plus élevé proportionnel à la distance focale de tous les modèles avant le Nagler , en 1979. Le champ de vision d'environ 55° rend ses performances similaires à celles du Plössl, avec l'avantage de nécessitant une lentille de moins.

Les versions modernes de Königs peuvent utiliser un verre amélioré ou ajouter plus de lentilles, regroupées en diverses combinaisons de doublets et de singules. L'adaptation la plus typique consiste à ajouter une lentille simple positive, concave-convexe avant le doublet , avec la face concave vers la source lumineuse et la surface convexe tournée vers le doublet. Les améliorations modernes ont généralement des champs de vision de 60° à 70°.

RKE

Schéma oculaire RKE

Un oculaire RKE a une lentille de champ achromatique et une double lentille oculaire convexe, une adaptation inversée de l' oculaire Kellner . Il a été conçu par le Dr David Rank pour la Edmund Scientific Corporation , qui l'a commercialisé à la fin des années 1960 et au début des années 1970. Cette conception offre un champ de vision légèrement plus large que la conception classique de Kellner et rend sa conception similaire à une version largement espacée du König .

Selon Edmund Scientific Corporation, RKE signifie "Rang Kellner Eyepiece'". Dans un amendement à leur demande de marque déposée le 16 janvier 1979, il a été donné comme « Rank-Kaspereit-Erfle », les trois modèles dont l'oculaire était dérivé. Un Edmund Astronomy News (Vol 16 No 2) de mars 1978 titrait " Nouveau design d'oculaire développé par Edmund " et disait " Les nouveaux oculaires Rank-Kaspereit-Erfle (RKE) de 28 mm et 15 mm sont des refontes américaines du célèbre oculaire Kellner de type II ."

Nagler

Schéma oculaire Nagler type 2

oculaires de type Nagler

Inventé par Albert Nagler et breveté en 1979, l'oculaire Nagler est une conception optimisée pour les télescopes astronomiques pour donner un champ de vision ultra-large (82°) qui a une bonne correction de l'astigmatisme et d'autres aberrations. Lancé en 2007, l'Ethos est une conception de champ ultra-large améliorée développée principalement par Paul Dellechiaie sous la direction d'Albert Nagler chez Tele Vue Optics et revendique un AFOV de 100 à 110°. Ceci est réalisé en utilisant du verre exotique à indice élevé et jusqu'à huit éléments optiques en quatre ou cinq groupes ; il existe plusieurs modèles similaires appelés Nagler , Nagler type 2 , Nagler type 4 , Nagler type 5 et Nagler type 6 . Le nouveau design Delos est un design Ethos modifié avec un FOV de «seulement» 72 degrés mais avec un long dégagement oculaire de 20 mm.

Le nombre d'éléments dans un Nagler les rend complexes, mais l'idée de la conception est assez simple : chaque Nagler a une lentille de champ doublet négative , qui augmente le grossissement, suivie de plusieurs groupes positifs. Les groupes positifs, considérés comme distincts du premier groupe négatif, se combinent pour avoir une longue focale et forment une lentille positive. Cela permet à la conception de tirer parti des nombreuses bonnes qualités des objectifs à faible puissance. En effet, un Nagler est une version supérieure d'une lentille de Barlow combinée à un oculaire à longue focale . Cette conception a été largement copiée dans d'autres oculaires à grand champ ou à long dégagement oculaire.

Le principal inconvénient des Nagler réside dans leur poids ; elles sont souvent tristement appelées « grenades à main » en raison de leur poids et de leur grande taille. Les versions à longue focale dépassent 0,5 kg (1,1 lb), ce qui est suffisant pour déséquilibrer les télescopes de petite à moyenne taille. Un autre inconvénient est un coût d'achat élevé, avec des prix de gros Nagler comparables au coût d'un petit télescope. Par conséquent, ces oculaires sont considérés par de nombreux astronomes amateurs comme un luxe.

Voir également

Les références

AE Conrady, Optique appliquée et conception optique, Volume I . Oxford 1929.
R. Kingslake, Principes fondamentaux de la conception d'objectifs . Presse académique 1978.
H. Rutten et M. van Venrooij, Optique du télescope . Willmann-Bell 1988, 1989. ISBN 0-943396-18-2 .
PS Harrington, Star Ware : Guide d'un astronome amateur pour choisir, acheter et utiliser des télescopes et des accessoires : quatrième édition . John Wiley & Fils, Inc.

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