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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX SYSTEMES INVERSEURS POUR INSTRUMENTS @ OPTIQUES.
La présente invention est relative aux systèmes inverseurs pour instruments optiques ou appareils similaires permettant d'observer succes- sivement les différentes parties d'un grand champ de vision.
Nous citons, comme exemple d'un tel instrument, un télescope pa- noramique permettant d'explorer 1-'horizon. Dans les télescopes panoramiques du type habituel, on utilise un système de priâmes, qu'on trouve illustré par exemple, sux la fig. 177 de "Fundamentals of Optical Engineering" par Donald H. JACOBS, New-York -London, 1943. Il est constitué par un prisme de 45 , un prisme de Dove et un prisme en toit d'Amici. Ledit système est déjà. relativement compliqué au point de vue optique et présente, en outre, la complication mécanique plus grave que le prisme de Dove, lors de l'explo- ration de l'horizon, doit tourner autour d'un axe vertical à la moitié de la vitesse angulaire, à laquelle le prisme de 45 tourne autour dudit axe.
L'invention a pour objet d'apporter un système inverseur dans le- quel lesdites complications optique et mécanique sont évitées.
Suivant l'inventionon parvientà ce résultat avec un système in- verseur produisant une érection d'image complète au moyen de quatre surfaces réfléchissantes, ce système présentant la caractéristique que l'une ou plu- sieurs de ces surfaces peut ou peuvent tourner autour d'un axe perpendicu- laire au plan d'incidence d'un rayon de lumière incident, conformément à l'axe optique, sur la surface en question.
Il est évident qu'on peut réaliser les surfaces réfléchissantes de différentes manières connues en soi. Ainsi, par exemple, on peut utili- ser dans ce but des miroirs à première surface ou les faces hypoténuse à ré- flexion totale de prismes à 45 .
Suivant l'invention, on peut utiliser un système inverseur qui présente la caractéristique que les 4 faces réfléchissantes, dans une seule
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position, sont disposées mutuellement d'une manière analogue à la combinai- son de prismes de Porro du premier ou deuxième genre. Ce système est réali- sable d'une manière très simple et on va en décrire ci-après plusieurs appli- cations.
Toutefois, dans le cadre de l'invention, on peut utiliser tout système à 4 faces réfléchissantes produisant une érection d'image complète, tel que, par exemple, deux prismes à 45 en combinaison avec un prisme penta- gonal ou deux prismes à 45 en combinaison avec un prisme à 1350 quadrangu- laire à deux surfaces à réflexion totale.
Dans une utilisation du système inverseur suivant l'invention, par exemple, dans des lunettes panoramiques, la première face réfléchissan- te est rotative. Dans une autre utilisation du système inverseur suivant l'invention, par exemple pour observer la "plotting table à bord de vais- seaux, on peut réaliser, suivant l'invention, la seconde face réfléchissan- te de manière rotative comme décrit dans la revendication 1.
On va mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée eu égard au dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, qui re- présente quelques modes de réalisation de l'invention, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
La figure 1 représente quatre miroirs, 1, 2, 3, 4, dont les di- rections mutuelles correspondent à celles des quatre faces réfléchissantes d'une combinaison de prismes de Porro du premier genre. La figure représen- te, en outre, le rayon lumineux a b c d e, qui s'étend suivant l'axe opti- que et qui est réfléchi successivement par les miroirs 1, 2, 3, 4. Le mi- roir 4 peut tourner autour de l'axe AB, qui est perpendiculaire au plan d'in- cidence de la partie d du rayon lumineux s'étendant conformément à l'axe op- tique.
Quand on tourne le miroir 4 autour de AB, on peut faire l'obser- vation en toute direction qui est perpendiculaire à AB. Le système alors continue à inverser complètement,des rotations d'image ne se produisant pas.
On parvient à ce résultat par une seule rotation du miroir 4, tandis que les autres miroirs restent immobiles. On peut obtenir un résultat parfaite- ment analogue en réalisant le miroir 4 de manière fixe, mais le miroir 3 de manière qu'il puisse tourner autour d'un axe perpendiculaire aux parties ± et d de l'axe optique local.
Un exemple pratique est illustré schématiquement sur la fig. 2, où l'on utilise le système inverseur suivant l'invention dans un télescope binoculaire pour l'observation de la "plotting table".
On emploie les télescopes de ce genre à bord de vaisseaux pour observer, de la passerelle, une carte se trouvant en-dessous de la passerel- leo Le système inverseur doit être d'une construction compacte et, en outre, une partie maximum de la carte doit être observable. Plus particulièrement l'emploi de radar à bord de vaisseaux nécessite l'observation des cartes plus longues qu'il ne fut possible avec les systèmes conventionnels. Le mo- de de réalisation du télescope suivant l'invention comme représenté sur la fig. 2 permet de surveiller les grandes cartes indispensables au radar.
Les rayons lumineux émanant de la carte sont réfléchis successi- vement aux faces réfléchissantes 5, 6, 7, 8 en 9, 10,.11, 12 respectivement.
Les miroirs 6 et 10 sont constitués par les deux faces latérales du prisme P. Ce dernier prisme peut tourner autour de l'axe CD au moyen du levier E.
Cette rotation a pour effet de déplacer le champ de vue dans les deux téles- copes, c'est-à-dire qu'on observe une autre partie de la carte. Les objectifs 13 et 14 du télescope sont disposés entre les prismes 7, 8 et 11, 12 respec- tivement. L'observateur voit dans les oculaires 15 et 16.
On a donc obtenu le résultat désiré d'une désiré d'une manière ex- trêmement simple. Le télescope binoculaire ne comprend qu'un seul prisme rotatif qui ne produit pas de rotation d'image.
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La fig. 3 représente le schéma de principe d'un système inverseur suivant l'invention, qu'on peut utiliser, par exemple, dans les télescopes panoramiques et qui alors donne lieu à des simplifications et perfectionne- ments considérables par rapport aux types connus.
Les surfaces réfléchissantes 17, 18, 19, 20 sont constituées par les surfaces hypoténuse des prismes illustrés. Le rayon de lumière représen- té s'étend suivant l'axe optique et atteint l'objectif 22 par l'intermédiai- re des surfaces 17, 18, 19 et l'oculaire 21 par l'intermédiaire de la surfa- ce 20.
Les deux prismes, dont les surfaces hypotenuse voisines consti- tuent la surface 17 (qui est donc réfléchissante des deux côtés) peuvent tourner en commun autour de l'axe vertical FG. Quand on tourne ledit systè- me de prismes;, on rend successivement visible dans le champ du télescope, grâce aux deux côtés réfléchissants du miroir 17, toutes les parties de l'ho- rizon,sauf la petite partie où le système de prismes 18, 19 constitue un ob- stacleo Comme dans le cas précédent, on parvient à ce résultat avec des moy- ens exceptionnellement simples et sans aucune rotation d'image.
La figure 4 est une vue d'un télescope panoramique binoculaire réalisé au moyen de deux télescopes construits selon le principe de la fi- gure 3. Les miroirs 23 et 24, qui consistent chacun de deux prismes, peu- vent chacun tourner autour d'un arbre, ces arbres étant supportés dans deux plaques parallèles 25 et 26. Sur lesdits arbres sont montées les roues 27 et 28, qui sont reliées par une corde 29, L'arbre du prisme réfléchissant 24 porte, en outre, le bouton 30. A la plaque 25 sont fixés les tubes-de téles- cope 31 et 32, qui contiennent les objectifs (non représentés sur la figure) et les oculaires 33 et 34, Dans le prolongement des tubes 31 et 32 s'éten- dent les tubes 35 et 36 ayant les ouvertures 37 et 38 du côté des miroirs 23 et 24 respectivement.
Dans chacun des tubes 35 et 36 est logé un système de prismes (non visible sur la fig. 4) identique au système de prismes 18, 19 sur la fig. 3, alors que chacun des tubes 31 et 32 comporte en-dessous un prisme (également pas visible) identique au prisme 20 sur la fig. 3.
A la plaque inférieure 24 sont rigidement fixées les goupilles 39 et 40, qui peuvent tourner dans les oeillets 41 et 42 qui, à leur tour, sont solidaires des tiges verticales 43 et 44. Ces dernières sont fixées par exem- ple, par rapport au sol. L'observateur voyant à travers les oculaires 33 et 34 peut explorer l'entier horizon en tournant le bouton 30, avec lequel les surfaces 23 et 24 tournent simultanément et à la même vitesse de manière à rester perpendiculaires l'une à l'autre. Dans ce cas, il est particulière- ment important que la faible interruption dans le champ de vision d'un des télescopes existe, en effet, mais n'est pas gênante parce que l'autre téles- cope est exempt d'interruption dans la position en question.
On peut aussi explorer l'espace en direction verticale en tournant l'ensemble du télescope autour des goupilles 39 et 40. La figure 5 représente encore un autre mode de réalisation du système inverseur suivant l'invention.
Les quatre surfaces réfléchissantes 45, 46, 47, 48 sont constituées par les faces hypoténuse des prismes représentés. Dans la position illustrée, lesdi- tes surfaces sont disposées de manière analogue à la combinaison de prismes de Porro du deuxième genre. La figure montre, en outre, l'objectief 49 et l'oculaire 50. Le prisme 45 peut tourner autour de l'axe vertical KL, de sor- te que l'entier horizon peut être exploré successivement, exactement comme avec la disposition illustrée sur la Fig. 3. Toutefois, dans le présent cas, le prisme 46 peut également tourner autour de l'axe MN. La rotation autour dudit axe implique qu'on peut explorer le champ de vision également dans la direction verticale.
Par conséquent, on choisit le prisme d'une longueur considérable dans la direction KL, afin d'agrandir autant que possible le champ de vision en direction verticale. Cette disposition extrêmement sim- ple permet donc d'obtenir un grand champ de vision dans les directions hori- zontale et verticale
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IMPROVEMENTS TO INVERTER SYSTEMS FOR OPTICAL INSTRUMENTS.
The present invention relates to inverter systems for optical instruments or similar apparatus making it possible to successively observe the different parts of a large field of vision.
We cite, as an example of such an instrument, a panoramic telescope for exploring the horizon. In panoramic telescopes of the usual type, a system of priâmes is used, which is illustrated, for example, in FIG. 177 from "Fundamentals of Optical Engineering" by Donald H. JACOBS, New-York -London, 1943. It consists of a 45 prism, a Dove prism and an Amici roof prism. Said system is already. relatively complicated from the optical point of view and presents, moreover, the more serious mechanical complication that the Dove prism, when exploring the horizon, must rotate about a vertical axis at half the speed angular, at which the prism of 45 rotates about said axis.
The object of the invention is to provide an inverter system in which said optical and mechanical complications are avoided.
According to the invention this is achieved with a reversing system producing a complete image erection by means of four reflecting surfaces, this system having the characteristic that one or more of these surfaces can or can rotate around it. an axis perpendicular to the plane of incidence of a ray of light incident, in accordance with the optical axis, on the surface in question.
It is obvious that the reflecting surfaces can be produced in various ways known per se. Thus, for example, one can use for this purpose mirrors with a first surface or the hypotenuse with total reflection of prisms at 45.
According to the invention, it is possible to use an inverter system which has the characteristic that the 4 reflecting faces, in a single
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position, are arranged mutually in a manner analogous to the combination of porro prisms of the first or second kind. This system can be implemented in a very simple way and several applications will be described below.
However, within the scope of the invention, any system with 4 reflecting faces can be used which produces a complete image erection, such as, for example, two prisms at 45 in combination with a pentagonal prism or two prisms at 45. in combination with a 1350 quadrangular prism with two total reflection surfaces.
In a use of the inverter system according to the invention, for example, in panoramic glasses, the first reflecting face is rotatable. In another use of the inverter system according to the invention, for example for observing the plotting table on board ships, the second reflecting face can be produced according to the invention in a rotatable manner as described in claim 1.
It will be better understood how the invention can be implemented with regard to the appended drawing, given by way of nonlimiting example, which represents some embodiments of the invention, the particularities which emerge both from the text and from the drawing making , of course, part of the invention.
FIG. 1 shows four mirrors, 1, 2, 3, 4, the mutual directions of which correspond to those of the four reflecting faces of a combination of Porro prisms of the first kind. The figure also represents the light ray abcde, which extends along the optical axis and which is reflected successively by the mirrors 1, 2, 3, 4. The mirror 4 can rotate around the axis AB, which is perpendicular to the plane of incidence of the part d of the light ray extending in accordance with the optical axis.
When we turn mirror 4 around AB, we can observe in any direction which is perpendicular to AB. The system then continues to reverse completely, image rotations not occurring.
This result is achieved by a single rotation of mirror 4, while the other mirrors remain stationary. A perfectly analogous result can be obtained by making mirror 4 fixedly, but mirror 3 so that it can rotate about an axis perpendicular to parts ± and d of the local optical axis.
A practical example is schematically illustrated in fig. 2, where the inverter system according to the invention is used in a binocular telescope for the observation of the "plotting table".
Telescopes of this kind are used on board ships to observe, from the bridge, a map below the passerelleo. The inverter system should be of compact construction and, in addition, a maximum part of the map must be observable. More particularly, the use of radar on board ships requires the observation of longer charts than was possible with conventional systems. The embodiment of the telescope according to the invention as shown in FIG. 2 allows you to monitor large maps essential for radar.
The light rays emanating from the card are reflected successively on the reflecting faces 5, 6, 7, 8 at 9, 10, 11, 12 respectively.
The mirrors 6 and 10 are formed by the two lateral faces of the prism P. The latter prism can turn around the axis CD by means of the lever E.
This rotation has the effect of moving the field of view in the two telescopes, that is to say that we observe another part of the map. The objectives 13 and 14 of the telescope are arranged between the prisms 7, 8 and 11, 12 respectively. The observer sees through eyepieces 15 and 16.
The desired result has therefore been obtained in an extremely simple manner. The binocular telescope has only one rotating prism which does not produce image rotation.
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Fig. 3 represents the block diagram of an inverter system according to the invention, which can be used, for example, in panoramic telescopes and which then gives rise to considerable simplifications and improvements compared to known types.
The reflecting surfaces 17, 18, 19, 20 are formed by the hypotenuse surfaces of the illustrated prisms. The illustrated ray of light extends along the optical axis and reaches the objective 22 via the surfaces 17, 18, 19 and the eyepiece 21 via the surface 20.
The two prisms, of which the neighboring hypotenuse surfaces constitute the surface 17 (which is therefore reflective on both sides) can rotate in common around the vertical axis FG. When we turn the said system of prisms ;, we make successively visible in the field of the telescope, thanks to the two reflecting sides of the mirror 17, all the parts of the horizon, except the small part where the system of prisms 18 , 19 constitutes an obstacleo As in the previous case, this result is achieved with exceptionally simple means and without any image rotation.
FIG. 4 is a view of a binocular panoramic telescope produced by means of two telescopes constructed according to the principle of FIG. 3. The mirrors 23 and 24, which each consist of two prisms, can each turn around. a shaft, these shafts being supported in two parallel plates 25 and 26. On said shafts are mounted the wheels 27 and 28, which are connected by a rope 29, The shaft of the reflecting prism 24 also carries the button 30. To the plate 25 are fixed the telescope tubes 31 and 32, which contain the objectives (not shown in the figure) and the eyepieces 33 and 34, In the extension of the tubes 31 and 32 extend the tubes 35 and 36 having the openings 37 and 38 on the side of the mirrors 23 and 24 respectively.
In each of the tubes 35 and 36 is housed a system of prisms (not visible in FIG. 4) identical to the system of prisms 18, 19 in FIG. 3, while each of the tubes 31 and 32 comprises below a prism (also not visible) identical to the prism 20 in FIG. 3.
To the lower plate 24 are rigidly fixed the pins 39 and 40, which can rotate in the eyelets 41 and 42 which, in turn, are integral with the vertical rods 43 and 44. The latter are fixed, for example, with respect to the ground. The observer seeing through the eyepieces 33 and 34 can explore the entire horizon by turning the knob 30, with which the surfaces 23 and 24 rotate simultaneously and at the same speed so as to remain perpendicular to each other. In this case, it is particularly important that the weak interruption in the field of view of one of the telescopes exists, indeed, but is not disturbing because the other telescope is free of interruption in the position in question.
It is also possible to explore the space in a vertical direction by rotating the whole of the telescope around the pins 39 and 40. FIG. 5 represents yet another embodiment of the inverter system according to the invention.
The four reflecting surfaces 45, 46, 47, 48 are formed by the hypotenuse faces of the prisms shown. In the position illustrated, said surfaces are arranged analogously to the combination of porro prisms of the second kind. The figure also shows the objectief 49 and the eyepiece 50. The prism 45 can rotate around the vertical axis KL, so that the entire horizon can be explored successively, exactly as with the arrangement shown. in Fig. 3. However, in this case, the prism 46 can also rotate around the axis MN. The rotation around said axis implies that one can explore the field of view also in the vertical direction.
Therefore, the prism of considerable length is chosen in the direction KL, in order to enlarge the field of view in the vertical direction as much as possible. This extremely simple arrangement therefore makes it possible to obtain a large field of vision in the horizontal and vertical directions.