Périscope afocal Il est possible de réaliser un périscope afocal, de grandissement égal à un, au moyen d'un système optique afocal comportant deux miroirs cylindriques de même puissance, associés à un miroir plan, pour restituer une image droite.
Un tel système optique ne donne pas toute satis faction ; en effet, lorsque l'on veut disposer d'un intervalle suffisamment grand entre les axes des faisceaux lumineux entrant et sortant, on aboutit à un instrument très encombrant dans le sens de l'épais seur. Par ailleurs, dans cet instrument, les pupilles d'entrée et de sortie se trouvent mal dégagées des éléments optiques et mécaniques. En particulier, l'observateur se trouve gêné par le haut de la monture de l'appareil. Ce dernier défaut se trouve même accentué si, toutes conditions égales par ailleurs, on remplace l'air situé entre les miroirs par un corps transparent d'indice de réfraction n > 1 pour aug menter le champ apparent.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités. Le périscope conforme à l'invention comprend une première pupille, une pre mière surface réfléchissante plane, une seconde sur face réfléchissante plane, une première surface réflé chissante cylindrique concave, une troisième surface réfléchissante plane, une seconde surface réfléchis sante cylindrique concave et une seconde pupille, les axes des deux surfaces cylindriques et les trois sur faces planes étant parallèles à une même direction, et les surfaces et les pupilles étant disposées de façon qu'un faisceau lumineux entrant par la première pupille et perpendiculaire à cette direction soit suc cessivement réfléchi par la première surface plane,
la seconde surface plane, la première surface cylin drique, la troisième surface plane et la seconde sur face cylindrique et sorte par la seconde pupille. Le périscope suivant l'invention est beaucoup moins encombrant que les périscopes connus, il a des intervalles plus importants entre les axes des faisceaux lumineux entrant et sortant et il permet de dégager les pupilles d'entrée et de sortie des élé ments optiques et mécaniques. De plus, le rempla cement de l'air entre les miroirs, par un corps trans parent d'indice de réfraction n > 1, est plus facile ment réalisable, et permet la construction de dispo sitifs monoblocs, dans lesquels les pupilles d'entrée et de sortie restent suffisamment dégagées.
On va décrire maintenant, en se référant au des sin schématique annexé. et à titre d'exemple non limitatif, deux formes d'exécution particulière du dis- positif objet de l'invention.
Sur ce dessin La fig. 1 est une section axiale d'un périscope connu comportant avec deux miroirs cylindriques de même puissance un seul miroir plan.
La fig. 2 est une section axiale d'une première forme d'exécution du dispositif conforme à l'inven tion et dans laquelle les plans tangents aux miroirs cylindriques au milieu de leur surface sont orientés à 900 l'un de l'autre.
La fig. 3 est une section axiale d'une deuxième forme d'exécution dans laquelle ces deux plans sont orientés à 135() l'un de l'autre.
Sur le dessin, on désigne par les mêmes réfé rences des éléments jouant le même rôle. Les dispo sitifs ou appareils représentés sont du type monobloc avec un corps transparent ayant un indice de réfrac tion n =1,52. Les deux surfaces cylindriques réflé chissantes que présente chaque dispositif sont dési gnées par 1 et 2 et elles ont, à titre d'exemple per mettant des mesures d'encombrement comparatives, un même rayon de courbure de 250 mm.
On désigne par 3 et 4 les pupilles d'entrée et de sortie du faisceau lumineux dans chaque appareil, l'axe d'entrée de ce faisceau étant représenté par la droite en trait interrompu avec flèches f et son axe de sortie par la droite en trait interrompu avec flè ches g.
Le dispositif représenté sur la fig. 1 présente une seule surface plane 5 formant miroir ; les angles d'incidence du rayon axial sur les surfaces 1 et 2, il et L, sont égaux et valent 300 de façon que les surfaces focales des deux miroirs soient pratiquement confondues. Cet angle de 300 permet d'obtenir une hauteur ou intervalle maximum h entre les rayons d'entrée et de sortie tout en dégageant les pupilles 3 et 4 de l'ensemble optique. e est la distance entre les points du dispositif qui sont respectivement le plus près et le plus loin des objets observés. C'est l'espace occupé par le dispositif dans la direction de visée.
Il est appelé ci-après épaisseur du dispo sitif .
Le dispositif de la fig. 2, constituant ladite pre mière forme d'exécution, comporte un prisme 6 établi de telle sorte que le faisceau lumineux est réfléchi deux fois, respectivement par les faces planes 7 et 8 avant de parvenir sur la première surface cylin drique 1.
Le faisceau lumineux réfléchi par 1 est repris par un troisième miroir plan 9 avant d'atteindre la deuxième surface cylindrique 2. Le dispositif com porte donc, en combinaison avec les miroirs cylin driques 1 et 2, trois miroirs plans 7, 8 et 9 ; les angles d'incidence ii et i., sur les surfaces 1 et 2 sont égaux et valent 40o.
Le dispositif représenté par la fig. 2 peut com porter accessoirement un bloc 10 de matière trans parente jouant le rôle d'écran protecteur. Grâce à la déviation des rayons lumineux entrants qui est réali sée par la matière solide transparente du bloc, l'ou verture prévue pour ces rayons, sur la gauche du bloc, est plus petite que celle qui, si le bloc n'existait pas, serait nécessaire au même endroit pour avoir un faisceau de rayons lumineux ayant le même angle d'ouverture à la pupille 3.
Ici encore e désigne l'épaisseur du dispositif.
Le dispositif représenté sur la fig. 3, constituant la deuxième forme d'exécution, présente une épais seur<I>e</I> minimum tout en conservant un intervalle<I>h</I> optimum entre les axes f et g des faisceaux lumineux passant respectivement par les pupilles d'entrée et de sortie 3 et 4 du dispositif. Ce dernier dispositif com porte deux miroirs cylindriques 1 et 2 de même rayon et un prisme 11 présentant deux faces réflé chissantes 12 et 13. Le miroir 1 est taillé dans un bloc 14 et le miroir 2 dans un bloc 15. Les miroirs 1 et 2 ainsi que le prisme 11 sont taillés dans une matière transparente.
Les blocs 11 et 15 peuvent être séparés ou collés indifféremment, suivant les exi gences de fabrication, les miroirs 1 et 2 pouvant éventuellement être taillés dans un bloc unique avec une face plane formant un miroir 16. L'axe d'entrée du faisceau lumineux est toujours désigné par f et son axe de sortie par g et les pupilles d'entrée et de sortie du faisceau lumineux sont dési gnées par 3 et 4 respectivement.
Le faisceau lumineux entrant se réfléchit suc cessivement sur les surfaces planes 12 et 13 du prisme 11. Ce faisceau arrive sous un angle d'inci dence il = 45 sur le miroir cylindrique 1 qui le ren voie sur le miroir plan 16 qui le réfléchit à son tour sur le deuxième miroir cylindrique 2, sur lequel il tombe sous un angle d'incidence i., également de 45-,.
Le faisceau réfléchi par le miroir 2 sort en direc tion g parallèlement au faisceau d'entrée. L'inclinaison du miroir 16, relativement à la direction du faisceau lumineux doit être calculée de telle sorte que les angles de réflexion il et i., sur les miroirs cylindriques 1 et 2 soient égaux, cette incli naison étant de 22,5,, dans le cas de la fig. 3.
Il est à remarquer que la disposition du miroir plan intermédiaire 16 donne au bloc 14 une forme prismatique présentant un angle dièdre aigu et dégage ainsi un espace libre qui permet de loger le prisme 11 comportant les deux autres faces planes de réflexion 12 et 13. Cette dernière disposition évite que le prisme 11 soit en saillie par rapport aux blocs 14 et 15.
Pour tous les dispositifs décrits, l'intervalle 2t entre les sommets des surfaces réfléchissantes cylin driques 1 et 2, c'est-à-dire le trajet parcouru entre ces miroirs par un rayon axial venant de l'infini est donné par la formule<I>2t</I> = R cos<I>i, i</I> désignant l'angle d'incidence identique sur ces miroirs 1 et 2.
Cette formule apparaît immédiatement de la fig. 1, dans laquelle CF est la surface focale commune aux deux miroirs cylindres 1 et 2, de sorte que, R désignant le rayon commun aux deux miroirs 1 et 2, AF et BF sont l'un et l'autre égaux à
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et que par suite AC et BC sont l'un et l'autre égaux à cos<I>i, i</I> étant égal à l'un et l'autre des deux angles
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d'incidence il et i..
Pour que tous les rayons lumineux qui sortent du périscope passent à travers la pupille de sortie 4, il faut que celle-ci soit sur la surface focale du miroir 2, c'est-à-dire qu'on a
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cos i. Le trajet 3DA est égal à la même valeur. Sur les fig. 2 et 3, les longueurs correspondantes sont modifiées parce que les rayons lumineux passent à travers une masse solide réfringente à l'intérieur du dispositif. L'ouverture angulaire du faisceau de rayons à l'inté rieur du dispositif est donc plus petite que l'ouver ture angulaire du faisceau de rayons introduit dans le dispositif. Ces deux ouvertures angulaires sont par exemple respectivement de 20,, et 30 .
Le tableau ci-après permet de comparer l'inter valle ou entraxe h existant entre les axes<I>f</I> et g des pupilles, ainsi que l'encombrement e dans un sens parallèle à ces axes (épaisseur) des appareils décrits ci-dessus.
Dispositif suivant la fig. 1 fig. 2 fig. 3 Distance entre f et g h = 162 mm 220 mm 225 mm Encombrement dans le sens de l'épais seur e = 150 mm 72 mm 45 mm On voit, d'après ce tableau, que le dispositif afocal à un seul plan (fig. 1) est celui qui a la plus forte épaisseur e alors que son entraxe h est le plus petit. La fig. 1 montre que le dispositif correspon dant présente une disposition des pupilles d'entrée et de sortie moins favorable que celle des dispo sitifs représentés sur les fig. 2 et 3.
11 va de soi que les blocs de matière transpa rente constituant l'ensemble des combinaisons à sur faces cylindriques et planes peuvent être, suivant les possibilités de fabrication, en une ou plusieurs pièces, séparées ou collées en mettant en oeuvre tous moyens connus.
D'autres formes d'exécution sont possibles ; c'est ainsi par exemple que les surfaces cylindriques peu vent être prévues à section circulaire, ou suivant toute courbe géométrique adaptée au but poursuivi.
Afocal periscope It is possible to produce an afocal periscope, with a magnification equal to one, by means of an afocal optical system comprising two cylindrical mirrors of the same power, associated with a plane mirror, in order to restore a straight image.
Such an optical system does not give complete satisfaction; in fact, when we want to have a sufficiently large gap between the axes of the incoming and outgoing light beams, we end up with a very bulky instrument in the direction of thickness. Furthermore, in this instrument, the entry and exit pupils are not well cleared of the optical and mechanical elements. In particular, the observer is hampered by the top of the frame of the device. This latter defect is even accentuated if, all other conditions being equal, the air situated between the mirrors is replaced by a transparent body of refractive index n> 1 in order to increase the apparent field.
The object of the present invention is to remedy the aforementioned drawbacks. The periscope in accordance with the invention comprises a first pupil, a first flat reflecting surface, a second on a flat reflecting face, a first concave cylindrical reflecting surface, a third flat reflecting surface, a second concave cylindrical reflecting surface and a second pupil, the axes of the two cylindrical surfaces and the three on plane faces being parallel to the same direction, and the surfaces and the pupils being arranged so that a light beam entering through the first pupil and perpendicular to this direction is successively reflected by the first flat surface,
the second flat surface, the first cylindrical surface, the third flat surface and the second on the cylindrical face and exits through the second pupil. The periscope according to the invention is much less bulky than the known periscopes, it has larger intervals between the axes of the incoming and outgoing light beams and it makes it possible to clear the entrance and exit pupils of the optical and mechanical elements. In addition, the replacement of the air between the mirrors, by a transparent body of refractive index n> 1, is more easily achievable, and allows the construction of monobloc devices, in which the entrance pupils and exit remain sufficiently clear.
We will now describe, with reference to the attached schematic drawings. and by way of nonlimiting example, two particular embodiments of the device which is the subject of the invention.
In this drawing, FIG. 1 is an axial section of a known periscope comprising, with two cylindrical mirrors of the same power, a single plane mirror.
Fig. 2 is an axial section of a first embodiment of the device according to the invention and in which the planes tangent to the cylindrical mirrors in the middle of their surface are oriented 900 from one another.
Fig. 3 is an axial section of a second embodiment in which these two planes are oriented 135 () from each other.
In the drawing, the same references denote elements playing the same role. The devices or apparatus shown are of the monobloc type with a transparent body having a refractive index n = 1.52. The two reflective cylindrical surfaces which each device presents are designated by 1 and 2 and they have, by way of example allowing comparative size measurements, the same radius of curvature of 250 mm.
We denote by 3 and 4 the entry and exit pupils of the light beam in each device, the entry axis of this beam being represented by the line in dashed line with arrows f and its exit axis by the line in dashed line with arrows g.
The device shown in FIG. 1 has a single flat surface 5 forming a mirror; the angles of incidence of the axial ray on surfaces 1 and 2, il and L, are equal and equal 300 so that the focal surfaces of the two mirrors are practically the same. This angle of 300 makes it possible to obtain a maximum height or interval h between the entry and exit rays while freeing the pupils 3 and 4 of the optical assembly. e is the distance between the points of the device which are respectively the closest and the furthest from the observed objects. This is the space occupied by the device in the direction of sight.
It is hereinafter called the thickness of the device.
The device of FIG. 2, constituting said first embodiment, comprises a prism 6 established so that the light beam is reflected twice, respectively by the flat faces 7 and 8 before reaching the first cylindrical surface 1.
The light beam reflected by 1 is taken up by a third plane mirror 9 before reaching the second cylindrical surface 2. The device therefore carries, in combination with the cylindrical mirrors 1 and 2, three plane mirrors 7, 8 and 9; the angles of incidence ii and i., on surfaces 1 and 2 are equal and are equal to 40o.
The device represented by FIG. 2 may include incidentally a block 10 of transparent material acting as a protective screen. Thanks to the deflection of the incoming light rays which is produced by the transparent solid material of the block, the opening provided for these rays, on the left of the block, is smaller than that which, if the block did not exist, would be necessary in the same place to have a beam of light rays having the same opening angle at the pupil 3.
Here again e denotes the thickness of the device.
The device shown in FIG. 3, constituting the second embodiment, has a minimum thickness <I> e </I> while maintaining an optimum interval <I> h </I> between the axes f and g of the light beams passing respectively through the entry and exit pupils 3 and 4 of the device. This last device com carries two cylindrical mirrors 1 and 2 of the same radius and a prism 11 having two reflecting faces 12 and 13. The mirror 1 is cut from a block 14 and the mirror 2 from a block 15. The mirrors 1 and 2 as well as the prism 11 are cut from a transparent material.
The blocks 11 and 15 can be separated or glued indifferently, according to the manufacturing requirements, the mirrors 1 and 2 possibly being able to be cut from a single block with a flat face forming a mirror 16. The entry axis of the light beam is always designated by f and its exit axis by g and the entry and exit pupils of the light beam are designated by 3 and 4 respectively.
The incoming light beam is reflected successively on the plane surfaces 12 and 13 of the prism 11. This beam arrives at an angle of incidence il = 45 on the cylindrical mirror 1 which returns it to the plane mirror 16 which reflects it at its turn on the second cylindrical mirror 2, on which it falls at an angle of incidence i., also 45- ,.
The beam reflected by mirror 2 exits in direction g parallel to the input beam. The inclination of the mirror 16, relative to the direction of the light beam, must be calculated so that the angles of reflection i and i., On the cylindrical mirrors 1 and 2 are equal, this inclination being 22.5 ,, in the case of fig. 3.
It should be noted that the arrangement of the intermediate plane mirror 16 gives the block 14 a prismatic shape having an acute dihedral angle and thus releases a free space which makes it possible to accommodate the prism 11 comprising the other two flat reflection faces 12 and 13. This last arrangement prevents the prism 11 from projecting relative to the blocks 14 and 15.
For all the devices described, the interval 2t between the vertices of the cylindrical reflecting surfaces 1 and 2, that is to say the path traveled between these mirrors by an axial ray coming from infinity is given by the formula < I> 2t </I> = R cos <I> i, i </I> designating the identical angle of incidence on these mirrors 1 and 2.
This formula appears immediately from fig. 1, in which CF is the focal surface common to the two cylinder mirrors 1 and 2, so that, R denoting the radius common to the two mirrors 1 and 2, AF and BF are both equal to
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and that therefore AC and BC are both equal to cos <I> i, i </I> being equal to both of the two angles
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of incidence he and i ..
In order for all the light rays coming out of the periscope to pass through the exit pupil 4, it must be on the focal surface of the mirror 2, that is to say that we have
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cos i. The 3DA path is equal to the same value. In fig. 2 and 3, the corresponding lengths are changed because the light rays pass through a solid refractive mass inside the device. The angular opening of the beam of rays inside the device is therefore smaller than the angular opening of the beam of rays introduced into the device. These two angular openings are for example 20 ,, and 30 respectively.
The table below compares the interval or center distance h existing between the <I> f </I> and g axes of the pupils, as well as the size e in a direction parallel to these axes (thickness) of the devices. described above.
Device according to fig. 1 fig. 2 fig. 3 Distance between f and gh = 162 mm 220 mm 225 mm Dimensions in the direction of the thickness e = 150 mm 72 mm 45 mm It can be seen from this table that the afocal device has a single plane (fig. 1) is the one which has the greatest thickness e while its center distance h is the smallest. Fig. 1 shows that the corresponding device has an arrangement of the entry and exit pupils that is less favorable than that of the devices shown in FIGS. 2 and 3.
It goes without saying that the blocks of transparent material constituting the set of combinations with cylindrical and flat surfaces can be, depending on the manufacturing possibilities, in one or more parts, separated or glued using all known means.
Other embodiments are possible; it is thus, for example, that the cylindrical surfaces can be provided with a circular section, or according to any geometric curve suited to the aim pursued.