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.