Appareil pour la mesure d'angles La présente invention a pour objet un appareil pour la mesure d'angles et a pour but de permettre de mesurer avec une grande exactitude la distance angulaire entre une paire d'objets ou l'étendue du mouvement angulaire d'un organe rotatif à partir d'un point fixe. La mesure de la distance des objets ou du mouvement de l'organe est faite _ en se référant à une échelle qui est présentée à l'infini.
Le système optique de l'appareil est, par conséquent, exempt de parallaxe et des erreurs de lecture de l'échelle n'apparaissent pas même si le point à partir duquel l'échelle est lue n'est pas déterminé de façon précise par rapport à ladite échelle.
L'appareil selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une échelle disposée sur une surface de révolution, des moyens opti ques disposés de telle manière par rapport à l'échelle qu'ils forment une image de celle-ci à l'infini, des moyens pour maintenir fixes les positions relatives de l'échelle et les moyens optiques, et des moyens pour observer l'échelle à partir d'un point situé au moins approximativement à son centre de courbure, l'échelle étant fixée dans une position repère connue.
Le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, deux formes d'exécution de l'appareil faisant l'objet de la présente invention. La fig. 1 est une vue en plan avec parties brisées représentées en coupe de la première forme d'exécution. La fi-. 2 est une vue en coupe par la ligne 2-2 de la fig. 1. Les fig. 3 et 4 sont des vues semblables à la fig. 2 dans deux positions différentes d'un des organes de l'appareil. Les fig. 5 et 6 sont des vues schématiques correspondant aux fig. 3 et 4 respectivement mais prises à angle droit par rapport à cel les-ci.
La fig. 7 est une vue en perspective de la deuxième forme d'exécution de l'appareil. La fig. 8 est une coupe schématique ver ticale de l'appareil représenté à la fig. 7 dont certaines parties ont été supprimées. L'appareil représenté aux fig. 1 et 2 est semblable à un théodolite et comprend une paire de bras 10, 11 montés sur un support ou socle approprié et comportant des paliers respectifs 12 et 13 du type à douille bien que des paliers du type antifriction puissent être utilisés.
Plusieurs goujons 14 fixés aux bras 11 s'étendent d'une façon générale parallèlement à l'axe commun des paliers et portent à leurs extrémités extérieures une plaque 15 s'éten- dant normalement audit axe commun. Les goujons portent également des bras 16 s'éten dant radialement et supportant une bande 17 ayant une forme se rapprochant de celle de la zone équatoriale d'une sphère concentrique à l'axe des paliers avec une échèlle inscrite sur sa surface intérieure.
Un second groupe de bras 18 fixés à la bande 17 s'étendent vers l'axe des paliers et supportent des bras 19 qui portent, à une extrémité, une plaque 20, s'éten dant parallèlement à la plaque 15, et, à l'autre extrémité, un télescope 21. L'échelle sur la bande 17 est en face de l'espace séparant les plaques 15 et 20.
Dans l'appareil représenté aux fig. 1 et 2, l'organe dont le déplacement angulaire doit être mesuré, est un télescope 22 ayant un tube avec des tourillons coaxiaux 23 et 24 s'étendant .de chaque côté du tube, à angle droit par rapport à l'axe de celui-ci et étant supportés dans les paliers 12 et 13 respecti vement. Le tourillon 24 traverse son palier 13 et sa face d'extrémité opposée au télescope 22 est plane et taillée suivant un angle de 45 par rapport à l'axe commun des tourillons. Cette face s'étend perpendiculairement à un plan passant par les axes des tourillons et du télescope 22 ; elle est argentée de manière à former un miroir 25.
Une pièce de verre 26, qui a la même section circulaire que le tou rillon 24 et qui présente à une extrémité une face également inclinée suivant un angle de 45 par rapport à son axe, est montée de manière à s'étendre avec ladite face inclinée opposée au miroir 25. La face extérieure 26a de l'élément de verre opposée à ladite face inclinée, est plane et s'étend normalement à l'axe des tourillons et en regard de l'extrémité adjacente du télescope 21.
Un dispositif collimateur est constitué par une lentille annulaire 27 montée entre les pla ques 15 et 20 et entourant les faces inclinées du tourillon 24 et de la pièce de verre 26. Cette lentille comporte une surface intérieure cylindrique 27a s'étendant coaxialement aux paliers et une surface extérieure sphérique 27b ayant un centre côincidant avec le centre de courbure de l'échelle 17.
Bien que le rayon de la surface 276 soit représenté égal à la moitié de celui de l'échelle 17, cette relation n'est pas nécessaire et l'essentiel est que l'échelle 17 s'étende au foyer de la lentille 27 et que, par conséquent, la lumière provenant d'un point P sur l'échelle soit collimatée en passant à travers la lentille 27 comme repré senté par les lignes en trait mixte aux fig. 1, 5 et 6.
La pièce 26 et la lentille 27 sont en un verre présentant le même indice de réfrac tion et l'espace entre la surface intérieure de la lentille et les surfaces du tourillon 24 et de la pièce 26, peut être rempli d'un film de liquide d'étanchéité optique 28 maintenu en place, par exemple, par des anneaux de caout chouc 29 placés dans des canaux circonféren- tiels ménagés sur les plaques 15 et 20 et s'appuyant contre les surfaces du tourillon 24 et de la pièce de verre 26 respectivement.
Si les différents organes sont ajustés de façon étanche, le liquide d'étanchéité peut être éli miné puisque la mince lentille d'air cylindrique laissée par la suppression du liquide ne pro voque pas une aberration sensible. Lorsqu'un liquide d'étanchéité est utilisé, son indice de réfraction est de préférence le même que celui des éléments de verre. Dans la forme d'exé cution décrite, la lumière provenant de l'échelle 17 et traversant la lentille 27 et la pièce 26 reste collimatée en quittant la face 26a et en entrant dans le télescope 21. L'image de l'échelle se trouve à l'infini lorsqu'elle est vue à travers le télescope 21.
Les télescopes 21 et 22 contiennent des fils croisés dans une position fixe les uns par rapport aux autres de sorte que lorsque les fils croisés du télescope 22 sont fixés sur un objet et que l'échelle est ensuite examinée à travers le télescope 21, la position de l'objet sur l'échelle peut être déterminée. L'échelle et l'objet étant, en effet, à l'infini, l'exactitude avec laquelle le télescope 22 est monté et centré par rapport au télescope fixe 21 et le reste du système optique n'a pas d'importance. Le télescope 21 permet à un observateur de voir l'échelle à partir d'un point au centre ou à proximité du centre de l'échelle, et ceci évite l'effet des erreurs de montage et de centrage du télescope 22 comme il ressort de ce qui va suivre.
Si une lecture sur l'échelle est faite au moyen du télescope 21 à un moment où les tourillons 23 et 24, les paliers 12 et 13 et l'échelle 17 sont exactement coaxiaux, la lumière provenant d'un point P sur l'échelle est collimatée par la lentille 27 et tombe sur le miroir 25 où elle est réfléchie. La lumière collimatée pénètre ensuite dans le télescope 21 où est formée l'image du point qui peut être examinée à travers l'oculaire du télescope.
Cependant si au moment de faire la lecture les tourillons, les paliers et l'échelle ne sont pas coaxiaux et que les tourillons sont dépla cés comme indiqué par le tourillon 24 à la fig. 3, l'image formée dans le télescope est encore celle du point P. Ceci pour la raison suivante : dans les conditions indiquées, une partie du faisceau collimaté provenant du point P tombe sur le miroir 25 et pénètre dans le télescope 21, où une image du point P est formée.
Si au moment de faire la lecture, l'axe des tourillons est incliné par rapport à l'axe com mun des paliers et de l'échelle comme indiqué par le déplacement du tourillon 24 à la fig. 4, de la lumière provenant d'un point P' sur l'échelle qui est sur un même trait de gradua tion que le point P représenté à la fig. 6, sera collimatée par la lentille 27 et une partie de la lumière collimatée sera dirigée dans le téles cope 21 par le miroir 25. A l'intérieur du télescope la lumière collimatée est concentrée et une image du point P' est formée.
Puisque le point P' est sur le même trait de graduation que le point P, la lecture de l'échelle pour le point P' est la même que pour celle du point P.
Dans les cas décrits ci-dessus, dans les quels l'axe commun des tourillons est déplacé à partir de l'axe commun des paliers et du support de l'échelle, une partie de la lumière provenant du point P qui a été collimatée est perdue et ne pénètre pas dans le télescope 21. Cependant, une quantité suffisante de lumière collimatée est dirigée dans le télescope pour former une image du point P ou d'un point situé sur un même trait de graduation que le point P.
Ainsi il est possible de faire une mesure exacte d'un déplacement angulaire de l'organe 22 même si l'axe de rotation dudit organe n'est pas exactement coaxial à l'axe commun des paliers et de l'échelle au moment de la lecture sur l'échelle.
Si l'on désire éviter une perte de lumière résultant d'un déplacement excessif de l'axe du télescope 22, le télescope 21 peut être fixé directement à la pièce 26 et les bras de support 19 supprimés de telle sorte que le télescope 21 se déplace avec le télescope 22. Cette variante conduit à un meilleur aligne ment du télescope 21 sur la ligne de visée.
Dans l'appareil représenté à la fig. 1, l'échelle est formée sur une surface sphérique, une telle surface pouvant être remplacée par une autre surface de révolution, par exemple cylindrique qui, dans quelques cas, donne des résultats acceptables. La lentille 27 qui forme une image virtuelle de l'échelle à l'infini est disposée dans la bande portant l'échelle dans la première forme d'exécution de l'appareil, mais si on le désire, les positions de l'échelle et de l'élément optique peuvent être inversées et le télescope 21 peut être remplacé par un viseur du type réflexe qui superpose l'échelle sur une image qui est vue à travers un téles cope correspondant à celui désigné en 22.
Une telle construction est représentée aux fi-.<B>7</B> et<B>8.</B>
L'appareil représenté à la fig. 7 comprend un montage à cardan comportant un pilier 30 à l'extrémité duquel est montée une tige 31 supportant un bras mobile 32 de cardan par l'intermédiaire d'un pivot 33. Le bras 32 s'étend vers le bas à partir du pivot et un second bras de cardan 34 est supporté sur l'extrémité inférieure du bras 32 sur un pivot horizontal 38. Un télescope 36 est fixé à l'extrémité libre du bras 34 et est mobile sur le pivot 33 comme axe d'azimut et sur le pivot 38 comme axe d'élévation. Le télescope est muni d'un objectif 37 monté dans l'extré mité avant de son tube et d'un oculaire 35 dans son extrémité intérieure.
Le télescope contient un élément 39 de séparation de faisceau et un tube latéral 40 dans l'aligne- ment du séparateur de faisceau. Le tube laté ral contient un miroir-plan incliné 41 à son extrémité extérieure et présente un tronçon d'extrémité 42 muni d'une lentille 43 de collimation. L'axe optique du tronçon 42 est parallèle à celui du télescope 36.
Un miroir sphérique 44 est monté sur un support 45 au-dessous du télescope et un élément hémisphérique transparent 46 est supporté dans le miroir par des bras radiaux 47 venant en prise avec le bord du miroir. L'élément hémisphérique 46 est muni sur sa surface extérieure de lignes 48 inscrites sur celle-ci et formant une échelle ayant la forme d'une grille, cette échelle étant si mince qu'elle est pratiquement sans effet optique. L'échelle est éclairée _ par plusieurs lampes électriques 49 montées le long du bord de l'élément 46 et par-dessus celui-ci dans des enveloppes 50 ouvertes à une extrémité.
L'élé ment et le miroir sont concentriques et le rayon du miroir est le double de celui de la surface extérieure de l'élément hémisphérique pour que les lignes 48 s'étendent au foyer du miroir 44. La lumière provenant d'un point sur l'échelle est collimatée lorsqu'elle est ré fléchie par le miroir 44 de sorte que la lumière collimatée passe à travers la lentille 43 comme représenté en trait mixte et par les flèches à la fia. 8. Les axes d'azimut et d'élévation du support à cardan pour le téles cope 38 passent par le centre commun de l'élément 46 et du miroir 44.
La distance focale de la lentille 43 et le parcours optique de la lumière réfléchie à partir du miroir 41 à travers le tube 40 et réfléchie à partir du séparateur 39, sont tels que l'échelle est mise au point au plan focal du télescope de sorte que l'objet et l'échelle peuvent être vus simultanément à l'infini. La lumière passant directement de l'échelle à tra vers le système optique est dispersée dans le système, mais ne fait pas apparaître une se conde image de l'échelle.
Comme dans l'ap pareil représenté à la fia. 1, l'utilisation de lumière parallèle dans le système optique auxiliaire empêche de petites erreurs dans la position du télescope 36 par rapport au centre commun de l'hémisphère 46 et du miroir 44 d'introduire des erreurs dans la lecture de l'échelle. En plaçant un point de repère sur l'échelle, la position initiale d'un objet peut être facilement déterminée et son mouvement à partir de cette position, noté. L'écart angu laire entre deux objets peut être trouvé en prenant un point comme point de référence et en soustrayant sa lecture d'échelle à partir de la lecture du second point.
L'appareil de la fia. 1 peut être utilisé pour déterminer l'écart angulaire de deux objets dans le plan dans lequel le télescope 22 est mobile, ou l'étendue du mouvement angu laire d'un objet dans ce plan. Ordinairement, le télescope 22 est monté pour se déplacer dans un plan vertical mais il ne peut se dé placer que dans un seul plan alors que le télescope 36 est monté de façon à pouvoir se déplacer dans n'importe quel sens. Le téles cope 36 pourrait également être utilisé pour effectuer des mesures dans un seul plan, par des lectures à partir d'une bande équatoriale plutôt qu'à partir de l'élément hémisphéri que 46.