Système optique, notamment pour 1111 projecteur de profil
Le brevet principal a pour objet un système optique, notamment pour un projecteur de profil, comportant un objectif composé de plusieurs ensembles de lentilles agencés de telle manière que leur position soit réglable, de sorte que la distance entre les plans de l'objet et de l'image puisse être ajustée sans modifier le grossissement.
Des projecteurs de profil ou projecteurs de mesure optiques sont utilisés pour projeter des images des profils de pièces de machines et pièces similaires sur un écran. Ces images peuvent être mesurées avec précision à l'aide des gabarits fixés sur l'écran, auquel cas l'appareil est appelé communément projecteur de profil, ou à l'aide de micromètres déplacés sur la pièce, de sorte que les points devant être mesurés correspondent à des repères filiformes sur l'écran. De tels projecteurs de mesure optique peuvent fournir une image nette et bien définie d'objets tridimensionels. Toutefois, afin d'obtenir une mise au point exacte, il a été nécessaire jusqu'à présent de prévoir la possibilité de déplacer l'objet suivant trois directions.
Ainsi le système optique d'un projecteur de mesure optique définit un plan d'objet fixe et l'objet doit être déplacé non seulement transversalement par rapport à l'axe optique, mais également le long de l'axe optique, afin d'amener successivement dans le plan d'objet des parties de profil qui doivent être projetées sur l'écran. Le mouvement de l'objet le long de l'axe optique pour des raisons de mise au point est une source de difficultés, étant donné qu'il est alors nécessaire de monter les coulisses permettant les mouvements transversaux sur un chariot mobile, ce qui est désavantageux lorsqu'il y a lieu d'effectuer ces mouvements transversaux avec un degré de précision élevé.
Il serait beaucoup plus simple, notamment dans le cas où l'objet est lourd ou encombrant, de prévoir un mouvement bidimensionnel de l'objet, plus particulièrement uniquement dans le plan transversal à l'axe optique.
L'invention a pour objet un système optique, notamment pour un projecteur de profil, selon la revendication du brevet principal, caractérisé en ce qu'il comprend un bâti et des moyens agencés pour déplacer ces ensembles de lentilles constituant l'objectif par rapport audit bâti en fonction des mouvements internes des composantes de l'objectif, de manière à maintenir constante la position du plan image lorsque l'on fait varier la distance entre le plan objet et le plan image, des moyens maintenant une condition afocale de l'objectif lors desdits mouvements internes.
Dans une forme d'exécution préférée, l'objectif comprend un diaphragme et quatre composantes convergentes disposées en deux paires symétriques du point de vue construction et disposition par rapport au diaphragme, qui est disposé entre les deux paires, les composantes externes respectives desdites paires étant mobiles simultanément et également dans des directions opposées par rapport au diaphragme en association avec des mouvements convergents simultanés et égaux en direction opposée par rapport au diaphragme des composantes intérieures, ce qui permet de varier l'espace entre les composantes de chaque paire et l'espace entre les paires tout en maintenant la condition afocale d'ensemble et la symétrie d'ensemble par rapport au diaphragme,
la loi régissant le mouvement des composantes internes étant en relation avec la loi régissant le mouvement des composantes externes pour donner lieu à une variation de la distance entre planobjet et plan-image, tandis que l'agrandissement d'ensemble de l'objectif est maintenu constant. Cet objectif peut être construit de façon à répondre à cinq conditions de base:
a) Maintenir en tout temps un agrandissement inchangé;
b) Maintenir la condition afocale nécessaire pour la projection télécentrique;
c) Permettre une variation de distance entre le plan objet et le plan image dans des limites convenables au déplacement de certaines composantes de l'objectif selon des lois de mouvement qui sont réalisables mécaniquement;
d) Le maintien d'une distorsion nulle;
e) Le maintien d'un plan image constant lors des variations de distance entre le plan objet et le plan image.
Le système optique selon cette forme d'exécution préférée fournit donc une réponse pratiquement complète au problème susmentionné que présentent les projecteurs de mesure optiques usuels. L'objectif susmentionné réalise les conditions citées en utilisant une première paire de composantes pour produire une image dans un plan image de distance infinie qui définit un espace objet infini pour la seconde paire de composantes. On maintient une distorsion pratiquement nulle ainsi que le pouvoir grossissant de l'appareil par une symétrie complète de construction et de position par rapport au diaphragme, tandis que le réglage de la distance du plan objet par rapport au plan image dans des limites praticables est rendu possible en coordonnant de façon convenable les lois de mouvement de composantes particulières mentionnées.
D'autre part, en faisant concorder de façon convenable la loi régissant le mouvement d'ensemble de l'objectif par rapport aux lois des mouvements internes de ces composantes on peut maintenir une image plan stationnaire.
Les composantes de chaque paire sont de préférence symétriques du point de vue constructif par rapport au point médian entre-elles et chaque composante de chaque paire peut comprendre un élément convergent et un élément divergent.
D'autre part une paire de composantes divergentes d'importance essentielle pour la correction de la courbure du champ et l'astigmatisme est disposée de préférence de façon symétrique au voisinage des côtés opposés du diaphragme en position fixe par rapport à ce dernier entre deux paires de composantes convergentes mobiles.
Par un choix adéquat des puissances optiques des composantes individuelles, il est possible de réaliser un ensemble dans lequel les lois de mouvement des composantes internes et externes sont toutes deux pratiquement linéaires par rapport au changement de distance entre le plan objet et le plan image. Etant donné que l'ensemble du dispositif est symétrique, le mouvement d'ensemble qui est imparti de préférence à l'ensemble de l'objectif est également linéaire par rapport au changement de distance entre le plan objet et le plan image. Cela signifie que tous les mouvements nécessaires peuvent être produits au moyen d'un entraînement fileté et de simples leviers linéaires actionnables au moyen d'un seul élément de commande qui sera de préférence calibré.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple une forme d'exécution particulière de l'objectif selon l'invention. L'unique figure de ce dessin représente schématiquement l'ensemble de ce système optique.
Des données numériques concernant ce système optique représenté sont indiquées dans le tableau cidessous, dans lequel Rt R2 représentent le rayon de courbure des surfaces individuelles de l'objectif à partir de l'avant (à proximité de l'objet), les valeurs positives indiquant que la surface est convexe vers l'avant et les valeurs négatives indiquant que la surface est concave vers l'avant, D1 D2 représentent les épaisseurs axiales des éléments individuels des objectifs et St S2 représentent les séparations d'air axiales entre les composantes de l'objectif. Le tableau indique également les indices de réfraction moyens nd pour la ligne d du spectre et les valeurs Abbe V des matériaux dont les divers éléments sont constitués, et de plus le diamètre utile des divers éléments de l'objectif.
La seconde partie du tableau indique les valeurs des séparations d'air variables pour une partie des limites de réglage en fonction du changement de distance (Y) du plan objet par rapport au plan image et du changement de la distance (Z) du diaphragme par rapport au plan image, en indiquant l'importance du mouvement d'ensemble de l'objectif qui prend place simultanément aux mouvements internes de ses compostantes individuelles.
Distance moyenne planKbjet/plan-image = 47,700
Rayon épaisseur ou Indice de Valeur diamètre
séparation d'air réfraction Abbe V utile
moyenne moyen fld R1 +21,382
Do 0,310 1,75520 27,58 3,30 R2 + 7,153
D2 0,559 1,53315 57,98 3,30 R8 - 7,478
Si 1,092 Rayon épaisseur ou Indice de Valeur diamètre
séparation d'air réfraction Abbe V utile
moyenne moyen T'd
R4 + 7,478 (variable)
D3 0,559 1,53315 57,98 3,30
R5 - 7,153
D4 0,310 1,75520 27,58 3,30
R5 - 21,382
S2 5,555 R7 - 6,406 (variable)
D5 0,230 1,75520 27,58 2,00
R8 - 3,229
D6 0,130 1,51680 64,17 2,00
R9 + 6,137
S5 0,200
R10 - 6,137
D7 0,130 1,51680 64,17
2,00 R11 + 3,229
D5 0,230 1,75520 2,00
R12 + 6,406
54 5,555
R13 + 21,382 (variable)
D9 0,310 1,75520 27,58 3,30
R14 + 7,153
D10 0,539 1,53315 57,98 3,30
R15 - 7,478
S5 1,092
R16 + 7,478 (variable)
D11 0,559 1,53315 57,98 3,30
R17 - 7,153
D12 0,310 1,75520 27,58 3,30 R18 - 21,382
Y S1 et SI S2 et S4 Z 47,5096 2,3865 5,1982 23,7500 47,0001 2,1276 5,2696 23,5000 46,4933 1,8637 5,3410 23,2500 45,9892 1,6097 5,4124 23,0000 45,4878 1,3508 5,4839 22,7500 44,9891 1,0919 5,5553 22,5000 44,4931 0,8330 5,6267 22,0000 43,9998 0,5740 5,6982 21,7500 43,5092 0,3151 5,7696 21,7500 43,2648 0,1856 5,8053 21,6258 43,0212 0,0562 5,8410 21,5000
On voit au dessin que
l'objectif optique du projecteur de mesure optique décrit comprend une paire de composantes A et B disposées sur l'axe optique d'un des côtés d'un diaphragme central S et une paire identique de composantes Al et Bt disposée sur l'axe optique de l'autre coté du diaphragme symétriquement par rapport à la première paire. Les deux paires de composantes se trouvent dans une condition d'ensemble afocale pour permettre une projection télécentrique pour un agrandissement unitaire, la première paire A et B produisant une image infiniment distante servant d'objet pour la seconde paire Al et B1.
Chaque composante de chaque paire comprend un élément divergent et un élément convergent, en particulier un menisque divergent et un élément convergent biconvexe qui peuvent être cimentés l'un à l'autre ou comprendre un espace étroit entre eux. Les composantes sont alternativement disposées dos à dos, par exemple les éléments bi-convexes des composantes A et B et des composantes Al et B1 sont disposés face à face.
Entre les deux paires de composantes susmentionnées se trouvent d'autres paires de composantes C et Cl consistant en un élément convexe-concave et un élément bi-concave cimentés l'un à l'autre ou séparé l'un de l'autre par un espace étroit, les deux composantes C et C1 étant disposées dos à dos proche l'une de l'autre et symétriquement sur des faces opposées du diaphragme S. Les deux composantes C et C' interviennent comme un organe composé pour la correction de l'incurvation du champ et de l'astigmatisme.
L'objectif décrit ci-dessus est corrigé pour permettre la présence de diviseurs de rayons, de prismes de déviation et de fenêtres de protection de l'objectif qui sont indiqués de façon collective dans le dessin par les blocs de verre X et Xt disposés respectivement immédiatement derrière et devant les composantes frontales arrières de l'objectif. A la fois à l'avant et à l'arrière de l'objectif spécifié à la première colonne du tableau, on suppose la présence (comme représenté au dessin) d'un bloc à face plane de longueur axiale 3800 en un matériel d'indice de réfraction moyen 1.51680 et d'une valeur Abbe V 64.7 et de même diamètre utile que les composantes frontales et postérieures de l'objectif lui-même.
Quoique les blocs ne font pas partie de la protection revendiquée, il y a lieu de noter qu'un objectif construit selon les normes figurant au tableau est corrigé de façon précise pour compenser des passages de verre équivalent à ceux qui sont formés par les blocs de verre susmentionnés.
Comme il ressort de la seconde partie du tableau ci-dessus, la distance entre les plans objet et image peut être modifiée en variant les séparations entre les composantes des paires A et B et At et Bl d'une manière symétrique. Ainsi en commençant en une position dans laquelle les composantes A et B et At et Bl de chaque paire sont pratiquement en contact, la distance entre les plans objet et image est au minmium.
En déplaçant les composantes A et At (et les blocs de verre qui leur sont associés) vers l'extérieur et les composantes B et B1 vers l'intérieur selon les lois de mouvement y relatives, la distance entre les plans objet et image est augmentée tandis que l'on maintient la condition afocale de l'objectif ainsi que le degré de grossissement. Simultanément l'introduction d'une distorsion est de toute façon évitée. La limite de mouvement est atteinte quand les composantes B et Bt atteignent les composantes C et C'.
Plus en détail avec la construction particulière d'un objectif spécifié à la première section du tableau, les composantes sont déplacées selon les lois:
S, (et S,) = 22,2117-+ 0,5179Y;
S2 (et S4) = 11,9839 - 1429Y, où Y correspond à la valeur de la distance du plan objet par rapport au plan image.
Comme il ressort également de la seconde section du tableau, le réglage de l'objectif donne lieu à un changement dans la distance diaphragme / plan image.
En conséquence, l'objectif complet est soumis à un mouvement en fonction des mouvements internes de ces composantes de manière à maintenir constante la position du plan image tout au cours des ajustements.
Avec la construction particulière spécifiée au tableau tous les mouvements considérés sont pratiquement linéaires et il est possible d'utiliser un simple entraînement fileté et de simples leviers linéaires actionnés au moyen d'un seul élément de commande, qui peut être calibré de façon appropriée.
Lorsque cet objectif est utilisé dans un projecteur de mesure optique, il est seulement nécessaire de déplacer l'objet transversalement à son axe optique de façon à amener une portion choisie du profil à examiner dans le passage des rayons qui l'illuminent.
Ainsi au lieu de déplacer l'objet de l'objectif, L'objectif est réglé au moyen de ses éléments de commande pour amener son plan objet en coïncidence avec la partie choisie du profil. L'objectif projette sur l'écran exactement la même image que l'on verrait autrement en déplaçant l'objet le long de l'axe optique d'une manière usuelle. Ainsi, avec un projecteur de mesure optique muni de l'objectif décrit ci-dessus, il est possible de réaliser une précision de mesure identique à celle atteinte jusqu'à présent sans avoir pour ce faire à effectuer des mouvements difficiles et précis de l'objet en direction d'une troisième coordonnée axiale.
Pour cette raison et du fait qu'il est relativement facile de réaliser des moyens d'entraînement précis de l'objectif réglable, il sera souvent possible d'obtenir des mesures plus précises qu'il n'a été possible de le faire jusqu'à présent. Un autre avantage de l'objectif susmentionné est qu'il permet de maintenir une distance de travail libre importante devant la première lentille de sorte qu'il n'y a pas de risque de heurt de l'objet et du système optique.