Brevet FR2040496A1 — publié le 19710122

La présente invention concerne un - ~ théodolite d'observation et de mesure pour objets mobiles, comportant au moins un appareil d'exploitation de l'image qui peut être dirigé vers chaque secteur d'une calotte sphérique entourant 5 le théodolite. Dans les théodolites connus de ce genre, on emploie un télescope pouvant tourner au moins autour d'un axe de rotation pour servir de téléobjectif à un appareil d'exploitation proprement dit, qui est, par exemple, une caméra de télé-10 vision, une caméra de télécinéma et (ou) un appareil optique d'alignement en direction. Il faut, par conséquent, que le télescope, l'appareil d'utilisation et les supports de ces organes soient déplacés pour être dirigés d'une manière permanente vers l'objet à observer en permanence. Pour peu que le déplace-15 ment de ces organes, effectué par exemple par servo-moteur, doive suivre même des mouvements rapides et non prévisibles de 1'objet-but sans erreurs inadmissibles de poursuite, les masses d'inertie de ces organes et les moments d'inertie de ces masses par rapport aux axes de rotation ont une importance défavorable. On ne peut, 20 en effet, produire de mouvements de poursuite suffisamment rapides qu'à l'aide de servo-commandes d'une puissance relativement élevée et d'un poids propre correspondant élevé. En outre, les objectifs pour l'exploitation de l'image télescopique des appareils d'exploitation que 25 l'on peut se procurer sur le marché ne sont pas utilisables la plupart du temps et il est nécessaire de les remplacer par des objectifs de fabrication spéciale. La présente invention a pour but de constituer un théodolite du genre indiqué ci-dessus, sans téles-30 cope, d'une manière telle que tous les appareils d'exploitation puissent être montés fixes, la direction de l'axe optique de l'objet devant être, seule, réglée avec une précision relative-ment grande et non le lieu de l'appareil en question. L'appareil de l'invention est caracté-35 risé en ce qu'il comprend, dans une enveloppe pouvant tourner sous l'action d'un servo-moteur autour d'un axe de rotation fixe, vertical, une surface de miroir, inclinée de 45° par rapport à cet axe de rotation, et, en face de cette première surface de miroir, une seconde surface de miroir inclinée pareillement de 40 45° par rapport à un axe horizontal passant par le centre de la 70 15951 2040496 première surface de miroir., la seconde surface de miroir étant montée dans une enveloppe attenante à l'enveloppe principale et pouvant tourner, sous l'action d'un servo-moteur, autour de l'axe horizontal qui relie les centres des deux miroirs, d'une manière 5 telle que la lumière provenant de chaque secteur de calotte sphérique (vers lequel la fenêtre d'entrée de la lumière, se trouvant devant la seconde surface de miroir, est momentanément dirigée) soit réfléchie suivant la direction de l'axe horizontal reliant les centres des deux miroirs, puis,sur la première surface de 10 miroir,suivant la direction de l'axe de rotation, vertical, de cette surface, pour être amenée enfin à au moins à un appareil d'exploitation, disposé fixe. De préférence, sur l'axe de rotation vertical fixe de l'enveloppe de la première surface de miroir et 15 au-dessous de cette dernière, est monté un dispositif à miroir pouvant être réglé pour que la lumière incidente soit amenée au choix à l'un de plusieurs appareils d'exploitation fixes. L'un de ces appareils d'exploitation fixes peut être un oculaire directeur pour un observateur dispo-20 sant d'un moyen de production de signaux de commande^dont les signaux de sortie sont amenés au moins indirectement aux deux servo-moteurs qui servent ainsi à diriger d'une manière permanente la fenêtre d'entrée de la lumière vers un objet mobile, d'une manière correspondant aux signaux déclenchés}par l'obser-25 vateur, au transmetteur de signaux de commande. Il est alors avantageux qu'entre le dispositif réglable à miroir et l'oculaire directeur, soit monté un prisme de redressement de l'image qui, en fonction des positions instantanées de rotation de l'enveloppe attenante et de l'enveloppe pouvant tourner autour de l'axe ver-30 tical,subisse d'une manière permanente une rotation telle que l'objet visible dans l'oculaire directeur soit toujours redressé dans le sens vertical et dans le sens horizontal. Mais il peut être prévu aussi que l'un des appareils d'exploitation fixes soit un transmetteur de don-35 nées pour la production de signaux de commande^ qui sont amenés au moins indirectement aux deux servo-moteurs pour faire tourner les surfaces de miroir, tournantes autour de leur axe de rotation horizontal ou verticaltet ont pour effet qu'après qu'un objet-but mobile a été saisi, la fenêtre d'entrée de la lumière demeure 40 dirigée en permanence vers cet objet-but. s¥Pf5951 - 3 - 2040496 En outre, l'un des appareils d'exploitation fixes peut être une caméra de télévision dont les signaux vidëo seront amenés à un poste d'observation et directeur éloigné "du' théodolite » 5"'* la description se rapporte à des exemples de réalisation de l'objet de l'invention représentés atïx dessins dans lesquels : - la figure 1 représente un schéma de principe ; du théodolite; 10 - la figure 2 donne une représentation simplifiée dè la construction avec servo-moteurs et transmetteurs de valeurs angulaires incorporés j - la figure 3 est une représentation à plus grande échelle du prisme tournant de Schmitt prévu dans l'exemple 15 suivant la figure 3. Suivant la figure 1, il est prévu, montée sur un socle 30, une colonne creuse. 11 pour un anneau por-' " "'té'ur' 12 de la partie supérieure mobile du théodolite et d'un cylindre creux fixe 13, coaxial à cette partie supérieure mobile 20 du théodolite, le cylindre fixe creux 13 sert aussi de support pour'des bagues de contact glissant»par l'intermédiaire des-' quelles des liaisons électriques conduisent s>d' une manière connue en soi ,à la partie supérieure mobile du théodolite 12. Sur la bague porteuse fixe 12, est supportée une enveloppe 20sd'une ma-25 nière telle qu'elle-même et toutes les parties de l'appareil qui svônt fixées à elle ou supportées en elles5peuvent tourner "autour de l'axe central vertical A-de la colonne creuse 11 ou de l'anneau porteur 12. "" " Pour l'introduction, par servo-moteur, 30 dè tels mouvements de rotation de la partie supérieure du théodolite, on se sert d'une couronne dentée 21, rigidement solidaire de l'enveloppe 20, avec laquelle engrène une roue dentée 14, commandée par un servo-moteur SM06 . Ce servo-moteur SM est monté, fixe, dans une partie d'enveloppe 15 qui est fixée à 35 1 ' anne:au de support 12. Un transmetteur QûC sau moins de valeurs ~angulaires,est commandé indirectement ou directement par le "servo-moteur SM oC ou par la couronne dentée 21}et il est destiné a produire, sous la forme de signaux électriques de sortie, soit en'permanence la position de rotation oL de la couronne dentée 21 40 par rapport à une position de référence donnée à l'avance, soit 70 15951 2040496 des impulsions de variation, pouvant être comptées de cet angle d'azimuth; il est en outre construit pour remplir cette fonction. Ce transmetteur G- oL de valeurs angulaires est monté lui aussi dans la partie fixe 15 d'enveloppe » 5 A l'intérieur de l'enveloppe 20, est monté, au-dessus du cylindre creux 13, un miroir plan 22 qui est incliné à 45° par rapport à l'axe de.rotation vertical A de la partie supérieure du théodolite. Contre le côté de l'enveloppe 20, qui se trouve à gauche sur la figure 1, est montée coaxialement 10 à l'axe horizontal E, passant par le centre du plan du miroir 22, une enveloppe 30 attenante à l'enveloppe 20 et pouvant tourner autour de l'axe E. Cette enveloppe attenante 30 présente, elle aussi, une couronne dentée 21, rigidement solidaire de l'en-15 veloppe et pouvant tourner sous l'action d'une roue dentée de commande d'un servo-moteur SM \ monté dans une enveloppe 23. En outre, la roue dentée 31 commande,indirectement ou directement, au moins un transmetteur G ^ de valeurs angulaires qui, pour ce qui concerne la détermination permanente de la position de rota-20 tion ^ de l'enveloppe attenante 30 pouvant tourner autour de l'axe horizontal E, a le même rôle que le transmetteur G oC de valeurs angulaires,pour ce qui concerne la détermination permanente de la position instantanée de rotation oC de l'ensemble de la partie supérieure de théodolite, pouvant tourner autour de 25 l'axe vertical A. Dans l'enveloppe attenante 30, est monté un second miroir plan 32 ,qui est incliné à 45° par rapport à l'axe horizontal E qui relie les centres des deux miroirs 32, 22. Le miroir 32 et une fenêtre 33 d'entrée de la lumière, placée 30 devant ce miroir dans la paroi de l'enveloppe attenante 30;peuvent, par conséquent, si les servo-moteurs SM«£ et SM/L sont commandés d'une manière appropriée, être dirigés vers chaque secteur d'une calotte sphérique entourant le théodolite ,ou sur chaque endroit d'un objet se déplaçant librement dans l'espace. 35 La lumière 1,provenant d'un objet qui est soumis à une observation instantanée,se réfléchit sur le miroir 32 suivant la direction de l'axe de rotation E de l'enveloppe attenante 30, et vient frapper le miroir 22 sur lequel elle se réfléchit, et se trouve ainsi dirigée vers le bas suivant la direction de l'axe 40 de rotation vertical A du miroir 22, à partir duquel la lumière 70 15951 -5'- 2040496 passe à travers une vitre 25 se trouvant au-dessous du miroir 22. On n'a pas prévu que soient exercées d'autres actions sur la lumière L ,telles que par exemple une augmentation ou une diminution de sa divergence au moyen de 5 lentilles ou de miroirs à surface courbe» Sur l'axe .vertical A, est monté, au-dessous du cylindre creux B, dans la colonne creuse 11, un dispositif de miroirs T6„ Au moyen de ce dispositif et suivant sa position et son orientation instantanées, la lumière L peut être 10 déviée au choix vers l'un de plusieurs appareils d'exploitation K1, K2, K3 disposés, fixes, dans la partie inférieure du théodolite. Le dispositif de miroirs 16 peut comprendre, par exemple, un miroir semi-transparent, le plan de ce miroir étant incliné à 45° par rapport à l'axe A, pour que la lumière reçue soit, 15 conformément à la représentation fournie par le dessin, répartie entre une caméra de télécinéma K1, coaxiale à l'axe A et montée au-dessous du dispositif à miroirs 16,et un appareil d'exploitation K2 se présentant sous la forme d'un dispositif de vision K2 pour un observateur. Mais le dispositif à miroirs 16 peut aussi 20 être prévu de manière à pouvoir tourner autour de l'axe A ainsi que perpendiculairement à cet axe,et (ou) de manière à pouvoir être déplacé dans un mouvement de translation suivant la direction de l'axe A, de sorte que la lumière peut, par exemple, être amenée aussi à la caméra K3 ° 25 Le dispositif de vision E2 est muni, • pour simplifier l'observation, d'une bonnette d'oculaire 17 et d'un système optique d'oculaire 18 monté dans la bonnette. En outre, il contient un miroir de déviation 19, afin que l'observateur puisse regarder de par en 30 haut dans l'oculaire. Le cas échéant, la rotation de l'image,à partir de sa position naturelle, rotation produite par la coopération des miroirs 32, 22 lors de leur rotation, pourrait être compensée par une rotation appropriée d'un prisme tournant de Schmitt suivant la figure 3 (voir figure 2),monté dans le dis-35 positif de vision K2. La caméra K1 de télécinéma peut servir, par exemple, d'une manière connue en soi, dans d'autres photothéodolites ,à photographier à des intervalles de temps réguliers un objet poursuivi d'une manière permanente, par exemple un corps volant ,et sur l'image également,peuvent être fixés un 40 réticule à croisée de référence et aussi, sous forme codée, le 70 15951 2040496 temps t de la prise de photographie,ainsi que les valeurs correspondantes et de l'angle d'azimuth et de l'angle d'élévation de la direction instantanée de regard de la fenêtre 33 d1 entrée de la lumière. 5 la caméra K3, ou une autre caméra, non représentée, peut aussi être conçuepen tant que caméra dite caméra de prise de vues rapide,pour la production d'un nombre particulièrement élevé d'images de l'objet par unité de temps. Mais on pourrait aussi prévoir une 10 caméra de télévision fixe,demeurant fixe pour l'exploitation de la lumière L réfléchie vers cette caméra. Ses signaux vidéo peuvent alors être transmis à un poste d'observation éloigné. En outre, on pourrait aussi utiliser comme appareil d'exploitation un appareil optique directeur, par 15 exemple un appareil directeur automatique à, rayons infra-rouges et de repérage avec rayonnement laser,pour la production de signaux de commande pour les servo-moteurs SM Mais la différence essentielle réside en ce que, du fait qu'il n'est pas fait usage d'un télescope mobile avec le théodolite, les objectifs de tous les dispositifs 30 d'exploitation peuvent être les mêmes, comme s'ils étaient dirigés directement vers un objet à une distance appropriée. En outre, il résulte de ce fait une économie importante concernant la masse porteuse à déplacer par servo-moteur, de sorte qu'on peut, avec des servo-moteurs de 35 puissance plus faible, suivre aussi des objets sans, qu'il se produise d'erreurs gênantes de poursuite, c'est-à-dire de telle sorte que la grande largeur souhaitée de servo-bande peut être réalisée. En outre, il faut régler exactement seulement l'orientation des axes optiques des appareils d'exploitation employés 4 0 et non leurs positions, parce que la lumière reçue conserve la 70 15951 2040496 marche des rayons afocale naturelle jusau'à l'entrée dans les objectifs des appareils d'exploitation. Bien entendu, on peut choisir librement, dans une large mesure, les servo-moteurs SM oi. et SM A 5 ainsi que les dispositifs à roues dentées agissant directement sur les parties tournantes du théodolite,, C'est ainsi que l'on peut prévoir, par exemple, des servo-commandes hydrauliques ou pneumatiques. On détermine aussi avantageusement les valeurs instantanées des positions de rotation ou leurs variations au 10 moyen d'une paire de dispositifs de mesures angulaires, se faisant vis-à-vis diamétralement, pour compenser d'une manière connue les erreurs d'excentricité des pièces tournantes par rapport à leurs axes de rotation respectifs A et E. Sur la figure 2, qui donne une repré-15 sentation simplifiée du théodolite, les pièces correspondant à celles de la figure 1 sont désignées par les mêmes repères que sur la figure 1. Les différences entre les deux figures résident dans la constitution de la partie inférieure du théodolite qui se présente sous la forme d'un support 11 à trois pieds. Dans 20 le dispositif de vision K2, est monté un prisme tournant 4 de Schmitt suivant la figure 3° Ce prisme tournant subit une rotation qui lui est communiquée par un servo-moteur SM^ en fonction de la somme des sorties des transmetteurs de valeur angu laire, somme qui est produite par un mécanisme d'addition AoC, 25 pour la compensation de la rotation indésirable de l'image dans l'oculaire 17. L'observateur dispose d'un appareil de commande SG, pouvant être déplacé à la main dans deux directions o£ et^ , appareil de commande dont les signaux de sortie sont amenés à une machine à calculer AR pour la production des signaux A ûC et 30 A ^ pour les servo-moteurs SM et SM^ . A cette machine à calculer,sont amenés aussi les signaux auxiliaires d'un calculateur de données DR, auquel sont amenés aussi les signaux de sortie des transmetteurs de valeurs angulaires G qC et G^. Les signaux instantanés pro-35 duits par le calculateur de données DRspour une valeur t du temps et les petites valeurs angulaires correspondantes A^,sont transmis à la caméra K1 pour inscription sur les images du film. On a désigné par le repère SP un appareil producteur d'une tension d'alimentation pour les appa-40 reils auxiliaires SG, AR et DR ainsi que pour la caméra K1. 70 15951 2040496 L'appareil SP est relié à une source de courant » Le prisme tournant de Schmitt 4, pouvant tourner autour de l'axe 40, est connu en soi. On a dessiné des marches de rayons possibles 1q, 1^, 12_ Le plan oblique 5 de miroir SE est semi-transparent» Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra procéder à des variantes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention,, 70 15951 - 9 - 2040496 REVENDICATIONS 1°) Théodolite d'observation et de mesure pour objets mobiles comportant au moins un appareil d'exploitation de l'image, théodolite pouvant être dirigé vers chaque 5 secteur d'une calotte sphérique qui l'entoure,et caractérisé en ce qu'il comprend, dans une enveloppe pouvant tourner sous l'action d'un servo-moteur autour d'un axe de rotation vertical fixe, line surface de miroir inclinée de 45° sur l'axe de rotation et, en face de celle-ci, une seconde surface de miroir inclinée de 10 45° par rapport à tin axe horizontal passant par le centre de la première surface et montée dans une enveloppe attenante à la première ,pourvue d'une fenêtre d'entrée de la lumière et pouvant tourner, sous l'action d'un servo-moteur, autour de l'axe horizontal reliant les centres des deux miroirs, d'une manière telle 15 que la lumière provenant de chaque secteur de calotte sphérique (vers lequel la fenêtre d'entrée de la lumière, se trouvant devant la seconde surface de miroir j,est momentanément dirigée) est réfléchie suivant la direction de l'axe horizontal reliant les centres des deux miroirs, puis sur la première surface de 2 0 miroir suivant la direction de l'axe de rotation vertical de la surface de miroir,et amenée finalement à au moins un appareil d'exploitation monté à poste fixe» 2°) Théodolite suivant la revendication 1, caractérisé en ce que des servo-moteurs ,pour faire tourner 25 l'enveloppe autour de son axe de rotation vertical,et l'enveloppe attenante autour de son axe de rotation horizontal agissent respectivement sur une couronne dentée de l'enveloppe correspondante, et (ou) en ce qu'à partir de ces couronnes dentées ,un transmetteur au moins de valeurs angulaires ^associe à la cou-30 ronne dentée correspondante ,est commandé pour la production de signaux de valeurs angulaires - 3°) Théodolite suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le servo-moteur servant à faire tourner l'enveloppe attenante autour de l'axe de rotation 35 horizontal ^.insi que les transmetteurs associés de valeurs angulaires sont montés contre 1"enveloppe,pouvant tourner autour de l'axe de rotation vertical, et en ce que le servo-moteur, servant à faire tourner cette enveloppe autour de l'axe vertical fixe ainsi que les transmetteurs associés de valeurs angulaires 40 sont montés dans une partie fixe du théodolite. 70 15951 ~1°~ 2040496 4°) Théodolite suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, sur l'axe de rotation vertical fixe de l'enveloppe de la première surface de miroir et au-dessous de cette surface, est monté un dispositif de 5 miroir pouvant être réglé pour que la lumière incidente soit amenée au choix à l'un de plusieurs appareils d'exploitation fixes. 5°) Théodolite suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'un des appareils d'exploitation fixes 10 est un oculaire à bonnette et système optique spo\xr un observateur disposant d'un moyen de production de signaux de commande dont les signaux de sortie sont amenés, du moins indirectement, aux deux servo-moteurs,qui servent ainsi à diriger d'une manière permanente la fenêtre d'entrée de la lumière vers un objet mobile, 15 d'une manière correspondant aux signaux,déclenchés par l'observateur, du transmetteur de signaux de commande. 6°) Théodolite suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'entre le dispositif réglable à miroir et l'oculaire, est disposé un prisme de redressement de l'image qui, 20 en fonction des positions de rotation instantanées de l'enveloppe attenante et de l'enveloppe pouvant tourner autour de l'axe vertical, subit d'une manière permanente une rotation telle que l'objet visible dans l'oculaire directeur soit toujours redressé dans le sens vertical et dans le sens horizontal. 25 7°) Théodolite suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'un des appareils d'exploitation est un transmetteur de données pour la production de signaux de com--mande,qui sont amenés au moins indirectement aux deux servomoteurs pour faire tourner les surfaces de miroir tournantes 30 autour de leur axe de rotation horizontal ou vertical, et ont pour effet qu'après qu'un objet-but mobile a été saisi, la fenêtre d'entrée de la lumière demeure dirigée en permanence vers cet objet-but. 8°) Théodolite suivant la revendication 35 4, caractérisé en ce que l'un des appareils d'exploitation fixes est une caméra de télévision dont les signaux vidéo peuvent être amenés à un poste d'observation et directeur éloigné du théodolite .