Appareil optique de visée. Dans les appareils de visée actuellement connus, la direction de visée d'une lunette, par exemple, est définie par la droite joi gnant le point nodal de l'objectif de la lu nette à l'index de visée. Cet index est consti tué par une marque située dans le plan de l'image, marque définie en général par la croisée de deux fils fins d'un réticule ou par l'intersection de deux traits gravés ou photo graphiés sur la plaque de verre d'un micro mètre.
Ces appareils de visée présentent divers inconvénients et notamment les suivants: 1 Les deux points définissant la droite de visée sont très rapprochés l'un de l'autre. 2 Lorsque la distance de l'objet à l'instru ment de visée varie, le plan de l'image se déplace relativement à l'objectif, et le plan de l'index doit suivre ce mouvement (mise au point de l'instrument). Il en ré sulte deux causes possibles d'erreur: a) un défaut de guidage du déplacement relatif de l'index par rapport à l'objec tif entraîne une déviation de la ligne de visée; b) un défaut de coïncidence de l'index et du plan de l'image (parallaxe) peut entraîner une erreur de pointé.
La présente invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients.
Elle concerne à cet effet un appareil opti que de visée caractérisé par au moins un sys tème optique inverseur disposé dans le trajet d'une partie des rayons lumineux parvenant à l'#il de l'observateur, ce système optique inverseur déviant tous les rayons lumineux qui le traversent, à l'exception de ceux pa rallèles à une direction donnée, ce qui permet à l'observateur de percevoir simultanément deux images égales de l'objet observé, les deux images étant orientées de façons diffé rentes et présentant des points communs et caractérisant un plan de visée.
Le dessin représente, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution de l'appareil selon l'invention.
La fig. 1 représente schématiquement en section droite un système optique de visée constitué par un prisme de Wollaston.
La fig. 2 représente l'image observée en utilisant le système optique de la fig. 1. Les fig. 3, 4, 5, 6, 7 et 8 représentent schématiquement d'autres systèmes optiques de visée.
La fi-. 9 représente schématiquement un appareil de nivellement.
La fig. 10a représente la, mire utilisée avec l'appareil de nivellement de la fig. 9.
La, fig. 10b représente l'image observée de la mire de la fig. 10a.
Les fig. 11a et<B>111</B> représentent une autre forme de mire, ces figures correspondant respectivement aux fig. 10e- et 10b.
Les fig. 12 et 13 représentent schémati quement deux autres appareils de nivelle ment. La fig. 14 représente schématiquement en élévation coupé un niveau panoramique périscopique.
La fig. 15 représente schématiquement un cercle azimutal.
La fig. 16 représente schématiquement un théodolite.
La fig. 17 représente schématiquement un cathétomètre.
La fig. 18 représente une installation pour la mesure de la rectitude des glissières.
Le système optique 2 de la fig. 1 est des tiné à être interposé sur le trajet d'une par tie des rayons lumineux provenant de l'objet à viser et atteignant l'oeil de l'observateur de façon qu'il fournisse une image égale à l'objet en grandeur et en éloignement, mais diffé remment orientée et qui peut, en particulier, être renversée par rapport à l'objet. Le sys tème optique 2 constitue donc un inverseur d'image.
Le système optique 2 est constitué par un prisme de Wollaston, conçu de telle manière (fig. 1) qu'un des rayons incidents 1 qui le traversent émerge en 3 dans son propre pro longement pour parvenir à l'#il de l'obser vateur.
Les autres rayons incidents 11, 12, etc. sont déviés par ledit système optique 2 en 31, 32.
Ce système optique inverseur 2 est, d'au tre part, placé de manière qu'une partie des rayons lumineux provenant de l'objet attei gne l'#il de l'observateur sans traverser ce prisme.
De ce fait, l'observateur perçoit deux images de l'objet: Une première image provenant des rayons lumineux ayant atteint son #il sans traverser le prisme.
Une deuxième image provenant de la par tie des rayons qui ont traversé ledit prisme, image dont l'orientation est différente de celle de la première.
Ces deux images ont un ou plusieurs points communs qui se trouvent sur les rayons 1 non déviés par le prisme 2 (rayons principaux). Ces rayons définissent ainsi le plan ou la ligne de visée 1, 3. Cette ligne 1, 3 est indé pendante de l'objectif de la lunette de visée et de la position du plan clé l'image; les deux causes d'erreur précédemment indiquées, c'est-à-dire le défaut de guidage de mise au point et le défaut de parallaxe sont donc éli minés.
Cet appareil de visée présente encore de nombreux avantages et notamment les sui vants: 1 Les deux images d'un point de l'objet, qui doivent être amenées en coïncidence pour la, visée, se trouvent, pour l'opérateur, à une distance angulaire double de celle qui, dans les mêmes conditions, séparerait l'index de visée de 1 ïmage du point dans un instrument ordinaire. La précision de visée est donc équi valente à celle d'un instrument identique, mais de grossissement double.
2 Dans les viseurs à observation directe, sans lunette, la longueur de cet instrument est sans influence sur la précision de la détermi nation de la direction de visée et les diffi cultés d'accommodation sont. supprimées.
3 La détermination de la direction de visée ne nécessitant. aucun repère matériel dans le plan de l'ima----e, celle-ci peut être vir tuelle; en conséquence, l'adjonction du dispo sitif de visée à. une lunette à oculaire négatif (lunette de Galilée) permet d'utiliser celle-ci comme instrument de visée.
L'invention peut. être appliquée à tous les instruments dans lesquels une lunette maté rialise une direction ou un plan de visée: ins trument de topographie (niveaux, tachéomè- tres, règles éclimètres, théodolites), instru- nrents de géodésie (cercles azimutaux), d'as tronomie, de physique, etc. Il peut remplacer également les dispositifs de visée par ceilleton et pinnule ou par cran de mire et guidon utilisés, par exemple, dans les instruments clé topographie, dans les armes de tir, etc.
II double leur précision et. supprime de plus dans ce dernier cas la gêne due aux diffi cultés d'accommodation de l'#il sur trois points alignés situés à des distances très différentes. Le système optique représenté à la fig. 1 est constitué par un prisme dit prisme de Wollaston dont la section droite a la forme (l'un trapèze isocèle dont les deux côtés non parallèles sont inclinés à 45 .
Ce prisme présente un plan A-A', perpen diculaire au plan de la fig. 1, tel que tous les rayons incidents qui y sont contenus y demeu rent après leur émergence. Parmi ces rayons, ceux 1 parallèles au plan de section droite, c'est-à-dire au plan de la fig. 1, émergent dans le prolongement de leur direction inci dente (fig. 1). L'image observée à travers un tel prisme est symétrique de l'objet par rap port au plan A-A (abstraction faite d'un décalage en profondeur égal sensiblement au tiers de la longueur moyenne des bases du trapèze de la section droite).
Un observateur, dont la pupille de l'#il est bissectée par une face latérale du prisme, par exemple la face postérieure de la fig. 1, supposée placée en dessous, voit simultané ment les images des deux parties de l'objet séparées en b-b (fig. 2) par le plan de cette face. L'image de la partie inférieure observée directement est droite; l'image de la partie supérieure, observée à travers le prisme, est symétrique de l'objet par rapport au plan A-A'. Les deux images du point de l'objet qui se trouvent à l'intersection du plan de la face latérale en question et du plan A-A' coïnci dent; les deux images des autres points situés dans le plan de cette face sont éloignées l'une (le l'autre du double de leur distance par rap port au point qui est en coïncidence.
L'observation de l'objet peut être effectuée a l'aide d'une lunette dirigée sensiblement dans la direction de visée du prisme. Si l'ob jectif est assez grand pour n'être que partiel lement masqué par le prisme, l'observateur voit alors deux images superposées, symétri ques par rapport au plan Les images des points situés dans ce plan coïncident. Cette combinaison définit un plan de visée qui est rigidement lié au prisme 2 et qui est indépendant de la mise au point de la lunette. La parallaxe est pratiquement nulle. Un dé placement angulaire du prisme autour d'un axe parallèle au plan de visée entraîne un dé placement angulaire de la ligne de coïnci dence des deux images, double du déplace ment de l'image du joint visé par rapport à l'index dans un instrument de même grossis sement.
Pour éliminer les inconvénients possibles de visée dus à la bissection de la pupille ou de l'anneau oculaire, le système optique de visée peut être constitué par la réunion de deux prismes de Wollaston 21, 22 accolés par leur base a-a rendue semi-réfléchissante (fig. 3).
L'opérateur regardant à travers l'un des prismes 21 voit deux images superposées de l'objet: une première image de sens direct prove nant des rayons 6 qui ont rencontré la face d'incidence 7 d'un des prismes 22, puis tra versé la face semi-réfléchissante, pour sortir ensuite par l'autre prisme 21; une deuxième image, renversée, provenant des rayons 8 qui ont rencontré la face d'inci dence 9 du prisme 2_'1 et subi une réflexion sur la face semi-réfléchissante a--a.
Le plan de visée A-l' de- l'instrument est alors défini par cette face semi-réfléchissante a-a; les deux images de tous les points de l'objet qui se trouvent dans ce plan sont en coïncidence. Ce dispositif n'impose plus aucune condition pour la position de l'oeil 4 dans l'exa men direct. Dans l'examen à l'aide d'une lu nette, il élimine l'influence des aberrations de l'objectif; dans ce cas, le système optique est , placé devant l'objectif 10 de la lunette qu'il couvre entièrement.
Un défaut de symétrie des deux prismes accolés peut entraîner un dédoublement des images directes et réfléchies qui peut sembler nuisible, mais dans le cas d'une observation de traits (mires de niveau, \de tachéomètre ou de théodolite, par exemple), ce dédoublement permet au contraire d'augmenter la. précision de l'appréciation des coïncidences.
Le prisme de Wollaston peut. être rem placé (fig. -1) par un système de trois miroirs 11, 12 et 13 parallèles à une même droite. Le miroir d'incidence 11 et le miroir d'émergence 1.2 sont inclinés en sens inverse par rapport au miroir intermédiaire 13 qui joue le rôle de la face réfléchissante a-a du prisme de Wollaston. Si l'inclinaison des deux miroirs est la même, le plan de visée A-A' est paral lèle au miroir intermédiaire 13.
Les miroirs d'incidence 11 et d'émergence 12 peuvent être semi-réfléchissants. L'opéra teur peut alors percevoir l'image de sens di rect à travers ceux-ci. Le dispositif agit alors comme le prisme de Wollaston de la fig. 1. Le plan de visée reste le plan 2 A-A'.
Le dispositif ci-dessus, formé par deux miroirs réfléchissants 11, 12 inclinés en sens inverses sur un autre miroir 13, peut être remplacé d'une façon équivalente par un bloc rigide de prismes Pl, P2, P3 représenté en section droite sur la fig. 5. Dans ce bloc de prismes, les faces d'incidence et d'émergence sont parallèles entre elles et normales à la face 13, et les surfaces 11 et 12 sont semi- réfléchissantes.
Les dispositifs précédents définissent seu lement un plan de visée. Une ligne de visée peut être déterminée en croisant deux de ces dispositifs suivant une inclinaison relative quelconque des plans A-A'.
On peut utiliser, par exemple, la combi- naison représentée à la fig. 6, dans laquelle deux paires 14 et 15 de prismes de Wollaston, analogues à ceux de la fie. 3, sont placées dans le prolongement l'une de l'autre, la face réfléchissante a-a de la première paire étant normale à celle de la seconde. Dans ce cas, l'observateur perçoit simultanément une image droite et une image renversée de l'objet, su perposable à la première par une rotation de 180 degrés, dans son plan. Les deux images du point de l'objet qui se trouve sur la droite d'intersection des deux plans de réflexion sont en coïncidence. Les deux images des autres points de l'objet sont symétriques par rap port à ce point de coïncidence.
La ligne de visée est donc définie par l'intersection des deux plans de visée de ces paires de prismes.
La ligne de visée est également définie par cette intersection, si l'angle des faces réflé chissantes est différent de 90 degrés. On peut associer de la même façon des prismes de Wollaston simples ou des systèmes de miroirs.
La ligne de visée est également définie par un prisme en toit 2b (fig. 7 et 8), dans lequel les rayons lumineux subissent, comme on le sait, deux réflexions sur les faces du dièdre rectangulaire (toit); les faces d'inci dence et d'émergence étant inclinées égale ment et en sens inverse sur celles-ci et faisant un angle de 45 degrés avec l'arête des faces réfléchissantes. Parmi les rayons traversant un tel prisme, il en existe un, A-A, parallèle à l'arête a-a des faces réfléchissantes, qui émerge dans le prolongement de son incidence et qui définit la ligne de visée du prisme.
Une combinaison de quatre prismes en toit, assemblés par leurs faces réfléchissantes alors semi-argentées, peut remplacer la com binaison des deux doubles prismes de Wolla ston alignés.
La, fie. 9 représente un appareil de nivel lement.
Le dispositif de visée 2, formé d'un prisme de Wollaston par exemple, est. solidaire de la tige d'un pendule 21. Le centre de gravité de ce pendule est réglé de manière que le plan de visée A-A défini par ledit prisme 2 soit horizontal lorsque le pendule 21 est à sa posi tion d'équilibre. Ce pendule 21 oscille autour d'un axe horizontal 30, constitué par l'arête d'un couteau, porté par un levier coudé 25 dont la rotation autour d'un axe 26 est. com mandée par une vis micrométrique 27. Cette vis 27 mesure le déplacement vertical de f'axe 30. L'ensemble est. porté par un support 22 pivotant autour d'un axe vertical V-V.
L'opérateur visant une mire verticale 24 <B>(fi_.</B> l01) perçoit une image 50 de celle-ci (fie. 10') divisée en deux parties par une ligne verticale. La partie droite, par exemple, est l'image directe de la partie droite de la mire, celle de gauche est l'image de la partie gauche, renversée par réflexion par le dispo sitif optique de visée 2.
La division de la mire, dont les deux images droite et gauche edïneident, est située dans le plan horizontal de visée 2 .1,1. Si cela a lieu pour une division, tous les traits des deux images de la mire coïncident, mais leurs numéros ne se correspondent pas.
Si aucune division n'est en coïncidence, la position du plan A-A peut être appréciée à l'estime, la trace de ce plan sur la mire partageant en deux parties égales l'intervalle de deux divisions de même numéro. Cet inter valle peut également être mesuré en déplaçant verticalement le dispositif de visée 2 à l'aide de la vis micrométrique 27 agissant sur le le vier coudé 25, jusqu'à ce que la coïncidence des traits des deux images de la mire soit réalisée.
On peut également utiliser un dispositif de visée matérialisant une ligne de visée au lieu d'un plan de visée. Dans ce cas, il y a intérêt à utiliser une mire verticale (fig. 11a) dont, une moitié, gauche par exemple, est de couleur sombre uniforme, l'autre moitié por tant la graduation sur fond blanc. De cette façon, l'image (fig. 11b) observée à travers un système de visée, qui est symétrique de l'image directe par rapport à un point, se dé tache sur le fond sombre de l'image directe, ce qui facilite l'observation.
Dans les deux cas, pour faciliter la mesure de l'appoint, il est utile que les divisions de la mire soient cieux fois plus espacées que celles d'une mire ordinaire (2 mm au lieu de 1 mm par exemple).
L'observation de la mire peut se faire soit à l#il nu, comme représenté sur la fig. 9, soit à l'aide d'une lunette grossissante, à oculaire positif ou négatif, tenue à la main ou soli daire de l'appareil.
Suivant une deuxième variante (fig. 12), le système optique de visée 2, constitué par un prisme de Wollaston, est monté sur un flotteur 28 reposant sur du mercure 29 con tenu dans une cuve 33.
La cuve 33 repose sur un support 34 pou vant tourner autour d'un axe vertical 35. Suivant une troisième variante (fig. 13), le système optique de visée 2, constitué par un prisme de Wollaston, est solidaire d'un ni veau à bulle 37. L'ensemble est monté sur un premier support 36 à vis de réglage et sur un deuxième support 38 sur lequel est fixée la lunette de visée 39 qui peut être une lunette de Galilée. Ce support est muni de vis ca- lantes 40.
Le dispositif de visée 2 est reversible, c'est-à-dire que sa face d'incidence et sa face d'émergence peuvent être permutées par re tournement autour d'un axe vertical V-T'. Cette particularité permet de déterminer la. cote rigoureuse du plan horizontal défini par l'instrument de nivellement auquel ledit dis positif est appliqué, en effectuant la moyenne des deux lectures sur la mire avant. et après retournement du dispositif de visée 2.
Les instruments de nivellement auxquels le dispositif de visée 2 est appliqué, tels ceux représentés à titre d'exemple sur les fig. 9, 12 et 13, présentent sur les appareils connus la série d'avantages primordiaux suivants: a) ils sont exempts des erreurs systémati ques dues aux imperfections de construction ou à l'usure (inégalité des colliers de la. lu nette dans les instruments à bulle fixe ou indépendante, ou défaut de symétrie de la.
fiole dans les niveaux réversibles); erreurs qui, comme on le sait, ne peuvent être élimi nées par aucun réglage, ni par aucun mode opératoire; h) ils peuvent être contrôlés directement sur le terrain d'une seule station par deux visées sur une seule mire, alors que le contrôle sur le terrain des appareils connus nécessite deux mires, deux stations et quatre lectures; c.) ils permettent enfin d'effeetuer, une fois contrôlés, des mesures par une seule visée, alors que deux visées sont. nécessaire,, avec les appareils connus, ce qui diminue la. durée des opérations.
Les systèmes optiques utilisés dans les appareils de nivellement des fig. 9, 12 et 13 sont de simples prismes de Wollaston. Il est bien évident que l'on peut utiliser, sans sortir du cadre de l'invention, l'un ou l'autre des systèmes optiques de visée précédemment dé crits et notamment, à. titre d'exemple, deux prismes de Wollaston accolés par leur base.
La fig. 1-1 représente un appareil de ni vellement dans lequel la direction de visée du système optique de visée est verticale. La sus pension verticale de ce système optique, qui, dans le cas de la figure, est constitué par deux prismes de Wollaston accolés par leur base, est assurée soit par une suspension pen dulaire, soit par un flotteur, soit par un ni veau à bulle, comme représenté sur la fig. 14, soit par deux niveaux croisés.
Ce système optique de visée est placé au- dessus de l'objectif 41 d'une lunette d'obser vation verticale à prisme de réflexion 45 et oculaire 42 horizontal. Le système optique de visée est porté par un support pivotant autour d'un axe vertical sensiblement confondu avec l'axe optique de la lunette. Une équerre opti que 43 portée par le même support reçoit les rayons lumineux et les renvoie dans la direc tion verticale de visée du système optique 21, 22. Cette équerre 43 est mobile, pour le ré glage, indépendamment du système optique autour de l'axe vertical A-A dudit système.
L'orthogonalité rigoureuse de l'équerre optique peut être assurée par la rotation d'un hublot prismatique 44, si c'est nécessaire.
Un niveau à bulle 46 associé à une vis de réglage 47 permet de régler la verticalité du plan de visée A-A du système optique de visée et, par suite, l'horizontalité du plan de visée réfléchi par l'équerre optique.
Le support du système optique de visée tourne autour de son axe vertical V-V. Cela permet à l'opérateur d'explorer l'horizon sans changer de place.
Pour effectuer l'appoint des mesures, on peut déplacer l'équerre optique horizontale ment dans la direction de la ligne de visée réfléchie H-H. Ce déplacement modifie d'une quantité égale la hauteur de cette ligne qui vient par exemple en H'-H', ce qui per met d'assurer la coïncidence des traits des deux images de la mire. Le déplacement de l'équerre assurant cette coïncidence mesure l'appoint qui peut être lu sur le tambour di visé de la vis de commande 48 ou sur une ré glette graduée dont l'image peut être ramenée dans le champ de l'oculaire par un dispositif optique non représenté sur la figure.
Au lieu de mesurer l'appoint par ce dé placement de l'équerre optique, il est évidem ment possible d'utiliser le dispositif connu comportant une lame à faces parallèles, mo bile autour d'un axe horizontal, situé en avant du système optique de visée.
L'appareil de nivellement ci-dessus décrit, qui est un niveau panoramique périscopique, présente de nombreux avantages et notam ment les suivants: 1 L'opérateur peut explorer tout l'hori zon sans changer de place en faisant pivoter le support du système optique de visée autour d'un axe vertical.
a) La ligne de visée est surélevée, ce qui diminue les erreurs dues aux perturbation d'indice de l'air causées par les différences de température au sol; b) Le fait que l'opérateur n a pas à se dé placer autour du niveau diminue l'importance des perturbations du calage de l'appareil et augmente la rapidité des mesures.
2 La mesure s'effectue avec une grande précision sans que le réglage ait besoin d'être effectué par double retournement.
L'appareil de la fi g. 15 est un cercle azi- Lllutal, dont le système optique 21, ''2 de visée, constitué par une paire de prismes de Wollaston, est porté par une alidade 50 mo bile autour d'un axe vertical, alidade dont la position peut être repérée sur un cercle hori zontal 51 d'une manière connue au moyen de N erniers ou de microscopes non représentés. Le plan de visée A-11 du système optique de visée est parallèle à, l'axe de rotation.
L'ob servation est effectuée à l'aide d'une lunett#z 52 pouvant pivoter autour clé l'axe vertical indépendamment de l'alidade 50 et pouvant prendre Lui léger basculement autour d'un axe horizontal pour la visée e11 site à travers le système optique de visée.
Le réglage vertical de l'axe de rotation est assuré à l'aide d'une nivelle, non représentée, selon les procédés connus.
Le système optique 21, 22 de visée peut être légèrement déplacé angulairement par rapport à l'alidade 50, à l'aide d'une vis mi crométrique à, tambour divisé 53, entraînant la rotation dudit système autour d'un axe ver tical. Cette vis sert à effectuer des séries de visées sur un même point, comme la vis de l'oculaire micrométrique dans les cercles azi- mutaux connus munis d'une lunette à réticule mobile.
L'application du système optique de visée 21, 22 à un cercle azimutal présente, en plus de l'avantage général déjà signalé, de doubler la précision des mesures à égalité de grossisse ment de la lunette, les deux autres avantages suivants a) celui de supprimer le défaut de colli- mation de la lunette, puisque la visée s'effec tue dans un plan (plan de visée A-A), quel que soit l'angle vertical du point visé; b) celui de séparer la lunette de l'organe de mesure angulaire qui est ainsi beaucoup plus léger, plus maniable et peut être pointé avec plus de précision que la lunette de visée des cercles azimutaux connus.
Une autre variante constitue un théodolite, dans lequel la lunette d'observation est une lunette coudée verticale solidaire du bâti de l'appareil fixe pendant l'opération de me sure. Le système optique de visée, situé au- dessus de l'objectif, est du type prisme en toit et matérialise une direction de visée verticale A-A lorsque l'appareil est nivelé. Cette direction est renvoyée dans une direc tion horizontale h-h par un premier miroir mobile autour d'un axe vertical V-V con fondu sensiblement avec A-A, puis réfléchi par un second miroir mobile autour de l'axe h-h dans un plan vertical perpendiculaire à cet axe h-h.
U n cercle divisé horizontal et un cercle divisé vertical permettent de repérer les déplacements angulaires des deux miroirs autour de leurs axes de rotation. L'appareil <B>z</B> autoui fonctionne comme un théodolite à lunette excentrée.
Les miroirs simples peuvent être rem placés par des équerres optiques. Un système de deux miroirs supplémentaires permet de supprimer l'excentricité de la visée.
La ligne de visée A-A du duplicateur peut être rendue automatiquement verticale en solidarisant celui-ci avec un pendule ou un flotteur.
Dans le théodolite de la fig. 16, le système optique de visée 21, 22 est solidaire du corps 54 de la lunette et participe à ses mouvements angulaires autour de ses axes de rotation ver tical V-V et horizontal H-H. Le système optique devisée est représentéschématiquement par un double prisme de Wollaston. Il peut occuper deux positions par rotation autour de l'axe de la lunette. Dans l'une de ces posi tions, le plan de visée @1,1 est parallèle à l'axe des tourillons H-H; dans l'autre posi tion, il est parallèle à l'axe V -V. Dans la première de ces positions, l'opérateur mesure l'angle vertical de visée; dans la seconde, il mesure l'angle horizontal.
A la place d'un prisme mobile autour de l'axe de la lunette, on peut évidemment uti liser un système de visée du type prisme en toit matérialisant une ligne de visée par rap port à la lunette.
Le système optique de visée peut égale ment être placé devant le miroir d'un gonio mètre panoramique, ce qui permet d'obtenir une précision de mesure des angles horizon taux et verticaux égale à celle des théodolites.
Le système optique de visée 2 peut égale ment être appliqué aux instruments de physi que, tels par exemple les cathétomètres, qui servent à mesurer avec précision les diffé rences de niveau de points rapprochés de l'instrument de visée.
Dans le cathétomètre représenté à titre d'exemple dans la fig. 17, le système optique de visée \? est porté par un chariot 59 mobile sur une glissière 55 verticale graduée. Cette glissière 55 portée par un support 56 peut. pi voter autour d'un axe vertical V-V.
Une vis 57 permet. de faire varier l'incli naison de la ligne de visée A-.1 par rapport à l'axe V-V. Si la ligne de visée est nor male à la direction V-V, la visée d'un point ne doit pas changer par rotation de<B>1.80</B> de grés autour de cet. axe. Le réglage est assuré en déplaçant le chariot 59 sur la glissière 55 verticale et en agissant sur la vis 57. L'observation est effectuée à l'aide d'une lunette 58 indépendante de la glissière pivo tante.
La distance verticale de deux points est fournie par la différence de position du cha riot mesurée sur la règle 55 graduée.
Le dispositif optique 2 de visée peut être employé pour la mesure des défauts de recti tude des glissières et des défauts de planéité des surfaces (fig. 18).
Le dispositif de visée 2, matérialisant un plan de visée A-A, est porté par un support 60 à vis calantes 61 et dirigé dans la direc tion de la glissière 62 à étudier. Une petite mire M peut être déplacée sur ladite glissière 62. Cette mire M repose sur la glissière et est réglable en hauteur par rapport à celle-ci, à l'aide d'une vis micrométrique 63.
Elle est observée à la fois directement et à travers le dispositif optique de visée 2 à l'aide d'une lunette 64 de fort grossissement.
Le plan de visée A-A est réglé de façon à passer par deux positions M' et M" de la mire M. Ce réglage est obtenu en agissant sur les vis calantes 65 du support 60.
Pour une position particulière M, l'opéra teur constate un écart qu'un aide annule en agissant sur la vis micrométrique 63 et qui est mesuré par le déplacement de celle-ci.
Au lieu d'agir sur la position de la mire M, on peut déplacer le plan de visée à l'aide d'un dispositif connu comprenant une lame de verre à faces parallèles placée entre le dispositif optique de visée 2 et la mire.
Une telle mesure est impossible à l'aide des lunettes à réticule à cause du déplacement de celui-ci qui risque d'ajouter aux déforma tions de la glissière 62 des erreurs provenant (le la rectitude de son propre guidage, erreurs qui sont évitées avec le système optique 2 de visée, ainsi qu'il a déjà été indiqué.
Pour étudier un plan, un marbre, par exemple, on utilise un prisme à grandes di mensions latérales. Le plan de visée A-A est réglé sur trois positions de la mire M formant un triangle de grand développement. La planéité est étudiée par points à l'inté rieur de ce triangle, puis dans un autre trian- gle contigu au premier après déplacement la téral du système optique de visée 2.
Optical sighting device. In currently known sighting devices, the sighting direction of a telescope, for example, is defined by the straight line joining the nodal point of the objective of the net read to the sighting index. This index is constituted by a mark situated in the plane of the image, a mark generally defined by the crossing of two fine threads of a reticle or by the intersection of two engraved or photographic lines on the glass plate of 'a micro meter.
These sighting devices have various drawbacks and in particular the following: 1 The two points defining the line of sight are very close to each other. 2 When the distance from the object to the sighting instrument varies, the plane of the image moves relative to the objective, and the plane of the index finger must follow this movement (focusing the instrument ). This results in two possible causes of error: a) failure to guide the relative movement of the index with respect to the target leads to a deviation of the line of sight; b) a lack of coincidence of the index and the image plane (parallax) can lead to a pointing error.
The object of the present invention is in particular to remedy these drawbacks.
For this purpose, it relates to an optical sighting device characterized by at least one inverting optical system arranged in the path of part of the light rays reaching the eye of the observer, this inverting optical system deflecting all the rays. light that cross it, with the exception of those parallel to a given direction, which allows the observer to perceive simultaneously two equal images of the observed object, the two images being oriented in different ways and presenting points common and characterizing a sighting plane.
The drawing shows, by way of example, some embodiments of the apparatus according to the invention.
Fig. 1 schematically shows in cross section an optical sighting system consisting of a Wollaston prism.
Fig. 2 represents the image observed using the optical system of FIG. 1. Figs. 3, 4, 5, 6, 7 and 8 schematically represent other optical sighting systems.
The fi-. 9 schematically shows a leveling device.
Fig. 10a shows the staff used with the leveling apparatus of FIG. 9.
The, fig. 10b represents the observed image of the staff of FIG. 10a.
Figs. 11a and <B> 111 </B> represent another form of test pattern, these figures corresponding respectively to FIGS. 10th- and 10b.
Figs. 12 and 13 schematically show two other leveling devices. Fig. 14 shows schematically in cut elevation a panoramic periscope level.
Fig. 15 schematically represents an azimuthal circle.
Fig. 16 schematically represents a theodolite.
Fig. 17 schematically represents a cathetometer.
Fig. 18 shows an installation for measuring the straightness of the slides.
The optical system 2 of FIG. 1 is intended to be interposed on the path of a part of the light rays coming from the object to be aimed and reaching the eye of the observer so that it provides an image equal to the object in size and away, but differently oriented and which can, in particular, be reversed in relation to the object. The optical system 2 therefore constitutes an image inverter.
The optical system 2 consists of a Wollaston prism, designed in such a way (fig. 1) that one of the incident rays 1 which cross it emerges at 3 in its own extension to reach the eye of observing it. vateur.
The other incident rays 11, 12, etc. are deflected by said optical system 2 at 31, 32.
This reversing optical system 2 is, on the other hand, placed so that some of the light rays coming from the object reach the eye of the observer without passing through this prism.
As a result, the observer perceives two images of the object: A first image coming from the light rays having reached his eye without crossing the prism.
A second image coming from the part of the rays which have passed through said prism, an image whose orientation is different from that of the first.
These two images have one or more points in common which are found on rays 1 not deflected by prism 2 (main rays). These rays thus define the plane or the line of sight 1, 3. This line 1, 3 is independent of the objective of the telescope and of the position of the key plane of the image; the two causes of error previously indicated, that is to say the focusing guide defect and the parallax defect, are therefore eliminated.
This sighting apparatus still has many advantages and in particular the following: 1 The two images of a point of the object, which must be brought into coincidence for the sighting, are, for the operator, at a distance angular double that which, under the same conditions, would separate the index of sight from the image of the point in an ordinary instrument. The aiming precision is therefore equivalent to that of an identical instrument, but with double magnification.
2 In direct observation sights, without telescope, the length of this instrument has no influence on the precision of the determination of the direction of sight and the difficulties of accommodation are. deleted.
3 The determination of the direction of aim not requiring. no material reference in the plane of the image, it can be virtual; consequently, the addition of the device referred to. a negative eyepiece telescope (Galileo's telescope) allows it to be used as a sighting instrument.
The invention can. be applied to all instruments in which a telescope materializes a direction or a sighting plane: topography instrument (levels, tacheometers, eclimeter rulers, theodolites), geodesy instruments (azimuthal circles), as tronomy, physics, etc. It can also replace the sighting devices by belt and pinnule or by rear sight and front sight used, for example, in key surveying instruments, in shooting weapons, etc.
It doubles their precision and. In the latter case, it also eliminates the discomfort due to difficulties in accommodating the eye on three aligned points located at very different distances. The optical system shown in FIG. 1 is constituted by a prism called a Wollaston prism, the cross section of which has the shape (the one isosceles trapezoid of which the two non-parallel sides are inclined at 45.
This prism has a plane A-A ', perpendicular to the plane of FIG. 1, such that all the incident rays which are contained therein remain there after their emergence. Among these rays, those 1 parallel to the plane of cross section, that is to say to the plane of FIG. 1, emerge in the prolongation of their inci ding direction (fig. 1). The image observed through such a prism is symmetrical with the object with respect to the plane A-A (apart from an offset in depth equal to approximately one third of the average length of the bases of the trapezoid of the straight section).
An observer, whose pupil of the # il is bisected by a lateral face of the prism, for example the posterior face of FIG. 1, supposed to be placed below, simultaneously sees the images of the two parts of the object separated in b-b (fig. 2) by the plane of this face. The image of the lower part observed directly is straight; the image of the upper part, observed through the prism, is symmetrical with the object in relation to the plane A-A '. The two images of the point of the object which lie at the intersection of the plane of the lateral face in question and of the plane A-A 'coincide; the two images of the other points situated in the plane of this face are distant from each other (the other by twice their distance from the point which is in coincidence.
The observation of the object can be carried out using a telescope directed substantially in the direction of sight of the prism. If the objective is large enough to be only partially masked by the prism, the observer then sees two superimposed images, symmetrical with respect to the plane. The images of the points situated in this plane coincide. This combination defines a sighting plane which is rigidly linked to the prism 2 and which is independent of the focusing of the telescope. The parallax is practically zero. Angular displacement of the prism around an axis parallel to the sighting plane causes an angular displacement of the line of coincidence of the two images, double the displacement of the image of the target joint relative to the index in a instrument of the same magnification.
To eliminate the possible sighting drawbacks due to the bisection of the pupil or of the eye ring, the sighting optical system can be formed by the union of two Wollaston prisms 21, 22 joined by their base aa made semi-reflecting ( fig. 3).
The operator looking through one of the prisms 21 sees two superimposed images of the object: a first direct-sense image coming from the rays 6 which have encountered the incidence face 7 of one of the prisms 22, then tra poured the semi-reflecting face, to then exit through the other prism 21; a second image, reversed, coming from the rays 8 which have encountered the inci dence face 9 of the prism 2_'1 and undergone a reflection on the semi-reflecting face a - a.
The sighting plane A-l 'of the instrument is then defined by this semi-reflecting face a-a; the two images of all the points of the object which are in this plane are in coincidence. This device no longer imposes any conditions for the position of eye 4 in the direct examination. In the examination with the aid of a clear reading, it eliminates the influence of lens aberrations; in this case, the optical system is placed in front of the objective 10 of the telescope that it covers entirely.
A defect in symmetry of the two contiguous prisms can lead to a doubling of the direct and reflected images which may seem harmful, but in the case of an observation of lines (level sights, \ of a tacheometer or of theodolite, for example), this doubling on the contrary allows to increase the. precision of the appreciation of coincidences.
Wollaston's prism can. be replaced (fig. -1) by a system of three mirrors 11, 12 and 13 parallel to the same straight line. The incidence mirror 11 and the emergence mirror 1.2 are inclined in the opposite direction relative to the intermediate mirror 13 which acts as the reflecting face a-a of the Wollaston prism. If the inclination of the two mirrors is the same, the sighting plane A-A 'is parallel to the intermediate mirror 13.
The incidence 11 and emergence 12 mirrors can be semi-reflective. The operator can then perceive the image of direction directly through them. The device then acts like the Wollaston prism of FIG. 1. The sighting plane remains plane 2 A-A '.
The above device, formed by two reflecting mirrors 11, 12 inclined in opposite directions on another mirror 13, can be replaced in an equivalent manner by a rigid block of prisms P1, P2, P3 shown in cross section in FIG. . 5. In this block of prisms, the incidence and emergence faces are mutually parallel and normal to face 13, and surfaces 11 and 12 are semi-reflective.
The preceding devices only define a sighting plane. A line of sight can be determined by crossing two of these devices at any relative inclination of the planes A-A '.
One can use, for example, the combination shown in FIG. 6, in which two pairs 14 and 15 of Wollaston prisms, similar to those of the fie. 3, are placed in the continuation of one another, the reflecting face a-a of the first pair being normal to that of the second. In this case, the observer simultaneously perceives a straight image and an inverted image of the object, which can first be perceived by a rotation of 180 degrees, in its plane. The two images of the point of the object which is on the line of intersection of the two planes of reflection are in coincidence. The two images of the other points of the object are symmetrical with respect to this point of coincidence.
The line of sight is therefore defined by the intersection of the two sighting planes of these pairs of prisms.
The line of sight is also defined by this intersection, if the angle of the reflecting faces is different from 90 degrees. Simple Wollaston prisms or mirror systems can be associated in the same way.
The line of sight is also defined by a roof prism 2b (fig. 7 and 8), in which the light rays undergo, as we know, two reflections on the faces of the rectangular dihedron (roof); the inci dence and emergence faces being inclined equally and in the opposite direction thereon and forming an angle of 45 degrees with the edge of the reflecting faces. Among the rays passing through such a prism, there is one, A-A, parallel to the a-a edge of the reflecting faces, which emerges in the extension of its incidence and which defines the line of sight of the prism.
A combination of four roof prisms, assembled by their reflecting faces then semi-silver, can replace the combination of the two aligned double Wolla ston prisms.
The, fie. 9 shows a leveling device.
The sighting device 2, formed of a Wollaston prism for example, is. integral with the rod of a pendulum 21. The center of gravity of this pendulum is adjusted so that the sighting plane A-A defined by said prism 2 is horizontal when the pendulum 21 is in its equilibrium position. This pendulum 21 oscillates around a horizontal axis 30, formed by the edge of a knife, carried by an angled lever 25 whose rotation around an axis 26 is. commanded by a micrometric screw 27. This screw 27 measures the vertical displacement of the axis 30. The assembly is. carried by a support 22 pivoting about a vertical axis V-V.
The operator aiming at a vertical target 24 <B> (fi_. </B> l01) perceives an image 50 thereof (fie. 10 ') divided into two parts by a vertical line. The right part, for example, is the direct image of the right part of the staff, the left part is the image of the left part, reversed by reflection by the optical sighting device 2.
The division of the staff, of which the two right and left images are located, is located in the horizontal plane of sight 2 .1,1. If this is done for a division, all the lines of the two images of the test pattern coincide, but their numbers do not correspond.
If no division is in coincidence, the position of plane A-A can be estimated by dead reckoning, the trace of this plane on the staff dividing into two equal parts the interval of two divisions of the same number. This interval can also be measured by moving the sighting device 2 vertically using the micrometric screw 27 acting on the bent handle 25, until the lines of the two images of the test pattern coincide.
It is also possible to use a sighting device materializing a line of sight instead of a sighting plane. In this case, it is advantageous to use a vertical test pattern (fig. 11a) of which, one half, the left for example, is of uniform dark color, the other half bearing the graduation on a white background. In this way, the image (fig. 11b) observed through a sighting system, which is symmetrical to the direct image with respect to a point, stands out against the dark background of the direct image, which facilitates observation.
In both cases, to facilitate the measurement of the top-up, it is useful that the divisions of the staff are more than times more spaced than those of an ordinary staff (2 mm instead of 1 mm for example).
The sighting can be observed either with the naked eye, as shown in fig. 9, either using a magnifying telescope with a positive or negative eyepiece, held in the hand or attached to the device.
According to a second variant (FIG. 12), the optical sighting system 2, consisting of a Wollaston prism, is mounted on a float 28 resting on mercury 29 contained in a tank 33.
The tank 33 rests on a support 34 able to rotate around a vertical axis 35. According to a third variant (FIG. 13), the optical sighting system 2, consisting of a Wollaston prism, is integral with one level. bubble 37. The assembly is mounted on a first support 36 with an adjustment screw and on a second support 38 on which is fixed the sighting telescope 39 which may be a Galileo telescope. This support is fitted with calming screws 40.
The sighting device 2 is reversible, that is to say that its incidence face and its emergence face can be swapped by turning around a vertical axis V-T '. This feature makes it possible to determine the. rigorous dimension of the horizontal plane defined by the leveling instrument to which said positive device is applied, taking the average of the two readings on the front sight. and after turning over the sighting device 2.
The leveling instruments to which the sighting device 2 is applied, such as those shown by way of example in FIGS. 9, 12 and 13, present the following series of essential advantages over the known devices: a) they are free from systematic errors due to construction imperfections or wear (unevenness of the clamps of the net read in the instruments with fixed or independent bubble, or lack of symmetry of the.
flask in reversible levels); errors which, as we know, cannot be eliminated by any adjustment or by any operating mode; h) they can be checked directly in the field of a single station by two sights on a single staff, while field control of known devices requires two staffs, two stations and four readings; c.) they finally make it possible to carry out, once checked, measurements by a single sight, whereas two sightings are. necessary ,, with known devices, which reduces the. duration of operations.
The optical systems used in the leveling devices of FIGS. 9, 12 and 13 are simple Wollaston prisms. It is obvious that it is possible to use, without departing from the scope of the invention, one or the other of the optical sighting systems described above and in particular, to. for example, two Wollaston prisms joined by their base.
Fig. 1-1 shows a leveling device in which the sighting direction of the sighting optical system is vertical. The vertical suspension of this optical system, which, in the case of the figure, is constituted by two Wollaston prisms side by side at their base, is ensured either by a pen dular suspension, or by a float, or by a level at bubble, as shown in fig. 14, or by two crossed levels.
This sighting optical system is placed above the objective 41 of a vertical observation telescope with reflecting prism 45 and horizontal eyepiece 42. The sighting optical system is carried by a support pivoting about a vertical axis substantially coincident with the optical axis of the telescope. An optical bracket 43 carried by the same support receives the light rays and returns them in the vertical sighting direction of the optical system 21, 22. This bracket 43 is movable, for adjustment, independently of the optical system around the vertical axis AA of said system.
The rigorous orthogonality of the optical square can be ensured by the rotation of a prismatic window 44, if necessary.
A bubble level 46 associated with an adjustment screw 47 makes it possible to adjust the verticality of the sighting plane A-A of the optical sighting system and, consequently, the horizontality of the sighting plane reflected by the optical square.
The optical sighting system support rotates around its vertical V-V axis. This allows the operator to explore the horizon without changing positions.
To supplement the measurements, the optical square can be moved horizontally in the direction of the reflected line of sight H-H. This displacement modifies by an equal amount the height of this line which comes for example at H'-H ', which makes it possible to ensure the coincidence of the lines of the two images of the test pattern. The displacement of the square ensuring this coincidence measures the make-up which can be read on the target drum of the control screw 48 or on a graduated ruler whose image can be brought back into the field of the eyepiece by a optical device not shown in the figure.
Instead of measuring the make-up by this displacement of the optical square, it is obviously possible to use the known device comprising a plate with parallel faces, movable around a horizontal axis, located in front of the optical system. aiming.
The leveling device described above, which is a panoramic periscope level, has many advantages and in particular the following: 1 The operator can explore the whole horizon without changing position by rotating the optical system support sighting around a vertical axis.
a) The line of sight is raised, which reduces errors due to air index disturbance caused by temperature differences on the ground; b) The fact that the operator does not have to move around the level reduces the importance of disturbances in the setting of the device and increases the speed of the measurements.
2 The measurement is carried out with great precision without the adjustment having to be carried out by double inversion.
The apparatus of fi g. 15 is an azi- Lllutal circle, the optical system 21, '' 2 of which, consisting of a pair of Wollaston prisms, is carried by an alidade 50 mo bile around a vertical axis, alidade whose position can be marked on a horizontal circle 51 in a known manner by means of N erniers or microscopes not shown. The sighting plane A-11 of the sighting optical system is parallel to the axis of rotation.
The observation is carried out using a telescope # z 52 which can pivot around the vertical axis independently of the alidade 50 and which can take it slight tilting around a horizontal axis for sighting e11 site through the optical sighting system.
The vertical adjustment of the axis of rotation is ensured by means of a level, not shown, according to known methods.
The optical sighting system 21, 22 can be slightly angularly displaced with respect to the alidade 50, using a semi-metric screw with a divided drum 53, causing said system to rotate around a vertical axis. This screw is used to carry out series of sights on the same point, like the screw of the micrometric eyepiece in known azimutal circles provided with a telescope with movable reticle.
The application of the optical sighting system 21, 22 to an azimuthal circle presents, in addition to the general advantage already indicated, of doubling the precision of the measurements with equal magnification of the telescope, the following two other advantages a) that to eliminate the collimation defect of the telescope, since the sighting takes place in a plane (sighting plane AA), whatever the vertical angle of the target point; b) that of separating the telescope from the angular measuring member which is thus much lighter, more manageable and can be pointed with more precision than the sight of known azimuthal circles.
Another variant constitutes a theodolite, in which the observation telescope is a vertical angled telescope secured to the frame of the fixed apparatus during the measurement operation. The optical sighting system, located above the lens, is of the roof prism type and materializes a vertical sighting direction A-A when the device is leveled. This direction is reflected in a horizontal direction hh by a first mirror movable around a vertical axis VV con fused substantially with AA, then reflected by a second mirror movable around the axis hh in a vertical plane perpendicular to this axis hh .
A horizontal divided circle and a vertical divided circle make it possible to identify the angular displacements of the two mirrors around their axes of rotation. The <B> z </B> autoui device operates as an eccentric theodolite.
Simple mirrors can be replaced by optical brackets. A system of two additional mirrors eliminates the eccentricity of the sight.
The line of sight A-A of the duplicator can be made automatically vertical by securing it with a pendulum or a float.
In the theodolite of fig. 16, the optical sighting system 21, 22 is integral with the body 54 of the telescope and participates in its angular movements around its vertical V-V and horizontal H-H axes of rotation. The devised optical system is represented schematically by a double Wollaston prism. It can occupy two positions by rotation around the axis of the telescope. In one of these positions, the sighting plane @ 1,1 is parallel to the axis of the trunnions H-H; in the other position, it is parallel to the V -V axis. In the first of these positions, the operator measures the vertical angle of sight; in the second, it measures the horizontal angle.
Instead of a prism mobile around the axis of the telescope, it is obviously possible to use a sighting system of the roof prism type materializing a line of sight in relation to the telescope.
The sighting optical system can also be placed in front of the mirror of a panoramic gonio meter, which makes it possible to obtain a measurement precision of the horizontal and vertical angles equal to that of theodolites.
The optical sighting system 2 can also be applied to physiological instruments, such as for example cathetometers, which serve to measure with precision the differences in level of points close to the sighting instrument.
In the cathetometer shown by way of example in FIG. 17, the optical sighting system \? is carried by a mobile carriage 59 on a graduated vertical slide 55. This slide 55 carried by a support 56 can. pi vote around a vertical V-V axis.
A screw 57 allows. to vary the inclination of the line of sight A-.1 with respect to the V-V axis. If the line of sight is normal to the V-V direction, the sighting of a point should not change by rotating <B> 1.80 </B> of steps around that point. axis. The adjustment is ensured by moving the carriage 59 on the vertical slide 55 and by acting on the screw 57. The observation is carried out using a telescope 58 independent of the pivoting slide.
The vertical distance of two points is provided by the difference in the position of the cart measured on the 55 graduated ruler.
The optical sighting device 2 can be used for measuring the straightness defects of the slideways and the flatness defects of the surfaces (fig. 18).
The sighting device 2, materializing a sighting plane A-A, is carried by a support 60 with leveling screws 61 and directed in the direction of the slide 62 to be studied. A small sight M can be moved on said slide 62. This sight M rests on the slide and is adjustable in height relative to the latter, using a micrometric screw 63.
It is observed both directly and through the optical sighting device 2 using a telescope 64 of high magnification.
The sighting plane A-A is adjusted so as to pass through two positions M 'and M "of the sight M. This adjustment is obtained by acting on the leveling screws 65 of the support 60.
For a particular position M, the operator observes a deviation that an aid cancels out by acting on the micrometric screw 63 and which is measured by the displacement of the latter.
Instead of acting on the position of the sight M, it is possible to move the sighting plane using a known device comprising a glass slide with parallel faces placed between the optical sighting device 2 and the sighting device.
Such a measurement is impossible with the aid of the reticle glasses because of the displacement of the latter which risks adding to the deformations of the slide 62 errors originating (the straightness of its own guidance, errors which are avoided with the optical sighting system 2, as has already been indicated.
To study a plane, a marble, for example, we use a prism with large lateral dimensions. The sighting plane A-A is adjusted to three positions of the sight M forming a triangle of great development. The flatness is studied by points inside this triangle, then in another triangle contiguous to the first one after displacement of the teral of the optical sighting system 2.