Brevet FR2154415A1 — publié le 19730511

La présente invention concerne une cuvette comportant au moins deux fenêtres et contenant au moins un fluide qui ne remplit qu'une partie de la cuvette et dont la surface de séparation se trouvant hors contact de la cuvette forme, sous l'in- fluence de la pesanteur, un plan horizontal sur lequel un faisceau lumineux entrant par l'une des deux fenêtres de cuvette est au moins une fois réfléchi avant de quitter la cuvette par l'autre fenêtre. La cuvette sert, de préférence, à déterminer la verticale dans des goniomètres optiques. Il est connu d'utiliser dans les goniomètres géodériques des compensateurs à liquide au moyen desquels le trajet des rayons à travers une lunette ou un microscope est dirigé dans un sens voulu. On exploite dans ce cas le fait qu'une surface de liquide soumise à la force de gravité occupe toujours une position horizontale, indépendemment de l'inclinaison de l'appareil qui contient le liquide.De cette façon, il se présente ou bien un coin de liquide à travers lequel les rayons lumineux passent ou bien un niveau de liquide sur lequel les rayons lumineux sont réfléchis. Lorsqu'B présent on utilise un tel compensateur à liquide et à surface et à surface réfléchissante dans un goniomètre qui peut entre utilisé aussi bien suspendu que posé, il se manifeste des défocalisations du système optique parce que les rayons lumineux traversent dans le compensateur successivement, selon la position de l'appareil, des fluides de densité différente, par exemple de l'air et de l'alcool. En conséquence, il faudrait prévoir la possibilité d'un ajustage de la focalisation ce qui serait toutefois peu commode en service et coûteux du point de vue de la construction.L'utilisation d'un compensateur à liquide exploitant en position suspendue et posée, l'effet de coin, n'aboutit pas à une compensation désirée, parce que dans l'une des positions l'erreur est en effet compensée mais dans l'autre position elle est au contraire doublée. Pour remédier aux inconvénients mentionnés, l'invention est basée sur le problème de conformer une cuvette compensatrice à surface de séparation réfléchissante de manière à éviter au cours du processus de mesure et sans pertes de temps dans les différentes positions de mesure du goniomètre à priori une défocalisation du système optique sans qu'il soit nécessaire dtuti- hier des éléments de construction optico-mécaniques additions nels. Conformément à l'invention, ce problème est résolu par le fait que la cuvette est remplie de trois fluides de densité différente, que le volume du fluide à plus forte densité est égal au volume du fluide à plus faible densité et que le faisceau lumineux ne se propage à l'intérieur de la cuvette que dans le fluide présentant la densité moyenne. Une telle cuvette peut être utilisée avec succès dans n'importe quel goniomètre se prêtant à la mesure en deux positions verticales décalées de 1800. Elle est particulièrement utilisable dans des théodolites, dans des niveaux et dans des appareils de mise d'aplomb.Dans l'une des positions, les rayons sont réfléchis sur la surface de séparation entre le fluide à plus forte densité et le fluide à densité moyenne et dans l'autre position, les rayons sont ré fléchia sur la surface de séparation entre le fluide à densité Moyenne et le fluide à plus faible densité. Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, la cuvette peut comporter même quatre fenêtres pour deux faisceaux lumineux.Dans ce cas, pour la sême position de l'appareil, l'un des faisceaux lumineux est réfléchi sur la surface de séparation du fluide à plus forte densité et l'autre faisceau lumineux est réfléchi sur la surface de séparation du fluide à plus faible densité, les deux surfaces de séparation se trouvant sur les deux côtés du fluide à densité moyenne. On obtint une forme de réalisation de l'invention se prêtant avantageusement à l'utilisation de réflexions multiples lorsqu'au moins une partie de la surface intérieure de la cuvette est réalisée sous forme de réflecteur du faisceau lumineux. Cinq exemples de réalisation et d'application de l'invention vont être expliqués en plus de détail en considérant les dessins annexés. La fig. 1 montre, en coupe longitudinale, une cuvette conforme à l'invention. La fig. 2 montre, en coupe longitudinale, une cuvette com- portant un réflecteur. La fig. 3 montre, en coupe longitudinale, une cuvette servant à réfléchir deux faisceaux lumineux différents. La fig. 4 montre un système optique à lecture sur cercle gradué dans lequel est intercalée une cuvette conforme à la fig. 1 La fig. 5 montre un dispositif optique de mise d'aplomb comportant une cuvette analogue à celle de la fig. 3. La fig. 6 montre, en coupe longitudinale, une cuvette à deux réflecteurs. Suivant la fig. 1, une enveloppe 1 comportant deux fenStres 2, 3 entoure un espace en forme de cuvette 4 à section trapézoidale dont la base et la face supérieure sont ouvertes èt suivie chacune d'un espace en forme de cuvette 5, 6 à section rectangtilaire. Cette conformation de la cuvette 1 facilite le trajet d'un faisceau lumineux représenté par son rayon principal 7 qui entre dans la cuvette 1 par la fenêtre 2 et quitte la cuvette par la entre 3.La cuvette 1 est remplie de trois fluides 8, 9, 10 à densité différente, par exemple du mercure, de l'alcool et de l'air, qui ne se mélangent pas, qui se rangent sous l'influence de la pesanteur, l'un au-dessus de l'autre sui vant leurs densités, dont les surfaces de séparation Il, 12 ser- vent de surfaces de réflexion et dont les fluides 8 et 10 occupent le même volume, le volume du fluide 9 étant assez important pour que le trajet da faisceau lumineux 7 se limite à ce fluide. Un faisceau lumineux 7 qui entre dans la cuvette 1, au moins à peu pros perpendiculairement à la fenêtre 2, est réflé- chi, dans la position normale représentée, sur la surface de séparation 12 et sort par la fenêtre 3. Lorsque la surface de séparation 12 (et de ce fait également la surface de séparation 11) est inclinée d'un angle > par une variation de la direction de la force de pesanteur, le faisceau lumineux réfléchi de la surface de séparation 12 subit une déviation de 2 &gamma; 8 Dans les présentes considérations, l'influence de l'indice de réfrac- tion des fluides est négligée. Le fait de tourner la cuvette 1 et le faisceau lumineux 7 de 1800 par rapport & un axe parallèle au plan de la fig. 1 a pour conséquence que le fluide 8 passe, sous l'influence de la pesanteur, dans l'espace 5 de la cuvette et que le fluide 10 passe dans 11 espace 6. Le fluide 9, de même que les surfaces de séparation Il, 12, viennent occuper la même position comme su- paravant, parce que les volumes des fluides 8 et 10 sont égaux entre ceux. principal, représenté, une section trapézoidale 14 et une section rectangulaire 15, est illustrée à la fig. 2. Dans la partie trapézoidale 14, deux fenêtres 16, 17 symétriques sont prévues. En outre un miroir 18 est fixé rigidement à la partie trapézoidale 14. La cuvette 13 est remplie de trois fluides 19, 20, 21 non miscibles entre eux dont le fluide 19 présente la plus forte, le fluide 20 une moyenne et le fluide 21 la plus faible densité, les fluides 19 et 21 occupant un espace de même volume. Entre les fluides se trouvent des surfaces de séparation 22, 23 à effet optique qui, dans la position normale représentée, sont para allèles au miroir 18. Un faisceau lumineux indiqué par son rayon principal 24 entre dans la cuvette 13 par la fenêtre 16, est réfléchi succesvivement sur la surface de séparation 22, sur le miroir 18 et encore une fois sur la surface de séparation 22 et quitte la cuvette par la fenêtre 17. Lorsque la cuvette 13 est inclinée, dans le plue de la figure, d'un angle N , la surface de séparation vivent occuper, sous l'influence de la pesanteur, une position qui, par rapport au faisceau lumineux incident 24, est décalée de l'angle N .De ce fait, d'après les lois de ré-flexfon lumière connues, le faisceau lumineux 24 quitte la cuvette 13 sous une direction dérivée de 4 Une cuvette 25 de la forme représentée à la fig. 3 est conçue pour le passage et le réglage simultané de deux faisceaux lumineux 26, 27 inclinés l'un par rapport à l'autre. La cuvette 25 comporte à cet effet quatre fenêtres 28, 29 et 30, 31 et est remplie de trois fluides 32, 33, 34 de densité différente, dont le fluide 32 présente la plus forte et le fluide 34 la plus faible densité. Les volumes des fluides 32 et 34 sont égaux entre eux. Entre les fluides 32, 33 d'une part et entre les fluides 33, 34 d'autre part se trouvent les surfaces de séparation 35 et 36. Le faisceau lumineux 27 entrant dans la cuvette 25 par la fenêtre 28 est réfléchi sur la surface de séparation 35 et quitte la cuvette par la fenêtre 29. Le faisceau lumineux 26 est réfléchi, entre les fenêtres 30 et 31, sur la surface de séparation 36 de la m8me façon. Pour le reste, ce qui a été dit en regard de la fig. 1, s'applique d'une manière analogue au cas présent. Les cuvettes 13 et 25 peuvent être utilisées également, avec le mSne effet, tournées de 1800 , parce que ni les surfaces de séparation 22, 23 ou 35, 36 ni les fluides 20 ou 33 à travers lesquels passe le faisceau lumineux ne changent de position. La fig. 4 montre les éléments optiques constitutifs et essentiles d'un système servant à mesurer les mouvements rotatifs d'un appareil non représenté, autour des axes I-I et YsY. Dans une trajectoire de rayons d'observation 37, il est prévu successivement un prisme rectangulaire 38 avec un réticule 39, un cercle gradué 40, un prisme rhombique 41 avec arête de toit 42, un système de projection 43, un prisme de déviation 44, une cuvette compensatrice 45 remplie de trois fluides, un prisme de déviation 46 avec arête de toit 47, un cercle gradué 49, deux prismes rectangulaires 50, 51, un objectif de microscope 52, un prisme pentagonal 53 et un oculaire de mi- croscope 54. Le réticule 39 est pourvu d'un repère 55 qui sert à la lecture aussi bien, sur le cercle gradué 40 que sur le cercle gradué 49.Les images pour la lecture de l'indication des cercles gradués sont visibles l'une à c8té de l'autre dans le champ de viséeClon représenté) du microscope de lecture 52, 53, 54. Le système de projection reproduit le repère 55 sur le cercle gradué 49 dans une position qui est réglée par la cuvette compensatrice 45 et qui ne change pas quelle que soit l'inclinaison de l'appareil. On observe ce repère dans cette position, de même que l'indication sur le cercle gradué 40, à travers le microscope 52, 53, 54. La fig. 5 montre un dispositif de prise d'aplomb zénith- nadir comportant un oculaire 56 et deux objectifs 57, 58 qui permettent une visée simultanée en deux sens opposés de 1800. Entre les objectifs 57, 58 d'une part et 1'oculaire 56 d'autre part est disposé un système optique, constitué par deux prismes 59, 60, par une cuvette 61 remplie de trois fluides différents et par deux prismes 62, 63, qui sert à réfléchir, à régler à une position déterminée et à réunir les faisceaux lumineux 64, 65 en une trajectoire de rayons 66 traversant l'oculaire 56, le plan focal de 11 oculaire perpendiculaire au trajet des rayons 66 étant désigné par 67 et les prismes 62, 63 formant une arSte de séparation d'images 68 perpendiculaire par rapport su plan de la figure. Les cuvettes 45, 61 représentées aux fig. 4 et 5 sont destinées à régler la trajectoire des rayons de lecture et de visée, indépendemment des changements de l'inclinaison des systernes optiques, de manière que ces changements d'inclinaison ne produisent aucun effet sur le résultat de la lecture ou de la mesure, comme cela est décrit, par exemple, dans la revue autrichienne "Zeitschrift für Vermessungswesent, 1957, pp. 176 à 179 et dans la demande de brevet allemande publiée 2252 910. Il est évident que le fonctionnement correct des dispositifs représentés aux fig. 4 et 5 n'est pas influencé lorsqu'on tourne les dispositifs de 1800 de façon que la cuvette 45 à la fig. 4 soit déplacée vers levas ou que L'objectif 57 à la fig. 5 vienne & la place de l'objectif 58 ou inversement. On obtient une disposition qui diffère des exemples de réalisation représentés lorsque par exemple, on se trouve en présence de la moitié du système de la fig. 5 et cette moitié est tournée par rapport à la verticale zénith-nadir de 1800 autour d'un axe parallèle au plan de la figure. Suivant la fig. 6, une cuvette 74 comportant deux Fenêtres 70, 71 et deux réflecteurs 72, -73 contient trois fluides de densité différente 75, 76, 77 entre lesquels se trouvent deux surfaces de séparation 78, 79. Un faisceau lumineux 80 entrant dans la cuvette 74 par la fenêtre 70 est réfléchi successivement sur le réflecteur 72, sur la surface de séparation 79 et sur le réflecteur 73 après quoi ilquitte la cuvette par la fenêtre 71. En ce qui concerne la nature et le fonctionnement des fluides il s'applique ce qui a été dit lors de la description des fig. 1 à 3. La cuvette représentée à la fig. 6 fonctionne de la même façon dans une position tournée de 1800 par rapport à un axe perpendiculaire au plan de la figure ou à un axe parallèle à la surface de séparation et au plan de figure, non représentés. Dans sa position suivant la fig. 6, la cuvette 74 fonctionne correctement sans limitation même lorsque le fluide 75 est remplacé par le fluide 76 et lorsque la densité du fluide 76 étant supérieure à celle du fluide 77 et qu'il n'existe que la surface de séparation 79. BEVEKDSCAXIONS I - vette comportant au moins deux fen8tres et contenant au moins un fluide qui ne remplit qu'une partie de la cuvette et dont la surface de séparation se trouvant hors contact de la cuvette forte, sous l'influence de la pesanteur, un plan horizontal sur lequel un faisceau lumineux entrant par l'une des deux fenêtres de cuvette est au moins une fois réfléchi avant de quitter la cuvette par l'autre entre, caractérisés en ce que la cuvette est remplie de trois fluides à densité différente, que le volume du fluide à plus forte densité est égal au volume du fluide à plus faible densité et que le faisceau lumineux ne se propage à l'intérieur de la cuvette que dans le fluide présentant la densité moyenne. 2 - Cuvette suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins une partie de la surface intérieure de la cuvette est réalisée sous forme de réflecteur pour le faisceau lumineux.