Dispositif de visée et de lecture pour appareils de mesure d'angles
sur le terrain, notamment pour boussoles et clisimètres
Dans les boussoles et clisimètres, il est nécessaire, lors de l'emploi, de maintenir l'appareil dans une position aussi proche que possible de l'horizontale, respectivement de la verticale. Dans les appareils connus, cette condition est assez délicate à réaliser, d'où des inexactitudes dans la mesure des angles sur le terrain ou un temps excessif pour effectuer la mesure.
La présente invention a pour objet un dispositif de visée et de lecture pour appareils de mesure d'angles sur le terrain, notamment pour boussoles et clisimètres, qui est conçu en vue de satisfaire de façon simple à la condition indiquée, tout en permettant une mesure rapide et exacte. Le dispositif selon l'in- vention est caractérisé en ce qu'il comporte un niveau à bulle transparent coopérant avec un miroir pour envoyer dans une lentille oculaire le faisceau lumineux traversant ce niveau, de façon telle que, lors de l'emploi, l'image de la bulle de ce niveau et l'image de l'objet visé soient visibles toutes deux d'une même position de l'oeil de l'usager. De préférence, ces images seront amenées à coïncider.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution du dispositif objet de l'in- vention.
La fig. 1 est une vue en coupe longitudinale médiane de la première forme d'exécution, montée dans une boussole-clisimètre.
La fig. 2 est une vue en plan de la forme d'exé- cution selon la fig. 1, en position d'utilisation comme boussole.
Les fig. 3,4 et 5 se rapportent à des détails de cette forme d'exécution.
La fig. 6 est une vue latérale de la deuxième forme d'exécution, montée dans un clisimètre.
La fig. 7 est une vue en coupe longitudinale médiane selon 7-7 de la fig. 8 de cette seconde forme d'exécution.
La fig. 8 est une vue en coupe horizontale selon 8-8 de la fig. 7 de cette seconde forme d'exécution.
La boussole-clisimètre représentée sur les fig. 1 à 5 comprend un corps 1 sur lequel est articulée une pièce 2 formant couvercle lorsque le dispositif est fermé, comme représenté en traits mixtes en 2'. Cette pièce 2 a d'autres fonctions encore, comme on le verra plus loin. Sur la fig. 1, le couvercle 2 se trouve représenté en position verticale par rapport au corps 1 qui se trouve en position horizontale. On a indiqué en pointillé en 2"la position qu'occupe ce couvercle lorsqu'il est complètement ouvert, comme on le voit sur la fig. 2. En 3 et 4 sont visibles les charnières par lesquelles le couvercle 2 est monté à pivot sur le corps 1.
Le corps 1 présente, dans sa région centrale, un évidement dans lequel est disposé un boitier de boussole 5 fermé par une glacé 6. Ce boîtier et cette glace sont maintenus, en place par un anneau fileté 7 vissé dans une partie taraudée de la paroi du logement en question. L'élément mobile de la boussole est formé par un disque 8 présentant sur sa face supérieure deux graduations concentriques (fig. 2) et sur la face inférieure duquel sont fixés deux petits aimants permanents 9. La graduation intérieure est prévue pour la lecture directe et l'autre, plus fine, pour la lecture à travers une loupe, aux fins de me sures topographiques. Ce disque est pourvu d'un. axe central 10 dont les extrémités sont engagées dans deux contre-pivots en rubis que l'on voit en 11 et 12.
Le contre-pivot 11 est fixé dans le boîtier 5, tandis que le contre-pivot 12 glisse dans sa monture à la façon d'un piston, et appuie élastiquement et constamment, grâce à un léger ressort de compression 13, contre l'extrémité supérieure de l'axe 10. Grâce à cette disposition, le disque 8 peut toujours tourner librement dans n'importe quelle position de l'appareil et il n'est pas nécessaire de prévoir un blocage du disque lorsque la boussole n'est pas utilisée, ce qui est un avantage extrêmement important en raison du gain de temps qui en résulte pour l'usager.
La glace 6 est pourvue d'un trait diamétral 14 dont la position angulaire, par rapport à la ligne longitudinale médiane du dispositif, fait un angle réglable que l'on choisit égal à la déclinaison magnétique du lieu où l'on utilise le dispositif. Ce réglage se fait en desserrant l'anneau fileté 7, en faisant tourner la glace 6 pour l'amener dans la position correcte par rapport au corps 1, puis en resserrant l'anneau 7 pour immobiliser la glace dans la position choisie. La face supérieure du disque 8 comporte, comme il est connu, une flèche 15 indiquant la direction du nord magnétique et dont la pointe coïncide avec le zéro de la graduation.
Le corps 1 est traversé par un trou 16 dans lequel est disposé un niveau 17 à bulle dont les deux faces intérieures sont également concaves, pour permettre l'emploi de 1'appareil aussi bien en position renversée (mesure des inclinaisons descendantes) qu'en position normale (mesure des inclinaisons montantes). La bulle est visible sur le dessin en 18. Ce niveau est immobilisé entre un disque transparent 19 et un anneau fileté 20, tous deux disposés dans le trou 16.
Il est clair que, du fait de cette disposition, la lumière peut traverser axialement de part en part le niveau 17.
Le niveau 17 se trouve dans le plan médian de l'appareil, à son extrémité voisine des charnières 3 et 4. A l'opposé de ce niveau, par rapport à l'axe 10 de la boussole, se trouve un porte-lentille 21 que l'on va décrire en détail. Ce porte-lentille est formé de deux pièces métalliques 22, 23 articulées l'une sur l'autre grâce à un axe 24. La pièce 22 pivote sur le corps 1 entre une position verticale représentée sur la fig. 1 et une position horizontale représentée sur la fig. 2. Cette pièce 22 présente un axe de pivotement 25 sur le corps 1, sur lequel axe agit un petit piston d'immobilisation 26 disposé dans un logement du corps 1 et sollicité constamment par un ressort de compression 27 à faire pression contre la partie 25.
Lors de l'emploi de l'appareil, les pièces 22 et 23 sont déployées en position verticale, comme on le voit sur la fig. 1. Le piston 26 et son ressort 27 immobilisent ces organes dans cette position. Lorsqu'on n'utilise pas l'appareil, la pièce 23 est rabattue vers la gauche sur la fig. 1 pour venir s'appliquer contre la pièce 22, et ensuite l'ensemble de ces deux pièces est rabattu vers la gauche pour venir se placer dans un logement 28 ménagé dans le corps 1 précisément pour recevoir ces deux pièces en position de repos. A l'intérieur d'un trou de la pièce 23 est placée une petite lentille oculaire 29 (de 11 dioptries, par exemple) présentant une partie découpée 30 sur le côté, comme on le voit sur la vue de détail (fig. 3).
Sur la glace 6, il est fixé, à cheval sur le trait 14, du côté où se trouve le niveau 17, un petit prisme 32 dont l'angle dièdre est tourné du côté où se trouve la lentille 29. La face de ce prisme du côté lentille 29 forme elle-même une lentille 33. La face oblique 34 du prisme 32 forme miroir (réflexion totale) pour la lecture de la graduation extérieure du disque 8 lorsqu'on observe ce disque à travers la lentille 29. Il est prévu en 35 un prisme auxiliaire, disposé contre la face 34 du prisme 32, pour permettre la lecture en direction normale-verticale-de la graduation intérieure. Sans ce second prisme, la réfraction du premier rendrait en effet cette lecture moins commode.
On a représenté en 36 le trajet d'un rayon lumineux issu de la région de la graduation de la boussole se trouvant en regard du trait 14 et passant à travers la lentille 29, après avoir été réfléchi sur la face 34 du prisme 32. L'oeil de l'utilisateur se trouve évidemment en regard de la lentille 29 à gauche de celle-ci sur la fig. 1.
Un miroir oscillant 37, métallique, pivote sur le couvercle 2. En 38 se trouve l'axe de pivotement. Ce miroir comporte une tête de butée 39 qui vient appuyer contre l'arête 40 du corps 1 pour occuper très exactement la position représentée sur la fig. 1, pendant l'emploi de l'appareil. Lorsque ce dernier n'est pas utilisé, le miroir 37 est rabattu contre le couvercle 2, comme on le voit sur la fig. 2.
On a représenté en 41 un rayon lumineux traversant verticalement de bas en haut le niveau 17, et se réfléchissant sur le miroir 37 en direction de la lentille 29. On voit ainsi que l'observateur, ayant son oeil en position d'observation près de la lentille 29, comme expliqué plus haut, peut s'assurer de la parfaite horizontalité du corps 1 et, par conséquent, de la boussole, en même temps, qu'il fait la lecture sur la boussole. En effet, il lui suffit, grâce aux rayons lumineux 41, de vérifier que la bulle 18 se trouve au centre du niveau-si elle ne s'y trouve pas, de l'y amener-puis simplement par un très léger déplacement angulaire de l'oeiL, sans déplacer le centre de celui-ci, de faire la lecture sur le disque 8 selon la direction du rayon lumineux 36.
On peut donc dire que, grâce à la disposition décrite, lors de l'emploi de l'appareil comme boussole, l'image de la bulle 18 est amenée, pour l'usager, à coïncider avec l'image observée qui est, dans ce cas, la partie de la graduation correspondant à l'angle azimutal que l'on désire mesurer. Le fait d'embrasser d'un seul coup d'oeil la direction visée, le niveau de contrôle de l'horizontalité et la partie du cadran qu'il s'agit de lire constitue un avantage pratique considérable vis-à-vis des boussoles connues.
Le dispositif décrit présente encore le moyen sui vant pour mesurer les pendages.
Dans le corps de boussole 5 est pratiquée une gorge annulaire 42, visible à travers la glace 6. Dans cette gorge se trouve une petite bille 43 en métal non magnétique, de poids spécifique élevé, en or par exemple, dont le diamètre est tel qu'elle peut rouler librement mais avec un jeu très faible à l'intérieur de cette gorge. Une graduation 43'est prévue le long d'un bord de cette gorge. Lors de la mesure, la bille 3 se trouvera nécessairement exactement à la verticale au-dessous de l'axe 10 (qui, à ce moment, est horizontal) ; il est clair que le point de la graduation 43' qui se trouve en regard de cette bille donnera alors la mesure du pendage cherché. Cette bille n'exigeant aucune immobilisation lorsque l'appareil est inutilisé, il en résulte un gain de temps.
Le dispositif représenté constitue également un clisimètre et l'on va décrire maintenant les organes prévus à cet effet.
Le couvercle 2 présente, dans sa région centrale, une glace transparente 44, pourvue d'un trait rectiligne médian 45, le long duquel se trouve une graduation, en pour-cent ou en degrés. Le zéro de cette graduation se trouve exactement en regard de l'axe optique de la lentille 29 lorsque cette dernière et le couvercle 2 occupent la position indiquée sur la fig. 1.
Pour retenir le miroir 37 en position de nonemploi, il est prévu, sur le couvercle 2, un petit verrou 46. Pour immobiliser le couvercle 2 en position verticale par rapport au corps 1 supposé horizontal, il est prévu les moyens. représentés sur les fig. 4 et 5. La fig. 4 est une vue en coupe verticale, tandis que la fig. 5 est une vue en coupe horizontale cor respondante. Un petit piston 47 est engagé dans un trou 48 du corps 1. Dans ce trou est disposé un ressort de compression 49 sollicitant constamment ce piston à sortir du trou. Le piston 47 présente une fente longitudinale 50 s'étendant sur une partie seulernent de sa longueur. A l'extrémité de cette fente voisine de l'extrémité extérieure du piston, la fente 50 se prolonge par une dépression radiale 51.
Un second piston 52 glisse dans un trou 53 du corps 1, débouchant perpendiculairement dans le trou 48. Ce piston est lui aussi soumis à l'action d'un ressort de compression 54, disposé dans le trou 53.
Le piston 52 présente une rainure longitudinale 55 coopérant avec un doigt fixe 56 pour limiter les déplacements du piston 52. Enfin, ce piston 52 présente, à son extrémité en regard du piston 47, un doigt 57 engagé dans la rainure 50. Dans la position représentée sur les fig. 4 et 5, le piston 47 est en position extérieure et le doigt 57 est en contact avec l'extrémité de gauche de la rainure 50.
Si, par le doigt, on force le piston 47 à rétrograder à l'intérieur du trou 48, il arrive un moment où le doigt 57 se trouve en regard de 51. A ce moment, sous 1'effet du ressort 54, le doigt 57 pénètre dans la dépression 51 et maintient dès lors le piston 47 en position rétrac- tée. Pour libérer à nouveau le piston 47, il est prévu une vis solidaire du piston 52 et dont la tête 58 peut être actionnée avec l'ongle. En déplaçant la tête 58 vers le haut sur la fig. 2, on dégage le doigt 57 du trou 51 et on libère le piston 47.
Lorsque ce piston 47 est en position extérieure représentée sur les fig. 4 et 5, il coopère avec le bord du couvercle 2 pour maintenir celui-ci exactement en position à 90 par rapport au plan du corps 1. Une simple pression sur la tige 47 la fait rentrer à l'intérieur du boîtier, où elle est maintenue par le doigt 57.
Pour la mesure d'un angle azimutal, on met le couvercle dans la position selon la fig. 1 et l'on vise un point se trouvant dans la direction (azimut), considéré de façon qu'il apparaisse juste au-dessus de la lentille 29, dans le prolongement de la ligne 45, comme indiqué en 31 sur la fig. 3. On remarquera que ce dispositif permet d'aligner, avec une netteté parfaite, sans aucune accommodation de l'oeil, les quatre éléments d'une visée azimutale. En effet, dans l'image qu'offre la lentille 29 (de 11 dioptries), la ligne verticale 45 (premier élément) gravée sur le verre 44 mis en position verticale, apparaît absolument au point, optiquement parlant.
Dans le haut, on la voit s'arrêter nette contre l'objet visé (second élément), le bord supérieur de l'entourage métallique 23 de la lentille 29 disparaissant pour ainsi dire com plètement lorsqu'il est proche de l'oeil, et le restant de la ligne en question s'estompant, disparaissant en majeure partie dans le flou que crée sa proximité de l'oeil. Dans la lentille 29 (troisième élément), un dé- part latéral n'est pas à craindre, car le liquidechoisi de préférence de couleur rouge-du niveau 17 constitue un disque qui se place avec aisance concen- triquement à la lentille et qui assure ainsi que la ligne de visée est bien dans le plan médian de la boussole.
Quant à la graduation (quatrième élément) extérieure du disque 8, on peut la lire avec netteté et précision, sans risque d'erreur de parallaxe et sans travail d'ac commodation. En effet, cette graduation se voit à travers le prisme 32, qui est collé contre le verre 6, qui surmonte le disque 8 d'une fraction de millimètre seulement. Le montage de l'axe 10 entre deux contrepivots constamment en contact avec les extrémités de l'axe 10 a, en effet, l'avantage d'immobiliser l'axe dans sa position à 900 par rapport au plan général du corps 1, ce qui empêche le disque d'osciller et t maintint rigoureusement constante la distance de ce disque au prisme 34, respectivement 69. Ainsi toute erreur de parallaxe due à une variation de cette distance se trouve éliminée.
Pour la mesure d'un angle zénithal, on place le couvercle dans la position selon la fig. 1 et l'on amène simplement l'image d'un objet visé (59) à être visible, comme représenté en 59'sur la fig. 3, dans l'ouverture 30 de la lentille 29. Cette image apparaît, nette, à côté de la ligne 45 et de la graduation zénithale (nettes aussi pour les raisons ; que l'on a données plus haut). Si l'instrument est bien horizontal, l'image du point observé coïncidera avec l'endroit de la gradua tien du verre 44 qui donne la mesure de l'angle zéni- thal cherché. Le zéro de la graduation en question se trouve alors, évidemment, sur l'horizontale passant par le centre optique de la lentille 29. Il est aisé, avec l'appareil décrit, de vérifier l'horizontalité du corps 1 au moment de la mesure.
Pour cela il suffit, pratiquement par un seul coup d'oeil, d'observer par le rayon lumineux 41 que la bulle 37 se trouve au centre du niveau 17, lorsqu'on vise le point 59.
Lors de l'emploi du dispositif comme clisimëtre, ainsi qu'on vient de le voir, l'image de la bulle du niveau transparent 17 est amenée, pour l'usager qui observe le point 59, à être visible d'une même position de l'oeil que l'image observée, c'est-à-dire à pratiquement coïncider avec cette image.
Une creusure 61 est prévue dans le couvercle 2, dans la partie de celui-ci venant en regard du support 62 de la pièce 22 et qui fait saillie sur la face supérieure du corps 1, comme on le voit sur la fig. 1. De même, une creusure 63 est prévue dans le corps 1 pour le verrou 46 et une creusure 64 dans le couvercle 2 pour la tête de vis 58.
En 65, il est prévu une loupe disposée dans un trou traversant le corps 1. Une seconde loupe 66 est prévue de façon analogue dans le couvercle 2, en un endroit tel que, lorsque le couvercle est en position de fermeture, les axes optiques de ces deux loupes coincident et ces deux loupes forment ensemble un petit microscope très utile pour les géologues. Il est également prévu un niveau à bulle supplémentaire en 67.
Dans une variante, on pourra prévoir avantageu- sement une seconde lentille oculaire (de treize dioptries, par exemple), en 68, dans la pièce 22. Dans ce cas, les deux prismes 32 et 35 seraient remplacés par un prisme unique 69 à surfaces planes, placé plus à l'extérieur que le prisme 32, de façon que la graduation intérieure du disque 8 puisse être lue directement et non plus à travers le prisme comme dans la forme d'exécution décrite. Un prisme auxiliaire tel que 35 n'estdoncplusnécessaire,dans cette variante.
La différence par rapport à la construction précédemment décrite est que, lors de l'emploi de l'appareil comme boussole, le contrôle de l'horizontalité se fait à travers la lentille 29 (comme précédemment), tandis que la lecture de la boussole se fait à travers la lentille 68. Pratiquement, cette double lecture se fera sans déplacement de l'aeil et simplement par rotation de ce dernier. Le fonctionnement ne sera pas changé lors de l'emploi comme clisimëtre.
Le dispositif représenté sur les fig. 6 à 8 constitue un clisimëtre. Il comprend un boîtier 70 fermé par une plaque 71 au moyen de vis 72. Sur le cou- vercle 71 est disposé un disque 73 gradué en 74 et présentant un arbre 75 traversant le couvercle 71 et la face opposée du corps 70, comme on le voit sur la fig. 8. Cet arbre est immobilisé grâce à une vis 76.
L'arbre 75 est angulairement solidaire d'une roue dentée 77 engrenant avec une roue dentée de diamètre double 78 angulairement solidaire d'un niveau à bulle transparent 79. Il est clair que le niveau à bulle 79 et le disque gradué 73 tournent autour de deux axes parallèles.
En 80 se trouve une lentille biconcave de-12 dioptries. Sur le même axe optique, en 81, se trouve une lentille biconvexe de 7'/4 dioptries formant lunette de Galilée avec 80. A l'intérieur du boîtier est dispose un miroir semi-transparent 82, placé à 450 par rapport à l'axe optique commun 83 des lentilles 80 et 81. En 84 se trouve un prisme à réflexion totale pourvu en 85 d'une loupe de trente dioptries. En 86 se trouve un verre plan fermant une ouverture du boîtier par laquelle peuvent entrer des rayons lumineux parallèles à la direction de l'axe 83. Le fonc- tionnement de ce dispositif est le suivant :
Il s'agit de mesurer l'angle que fait avec l'horizontale une direction donnée.
Pour cela, on observe un point se trouvant dans cette direction, en plaçant l'oeil en regard de la lentille 80 et en amenant le dispositif dans une position telle que le point observé dans la direction considérée soit visible à travers les lentilles 80 et 81 et coïncide avec l'axe optique de celles-ci. Cette observation peut se faire puisque le miroir 82 est semi-transparent et laisse, par conséquent, passer une partie de la lumière venant du point observé. Tout en observant le point en question, on fait tourner à la main le disque 73, ce qui, simultanément, fait tourner le niveau 79, jusqu'à ce que ce niveau occupe une position parfaitement horizontale avec sa bulle exactement au centre. Cette observation de la bulle se fait grâce à un faisceau lumineux dont on va considérer l'axe.
Le faisceau lumineux entre dans le dispositif par le verre 86, se réfléchit contre un miroir 88 à 45 , traverse le niveau transparent 79, subit une double réflexion à l'intérieur du prisme 84, traverse la loupe 85, se réfléchit sur le miroir 82 et passe à travers la lentille oculaire 80, selon la direction de l'axe 83, pour atteindre l'oeil de l'observateur.
Ainsi, ce dernier voit simultanément le point observé et la bulle du niveau 79, puisque ces deux images coincident pour lui. Ceci étant fait, il ne lui reste plus qu'à lire sur la graduation quel est le chiffre de celleci qui se trouve en regard de l'un des repères fixes 89 et 90. En fait, la graduation est double, c'est à-dire que celle qui coopère avec le repère 89 est en degrés, tandis que celle qui coopère avec le repère 90 est en pour-cent. La lecture ainsi faite donne l'angle cherché.
Le niveau 79 est pourvu d'un réticule 91 gravé à son intérieur au contact même de la bulle, pour assurer le centrage de l'image observée.
Dans une variante, on pourrait remplacer la lunette de Galilée par une lunette à double prisme (plus exactement une lunette dont le véhicule est fait de deux prismes) munie d'un réticule ; on aurait une petite augmentation de volume de l'appareil, mais en contrepartie une image plus agrandie de l'objet visé.