Brevet FR2240461A1 — publié le 19750307

L'invention concerne un dispositif pour observer une échel-le graduée. Lorsque les télescopes et les microscopes utilisés habituellement doivent être munis d'une échelle graduée, celle -ci est aménagée dans le plan d'une image réelle de la scène-ou de l'objet observé, et de cette façon tant échelle graduée que l'image sont a justées de façon nette dans le plan focal, de sorte que l'observation de l'image et de échelle graduée est possible sans parallaxe à l'aide d'un oculaire qui suit ltéchelle graduée. Une difficulté survient dans le cas où une image réelle ntest pas formée dans l'instrument. Cela est le cas d'un télescope à facteur d'agrandissement égal à l'unité, ce telescope pouvant etre formé simplement par une fenêtre à travers laquelle une scène située à une certaine distance, est -observée par l'oeil. Egalement dans ce cas, une échelle graduée peut néanmoins être nécessaire pour la mesure d'angles dans le champ d'observation. De telles mesures peuvent constituer le but principal de te les cop ç à facteur d'agrandissement égal à l'unite. Suivant un premier aspect, l'invention procure un dispositif permettant l'observation d'une échelle gradués et formé par un e élé- ment optique transparent à surface sphérique concave, munie d'une couche en partie réfléchissante, et par une échelle graduée qui affecte la forme d'une partie d'une sphère qui est concentrique à ladite surface et dont le rayon de courbure est environ egal à la moitié de celui de cette surface. L'observation. de l'échelle graduée peut avoir lieu directement par l'oeil ou par tout autre dispositif d'observation d'image, par exemple une caméra de télévision dont la pupille d'entrée est centrée sur le centre de courbure qui est commun à ladite surface et à l'échelle graduée. Toutefois, il est possible également d'aménager un télescope entre le dispositif d'observation d'-image et le dispositif pour observer la'échelle graduée, la pupille d'entrée du télescope étant centrée de la façon précisée ci-dessus. L'élément optique transparent appartient par exemple à un autre ensemble optique utilisé pour l'observation simultanée de l'image sur laquelle 11 échelle graduée est superposée.L'élément optique en question est par exemple un ménisque à faible puissance négative sous l'action duquel Limage d'une scène situee saune distance relativement grande est formée sur une distance permettant l'observation facile de cette -image. Ledit élément optique peut toutefois appartenir également à tout autre ensemble optique qui nécessite l'emploi d'une échelle graduée. Suivant un deuxième aspect, l'invention fournit un-disspositif d'observation qui appartient au genre dans lequel une échelle graduée est superposée et qui est formé par des premier et deuxième ménisques, le rayon de courbure du premier ménisque étant plus grand que celui du deuxième ménisque, les deux surfaces du deuxième ménisques ainsi que la surface concave du premier ménisque ayant le meme centre de courbure, alors que la surface convexe du premier ménisque et les surfaces déjà citées diffèrent en conceatricité dans une mesure telle que la combinaison formée par ces deux ménisques donne lieu à une puissance optique qui convient pour l'observation directe d'une scène par l'oeil qui se situe dans ledit centre de courbure commun, tandis qu'une couche en partie réfléchissante est élaborée sur ladite surface concave du premier ménisque alors qu'unie échelle graduée sphérique est placée entre les deux ménisques et a comme centre de courbure ledit centre de courbure commun, le rayon de courbure de l'échelle graduée tel permettant à l'oeil d'observer sans effort ladite échelle graduée par réflexion dans la couche ré fléchissantew A l'aide d'un dispositif répondant au deuxième aspect de l'invention, il est possible d'observer une scène avec une échelle graduée qui est superposée! sur la scène et qui doit fournir de l'inforformation par exemple au sujet-de la position d'une partie de.la scène observée par rapport a' une autre partie de la scène. L'oeil de la personne observant la scène se trouve dans la zone des centres de courbure. L'échelle graduée résulte par exemple d'un dépôt sur la surface concave du deuxième ménisque, située le plus près de l'oeil de la personne observant la scène, ou est décapée par exemple dans ladite surface ou placée près de celle-ci. Un tel instrument constitue un télescope à facteur d'agrandissement égal à l'unité, et ne constitue en soi pas plus d'une simple fenêtre qui permet l'observation d'une scène. Les rayons lumineux émis par des parties très éloignées de la scène observée atteignent l'oeil de la personne pratiquement sans être déviés. Le rayon principal d'un point quelconque de la scène passe près du centre de courbure des surfaces et est donc perpendiculaire à celles-ci. Cela si- gnifie que ce rayon n'est pas dévié par le système optique, de sorte que, sans déformation, la scène est observez sur un champ étendu. Lors de l'observation de l'échelle graduée, un tel dispositif se comporte également comme un système de ménisques concentriques selon Bouwers. Du fait de donner à l'échelle graduée concentique un rayon de courbure plus petit que celui de la surface en partie réfléchissante, on aura que les rayons lumineux provenant d'un point sur l'échelle graduée et s'éloignant --de l'oeil de la per sonne observant la scène, sont réfléchis et sont collimatés en par tie par la surface concave en partie réfléchissante du premier mé-. nisque. Après avoir traversé le ménisque le plus proche de l'oeil, le faisceau lumineux frappe l'oeil de la personne et peut fournir une image apparente de l'échelle graduée en un endroit très éloigné cette image apparente étant superposée sur l'image de scène formée par le télescope. Dans ce cas également, le rayon principal du fais ceau formant-l'image de-l'échelle graduée passe par le centre de courbure des surfaces et est donc perpendiculaire à celles-ci Les rayons lumineux provenant d'un point de la scène ob servée sont rendus divergents sous l'action des deux ménisques, en raison de ce que chaque ménisque constitue une lentille à faible puissance. négative.Cela-signifie que l'image observée par la per sonne ne se situe pas dans l'infini, m-ais se trouve assez près de la personne. Suivant une réalisation pratique, cette distance serait de l'ordre de 0,4 m., ce qui est un peu trop près pour ne pas fati guer l'oeil Par une faible différence de la situation de concentri cité de la face antérieure et de la face arrière d'un des ménisques, ce ménisque peut acquérir une faible puissance positive en présence de laquelle ce ménisque compense en partie la puissance négative de l'autre ménisque, de sorte que l'image peut etre portée à une dis tance quelconque de la personne observatrice. Une distance acceptée généralement se citue dans le voisinage de lm.Pour-diminuer le plus possible la puissancenégative-des deux ménisques en situation con centrique des faces antérieure et postérieure de ceux-ci, il est recommandable de donner atix ménisques une épaisseur aussi réduite que possible. Suivant un exemple de réalisation pratique, le pre mier ménisque peut avoir une- faible puissance positive, tandis que les faces antérieure et arrière du deuxième ménisque sont purement concentriques de sorte que ce ménisque a une faible puissance néga tive. Les deux ménisques introduisent inévitahlement une faible aberration sphérique négative qui dans.le-cas du ménisque se situ ant le plus près de l'oeil, -exerce une action corrigeante sur l'a- .berration-sphérique positive qui est introduite par la surface con cave qui opère comme miroir pour l'image -de l'échelle graduée. Tou tefois, lorsque l'oeil procéde à l'observation dans la lumière du jour, on a que par suite de la petite dimension de la pupille de l'oeil, l'aberration est tellement petite que les images ne sont pas influencées dans une forte mesure.En présence dtune faible intensité lumineuse, la pupille de l'oeil grandit, de sorte que l'observa- tion des images a lieu avec une forte aberration, mais dans le cas de ces intensités lumineuses, la performance de l'oeil est quand même dégradée fortement. La formation de l'image de échelle graduée peut avoir lieu également à la même distance de l'oeil que 11 image de la scène si on fait en sorte que le rayon de courbure de l'échelle graduée diffère légèrement de la moitié du rayon de courbure de la couche en partie réfléchissante. Lorsque, tout en respectant la-conçentri- cité de l-'échelle graduée et de la couche, en fait en sorte que le rayon de échelle graduée dépasse la moitié du rayon de courbure de ladite couche-, il y aura divergence du faisceau lumineux qui, depuis un point sur l'échelle graduée, est réfléchi vers l'oeil de la personne observatrice, de sorte qu'apparemment, le faisceau provient d'un point qui se situe sur une distance finie au delà de la couche. Si on choisit judicieusement le rayon de l'échelle graduée, on peut faire coïncider l'image de lfchiAegraduee et l'image de la scène. En procédant de la sorte, on maintient aussi réduit que possible certains défauts résultant du parallaxe lors de la lecture de l'échelle graduée. L'échelle graduée peut affecter de nombreuses formes différentes. L'échelle graduée est par exemple élaborée par décapage dans la surface convexe-du deuxième ménisque, ou par dépôt par évaporation dans une enceinte- a'vide ou encore par la mise en oeuvre de procédés chimiques.Les traits de l'échelle graduée peuvent être réfléchissants ou dispersants, et etre éclairés par exemple par la lumière provenant de la scène ou par une lumière émise par des sources aménagées sur des endroits adéquats en dehors du champ.d'obser- vation. Lorsque ltéchelle graduée appartient à la surface du deuxième ménisque, le rayon de cette surface doit être calculé soigneusement pour que celle-ci se situe à la distance exacte de la couche en partie réfléchissante, en vue de faire en sorte que par rapport à la personne observatrice, l'image de l'échelle graduée apparaît apparaît à la même distance que l'image de la scène.Toutefois, l'échelle graduée peut affecter également la forme d'une aiguille, d'un fil, d'une grille, d'une bande de lumière ou d'une autre source. émettant une lumière, un tel élément pouvant être arrangé près de la surface convexe du deuxième ménisque. Un dispositif indicateur de ce- genre doit avoir la forme de la surface dtune sphère dont. le centre de courbure coïncide plus ou moins - avec les centres de courbure des surfaces- optiques, et doit, lorsque ce dispositif indicateur est mobile, suivre au cours de son mouvement la surface de cette sphère. Dans le cas où l'on utilise un dispositif indicateur mobile, ce dernier-- est lié, par exemple à une fenêtre mobile qui laisse à découvert une échelle graduée éclairée qui se trouve suria sphère avec le dispositif indicateur, mais qui est située au bord du champ d'observation, ladite échelle graduée étant donc observée de la meme façon que l'indicateur par l'intermédiaire de la surface réfléchissante. La fenetre peut être aussi -bien immobile, cependant que l'échelle graduée éclairée est liée à l'indicateur mobile. L'échel Ie graduée-est étalonnée par exemple en degrés, en. radians ou en mètres par kilomètre. On doit se rendre compte que échelle graduée est arrangée dans le système optique telle que cette échelle graduée assombrit dans une certaine mesure la lumière provenant de la-scène et formant L'image de l'échelle graduée. Aussi longtemps que l'épais seul des trais del'élk graduée-ntest n'est pas trop forte et que ces traits -se situent réellement assez près de l'oeil, ledit assombrissement n'exerce aucune Le champ d'observation pouvant être obtenu à l'aide de ce dispositif peut couvrir plus de 900. Certaines difficultés pratiques que l'on rencontre lors delta fabrication des constituants et de l'échelle graduée ont probablement comme résultat qu'un champ d'observation couvrant un angle de l'ordre de 600 est plus raisonnable.Si pour un dispositif connu il est exigé par exemple un champ d'observation horizontal couvrant 600 et un champ d'observation vertical couvrant par exemple 200, on y parvient sans difficultés du fait de traiter de façon adéquate les bords des ménisques ou du fait d'utiliser des masques. Le dispositif peut êtrè étendu davantage si une jumelle auxilliaire dont le facteur d'agrandissement diffère de ltunité est aménagée de telle manière que la pupille d' entrée de cette jumelle se situe dans la zone du. centre de courbure des ménisques. On peut ainsi observer la scène avec un autre facteur d'agrandissement et avec une image de l'échelle graduée, superposée sur la scène. Dans le cas où la jumelle auxilliaire peut tourner autour de sa pupille d'entrée, il est possible de supprimer toutes les restrictions dans le champ d'observation par- la possibilité de balayage.La luminosité d'une scène observée à l'aide d'un tel télescope auxilliaire peut, dans le cas où le facteur d'agrandissementdaodblsietibv diminuée en comparaison à celle que l'on obtient par l'emploi exclusif d'un télescope à facteur de grandissement égal à l'unité, en raison de ce que la pupille de sortie du télescope à facteur de grandissement égal à l'unité peut être plus petite que la pupille d'entrée du télescope auxilliaire. Cela aurait comme conséquence que la pupille de sortie du système entier devient plus petite que la pupille de ltoeil, CQ qui a comme conséquence la diminution de la luminance apparente de la scène. Cette diminution de luminosité concerne l'emploi d'un télescope auxilliaire utilisé à la lumière du jour. Il se peut également que le télescope auxilliaire comporte un tube intensificateur d'images ou un convertisseur.d'image infrarouge utilisé dans des circonstances caractérisées par peu de lumière ou lors de la recherche d'images infrarouges. Dans un tel système infrarouge, il est évidemment indispensable d'utiliser des ménisques perméables au rayonnement ifrarouge. La description suivante, en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'in- vention peut être réalisée. La figure l représente un télescope à facteur de grandissement égal à l'unité. La figure 2 illustre la façon dont un tel télescope permet l'observation de l'échelle graduée. La figure 3 illustre l'effet que la puissance négative des ménisques exerce sur le télescope représenté sur la figure 1. La figure 4 représente un télescope réalisé en variante de celui-séIon la figure 1 et permettant l'observation sans fatiguer l'oeil. La figure 5 illustre plus en détail le fonctionnement du télescope selon la figure 4 à l'occasion de l'observation de l'é- chelle graduée. Ci-åprès, en référence aux figures I et 2, on décrit d'abord en général la construction et le fonctionnement du dispositif permettant l'observation d'une échelle graduée. Un premier ménisque -I a une surface sphérique antérieure 2 et une surface sphérique postérieure 3, ces surfaces étant concentriques etayant comme centre decourbure commun le point 7. La surface 3 c'est-à-dire la surface concave, est munie d'une couche 8, en partie réfléchissante.Le deuxième ménisque 4 aune surface antérieure sphérique 5 et une surface postérieure sphérique 6, ces surfaces étant concentriques également et ayant comme centre de courbure commun également le point 7. échelle graduée sphérique 9 a le meme centre de courbure 7 et son rayon de courbure est égal à la moitié de celui de la surface 3. Dans ce cas, la surface 5 est limitrophe de l'échelle graduée 9. La pupille 10 de l'oeil de la personne observatrice se situe près du centre de courbure commun 7 de toutes les surfaces précitées et de l'échelle graduée. La figure 1 représente le dispositif d'observation de l' échelle graduée qui opère comme télescope à facteur de grandissement égal à l'unité, ce télescope recevant un faisceau de rayons paral -lèles-li provenant d'une source ponctuelle appartenant à la scène et située à une distance relativement forte. Le rayon principal de ce faisceau 11 passe par le centre de courbure 7. Généralement, on peut avancer que les rayons du faisceau passent à travers les deux ménisques 1 et 4-sans-être déviés et tout en restant parallèles, et que les rayons atteignent la pupille de ltoeil de la personne obser- varice avec une intensité un peu moins forte par la suite de là couche 8.Le rayon principal d'un faisceau correspondant 12 provenant d'une autre source ponctuelle appartenant à la scène et situé à une distance relativement forte, passe également par ledit centre de courbure 7 et forme un certain angle avec le faisceau il, Le faisceau 12 est toutefois traité;exactement de la même façon que le fàisceau 11, de sorte que la personne observant la scène voit celle-ci sans déformation et avec un facteur de grandissement égal à l'unité. La figure 2 montre le dispositif d'observation de l'échelle le graduée qui pour l'oeil de la personne observatrice, constitue une image d'une échelle graduée qui est concentrée dans l'infini. La figure montre un cone de rayonnement 14 qui diverge depuis un point 13 sur l'échelle graduée 9 et-qui frappe la couche 8, en par tie réfléchissante.-Du fait que le point 13 se situe dans le foyer de la surface concave 8, les rayons du cône 14 sont réfléchis de façon à devenir des rayons parallèles 15, dont l'intensité est moins forte. Le rayon principal du faisceau 15 passe par le centre de courbure 7 et frappe la pupille 10 de ltoeil de la personne observatrice. L'oeil voit le point 13 concentré dans l'infini, et donc superposé sur la scène éloignée. La figure 3 illustre plus en détail le fonctionnement du télescope à facteur de grandissement égal à l'unité. Les ménisques 1 et 4 correspondent à ceux sur la figure 1. Le faisceau de rayons parallèles 16 provenant d'un point très éloigné de la scène conver ge après être être:passé à travers la surface 2, mais diverge alors plus fortement à la sortie du ménisque 1 par l'intermédiaire de la surface 3. De cette façon, le ménisque 1 fournit un faisceau dont lesrayons divergent dans une certaine mesure, ce qui signifie que ce ménisque à une faible puissance négative. La même chose a lieu dans le même sens lorsque le faisceau 16. passe ensuite à travers le ménisque 4, de sorte que la divergence du faisceau 16 est plus prononcée.La puissance négative du ménisque 4 est plus grande que celle du ménisque 1 par suite des plus petits rayons de courbure des surfaces 5 et 6. De ce fait, le faisceau 16 provient apparemment d'un point 17 qui peut se situer relativement près du télescope. De ce fait l'image de la scene éloignéeoapparatt SUI sur une distance finie qui peut être tro-p petite pour ne pas fatiguer l'oeil de l'observateur. La figure 4 illustre la façon dont il est possible d'augmenter la distance d'observation apparente. Le rayon de courbure de la surface 2 a été diminué, de sorte que la puissance positive de la surface 2 a augmenté. La divergence des rayons du faisceau 6à la sortie du ménisque 1 a maintenant diminué, ou a même changé en convergence. L'effet divergent du ménisque 4 est resté le même, de sorte que la divergence finale des rayons du faisceau 16 est plus petite que sur la figure 3. De cette façon, les rayons du faisceau 16 divergent maintenant apparemment à partir d'un point plus éloigné 18 sur la figure 4.La plus forte courbure de la surface 2. peut être choisie de façon que le point 18; ctest à dire le point dtobservation apparent d'une scène éloignée, se situe à une distance d'observation qui ne fatique pas l'oeil. La figure 5 permet de se rendre compte de la façon dont la distance drobservation apparente de lT=échelîe graduée peut être modifié et peut en particulier être rendue égale à celle de la scène. Sur la figure 5, àpartir d'un point 13 de 11 échelle graduée 9, les rayons de faisceau conique 14 divergent et frappent la couche en partie réfléchissante 8 élaborée sur la surface concave 3 du ménisque 1.Le faisceau de rayonnement refléchi 19 peut devenir convergent ou divergent dans une faible mesure si, sur une fiable dis- tance par rapport au ménisque 1, échelle graduée 9-est éloignée ou rapprochée de ce ménisque à partir de sa position nominale dans le foyer de la surface concave 8. L'échelle graduée garde son point de courbure 7 du fait qu'à l'occasion dtun mouvement tel que spécifié ci-dessus, on modifie le rayon de courbure. La divergence ou la convergence du faisceau 19 peut correspondre à celle du faisceau 21 sur la-figure 4 par le choix judicieux de l'endroit occupé par l'é- chelle graduée.Sur la figure 5, considérée à travers le ménisque 4 > l'image 20 du point 13 de l'échelle graduée se situera apparemment à la même distance que le point d'observation apparent 18 de la scène eloignée sur la figure 4. Ci-après suivent quelques particularités se rapportant à un mode de réalisation déterminé d'un dispositif d'observation de échelle graduée couvrant un champ d'observation de 600. Le matériau constituant les deux ménisques est par exemple un verre à faible indice de réfraction, mais le choix de ce matériau n'est pas critique, car il existe de nombreuses sortes de verre et de matières synthétiques transparentes qui conviennent. L'épaisseur du premier ménisque suivant son axe optique est égale à 5 sm, alors que le rayon de sa surface convexe est égal à 50,25 mm et celui de sa surface concave égal à 49,75 mm. Quant au deuxième ménisque, les rayons de courbure de ses surfaces convexe et concave mesurent respectivement 25,0 mm et 22,o mm, de sorte-que l'épaisseur de ce deuxième ménisque est égale à-3 mm. L'échelle graduée a été élaborée par décapage jur la surface convexe du deuxième ménisque. La surface concave du premier ménisque est recouverue d'une très mince couche d'aluminium, ce qui fournit la couche semi-perméable; REVENDICATIONS : 1. Dispositif pour observer une échelle graduée, caractérisé en ce que ce dispositif est formé par un élément optique transparent à surface sphérique concave munie d'une couche en partie réfléchissante, et par une échelle graduée qui affecte la forme d' une partie d'une sphère qui est concentrique à ladite surface et dont le rayon de courbure est environ égal à la moitié de celui de cette surface. 2. Dispositif d'observation du genre à échelle graduée superposée et qui est formé par des premier et deuxième ménisques, caractérisé en ce que le rayon de courbure du premier ménisque est plus grand que celui du deuxième ménisque, les deux surfaces du deuxième ménisque ainsi que la surface concave du premier ménisque ayant le même centre de courbure commun, alors que la surface convexe et les surfaces déjà citées diffèrent en concentricité dans une mesure telle que la combinaison formée par ces deux ménisques donnent lieu à une puissance optique qui convient pour l'observation directe d'une scène par ltoeil qui se situe dans ledit centre de courbure commun, tandis qu'une couche en partie réfléchissante est élaborée sur ladite surface concave du premier ménisque alorsq+lune échelle graduée est placée entre les deux ménisques et a comme centre de courbure ledit centre de courbure commun, le rayon de courbure de échelle graduée permettant à l'oeil d'observer sans effort ladite échelle graduée par réflexion dans la couche réfléchissante. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que échelle graduée se situe sur une des deux surfaces du deuxième ménisque. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'échelle graduée comporte une aiguille qui est mobile dans la surface sphérique de l'échelle graduée.