Brevet FR2247702A1 — publié le 19750509

La présente invention a trait à un dispositif destiné à fournir une indication visible d'un plan spatial comprenant une source de lumière destinée à engendrer de la lumière sensiblement parallèle, un élément de déviation optique tournant recevant cette lumière et engendrant un premier et un second faisceaux de lumière, ledit élément déviant ce premier et ce second faisceaux de lumière et leur faisant subir un balayage Le brevet des Etats-Unis nO 3 656 828 a trait à un dispositif destiné à fournir un plan spatial de référence. Ce dispositif connu comporte un laser qui émet un faisceau lumineux en direction d'une tête de balayage tournante. A partir de cette tête sont transmis deux faisceaux de laser dont l'un est dirigé sous un faible angle au-dessus du plan de référence voulu et l'autre sous un faible angle au-dessous de ce même plan I1 en résulte que les deux faisceaux engendrent en rotation deux surfaces coniques. Toutefois, dans ce dispositif connu, la précision de la détermination du plan de référence est décroissante en fonction de la distance au dispositif du fait que les deux faisceaux forment un certain angle avec le plan devant être repéré et que par conséquent ils divergent. Le-dispositif selon la présente invention élimine cet inconvénient lié à la divergence et réalise ùn instrument qui conserve une grande précision dans une gamme de distances plus grande que les dispositifs de l'art antérieur. Le dispositif selon l'invention est applicable à l'indication des hauteurs sur les terrains à bâtir. Le dispositif selon l'invention émet une lumière tournante qui engendre un plan de référence tout autour de l'instrument. Ceci permet de réduire le nivellement ordinaire et de rendre plus simple l'opéra- tion dite d'alignement. Les caractéristiques de l'invention sont définies par les revendications ci-annexées. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée donnée ci-après à titre d'exemple en référence /au dessin annexé, sur lequel - les figures 1 et 2 sont deux vues différentes montrant un mode de réalisation du dispositif selon l'inven tion - la figure 3 montre un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention ; et - la figure 4 est un graphe montrant la distribution d'intensité des faisceaux émis par le dispositif de la figure 3. Les figures 1 et 2 montrent en vue latérale le dispositif selon l'invention, la vue de la figure 2 étant obtenue par rotation de 900 du dispositif par rapport à sa position de la figure 1. Un laser 1 émet de la lumière en direction d'une tête tournante 2. La tette 2 est wise en rotation autour d'un axe au moyen d'un moteur 3. Le plan de référence désiré est désigné en 4 et est représenté en pointillé. Ce plan peut être horizontal ou incliné, par inclinaison adéquate de l'instrument, La tête tournante 2 comporte deux pentaprismes 5 jouant le rôle d'éléments de déviation.Ces pentaprismes sont disposés de telle façon que l'un 6 des faisceaux soit émis parallèlement à et immédiatement au-dessus du plan de référence 4 et que l'autre faisceau 7 soit émis parallèlement à et immédiatement au-dessous de ce plan. Par adaptation devant les pentaprismes d'éléments optiques propres à agrandir ou dilater la surface du faisceau correspondant sans accroître sa divergence, on confère au dispositif une gamme de distances de fonctionnement plus grande sans altérer la précision de l'instrument. Ces éléments grossissants ne sont représentés que sur la figure 1, et consistent chacun en une lentille convergente 8 associée à une lentille divergente 9.En vue de réaliser de façon simple et sûre la bipartition du faisceau lumineux fourni par le laser entre les deux pentaprismes, un diviseur de faisceau 1 a été disposé entre le laser et les pentaprismes dans la tete tournante 2 du rode de réalisation illustré sur les figures. Un tel diviseur de faisceau -10 peut être constitué, de façon connue en soi, d'un jeu de miroirs et de miroirs semi-réfléchissants, ou bien, dans une forme de réalisation plus simple, par une plaque en matériau biréfringent, et par exemple par un cristal de calcite.La lumière qui tombe sur une telle plaque est divise en un faisceau ordinaire et en un faisceau extraordinaire, et le premier traverse le cristal sans déviation anale que le secon est dévié à l'entrée et à la sortie. il en résulte un déplacement latéral de ce second faisceau partiel. Les deux faisceaux partiels obtenus sont polarisés dans des directions mutuellement perpendiculaires lors de leur passage à travers le cristal de calcite, et ils possèdent la même intensité à condition que la lumière incidente soit isotrope ou polarisée circulairement. La polarisation circulaire est obtenue par introduction d'un polariseur (non représenté sur le dessin) entre le laser et le diviseur de faisceau. L'observation du plan de référence qui est engendré par le dispositif selon l'invention peut être effectuée à l'oeil nu. Aux niveaux qui ne peuvent pas être atteints, on peut faire appel à un détecteur photosensible monté déplaçable dans le sens vertical sur une barre graduée. Lorsque la lecture doit être effectée visuellement, il est approprié d'adapter l'instrument de façon que les deux faisceaux lumineux soient émis en sens opposés. Si les éléments de déviation de l'instrument sont disposés de façon à tourner à 10 tours par seconde, l'oeil per çoit les rayons,lumineux sous forme de clignotement lorsqu'il est placé au-dessus ou au-dessous du plan de référence. Ceci résulte du fait que l'oeil ne percevra alors qu'un seul des faisceaux lumineux, dont la fréquence de clignotement est de 10 Hz. Si par contre l'oeil vient se placer dans le plan de référence, le clignotement qu'il reçoit provient à présent des deux faisceaux, et présente de ce fait une fréquence de 20 Hz. Du fait de la persistance rétinienne, la lumière ainsi reçue sera perçue comme continue. Ltoeil ne percevra donc cette lumière continue que lorsqu'il se trouve dans le plan de référence à matérialiser, tandis que si l'oeil quitte ce plan par déplacement vers le haut ou vers le bas, il percevra cette lumière comme clignotante. Bien entendu, comme mentionné plus haut, l'oeil peut être remplacé par des détecteurs photosensibles pour lire la position du plan. Un tel détecteur peut alors consister par exemple en une cellule photoélectrique unique, et le détecteur peut détrminer s'il se trouve ou non lui-même dans le plan de référence. Cependant, il ne peut pas déterminer dans le cas présent de quel côté du plan de référence il se trouve. Toutefois, on peut faire appel à des détecteurs pourvus de deux cellules photoélectriques qui sont sensibles à des rayons lumineux de polarisation différente. Gom- me indiqué plus haut, le diviseur de faisceau 10 des figures 1 et 2 permet de conférer aux deux faisceaux lumineux émis un polarisation différente.Lorsqu'on ne fait pas appel à tel diviseur de faisceau polarisant, on peut naturellement conférer aux faisceaux émis les mêmes propriétés au moyen de filtres de polarisation. Etant par conséquent sensible à des-faisceaux polarisés différemment, le détecteur peut donc déterminer s'il se trouve au-dessaus, au-dessus ou bien dans le plan de référence à repérer. Lorsque le plan de référence est exploré au moyen de détecteurs, il n'est pas nécessaire que les directions des deux faisceaux émis soient mutuellement opposées, mais il suffit que les faisceaux soient orientés de telle façon qu'ils ne soient pas émis dans la même direction exactement en même temps. Dans certains cas, il peut même être avantageux que les faisceaux ne soient pas émis dans des directions opposées, car un détecteur électronique est capable de séparer les deux faisceaux l'un de l'autre si l'intervalle temporel les séparant est différent et si l'on sait si le "premier" faisceau dans l'or- dre de succession temporel est émis au-dessous ou bien au-dessus du plan à repérer. Le détecteur peut alors déterminer s'il est placé trop haut ou trop bas sans que la polarisation mentionnée plus haut soit nécessaire. Ce qui vient d'être dit est volable à condition que le chevauchement mutuel des faisceaux soit suffisant, et/ou que le détecteur soit suffisamment peu éloigné du plan à repérer, pour que les deux faisceaux puissent être reçus sans que le détecteur doive être déplacé. Sur la figure 3, un laser est désigné par le repère 1. La tête tournante est contenue dans un boîtier 12 et est entraînée en rotation autour d'un axe par le moteur 3. Dans le boîtier 12 est ménagée une ouverture ou fenêtre 13 pour le rayonnement issu du laser 1. Par ailleurs, le boîtier 12 renferme le diviseur de faisceau 10 et les pentaprismes comme décrit en référence aux figures 1 et 2. Le plan de référence est désigné par le repère 4, et les deux faisceaux 6 et 7 issus de la tete tournante se chevauchent un tant soit peu, comme illustré sur la figure. Cependant, ce mode de réalisation ne comporte pas d'élé ments grossissants, d'où résulte que les faisceaux 6 et 7 sont plus étroits que les faisceaux correspondants sur la figure 1. il s'est avéré avantageux de faire appel à des faisceaux dont la répartition d'intensité n'est pas uniforme. L'intensité de ces faisceaux est plus grande dans les régions mutuellement éloignées ou régions latérales de ces faisceaux que dans la région où ils se chevauchent, ou région centrale, et ceci est schématisé sur la figure 3 par des espacements différents entre les différents rayons de chaque faisceau.Cette distribution d'intensité est obtenue au moyen d'une échelle de gris, qui dans le ode de réalisation illustré, peut être disposée dans la fenêtre 11 du boîtier 12. En conférant à l'absorption obtenue au moyen de l'échelle de gris une loi de variation sensiblement linéaire dans le sens transversal du faisceau mis, et en faisant se chevaucher partiellement les faisceaux, on peut obtenir une zone à gradation dans laquelle un certain rapport d'intensités entre les faisceaux constitue une mesure directe de 1'écart de position par rapport au plan de référence. Ceci signifie qu'il est facile de munir un détecteur électronique d'une échelle indiquant quantativement, par exemple en millimètres, l'écart de position du détecteur par rapport au plan de référence.Disposer d'un tel détecteur peut être d'un grand intérêt lorsqu'il s'agit de contrtler une progression d'une espèce ou d'une autre, par exemple lorsque le détecteur est placé sur un bulldozer et est relié à une boucle d'asservissement commandant la lame du bulldozer. La figure 4 représente la distribution d'inten- sité des faisceaux 6 et 7 de la figure 3. Elle montre d'une façon évidente que l'intensité croît rapidement dans les deux sens à partir du plan à repérer, qui est schématisé en 4 sur la figure 4. En raison de ceci, il est facile, visuellement ou au moyen d'un détecteur électronique, de trouver le minimum d'intensité, c'est à dire le plan devant être reperé. Un procédé non mentionné plus haut qui permet à ltoeil ou à un détectecteur électronique de déterminer s'ils doivent monter ou descendre pour se placer dans le plan à repérer consiste à adjoindre un troisième faisceau à l'instrument. Le troisième faisceau doit alors être émis dans le même plan que l'un des autres faisceaux, mais avec un décalas temporel. Dans le cas d'un repérage visuel, il est très avantageux que ce décalage soit obtenu par transmission des faisceaux sous espacement unciforme à partir de l'élément de déviation tournant, c'est-à- dire en faisant former entre eux des angles de CO0 aux faisceaux. Si deux des faisceaux sont émis dans un plan situé au-dessus du plan à repérer et que le troisième faisceau est émis dans un plan situé au-dessous du plan à repérer, et si l'oeil (ou détecteur) se trouve au-dessus du plan à repérer, la lumière sera perçue sous forme de double clignotement. Si par contre l'oeil (ou détecteur) se trouve au-dessous de plan à repérer, la lumière sera perçue sous forme de clignotement simple. Si l'on sait si c'est au-dessous ou au-dessus du plan à repérer que sont émis deux des faisceaux, il est alors aisé de déterminer dans quel sens doit se déplacer l'oeil (ou détecteur) pour tomber dans le plan à repérer. Dans le cas où c'est l'oeil qui srt de détecteur, il est avantageux de soumettre l'élément de déviation à une vitesse de rotation telle que lorsque l'oeil se trouve riens le plan à repérer, les trois éclats lumineux qui impressionnent alors l'oeil en une révolution de l'élément de déviation soient perçus comme une lumière continue. Le troisième faisceau peut-être engendré d'une façon similaire à celle décrite en ce qui concerne les deux autres faisceaux. REVENDICATIONS 1 - Dispositif destiné à fournir une indication visible d'un plan de l'espace, ledit dispositif comportant une source de lumière propre à engendrer de la lumière sensiblement parallèle, un élément de déviation optique tournant recevant ladite lumière et engendrant un premier et un second faisceaux lumineux, ledit élément déviant le premier et le second faisceaux lumineux et soumettant lesdits faisceaux à un balayage, caractérisé en ce que les faisceaux sont déviés à 900 et en ce que les parties de ces faisceaux qui ont la plus forte intensité balayent respectivement un premier et un second plans situés symétriquement de part et d'autre, parallèlement et au voisinage de plan de l'espace à repérer. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de déviation optique précité engendre également et soumet à un balayage un troisième faisceau lumineux de telle façon que la partie de ce troisième faisceau qui possède la plus forte intensité balaye l'un desdit premier et second plans. 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que des parties à intensité relativement basse des faisceaux lumineux balayent le plan de l'espace à repérer de telle façon que lesdites parties à intensité relativement basse se chevauchent mutuellement. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément de déviation comprend des pentaprismes pour la déviation desdits faisceaux lumi neux. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément de déviation comporte en outre un diviseur de faisceau tournant avec l'élément de déviation pour assurer la division du faisceau issu de la source de lumière en des faisceaux à chacun desquels est associé un pentaprisme. 6 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source de lumière est un laser et en ce que des éléments d'élargissement de faisceau sont prévus dans l'élément de déviation en vue d'augmenter la surface des deux faisceaux issus dudit élément de déviation. 7 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vitesse de rotation de l'élément de déviation est choisie telle qu'un observateur per çoive la lumière émise par le dispositif sous forme continue lorsque son oeil se trouve dans le plan de l'espace à repérer et sous forme clignotante lorsque son oeil se trouve à l'extérieur dudit plan de l'espace.