vignette|Une collection de différents oculaires.Un oculaire est un système optique complémentaire de l'objectif. Il est utilisé dans les instruments tels que les microscopes, les lunettes astronomiques ou les télescopes pour agrandir l'image produite au plan focal de l'objectif. Un oculaire est en fait une loupe perfectionnée pour fournir une image à l'infini, c'est-à-dire une image nette sans accommodation de l'œil, et avec le moins d'aberration optique possible.
Caractéristiques générales
Caractéristiques intrinsèques
Ce sont les caractéristiques inhérentes à l'oculaire seul.
la longueur focale (ou focale) est la distance qu'il y aurait entre le foyer image de l'oculaire et une lentille de vergence équivalente.
le champ apparent est l'angle de vue apparent à travers l'oculaire. Il est directement limité par la focale de l'oculaire et par la taille du diaphragme de champ placé dans son plan focal. Le champ réel dépend du grossissement et du champ apparent.
le tirage d'anneau est la distance qui sépare la pupille de sortie de la lentille d'œil (lentille la plus proche de l'œil de l'observateur). Si le tirage d'anneau est trop petit, il peut provoquer une sensation d'inconfort (les cils peuvent toucher l'oculaire) ; s'il est trop grand et que l’œilleton n'est pas bien dimensionné, le placement de l'œil peut ne pas être bon et on peut voir apparaître un phénomène d’ombres volantes. On pourra aussi entendre le terme de relief d'œil, traduction impropre de l'anglais eye relief (littéralement : soulagement oculaire), auquel on préférera le terme de dégagement oculaire, plus explicite bien que moins spécialisé que tirage d'anneau.
Caractéristiques dépendant de l'objectif
Ce sont les caractéristiques inhérentes au système optique (oculaire et objectif associé). vignette|droite|300px|Formation de l'image (pupille de sortie) dans un oculaire :1 - Image réelle 2 - Diaphragme de champ 3 - Dégagement oculaire - 4 - Image sortante (pupille de sortie). la pupille de sortie est l'image de l'ouverture de l'instrument (plus petit diaphragme) par l'oculaire. Sa position correspond à la position optimale de la pupille de l'œil puisqu'elle minimise la perte de lumière (chaque point du plan focal peut y être observé). On notera qu'une pupille de sortie plus grande que la pupille de l'observateur se traduira au minimum par une perte de lumière.
le grossissement. Sur un télescope ou tout autre système afocal, il se calcule en divisant la longueur focale de l'objectif par celle de l'oculaire. Sur un microscope, le grossissement de l'appareil se calcule en multipliant le facteur d'agrandissement de l'objectif par celui de l'oculaire. Ces deux méthodes sont en fait équivalentes.
l'astigmatisme. Plus un défaut inhérent à sa conception qu'une réelle caractéristique de l'oculaire, il se manifestera d'autant plus visiblement que l'ouverture du cône de lumière issu de l'objectif est grande, en d'autres termes si le rapport F/D de l'objectif associé est petit. En pratique, la plupart des oculaires modernes fonctionnent bien pour F/D > 6 ; pour des rapports F/D inférieurs à 4 il devient difficile de trouver des oculaires n'introduisant qu'un astigmatisme négligeable dans l'image.
Oculaires de télescope
Il y a bien longtemps que les instruments photographiques et autres spectrographes ont remplacé les oculaires au foyer des télescopes professionnels. L'observation visuelle demeure ainsi le privilège des astronomes amateurs qui disposent d'un choix relativement vaste.
Coulant
Le coulant est la jupe cylindrique de l'oculaire qui réalise par serrage la liaison mécanique avec l'instrument sur lequel il est utilisé. Le diamètre du coulant (ou, par extension, « le coulant ») est normalisé, si bien que les oculaires peuvent être utilisés indifféremment sur tous les télescopes d'amateurs actuels moyennant l'adaptateur adéquat ; le standard le plus courant est le standard américain de 1,25" (). On trouve également de plus en plus d'oculaires de 2" (), autre standard américain permettant d'afficher un champ réel plus large (le diamètre du diaphragme de champ est toujours limité par le coulant de l'oculaire). Il existe aussi le coulant japonais de (0.9683") qui tend à disparaître bien que certains modèles plus ou moins anciens demeurent très recherchés (précisons que le coulant n'en est pas la raison). On pourra également citer les anciens standards français de et , réellement tombés en désuétude, ceux-là, malgré la faveur des collectionneurs.
Formule optique
Il existe beaucoup de formules différentes, notamment pour les instruments d'astronomie. Elles se caractérisent par une plus ou moins bonne correction des aberrations optiques inhérentes à l'utilisation de lentilles (sphériques dans l'écrasante majorité des cas). Les oculaires modernes cherchent également à augmenter le champ apparent afin d'améliorer le confort visuel. Beaucoup de fabricants ont maintenant leur propre formule optique qui est quelquefois la combinaison entre deux autres formules, si bien qu'il est devenu difficile de s'y retrouver. En ce début de , presque tous les oculaires modernes reçoivent un traitement anti-reflets multicouches sur toutes les surfaces, ce qui rend la transmission lumineuse proche des 100 %.
La formule optique de l'oculaire est souvent spécifiée sur la bague en toutes lettres ou par une abréviation.
Les balbutiements
L'un des tout premiers oculaires ayant servi en astronomie est certainement celui qu'a utilisé Galilée au début du avec sa lunette astronomique. L'oculaire n'était alors qu'une simple lentille divergente.
Quelques années plus tard, Kepler proposait un oculaire constitué d'une lentille convergente, cette fois. Dans le cas d'une lunette, le dispositif devient plus encombrant (de deux fois la longueur focale de l'oculaire) et retourne l'image ; en contrepartie il est plus facile à fabriquer et à contrôler et il devient possible de placer un diaphragme dans le plan focal (qui n'est pas matérialisé dans le cas de Galilée) afin de donner une limite franche au champ visuel et de gommer certaines aberrations dues à l'objectif.
Les premières formules multi-lentilles gauche|vignette|150px|Oculaire Zeiss (1926) de type Huygens de de focale (observatoire de Merate, Italie). Ce n'est qu'à partir du début du qu'apparaissent les formules améliorées à plusieurs lentilles. En 1703 Christian Huygens couple deux lentilles convexes afin de réaliser un oculaire minimisant les aberrations (notamment chromatiques) et portant le champ apparent à 40°, exceptionnel pour l'époque : cette belle amélioration s'obtient avec deux lentilles du même verre à condition que la somme de leurs longueurs focales soit le double de la distance séparant les lentilles. L'oculaire de Ramsden satisfait aussi cette relation. On en trouve encore parfois aujourd'hui, notés H (ou HM pour la formule améliorée Huygens-Mittenzwey).
Toujours avec deux lentilles, on trouve également des oculaires de Ramsden (notés R), inventés à la fin du , avec un champ apparent plus réduit que les oculaires de Huygens mais une meilleure correction des aberrations. Certains modèles améliorés (notés SR comme Super Ramsden) ont un champ apparent plus étendu grâce à l'emploi de verres spéciaux (indices de réfraction plus élevés).
L'avènement des formules historiques à trois ou quatre lentilles droite|vignette|100px|Oculaire d'entrée de gamme de type Kellner de de focale. Au milieu du , Carl Kellner met au point une formule à trois lentilles qui apporte une amélioration notable en matière de correction des aberrations. Notés K ou Ke, ils étaient encore très présents sur le marché jusque vers la fin du , notamment en entrée de gamme.
Mais c'est surtout avec quatre lentilles que certaines formules optiques vont gagner leurs lettres de noblesse. Deux formules sont encore aujourd'hui très prisées des amateurs, surtout les observateurs de planètes. Toutes deux disposent d'un champ apparent de l'ordre de 50° ; elles ont été conçues en 1860 et en 1880. Ce sont les formules Plössl (du nom de son concepteur) et orthoscopique (du fait que l'image est dépourvue de distorsions), notées Pl et Or respectivement.
La première sera le point de départ d'un nombre extrêmement important d'améliorations successives (Super Plössl notamment, notée SP) voire de formules nouvelles inspirées de ce design.
L'émergence des champs larges
Depuis que l'on a su corriger la plupart des aberrations gênantes pour l'observation, les efforts se sont principalement portés sur l'agrandissement du champ apparent : en effet, l'immersion n'en est que meilleure. Ces améliorations sont tributaires d'une amélioration technologique essentielle à l'augmentation de complexité des oculaires : les traitements anti-reflet.
Des modifications — plus ou moins heureuses — ont été portées aux designs existants, notamment les formules Kellner et Plössl qui ont respectivement inspiré les formules König (Ko) d'une part et Erflé (Er), Wide Angle (WA) ou, encore relativement récemment, Panoptic d'autre part.
La conception de systèmes de visée optique pour des applications militaires a également été un facteur supplémentaire d'apparition de nouvelles formules d'oculaire à grand champ. Peu d'entre elles, cependant, ont connu un succès retentissant en astronomie, les besoins n'étant bien évidemment pas les mêmes.
L'oculaire du
Les oculaires les plus sophistiqués sont à l'heure actuelle des oculaires à grand champ apparent (au-delà de 80°) et à grand dégagement oculaire. Ils peuvent contenir jusqu'à neuf lentilles, parfois de grandes dimensions et taillées dans des verres spéciaux — ce qui les rend assez coûteux. En général assez confortables, ils permettent de créer une excellente sensation d'immersion : l'observateur qui revient à des oculaires plus standards a souvent l'impression d'observer à travers un trou de serrure. Techniquement, ces oculaires présentent souvent un doublet divergent de Smyth (parfois appelé abusivement lentille de Barlow intégrée) qui permet de corriger le faisceau en amont du bloc côté œil. Parfois un étage d'aplanissement de la courbure de champ est ajouté. L'augmentation de champ visuel est réalisé au prix, souvent au-delà de 50° de champ apparent, d'une distorsion géométrique de l'image.
Longtemps réputés pour leur qualité médiocre, quelques zooms (oculaires à focale variable) de qualité satisfaisante commencent à faire leur entrée dès l'aube du .
Ainsi, entre le débutant désireux de s'équiper au moindre coût et l'amateur exigeant qui ne peut tolérer la moindre aberration optique en passant par le fanatique du grand champ, la demande en matière d'oculaires est assez diversifiée. L'offre est d'ailleurs à la hauteur puisqu'il demeure sur le marché un choix assez vaste. En grande majorité venus des États-Unis et de l'Extrême-Orient (Japon, Chine, Taiwan), beaucoup de ces produits permettent d'observer le ciel dans de bonnes conditions pour des tarifs pouvant aller du simple au centuple.
Fabricants et modèles
Antares-Speers
La firme canadienne tenue par Glen Speers fabrique quelques modèles intéressants, principalement des oculaires à grand champ et à prix réduit (modèles W70 et WALER comme wide angle long eye relief). Ces oculaires avouent cependant rapidement leurs limites lorsqu'il s'agit de les associer à des télescopes un peu ouverts (rapport F/D en deçà de 5), auquel cas l'astigmatisme pourra devenir gênant. Le Speers Waler UWA 84° est lui d'excellente qualité et rivalise avec les Televue Nagler pour un prix plus abordable. Rares en occasion, ces oculaires sont des affaires à saisir comme les focales variables (zooms) .
Astro-Physics