Tachéomètre auto-réducteur. La présente invention a pour objet un tachéomètre auto-réducteur, c'est-à-dire un appareil destiné à la mesure des distances terrestres réduites à l'horizontale. On sait que les appareils de ce type sont basés sur le principe de la base éloignée, l'opération consistant à mesurer, à l'aide d'un micro mètre, l'écartement de deux images d'une mire graduée obtenues l'une par une vision directe dans une lunette et l'autre à travers un organe déviateur, l'angle, généralement constant, -des deux faisceaux lumineux ainsi utilisés étant appelé angle parallactique de l'appareil.
Il est évident toutefois que la me sure ci-dessus indiquée donne la distance de la mire comptée suivant l'axe de visée de l'appareil, et pour obtenir la distance hori zontale de la mire, il est nécessaire de mul tiplier le résultat obtenu par un coefficient dépendant de l'angle d'inclinaison de l'axe de visée.
Par exemple, dans le cas on l'axe de visée est perpendiculaire à la mire (ceci est en par ticulier le cas de la mire horizontale), la dis- tance mesurée doit être multipliée par le cosinus de l'angle d'inclinaison. En effet, pour une distance inclinée donnée, les deux rayons limites formant l'angle parallactique constant (par exemple l'100) interceptent toujours la même longueur sur la mire quelle que soit l'inclinaison,
de sorte que la mesure de l'écartement des deux images donne la va leur de la distance comptée suivant l'axe de visée, et dont la distance horizontale cher chée est la projection.
Pour simplifier cette opération, on a cher ché depuis longtemps à doter le tachéomètre d'un organe déviateur produisant un angle parallactique automatiquement variable en fonction de l'inclinaison de l'axe @de visée suivant une loi telle que la mesure de l'écar tement des deux images de la mire donne directement la distance réduite à l'horizon tale.
Par exemple, dans le cas envisagé plus haut d'une mire perpendiculaire à l'axe de visée, il suffirait d'avoir un angle parallacti que variant proportionnellement au cosinus de l'angle d'inclinaison de l'axe de visée.
On trouve une première réalisation de ce principe de réduction automatique dans les télémètres où l'on utilise, comme organe dé- viateur, un dispositif appelé @diasporamètre, constitué par deux prismes dont les plans bissecteurs sont normaux à l'axe de visée et qui tournent en sens inverse l'un de l'autre, de manière que leurs ,sections principales fas sent, avec le plan vertical (ou horizontal)
de symétrie du tube du télémètre, un angle égal à l'angle d'inclinaison de l'axe de visée (c'est à-dire à l'angle de site); l'angle parallacti- que varie proportionnellement au cosinus ou au sinus dudit angle de site, suivant que l'on veut obtenir la distance horizontale ou l'altitude de l'objet télémétré.
Ce même dispositif a été appliqué égale ment sans modification au tachéomètre à mire horizontale. En effet, bien que les deux problèmes paraissent différents à première vue, le télémètre auto-réducteur étant basé sur le principe de la base rapprochée, tandis que, dans le tachéomètre, la base, constituée par la mire, est éloignée, le problème est en réalité le même dans les deux cas:
l'axe de visée étant, dans les deux cas, perpendicu laire à une base horizontale (tube du télé mètre ou mire), la distance réelle du but doit être multipliée par le cosinus de l'angle de site, c'est-à-dire de l'angle d'inclinaison de l'axe de visée.
Toutefois, le tachéomètre à mire hori zontale présente des inconvénients, car il est nécessaire, pour faire une mesure, de dispo ser d'un grand emplacement libre pour pou voir placer et viser la mire. En particulier la mesure des distances en forêt ou en ville devient très difficile -et il est de beaucoup préférable de se servir ,d'un appareil à mire verticale. Or, la réduction automatique des distan ces à l'horizontale est, dans ce cas, beaucoup plus difficile, et elle n'a d'ailleurs pas encore été réalisée jusqu'à présent par un moyen purement optique:
la direction de l'axe de visée n'étant plus perpendiculaire à la base dans le cas où l'axe de visée est incliné, le problème à résoudre n'est plus du tout le même que précédemment, car, cette fois, la longueur interceptée sur la mire par les deux rayons limites formant un angle parallacti que constant dépend à. la fois de la distance de la mire et de son inclinaison par rapport à l'axe -de visée de l'appareil.
En effet, soit 0 le centre d'anallatisme d'un système optique anallatique d'axe OX et a l'angle parallactique (fig. 1).
Si Dh est la distance horizontale du point 0 à la mire verticale M, si m est la différence des lec- tures faites sur la mire aux points où. les rayons déterminant l'angle parallactique ren contrent cette mire, et si b représente l'incli naison de l'axe de la lunette sur l'horizontale, on a:
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(a étant suffisamment petit pour que l'angle puisse être confondu avec sa tangente).
Donc, avec un système anallatique ordi naire, il faut multiplier
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par le carré @du cosinus de l'angle d'inclinaison de la lunette pour avoir la distance horizontale.
Pour avoir la distance réduite à l'horizon tale sans avoir à effectuer cette multiplica tion, il suffit de faire varier l'angle paral- lactique suivant la loi a cos'b; on obtient ainsi une différence m' de lecture sur la mire réduite dans la même proportion et donc égale à m cos'b, et on a alors:
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Si la graduation de la mire est établie de manière que chaque division soit lue comme ayant une valeur égale à a fois sa valeur réelle, on obtient directement la dis- tance horizontale par différence des lectures faites sur la mire.
Le tachéomètre auto-réducteur faisant l'objet de la présente invention a pour but de résoudre ce problème et il est destiné à être utilisé avec. une mire verticale. Dans ce tachéomètre, l'angle parallactique, obtenu au moyen d'un dispositif déviateur, varie en fonction de l'inclinaison de l'axe de visée.
Il est caractérisé par le fait que ce dispo sitif déviateur comporte, d'une part, au moins un organe déviateur. _ rigidement lié à la lu nette et produisant une déviation égale à la moitié de l'angle parallactique correspon dant à une visée horizontale, et d'autre part, un ensemble déformable d'organes déviateurs dont la. déviation totale varie automatique ment en fonction de l'angle d'inclinaison de la lunette et dont la déviation maxima est égale à celle fournie par le ou les organes déviateurs indéformables.
A titre d'exemples, on a décrit ci-dessous et représenté aux dessins annexés quelques formes d'exécution du tachéomètre auto-ré- ducteur faisant l'objet de l'invention.
Les fig. 1 et 2 sont des schémas destinés à faire comprendre le principe de l'inven tion; La fig. 3 est destinée à rappeler le prin cipe du micromètre à lame à faces parallèles; La fig. 4 représente, en coupe-élévation, une forme d'exécution du tachéomètre, objet de l'invention: La fig. 5 représente une vue en bout de la. lunette de ce tachéomètre, côté objectif, lorsqu'elle est horizontale; La fi-. 6 représente la même forme d'exé- eution en plan;
La fi-. 7 représente schématiquement. en plan, une autre forme d'exécution dans la quelle la bissectrice de l'angle parallactique est constamment confondue avec l'axe de visée: La fig. 8 est une variante du tachéomètre montré en fig. 7; Les fig. 9, 10 et 11 représentent respec tivement en plan et en élévation encore une autre forme d'exécution symétrique de l'in vention;
Les fig. 12 à 14 concernent un dispositif permettant @de corriger automatiquement l'erreur provenant du manque -de parallélisme entre l'axe optique et la bissectrice de l'angle parallactique.
Le principe de l'invention, illustré par la fig. 2, s'explique,de la manière suivante: Soit a la valeur de l'angle parallactique lorsque b = 0 (visée horizontale); supposons qu'un angle parallactique de valeur
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soit obtenu au moyen -de réflecteurs ou réfrac- teurs placés devant l'objectif d'une lunette et liés rigidement à. cette lunette;
pour fixer les idées, supposons que cet angle parallacti- que soit obtenu au moyen d'un prisme Ps (fig. 2) obturant une partie des faisceaux atteignant l'objectif d'une lunette d'axe XY'. Imaginons que les faisceaux traversant Ps traversent deux prismes Pi et P2 de même angle, dont les sections principales sont ver- ticales -et qui dévient dans.
le même sens que Ps quand la lunette est horizontale, et que la valeur de l'angle soit choisie pour que la dé viation totale produite par Pi, P2, Pa soit égale à. deux fois celle -de Ps, c'est-à-dire égale à a (ceci conduit à !donner à l'angle de Pa une valeur égale à deux fois la. valeur commune de l'angle de Pi et,de P2).
Sup posons maintenant que, lorsque la lunette fait un angle b avec l'horizontale, la section de Ps reste verticale, tandis que les sections. -de Pi et P2 sont astreintes à faire un angle 2b avec le plan vertical passant par l'axe de la lu nette, -ces prismes tournant en sens inverse l'un de l'autre. (Les prismes Pi et Pz agissent en somme comme un prisme d'angle variable dont la section principale résultante est constamment verticale).
On sait que, dans le -cas -de petits angles au sommet, ce qui est le cas présent, l'angle @de dèviation d'un tel prisme d'angle variable est égal à la dé viation maxima multipliée par le cosinus de la moitié de l'angle que font entre elles les sections principales des prismes composants.
La valeur ai de l'angle parallactique, pour une inclinaison b -de la lunette, est donc donnée par:
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La valeur de l'angle parallactique est donc conforme à ce qu'elle doit être pour que la lecture de la distance réduite à l'horizon tale puisse être faite directement sur la mire.
Le choix d'un prisme Ps pour obtenir une déviation
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est donné uniquement à titre d'exemple. Ce prisme Ps peut être situé d'une manière quelconque par rapport à Pi et P2 (par exemple être situé entre Pi et P2),
il peut être remplacé par deux ou plusieurs prismes dont la déviation totale est égale à
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ces prismes étant disposés dans un ordre quelconque par rapport à Pi et P2. La dévia tion
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provoquée par le prisme Ps -dans la fig. 2 peut être provoquée par des réflecteurs au lieu d'être imprimée aux faisceaux traver sant les prismes tournants Pi, P2;
elle peut être imprimée, totalement ou partiellement, dans le sens convenable, aux faisceaux ne traversant pas ces prismes (:de manière qu'on ait toujours, pour la visée horizontale, un angle parallactique dont la valeur est égale à a).
Pour pouvoir, d'autre part, mesurer exac tement l'écartement entre les deux images de la mire, il est nécessaire de pouvoir apprécier exactement la valeur -d'une fraction d'une division de la mire. A cet effet, le tachéo- mètre est muni de préférence 'un micromètre spécial à lame à faces parallèles dont le prin cipe de fonctionnement est le suivant:
On sait que, si une lame à faces parallèles tourne autour d'un axe horizontal d'un cer tain angle, il s'ensuit une déviation d des rayons incidents parallèlement à eux-mêmes, de la valeur donnée par la formule (fig. 3),
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où e représente l'épaisseur de la lame, n l'in dice de réfraction du verre et i le complé ment de l'angle d'inclinaison de la lame sur le rayon incident.
Si on choisit e et l'angle i maximum. de manière à obtenir, pour une rotation de imig. à - imag,, une déviation égale à la période de la mire, supposée perpendiculaire au rayon incident, et si la rotation de la lame est commandée, avec interposition d'un dispositif mécanique approprié, par un bou ton divisé en fractions<B>de</B> divisions, on peut effectuer sur ce tambour la lecture de la frac tion de division de la mire, après avoir amené, par rotation de ce bouton,
l'image d'une division de la mire au droit du trait réticulaire ou de l'index de mire par rapport auquel on doit faire la lecture. Un tel -dis positif est bien connu, mais il n'est utilisable que dans le cas d'une mire perpendiculaire à l'axe de visée; il -devient inutilisable si cette mire est inclinée par rapport à cet axe, ce qui est le cas d'une visée inclinée sur une mire verticale;
en effet, la période de la mire ver ticale vue avec un angle d'inclinaison b de la lunette apparaît comme sa projection sur un plan perpendiculaire à l'axe de visée, et de ce fait la période apparente est égale à la période réelle multipliée par coi . b;
il -faut donc, pour pouvoir utiliser directement la di vision du tambour du micromètre, assurer au déplacement vertical maxima des rayons, au moyen -de ce micromètre, une valeur égale à la déviation maxima .du micromètre, multi pliée par le cosinus de l'angle d'inclinaison de la lunette. Ce résultat est obtenu en fai sant tourner l'axe de rotation de la lame au tour de l'axe de visée, de manière qu'il fasse constamment, avec le plan formé par l'axe de visée et l'axe des tourillons de la lunette,
un angle .égal à l'angle d'inclinaison de la lu nette. Il va de soi que, dans ces conditions, quand on passe d'une position extrême à l'au tre du micromètre, on obtient un déplacement de l'image de la mire correspondant à un dé placement des rayons dans l'espace objet égal à la période réelle de la mire, mais ce dépla cement de l'image -de la mire ayant lieu sui- vaut une direction faisant un angle b avec le trait vertical, sa projection sur le fil ver tical du réticule est toujours égale à une divi sion de l'image de la mire, ceci quelle que soit l'inclinaison de la lunette.
Lorsque la lunette est inclinée, l'image subit, pendant le pointé du micromètre, un léger mouvement latéral qui ne gêne pas dans la mesure.
Dans la forme d'exécution du tachéomètre représentée en fig. 4 à 6, YY' est l'axe des tourillons de la lunette d'objectif C que com porte le tachéomètre; D est une lentille de mise au point de la lunette, T un réticule et E un oculaire. Pour simplifier le dessin, on n'a pas représenté un tachéomètre complet, mais seulement ce qui a trait à l'invention; les tourillons Bi, B2 sont placés dans des pa liers V du tachéomètre. On n'a pas jugé utile de représenter le cercle vertical de l'instru ment et la commande du mouvement d'incli naison de la lunette.
Des prismes Pi, P2, P3 sont centrés sur l'axe; leurs montures circulaires, à quatre rayons en croix <I>ri,</I> r2, <I>r3,</I> -r4, laissent passer, par une couronne périphérique<B>A</B>, les fais- ceaux devant atteindre directement l'objectif sans être déviés par les prismes.
Les bords se faisant vis-à-vis des montures des prismes Pi, P2 sont pourvus de dentures engrenant dans un pignon F monté sur le même axe qu'un pignon F' engrenant lui-même avec une denture circulaire F" centrée sur l'axe des tourillons et faisant corps avec le palier V de l'instrument; le rapport entre les rayons des roues dentées est tel qu'à une rotation b de l'axe de la lunette autour de l'axe des tourillons correspond une rotation de Pi et de Pz de 2 b (en sens inverse l'un de l'autre bien entendu).
L est une lame à faces paral lèles d'axe de rotation GG'. H est un tam bour divisé actionnant le mouvement de la lame par l'intermédiaire d'un pignon I, d'une crémaillère W, d'un ergot K et d'une fourche N. Des dentures Q et R, reliées par deux pignons de démultiplication 1/2, S et I7, mon tés sur le même axe S', assurent une rotation de l'angle<I>b,</I> autour de XX', à l'axe GG', quand la lunette tourne de l'angle b.
La liaison mécanique du mouvement de rotation de la lunette autour de l'axe de ses tourillons avec le mouvement des organes déviateurs mobiles et le mouvement du mi cromètre peut être quelconque. En particu lier, le mouvement du bi-prisme Pi, P2 d'angle variable peut être commandé par le mouvement de rotation de la monture Z du micromètre, laquelle monture peut être ac tionnée directement par un système de roue dentée faisant corps avec un des paliers por tant les tourillons. On peut encore envisager un cercle placé concentriquement à la mon ture du micromètre et sur lequel on répète,
en faisant tourner la monture au moyen d'une commande appropriée, la lecture de l'inclinaison faite au cercle verticale du tachéomètre.
On peut encore imaginer une roue d'axe horizontal et perpendiculaire à l'axe de la lunette, qui actionne le mouvement des pris mes et du micromètre et dont la position, par rapport à l'horizontale, serait commandée par une nivelle fixée sur elle, ou par un système pendulaire.
Au lieu de prévoir l'utilisation de la ré gion .centrale de l'objectif pour les rayons déviés, on peut prévoir l'excentrement de ces prismes et de leur monture, pour admettre, dans la formation de l'image directe, des rayons traversant des zones de l'objectif plus rapprochées du centre; on peut utiliser, pour les faisceaux déviés et pour les faisceaux non déviés, deux moitiés de l'objectif séparées par un diamètre de celui-ci.
On peut utiliser, si l'angle parallactique à l'horizontale -est égal à 1@@00, une mire di visée en centimètres et faire des lectures suc cessives en obturant d'abord les prismes et ensuite la région périphérique de l'objectif; on lit alors les mètres sur la mire et les cen timètres sur le bouton du micromètre; on tient ensuite compte de la constante d'addi tion du système anallatique (c'est-à-dire de la distance du sommet de l'angle parallacti- que à l'axe du tourillon de la lunette).
Le mieux est .d'utiliser une mire qui, par obser vation de la position -de ses images juxta- posées ou superposées, donne, en mettant en coïncidence le zéro de la mire vu sur une image avec une division -de la mire vue sur l'autre image, ceci en manoauvrant le bouton du micromètre, la distance cherchée. La po sition du zéro de la mire par rapport au reste de la .division peut Hêtre choisie pour qu'il soit tenu compte automatiquement, -dans la lecture, de la constante d'addition.
L'appareil décrit ci-dessus donne lieu- à des mesures entachées d'une erreur variable avec l'inclinaison de la lunette et qui est due à ce fait que l'axe de visée Og (fig. 1) ne reste pas constamment confondu avec la bis sectrice de l'angle parallactique a.
Pour re médier à cet inconvénient, on emploiera de préférence des tachéomètres tels que ceux représentés schématiquement dans les fig. 7 à111 ou.12à14. .
D'ans la fig. 7, représentant une vue en plan d'une seconde forme d'exécution du tachéomètre, le -dispositif déviateur comporte sur chacun des deux faisceaux 1 et 2 formant l'angle parallactique un prisme fixe P's ou P"a et deux prismes mobiles M, M<B>OU</B> P"1, P"a,
chacun de ces systèmes produisant une déviation maxima égale à
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de manière à ce que chacun des faisceaux fasse avec l'axe optique de la lunette un angle égal à
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ces angles s'ajoutant pour que l'angle parallactique soit bien égal à a cos'b. De cette manière, l'angle parallactique a tou jours pour bissectrice l'axe optique de la lunette. Les deux faisceaux, à la sortie des systèmes déviateurs, sont renvoyés dans l'ob jectif à l'aide de deux prismes 3 et 4.
Dans la fig: 8, les deux prismes sont réu nis et leur face commune 5, située sur le trajet de l'un des faisceaux, -est semi-argen- tée, cette disposition présentant l'avantage de permettre d'utiliser, pour la formation de chacune des images de la mire, l'ouverture totale de l'objectif de la lunette.
Dans la forme d'exécution représentée en fig. 9, l'un des faisceaux traverse un système déviateur D tel que - précédemment décrit, donnant un angle parallactique a. -cos'b, puis, entre les prismes 3 -et 4 et l'objectif, les deux faisceaux traversent un deuxième système déviateur D' analogue, mais produisant une déviation moitié moindre et en sens inverse du précédent, c'est-à-dire
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De -cette manière,
chacun des faisceaux se trouve dévié d'un angle
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de part et d'autre de l'axe optique qui est ainsi constamment pa rallèle à la bissectrice de l'angle parallacti- que, et sa distance à celle-ci ne varie que d'une façon tout à fait négligeable.
Appliqué au tachéomètre des fig. 4 à 6, dans lequel le faisceau dévié occupe la région centrale de l'objectif et le faisceau direct la .région périphérique, la disposition .de la fig. 9 donne lieu à des réalisations remar quablement simples.
C'est ainsi que dans le tachéomètre repré senté en ooupe-élévation à la fig. 10, le système déviateur D donnant l'angle paral lactique a cos'b est constitué par des petits prismes n'occupant que la région centrale de la lunette, tandis que le système D', produi sant une déviation
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;n sens contraire, est constitué par -des prismes plus grands, occupant toute l'ouverture de l'objectif.
Afin de réaliser une commande unique des organes déviateurs déformables des deux systèmes .déviateurs, on se sert,de la propriété rappelée plus haut, savoir que-la position ré ciproque -des différents prismes n'influe au cunement sur le fonctionnement du tachéo- mètre. On peut donc, ainsi que le montre la fig. 11, coller l'un contre l'autre, dans la position "tête-bêche", les prismes correspon dants des deux systèmes.
Au lieu de munir le tachéomètre de moyens tels que ceux qui viennent d'être dé crits pour maintenir la bissectrice de l'angle parallactique confondue avec l'axe de la lu nette ou parallèle à celui-ci, une autre solu tion consiste à prévoir des moyens optiques permettant de corriger automatiquement l'er reur due à l'absence de parallèlisme entre l'axe de la lunette et la bissectrice de l'angle parallactique.
Soit encore M (fig. 12) la mire verticale et<I>m = AB</I> la longueur interceptée .sur cette mire par les rayons extrêmes formant l'angle parallactique a. On supposera que l'un des Faisceaux utilisé n'est pas dévié du tout et donc que l'axe OX de la lunette est parallèle ou confondu avec le rayon extrême OA. Soit W la perpendiculaire abaissée de B sur OX:
la distance horizontale Dh est donnée par D,, <I>=</I> OA cosb <I>=</I> (OC-AC) cosb et en confondant l'angle a avec sa tangente
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ou, en remarquant que a n'est pas autre chose que l'inverse de la. constante de multiplica- tion c de l'appareil:
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On voit donc que, pour obtenir un résul tat rigoureusement exact, il est nécessaire d'avoir un angle parallactique variant sui vant la loi
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<B>or,
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</B> est la déviation donnée par le dispositif représenté en fig. 2, comprenant un prisme fixe Pa donnant une déviation
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et un diasporamètre dont chaque prisme Pi ou P2 donne une déviation lorsque la section principale est verticale.
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Pnnr nhtanir une déviation supplémentaire
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on dispose sur le faisceau dé- vié, un deuxième diasporamètre dont les deux prismes P4 et Ps (fig. 13) ont un angle c fois plus petit que celui de Pi et P2, et qui sont -disposés de manière à ce que leurs sec tions principales soient respectivement per pendiculaires aux sections principales de Pi et P2. Lorsque la lunette s'incline d'un angle b, les prismes P4,
Ps qui sont par exemple commandés par le même mécanisme que Pi et P2, tournent également d'un angle 2b en sens inverse l'un de l'autre autour de l'axe de la lunette, mais, tandis que, pour une posi tion horizontale de la lunette, les sections principales de Pi et P2 sont verticales, celles -de P4 et Ps sont horizontales. De plus, pour supprimer un décalage latéral variable de l'image déviée de la mire, les prismes P4 et Ps se trouvent dans la position "tête-bêche" lorsque la lunette -est horizontale.
Dans la disposition représentée en fig. 13, un prisme achromatique 6- placé devant l'ob jectif C, laisse passer sans déviation les ra yons .directs. à travers une semi-argenture 7, et dévie de l'angle
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les rayons ayant tra versé les organes déviateurs variables Pi P: et P4-P5. Cette disposition a, entre autres, l'avantage de permettre l'utilisation de toute l'ouverture de l'objectif pour les deux ima ges de la mire.
Afin .de faciliter la commande de l'en- ,semble des organes déviateurs mobiles, les prismes P4, Ps peuvent être respectivement accolés aux prismes Pi, Pz comme le montre la fig. 14.
D'ailleurs, chaque couple -de pris- MP,S accolés Pi-P4 et P2-P5 peut être rem placé par un prisme unique dont l'angle est égal à l'angle résultant des deux prismes pri mitifs et dont la section principale est incli née, par rapport au plan vertical, pour la position horizontale de la lunette, :d'un angle qu'il est facile de -déterminer par le calcul.