Micromètre optique.
On connaît déjà. des micrométriques optiques comportant un ensemble de prismes permettant de dévier des faisceaux lumineux et de mesurer avec précision les amplitudes des déviations produites, par'la mesure d'une translation imprimée auxdits prismes ; toutefois, ces dispositifs antérieurs présentent l'in- convénient de provoquer des variations dans la longueur du chemin optique parcouru par les rayons lumineux, ou encore, pour remédier à ce défaut, d'utiliser pour un ou plusieurs des prismes des déplacements différents de ceux, des autres prismes.
La présente invention, due à Monsieur Tfucien Poichet, a pour objet un micromètre optique du type précité, caractérisé en ce que l'ensemble des prismes est assemblé de manière invariable et en ce que leurs indices de réfraction et leurs angles sont choisis de manière que les rayons lumineux qui les traversent en ressortent parallèles à leur direction primitive et restent dirigés dans la même direction, leur'déplacement établit fonction du déplacement de l'ensemble des prismes et la longueur du chemin optique restant pratiquement invariable.
Le dessin annexé représente,'à titre d'exemple, deux formes. d'exécution de l'objet de l'intention avec trois variantes.
La fig. 1 est un schéma explicatif ;
La fi. g. 2 montre un exemple d'application à un microscope micrométrique ;
Les fig. 3 et 4 représentent l'aspect du champ oculaire du microscope micrométrique, avant et pendant la mesure micrométrique ;
La fig. 5 est un exemple d'application à une lunette de visée ;
Les fig. 6 et 7 montrent l'aspect du champ oculaire de la lunette de visée, avant et pen d, % nt, la mesure micrométrique ;
La fig. 8 représente un montage permettant de compenser le déportement initiad des rayons lumineux ;
La fig. 9 est un exemple de variante ;
La fig. 10 est un autre exemple de variante ;
La fig. 11, enfin, représente un montage permettant de produire des déviations conju- guées de sens inverses.
Le dispositif représenté schématiquement à la fig. 1 consiste en un système de trois prismes, le premier d'angle a'et d'indice de réfraction n', le second d'angle' et d'indice de réfraction N, le troisième d'angle a et d'indice de réfraction st. disposés comme l'indique le schéma.
La figure montre que, la position initiale du système étant représentée en traits pleins, et sa position après une translation 1 étant figurée en tirets, un rayon lumineux S I I'S' subit, du fait de cette translation ?, une variation de déportement transversal égale a b.
Dans le cas que montre la figure, d'un rayon perpendiculaire à la face de sortie du troisième prisme (n) et à la face de contact des deux premiers prismes (N) et (n'), au surplus parallèle, après sortie du dispositif, à sa direction initiale, on vérifie aisément que l'on a les relations suivantes entre les éléments :
Ó = p = sin(i-α) cos α [tg α + tg i']
? cos i
i-α = i'- α' = X
N sin i = n sin α
sin i'= n'sin a'
Dans ces relations, i'est l'angle d'inci- dence du rayon S I sur la surface extérieure du prisme n'.
Pour résoudre ce système, à partir des données n, N, et p, on peut utiliser les formules suivantes :
On tire d'abord cos X de l'équation
cos3 X [n2 n' (p +I) -Nn]
- cos2 X [N n n' (2p + I) +p n2-N2]
+ cos X [N n (2p + I) + n' (N2 p - n2)]
- N2(p + I)+N n n'= 0
Une formule plus simple également utili- sable est la suivante :
cos2 X[n n'(p + I) - N] -Cos X p (Nn'+n)
+ N(p+1)- n'n = 0 d'o¯ on tire X.
On abtient ensuite :
EMI2.1
in X tua'=
n'-cos X d'où a et a', puis :
EMI2.2
n'sin X tri'=-
n cos Xl d'où i et i'.
Appelant D la différence des trajets parcourus par un rayon lumineux dans la position initiale des prismes et après translation ?, on a la formule :
EMI2.3
L'expérience montre que l'on peut annuler
D par un choix convenable des indices n, N et n', auquel on parvient faeilement par calculs systématiques, plus pratiques que l'éta- blissement d'une formule directe.
On voit en définitive que le premier incon- vénient des déviateurs habituels, savoir la différence D entre les trajets parcourus, peut être évité par ce dispositif et qu'au surplus celui-ci supprime les déplacements complexes des systèmes jusqu'ici connus, puisque l'ensemble des prismes se déplace comme un seul bloc.
Cette translation ? est facilement mesuralle avec une précision parfaite, si une gra duation appropriée est tracée ou appliquée sur la surface extérieure'du prisme (n), dans le sens même de la. translation qui, par rap- port à un repère convenable, se trouve ainsi mesurée sans aucun report introducteur d'er reuTs.
Il va sans dire que les hypothèses que l'on vient de faire, touchant la perpendioularité du rayon lumineux sur certaines des surfaces des prismes, n'ont qu'un rôle simplificateur et ont permis notamment d'établir des formules relativememt simples Rien n'empêche de parvenir à un résultat équivalent en négligeant ces hypothèses et en établissant des formules correspondantes ou, plus simplement, en procédant par approximations successives. Il est bien entendu que ces complications possibles, sans aucun avantage pratique, rentrent dans le cadre de l'invention.
Il existe une variante particulièrement simple, qui consiste à adopter pour le prisme (N) l'air, d'ind. ioe N = 1.
Voici, à titre indicatif, un exemple de réalisation de l'invention conformément à cette variante : soit donné : n = 1. 52 n'= 1. 50 N = 1
p = 0. 02
On trouve, au moyen des formules indiquées précédemment :
Z= 3 63
a = 6 92 a'= 7 19
i= 10 55 i'= 10 82
D-0. 0005
d-
Ainsi, si 4=l0mm = 10 mm d = 0. 2 mm D = 0. 005 mm
Comme on l'a dit plus haut, D pourrait être rendu rigoureusement nul, mais le calcul a été arrêté à la valeur trouvée, négligeable en pratique. Ce calcul, destiné à annuler D, a été conduit en prenant n pour variable, et l'on voit que dans le domaine choisi les cata- logues de verres sont assez fournis pour procurer l'indice indiqué par le calcul.
(A titre indicatif, D = 0 serait obtenu ici pour n # 1. 522.)
En résumé, cet exemple de réalisation per met'de mesurer avec Tin. grossissement de 50 fois le département transversal imprimé à un rayon ou faisceau lumineux.
La fig. 2 montre un exemple d'application d'un déviateur de ce genre à un microscope micrométrique.
Le système de prismes subit la translation indiquée par la flèche, sa face supérieure graduée demeurant presque au contact du grati cule G, dont la surface inférieure porte des repères consistant en un trait simple et un double trait disposés suivant les deux moitiés d'un même diamètre.
L'image de l'échelle visée E est projetée sur le graticule G par le système objectif à grandissement ajustable, de sorte qu'à la translation maximum J des prismes correspond un déportement 6 égal à l'image formée dans le plan du graticule d'une division de l'échelle E.
Les fig. 3 et 4 expliquent le fonctionnement de l'appareil.
Sur la fig. 3, on voit l'aspect du champ oculaire avant lecture de l'appoint ;
La fig. 4 montre le champ oculaire lorsque l'appréciation de l'appoint est réalisée. Pour ce faire, il suffit d'imprimer au système dé- viateur une translation telle qu'elle amène la graduation 25 à bissecter le double trait repère du graticule. Lorsque cet encadrement est réalisé, on lit directement sur l'échelle du déviateur l'apport de lecture égal au déportement 6 réalisé.
Sur la-figure, on a supposé que la translation maximum, du déviateur était divisée en 100"d'où il ressort une lecture micrométrique égale à 632, et une lecture totale égalle à 25. 632.
La fig. 5 montre un exemple d'application de l'invention à une lunette de visée.
Celle-ci, qui est destinée, dans cet exemple, à mesurer des distances par mesure dans le plan focal de l'écart des images de repères tracés à écart fixe sur une mire objet, comporte le dispositif suivant :
La moitié supérieure du champ image peut être déportée de quantités mesurables par un système de prismes P.
La moitié inférieure du champ image est occupée par une lame à faces parallèles L ayant un rôle double : d'abord elle est d'épaisseur telle que les trajets optiques sont égaux pour les deux moitiés du champ ; ensuite, cette lame est inclinée de façon à imprimer au champ un déportement fixe, égal à celui imprimé par le système de prismes dans la position initiale correspondant à A = 0. La. fig. 1 montre en effet que le rayon I'S', parallèle au rayon S I, n'est pas dans son prolongement. Ce petit décalage, sans incon- vénient en général, et notamment dans 1'exemple précédent de microscope micrométrique, doit ici être corrigé et l'on voit que l'on y parvient aisément.
Il est évident que l'on peut rendre monobloc l'ensemble prismes P-lame L, vu ici en coupe transversale, et déplacer le tout suivant la translation A envisagée, perpendicu- laire ici au plan de figure.
La face extérieure du système de prismes, suivant laquelle s'effectue la translation zí, porte ici une graduation de 0 à 200, à laquelle correspond un déplacement d'image égal à une division en distance du graticule G, par exemple l'écart entre les traits 20 et 40 de la fig. 6.
Les fig. 6 et 7, représentant le champ ocu- laire avant et après exécution du pointé micrométrique, montrent le mode opératoire.
On voit sur la fig. 6 que l'on a pointé la lunette de façon à encadrer le trait central de la mire visée par le trait double du graticule.
On observe alors que le trait de gauche de l'image de la mire se trouve entre les divisions 60 et 80 qui indiquent des distances.
Reste à mesurer l'écart entre ce trait et la division 60. On imprime au déviateur une translation telle que ce trait de la mire, ou plus exactement son image sur le graticule, vienne se confondre avec la division 60. A ce moment, on lit l'appoint sur la graduation du déviateur, ici 661. En résumé, la lecture totale serait, dans l'exemple figuré, égale à 66. 61.
La fig. 8 montre un exemple de montage permettant d'éviter le décalage initial du rayon lumineux, au moyen d'une lame à faces parallèles inclinée.
La fig. 9 montre une variante du dispo sit : if de prismes particulièrement simple et qui peut suffire dans bien des cas, dans laquelle on a simplement fait N = n'.
Il va sans dire que bien d'autres variantes peuvent être imaginées sans que l'on sorte du cadre de l'invention. Comme on l'a déjà dit, les orientations des prismes par rapport aux faisceaux lumineux peuvent différer de celles
Indiquées ; elles peuvent, par exemple, coïncider avec les orientations de déviation minimum pour un ou plusieurs prismes.
D'autres variantes également comprises dans l'invention peuvent consister à scinder un ou plusieurs prismes en, plusieurs prismes composanjts.
La fig. 10 représente ainsi, à titre d'exem- ple non limitatif, un déviateur composé de trois prismes de verre séparés par deux prismes d'air.
La fig. Il représente un dispositif qui, monté par exemple à la place de l'ensemble P-L de la fig. 5, produirait dans chaque demi-champ des déviations égales et de sens contraires.. On obtient un tel système en accolant deux ensembles de prismes, l'un en position normale indiquée par des traits pleins, l'autre en position retournée, indiquée par des tirets. Le système normal donne une déviation 8 en sens inverse de la translation, a tandis que le système.. retourné" donne une déviation us de même sens que d.
On peut aussi combiner des systèmes accolés donnant pour une même translation d des déports 6 inégaux, ce qui permet d'obtenir une grande précision dans l'appréciation de l'écart entre deux traits images sur un graticule par exemple, l'un des traits sem blant courir après l'autre et le rattraper enfin après une grande course A des déviateurs accolés.
L'invention peut s'appliquer à des me- sures portant sur d'as rayonnements spéciaux, par exemple à des mesures. d'écart entre des images produites par des faisceaux de lon gueurs d'ondes différentes.
On peut aussi envisager l'adjonction au u système déviateur de tous les organes, appareils et accessoires de l'optique, par exemple des filtres de couleurs, des polariseurs, des réflecteurs ou semi-réflecteurs, des duplica- teurs, etc.
En particulier, on peut adjoindre aux systèmes optiques utilisés pour la. formation des images des lentilles fonctionnant suivant le principe bien connu des collecteurs rejetant à l'infini la pupille de sortie ; par exemple, on pourra disposer entre le système de prismes et l'objectif une ou plusieurs lentilles, dont l'effet sera de diriger les faisceaux lumineux sensiblement perpendiculairement au système de prismes de façon à obtenir des images périphériques aussi bonnes que les images axiales.
On peut également enrvisager l'adjonction de dispositifs correcteurs des diverses aberrations, ou la composition du système dans le but de remédier à ces aberrations, par exemple en utilisant des prismes composites achromatiques, bien que dans les conditions normales d'utilisation le chromatisme soit parfaitement négligeableebà la rigueur élimi- nable par l'emploi de filtres colorés.
Optical micrometer.
We already know. optical micrometrics comprising a set of prisms making it possible to deflect light beams and to measure with precision the amplitudes of the deviations produced, by measuring a translation imparted to said prisms; however, these prior devices have the disadvantage of causing variations in the length of the optical path traversed by the light rays, or even, to remedy this defect, of using for one or more of the prisms displacements different from those. , other prisms.
The present invention, due to Mr. Tfucien Poichet, relates to an optical micrometer of the aforementioned type, characterized in that the set of prisms is assembled in an invariable manner and in that their refractive indices and their angles are chosen so that the light rays which pass through them emerge from it parallel to their original direction and remain directed in the same direction, their displacement established as a function of the displacement of the set of prisms and the length of the optical path remaining practically invariable.
The accompanying drawing shows, by way of example, two forms. execution of the object of intention with three variants.
Fig. 1 is an explanatory diagram;
The fi. g. 2 shows an example of application to a micrometric microscope;
Figs. 3 and 4 show the appearance of the ocular field of the micrometric microscope, before and during the micrometric measurement;
Fig. 5 is an example of application to a sighting telescope;
Figs. 6 and 7 show the appearance of the ocular field of the telescopic sight, before and during d,% nt, the micrometric measurement;
Fig. 8 shows an assembly making it possible to compensate for the initial offset of the light rays;
Fig. 9 is an example of a variant;
Fig. 10 is another example of a variation;
Fig. 11, finally, shows an assembly making it possible to produce conjugate deviations in opposite directions.
The device shown schematically in FIG. 1 consists of a system of three prisms, the first with angle a 'and refractive index n', the second with angle 'and refractive index N, the third with angle a and index of refraction st. arranged as shown in the diagram.
The figure shows that, the initial position of the system being represented in solid lines, and its position after a translation 1 being shown in dashes, a light ray SI I'S 'undergoes, because of this translation?, A transverse offset variation equal to b.
In the case shown in the figure, with a radius perpendicular to the exit face of the third prism (n) and to the contact face of the first two prisms (N) and (n '), in addition parallel, after exiting the device, in its initial direction, we can easily verify that we have the following relations between the elements:
Ó = p = sin (i- α) cos α [tg α + tg i ']
? cos i
i- α = i'- α ' = X
N sin i = n sin α
sin i '= n'sin a'
In these relations, i is the angle of incidence of the ray S I on the outer surface of the prism n '.
To solve this system, from the data n, N, and p, we can use the following formulas:
We first take cos X from the equation
cos3 X [n2 n '(p + I) -Nn]
- cos2 X [N n n '(2p + I) + p n2-N2]
+ cos X [N n (2p + I) + n '(N2 p - n2)]
- N2 (p + I) + N n n '= 0
A simpler formula that can also be used is as follows:
cos2 X [n n '(p + I) - N] -Cos X p (Nn' + n)
+ N (p + 1) - n'n = 0 hence we draw X.
We then obtain:
EMI2.1
in X kill '=
n'-cos X hence a and a ', then:
EMI2.2
n'sin X sort '= -
n cos Xl hence i and i '.
Calling D the difference in the paths traveled by a light ray in the initial position of the prisms and after translation?, We have the formula:
EMI2.3
Experience shows that we can cancel
D by a suitable choice of the indices n, N and n ', which one arrives easily by systematic calculations, more practical than the establishment of a direct formula.
We see finally that the first drawback of the usual deflectors, namely the difference D between the paths traveled, can be avoided by this device and that, moreover, it eliminates the complex displacements of the systems known hitherto, since the The set of prisms moves as a single block.
This translation? is easily measured with perfect precision, if an appropriate gra duation is drawn or applied to the outer surface of the prism (n), in the same direction as the. translation which, with respect to a suitable benchmark, is thus measured without any transfer introducing errors.
It goes without saying that the hypotheses that we have just made, concerning the perpendicularity of the light ray on some of the surfaces of the prisms, have only a simplifying role and have made it possible in particular to establish relatively simple formulas Nothing n ' prevents an equivalent result from being reached by neglecting these assumptions and by establishing corresponding formulas or, more simply, by proceeding by successive approximations. It is understood that these possible complications, without any practical advantage, come within the scope of the invention.
There is a particularly simple variant, which consists in adopting for the prism (N) air, from ind. ioe N = 1.
Here, as an indication, an example of embodiment of the invention in accordance with this variant: let given: n = 1.52 n '= 1. 50 N = 1
p = 0. 02
We find, using the formulas indicated above:
Z = 3 63
a = 6 92 a '= 7 19
i = 10 55 i '= 10 82
D-0. 0005
d-
Thus, if 4 = l0mm = 10 mm d = 0.2 mm D = 0. 005 mm
As we said above, D could be made rigorously null, but the computation was stopped at the value found, negligible in practice. This calculation, intended to cancel out D, was carried out by taking n for variable, and we see that in the chosen domain the glass catalogs are sufficiently supplied to provide the index indicated by the calculation.
(As an indication, D = 0 would be obtained here for n # 1. 522.)
In summary, this exemplary embodiment makes it possible to measure with Tin. magnification of 50 times the transverse department printed to a ray or beam of light.
Fig. 2 shows an example of application of a deflector of this kind to a micrometric microscope.
The prism system undergoes the translation indicated by the arrow, its graduated upper face remaining almost in contact with the grati cule G, the lower surface of which bears reference marks consisting of a single line and a double line arranged in the two halves of the same diameter.
The image of the target scale E is projected onto the graticule G by the objective system with adjustable magnification, so that the maximum translation J of the prisms corresponds to an offset 6 equal to the image formed in the plane of the graticule d 'a division of the E.
Figs. 3 and 4 explain how the device works.
In fig. 3, we see the appearance of the eye field before reading the supplement;
Fig. 4 shows the ocular field when the assessment of the supplement is carried out. To do this, it suffices to impart to the deviating system a translation such that it causes the graduation 25 to bisect the double reference line of the graticule. When this framing is carried out, one reads directly on the scale of the deflector the reading contribution equal to the offset 6 achieved.
In the figure, it is assumed that the maximum translation of the deflector was divided into 100 "from which emerges a micrometric reading equal to 632, and a total reading equal to 25. 632.
Fig. 5 shows an example of application of the invention to a sighting telescope.
The latter, which is intended, in this example, to measure distances by measuring in the focal plane of the deviation of the images of marks drawn with a fixed deviation on a test pattern, comprises the following device:
The upper half of the image field can be offset by measurable quantities by a system of P prisms.
The lower half of the image field is occupied by a plate with parallel faces L having a double role: firstly it is of such thickness that the optical paths are equal for the two halves of the field; then, this plate is inclined so as to print on the field a fixed offset, equal to that printed by the system of prisms in the initial position corresponding to A = 0. FIG. 1 shows in fact that the radius I'S ', parallel to the radius S I, is not in its extension. This small shift, without inconvenience in general, and in particular in the preceding example of a micrometric microscope, must here be corrected and it can be seen that this is easily achieved.
It is obvious that the P-blade L prisms assembly, seen here in cross section, can be made in one piece, and the whole can be moved along the intended translation A, perpendicular here to the plane of the figure.
The outer face of the prism system, according to which the translation zí takes place, has here a graduation from 0 to 200, to which corresponds an image displacement equal to a division in distance of the graticule G, for example the difference between lines 20 and 40 of FIG. 6.
Figs. 6 and 7, representing the ocular field before and after execution of the micrometric plotting, show the procedure.
It is seen in fig. 6 that the telescope has been pointed so as to frame the central line of the staff targeted by the double line of the graticule.
It is then observed that the left line of the image of the test chart is located between the divisions 60 and 80 which indicate distances.
It remains to measure the difference between this line and the division 60. We print on the deviator a translation such that this line of the test pattern, or more exactly its image on the graticule, merges with the division 60. At this moment, we reads the supplement on the graduation of the diverter, here 661. In summary, the total reading would be, in the example shown, equal to 66. 61.
Fig. 8 shows an example of an assembly making it possible to avoid the initial shift of the light beam, by means of a slat with inclined parallel faces.
Fig. 9 shows a variant of the prism layout which is particularly simple and which may suffice in many cases, in which we have simply made N = n '.
It goes without saying that many other variants can be imagined without departing from the scope of the invention. As we have already said, the orientations of the prisms with respect to the light beams may differ from those
Indicated; they may, for example, coincide with the minimum deviation orientations for one or more prisms.
Other variants also included in the invention may consist in splitting one or more prisms into several component prisms.
Fig. 10 thus represents, by way of nonlimiting example, a deflector composed of three glass prisms separated by two air prisms.
Fig. It shows a device which, mounted for example in place of the assembly P-L of FIG. 5, would produce equal deviations in each half-field in opposite directions. Such a system is obtained by joining two sets of prisms, one in the normal position indicated by solid lines, the other in the inverted position, indicated by dashes. The normal system gives a deviation 8 in the opposite direction of the translation, a while the system .. returned "gives a deviation us in the same direction as d.
It is also possible to combine contiguous systems giving for the same translation d unequal offsets 6, which makes it possible to obtain great precision in the appreciation of the difference between two image lines on a graticule for example, one of the lines seems to be chasing after the other and finally catching up with him after a great race with side-by-side deflectors.
The invention can be applied to measurements relating to special radiations, for example to measurements. difference between images produced by beams of different wavelengths.
It is also possible to envisage adding to the deflector system all the components, apparatus and accessories for optics, for example color filters, polarizers, reflectors or semi-reflectors, duplicators, etc.
In particular, one can add to the optical systems used for the. formation of the images of the lenses operating according to the well-known principle of collectors rejecting the exit pupil ad infinitum; for example, one or more lenses may be placed between the prism system and the objective, the effect of which will be to direct the light beams substantially perpendicular to the prism system so as to obtain peripheral images as good as the axial images.
One can also consider the addition of corrective devices of the various aberrations, or the composition of the system in order to remedy these aberrations, for example by using achromatic composite prisms, although under normal conditions of use the chromatism is perfectly negligible, if need be, eliminated by the use of colored filters.