L'invention ci-dessous concerne les instruments optiques de topographie. Elle a pour objet un dispositif optique que l'on peut utiliser. soit comme un niveau d'arpenteur, soit fixé à un niveau classique.
Dans le niveau habituel à lunette fixe, on pointe une mire à distance avec une lunette munie d'un réticule en croix; la lecture de la hauteur de la mire de visée est faite par le géomètre. Avant de prendre des mesures, le niveau doit être réglé pour que l'axe de la lunette soit parfaitement horizontal, cela étant obtenu par réglages successifs, jusqu'a ce qu'un niveau à bulle ou une fiole d'ar pentage indique l'horizontalité de l'axe. En général, cette opération a été remplacée par un des deux types de niveau automatique. Ces niveaux automatiques sont relativement chers à fabriquer et ils ont d'autre part le désavantage de fatiguer les yeux du géomètre qui les utilise.
Le but de la présente invention est de fournir un dispositif que l'on peut utiliser à la place du niveau habituel ou bien avec un niveau habituel.
Le dispositif objet de la présente invention comprend des moyens pour obtenir deux chemins optiques dont l'un donne une image renversée par rapport à l'autre. Ce dispositif est caractérisé en ce que lesdits moyens comportent un miroir semi-réfléchissant, traversé directement sous un angle aigu par l'un des chemins optiques, de manière à fournir une image droite d'un objet observé au moyen de l'instrument, trois surfaces planes réfléchissantes disposées dans des plans différents de manière à déterminer le second chemin optique et à fournir une image renversée de l'objet observé, par réflexion sur le miroir semi-réfléchissant, cette image étant superposée à l'image droite, et en ce que les deux chemins optiques traversent des optiques d'entrée décalées latéralement l'une par rapport à l'autre.
Dans un mode préféré de réalisation, on a les première et seconde surfaces réfléchissantes perpendiculaires entre elles, pour que le trajet optique se situe dans un plan optique normal auxdites première et seconde surfaces, la troisième surface réfléchissante étant placée perpendiculairement au miroir semi-réfléchis- sant et à 45 - du plan optique.
De préférence, le second trajet optique est obtenu au moyen de trois prismes de section isocèle rectangle et de mêmes dimensions. les premier et second prismes ayant deux petites faces placées l'une contre l'autre et situées dans un même premier plan, le troisième prisme ayant l'une de ses petites faces plaquée contre l'autre petite face du second prisme, la face libre du troisième prisme étant dans un second plan perpendiculaire audit premier plan, la petite face libre du troisième prisme étant adjacente au miroir semi-argenté et à 45' par rapport à lui, les hypoténuses des trois prismes formant les trois surfaces réfléchissantes planes. On pourrait obtenir la même chose avec un montage différent en utilisant trois miroirs à l'emplacement des hypoténuses des prismes ci-dessus décrits.
On utilise, de préférence, l'instrument comme accessoire d'un niveau optique classique, premièrement, dans le but d'avoir une observation rapide d'une mirejalon et deuxièmement, parce qu'associé à un niveau à bulle, il permet de s'assurer que la lunette du niveau optique est horizontale. En déplaçant l'oeil une seule fois, de l'oculaire de l'accessoire à celui de la lunette, le niveau peut être réglé et la mire observée instantanément. Cela réduit beaucoup la fatigue de l'oeil du géomètre.
Dans un tel accessoire, les prismes peuvent être placés de sorte que le premier plan, commun aux faces des premier et second prismes, soit sensiblement à 451 de l'horizontale, un niveau à bulle étant placé près de ces prismes, un premier et un second miroir étant placés au-dessus des extrémités de la bulle du niveau, quand celui-ci est horizontal, le premier miroir étant placé en face du miroir semi-argenté et le second en face de la face libre du premier prisme, ce qui permet d'obtenir ainsi une image d'une extrémité de la bulle et, à côté, l'image renversée de l'autre extrémité de la bulle. Tout cet ensemble peut être placé dans une boite close, que l'on peut fixer à un niveau classique.
Pour que cette invention puisse être mieux comprise. on va en décrire, ci-après, à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, une forme de réalisation représentée sur le dessin annexé.
Sur ce dessin:
La fig. 1 est un schéma en perspective du système optique de cette forme de réalisation.
La fig. 2 est une vue en élévation latérale avec coupe partielle d'un niveau équipé de cette forme d'exécution comme accessoire du réglage de l'horizontalité.
La fig. 3 est une vue de dessus du niveau et de son accessoire représentés sur la fig. 2.
La fig. 4 est une vue de face du niveau des fig. 2 et 3, L'oculaire étant au premier plan.
La fig. 5 représente ce que l'on voit dans l'oculaire de l'acces
soire, lorsqu'on ajuste le niveau de la lunette.
Les fig. 2, 3 et 4 du dessin représentent un niveau classique 10 auquel on a fixé un accessoire 11. conçu selon la présente invention.
Le niveau comprend un pied 12, qui peut être fixé à un trépied, une lunette 13 étant montée sur ce pied et pouvant tourner autour d'un axe vertical. Un niveau à bulle 14 peut être utilisé pour positionner le pied 12 verticalement. sur un trépied. Un posi- tionnement grossier de la lunette par rapport au pied peut être fait à la main; on bloque alors la vis de serrage 15 pour fixer le support de la lunette sur le pied. Un réglage fin de la position de la lunette est ensuite fait à l'aide de la vis 16. Le bouton 17 permet la mise au point de la lunette (fig. 3 et 4). Au sommet du pied, qui porte la lunette, se trouve une échelle graduée en degrés jusqu'a 360 et présentant une arête moletée 18.
Un boîtier fermé 20 est fixé à côté de la lunette au moyen du pivot vertical 19. La rotation de ce boitier par rapport à la lunette est obtenue au moyen d'une vis de réglage 21, coopérant avec un ergot ou patte 22 solidaire du dessus du boitier 20, et avec un ergot ou patte analogue 23 fileté et solidaire de la lunette 13.
Un élément plat en équerre 25 est fixé dans le boitier 20 par un axe horizontal 24, cet élément 25 ayant un bras vertical 26 et, à droite sur la fig. 2, un bras horizontal 27. Une paire d'ergots horizontaux 28 et 29 font partie de la plaque 25, un niveau à bulle 30 étant fixé sous les ergots 28 et 29. Ce niveau 30 est classique et la longueur de sa bulle est telle que, lorsque le tube est horizontal, les extrémités de la bulle sont situées juste au-dessous du premier miroir 31 et du second miroir 32, tous les deux ayant leur plan incliné à 45 de l'horizontale et étant fixés à la plaque 25.
Pour positionner l'élément ou plaque 25 par rapport au pivot horizontal 24, une vis de réglage 33 se visse dans le boitier et est emprisonnée dans la partie 27 de la plaque 25.
Un système optique 35 est aussi monté dans le boitier, sur un bras 34 de la plaque 25. Ce système optique est représenté schématiquement sur la fig. 1: il comprend un miroir semi-argenté 36 et trois prismes identiques, isocèles rectangles 37, 38 et 39. Une des petites faces du premier prisme 37 est collée à une des petites faces du second prisme 38, l'autre face du second prisme étant collée à l'une des petites faces du troisième prisme 39. La petite face libre du troisième prisme 39 est placée près du miroir semiargenté et à 45 . Avec ce montage, on obtient deux trajets optiques 40 et 41.
Le premier trajet optique est produit par la lumière qui traverse le miroir semi-argenté 36, et le second trajet est obtenu par le passage de la lumière à travers la face libre du premier prisme 37, par la réflexion totale sur les trois hypoténuses des prismes 37, 38 et 39 et finalement par réflexion sur le miroir semiargenté 36. Dans ce montage, on obtient une image renversée par le second trajet optique sur le miroir 36. Comme le montre la fig. 4, la face commune 42 des premier et second prismes 37, 38 est à 45 de l'horizontale.
Juste derrière le miroir semi-argenté 36, le boitier a une ouverture 43, qui est équipée d'un oculaire 44 sur sa partie inférieure. A l'autre extrémité du boîtier, il y a deux ouvertures 45 et 46 placées de sorte que le système optique 35 reçoive de la lumière par les deux trajets optiques 40 et 41, la lumière passant à travers le miroir semi-argenté 36, ou bien dans le premier prisme 37 respectivement.
De même, les deux miroirs 31 et 32 sont placés de façon à se trouver en hauteur entre les trajets optiques (fig. 2) et à droite de ceux-ci comme on le voit sur la fig. 3 en regardant dans le sens oculaire-objectif de la lunette 13. En dessous du tube du niveau 30, il y a une ouverture 47 pratiquée dans la paroi de base du boitier, pour éclairer le tube, ce qui permet de voir la bulle dans les miroirs 31 et 32.
Comme on peut le voir sur les fig. 2 et 4, la ligne centrale du système optique 35, c'est-à-dire la ligne équidistante des chemins 40 et 41 est située au même niveau que l'oculaire 48 de la lunette 13, à condition que le système optique soit mis à niveau en tenant compte de la bulle.
Le réglage final de la lunette est obtenu par le bouton 49, qui déplace verticalement la lunette par rapport à son support, ce réglage étant aussi transmis au boîtier 20.
Lorsqu'on l'utilise, l'accessoire décrit ci-dessus est fixé à la lunette, et les vis de réglage 21 et 33 sont tournées de sorte que les deux chemins optiques 40 et 41 donnent l'un et l'autre dans l'ouverture 43, une image identique à celle qui apparaît sur le réticule de la lunette 13. Ces réglages sont effectués avant d'aller sur le terrain, l'accessoire étant alors fixé sur la lunette du niveau. Il n'est pas nécessaire de régler ultérieurement les vis 21 et 33.
Lorsqu'on utilise le niveau sur le terrain, le géomètre tourne la lunette en regardant dans l'ouverture 43, au-dessus de l'oculaire 44, jusqu'à ce qu'il voie la mirejalon, qui apparaît sous la forme de deux images provenant des deux trajets optiques 40 et 41. Ces deux images seront l'une à côté de l'autre ou l'une audessus de l'autre si on tourne la lunette. C'est pourquoi une visée précise de la lunette sur la mire-jalon peut être faite rapidement.
Le géomètre regarde dans l'oculaire 44 et voit deux images des extrémités de la bulle, l'une par le miroir 31 et le trajet 40, L'autre par le miroir 32 et le trajet 41. Les deux extrémités de la bulle sont représentées sur la fig. 5, lorsque l'appareil est réglé à niveau, les deux extrémités 50 et 51 sont exactement adjacentes. Tout ce que le géomètre a à faire est alors de déplacer son oeil vers l'oculaire 48 de la lunette 13, à travers laquelle il peut voir la mireja- lon et noter la mesure de la hauteur, après avoir mis au point avec le bouton 17.
L'accessoire permet à la fois d'obtenir l'horizontalité rapide de la lunette et d'avoir une vue rapide du jalon avant de prendre le véritable niveau. L'ouverture 43 est proche de l'oculaire 48, ce qui évite un grand déplacement de la tête du géomètre. De plus, l'utilisation de cet accessoire diminue la fatigue de l'oeil, que l'on ressent généralement lorsqu'on utilise un appareil de visée conventionnel associé avec une lunette.
Le système optique 35 a été représenté dans une boite séparée 11, mais il peut, bien sûr, faire partie du niveau lui-même. S'il en est ainsi, les vis de réglage 21 et 33 ne sont plus nécessaires. Ce- pendant, le fabricant peut décider que les réglages seront faits à l'aide d'un tournevis, les composants étant alors réglés avec précision à l'usine.
L'accessoire représenté sur le dessin peut aussi être détaché et utilisé comme niveau à lui seul. Si le boitier 20 est monté sur un trépied ou un autre support, le réglage de la vis 33 peut être fait pour mettre à niveau ledit accessoire ainsi décrit. Puis, si un repère horizontal est mobile verticalement sur la mire-jalon, on verra deux images de ce repère. Si on bouge le repère vers le haut ou vers le bas, jusqu'à ce que les deux images soient au même niveau, c'est-à-dire en coïncidence, le repère sera alors au niveau du système optique de l'accessoire. Cet accessoire est alors utilisé comme un niveau, et, ou bien on peut noter la position du repère
sur la mirejalon, ou bien on peut se déplacer autour d'un bâti
ment ou d'un autre site en maintenant le repère dans la même po
sition pour déterminer les différents points du site qui sont au
même niveau.
The invention below relates to optical surveying instruments. Its object is an optical device that can be used. either as a surveyor's level, or fixed at a conventional level.
In the usual fixed telescope level, a sight is pointed at a distance with a telescope provided with a crosshair; the height of the sighting staff is read by the surveyor. Before taking measurements, the level must be adjusted so that the axis of the telescope is perfectly horizontal, this being obtained by successive adjustments, until a spirit level or a measuring vial indicates the horizontality of the axis. In general, this operation has been replaced by one of two types of automatic level. These automatic levels are relatively expensive to manufacture and they also have the disadvantage of tiring the eyes of the surveyor who uses them.
The aim of the present invention is to provide a device which can be used instead of the usual level or else with a usual level.
The device which is the subject of the present invention comprises means for obtaining two optical paths, one of which gives an image reversed with respect to the other. This device is characterized in that said means comprise a semi-reflecting mirror, crossed directly at an acute angle by one of the optical paths, so as to provide a straight image of an object observed by means of the instrument, three flat reflecting surfaces arranged in different planes so as to determine the second optical path and to provide an inverted image of the observed object, by reflection on the semi-reflecting mirror, this image being superimposed on the right image, and in this that the two optical paths pass through entry optics laterally offset from one another.
In a preferred embodiment, the first and second reflecting surfaces are perpendicular to each other, so that the optical path lies in an optical plane normal to said first and second surfaces, the third reflecting surface being placed perpendicular to the semi-reflecting mirror. sant and at 45 - optically.
Preferably, the second optical path is obtained by means of three prisms of rectangle isosceles section and of the same dimensions. the first and second prisms having two small faces placed one against the other and located in the same first plane, the third prism having one of its small faces pressed against the other small face of the second prism, the free face the third prism being in a second plane perpendicular to said first plane, the small free face of the third prism being adjacent to the semi-silver mirror and at 45 'relative to it, the hypotenuses of the three prisms forming the three flat reflecting surfaces. The same could be achieved with a different assembly by using three mirrors at the location of the hypotenuse of the prisms described above.
The instrument is preferably used as an accessory to a conventional optical level, firstly, in order to have a rapid observation of a milestone and secondly, because associated with a spirit level, it allows to s '' ensure that the optical level telescope is horizontal. By moving the eye just once, from the eyepiece of the accessory to that of the telescope, the level can be adjusted and the target observed instantly. This greatly reduces the fatigue of the surveyor's eye.
In such an accessory, the prisms can be placed so that the first plane, common to the faces of the first and second prisms, is approximately 451 from the horizontal, a spirit level being placed near these prisms, a first and a second second mirror being placed above the ends of the bubble of the level, when the latter is horizontal, the first mirror being placed in front of the semi-silver mirror and the second in front of the free face of the first prism, which allows thus obtain an image of one end of the bubble and, next to it, the inverted image of the other end of the bubble. All this set can be placed in a closed box, which can be fixed at a classic level.
So that this invention can be better understood. an embodiment shown in the accompanying drawing will be described below, by way of purely illustrative and non-limiting example.
On this drawing:
Fig. 1 is a perspective diagram of the optical system of this embodiment.
Fig. 2 is a side elevational view with partial section of a level equipped with this embodiment as an accessory for adjusting the horizontality.
Fig. 3 is a top view of the level and its accessory shown in FIG. 2.
Fig. 4 is a front view from the level of FIGS. 2 and 3, The eyepiece being in the foreground.
Fig. 5 represents what we see in the eyepiece of the access
evening, when the level of the bezel is adjusted.
Figs. 2, 3 and 4 of the drawing show a conventional level 10 to which an accessory 11 designed in accordance with the present invention has been attached.
The level comprises a foot 12, which can be fixed to a tripod, a telescope 13 being mounted on this foot and being able to rotate around a vertical axis. A spirit level 14 can be used to position the foot 12 vertically. on a tripod. Rough positioning of the telescope relative to the foot can be done by hand; the clamping screw 15 is then blocked in order to fix the telescope support on the foot. Fine adjustment of the position of the telescope is then made using screw 16. Button 17 allows the telescope to be focused (fig. 3 and 4). At the top of the foot, which carries the bezel, is a scale graduated in degrees up to 360 and presenting an 18 knurled ridge.
A closed case 20 is fixed to the side of the bezel by means of the vertical pivot 19. The rotation of this case relative to the bezel is obtained by means of an adjusting screw 21, cooperating with a lug or tab 22 integral with the top. of the case 20, and with a lug or similar tab 23 threaded and integral with the bezel 13.
A flat angled element 25 is fixed in the housing 20 by a horizontal axis 24, this element 25 having a vertical arm 26 and, to the right in FIG. 2, a horizontal arm 27. A pair of horizontal pins 28 and 29 are part of the plate 25, a spirit level 30 being fixed under the pins 28 and 29. This level 30 is conventional and the length of its bubble is such that, when the tube is horizontal, the ends of the bubble are located just below the first mirror 31 and the second mirror 32, both having their plane inclined at 45 from the horizontal and being fixed to the plate 25.
To position the element or plate 25 relative to the horizontal pivot 24, an adjustment screw 33 is screwed into the housing and is trapped in part 27 of the plate 25.
An optical system 35 is also mounted in the box, on an arm 34 of the plate 25. This optical system is shown schematically in FIG. 1: it includes a semi-silver mirror 36 and three identical prisms, rectangular isosceles 37, 38 and 39. One of the small faces of the first prism 37 is glued to one of the small faces of the second prism 38, the other face of the second prism being glued to one of the small faces of the third prism 39. The small free face of the third prism 39 is placed near the semi-silver mirror and at 45. With this assembly, two optical paths 40 and 41 are obtained.
The first optical path is produced by the light passing through the semi-silver mirror 36, and the second path is obtained by the passage of light through the free face of the first prism 37, by the total reflection on the three hypotenuses of the prisms 37, 38 and 39 and finally by reflection on the semi-silver mirror 36. In this assembly, we obtain an image reversed by the second optical path on the mirror 36. As shown in FIG. 4, the common face 42 of the first and second prisms 37, 38 is 45 from the horizontal.
Just behind the semi-silver mirror 36, the case has an opening 43, which is equipped with an eyepiece 44 on its lower part. At the other end of the housing, there are two openings 45 and 46 placed so that the optical system 35 receives light through the two optical paths 40 and 41, the light passing through the semi-silver mirror 36, or well in the first prism 37 respectively.
Likewise, the two mirrors 31 and 32 are placed so as to be located in height between the optical paths (FIG. 2) and to the right of these as seen in FIG. 3 looking in the eye-lens direction of the telescope 13. Below the level 30 tube, there is an opening 47 made in the base wall of the box, to illuminate the tube, which allows the bubble to be seen in. mirrors 31 and 32.
As can be seen in fig. 2 and 4, the central line of the optical system 35, that is to say the equidistant line of the paths 40 and 41 is located at the same level as the eyepiece 48 of the telescope 13, provided that the optical system is put level taking into account the bubble.
The final adjustment of the bezel is obtained by the button 49, which moves the bezel vertically relative to its support, this adjustment also being transmitted to the housing 20.
When in use, the accessory described above is attached to the telescope, and the adjustment screws 21 and 33 are turned so that the two optical paths 40 and 41 give each other in the 'aperture 43, an image identical to that which appears on the reticle of the telescope 13. These adjustments are made before going into the field, the accessory then being fixed on the telescope of the level. Screws 21 and 33 do not need to be adjusted later.
When using the level in the field, the surveyor turns the telescope looking through opening 43, above eyepiece 44, until he sees the milestone, which appears as two images coming from the two optical paths 40 and 41. These two images will be next to each other or one above the other if the telescope is turned. This is why precise aiming of the telescope on the target staff can be done quickly.
The surveyor looks into the eyepiece 44 and sees two images of the ends of the bubble, one by mirror 31 and path 40, the other by mirror 32 and path 41. The two ends of the bubble are shown in fig. 5, when the apparatus is set level, the two ends 50 and 51 are exactly adjacent. All the surveyor has to do then is to move his eye to eyepiece 48 of telescope 13, through which he can see the sight and note the height measurement, after focusing with the button 17.
The accessory allows both to obtain the rapid horizontality of the telescope and to have a quick view of the milestone before taking the real level. The opening 43 is close to the eyepiece 48, which prevents a large displacement of the surveyor's head. In addition, the use of this accessory reduces eye fatigue, which is generally felt when using a conventional sighting device associated with a telescope.
The optical system 35 has been shown in a separate box 11, but it can, of course, be part of the level itself. If so, adjusting screws 21 and 33 are no longer required. However, the manufacturer may decide that the adjustments will be made with a screwdriver, with the components then fine-tuned at the factory.
The accessory shown in the drawing can also be detached and used as a level on its own. If the box 20 is mounted on a tripod or other support, the adjustment of the screw 33 can be made to level said accessory thus described. Then, if a horizontal frame of reference is vertically mobile on the benchmark, we will see two images of this frame. If we move the mark up or down, until the two images are at the same level, that is to say in coincidence, the mark will then be at the level of the optical system of the accessory. This accessory is then used as a level, and, or we can note the position of the marker
on the mirejalon, or we can move around a frame
ment or another site by keeping the marker in the same po
sition to determine the different points of the site that are at
same level.