DISPOSITIF ET PROCEDE DE CARACTERISATION OPTIQUE DE CORPS TRANSLUCIDES ET/OU OPAQUES

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention se rapporte au domaine technique général des dispositifs de caractérisation optique de corps, et notamment de corps solides ou fluides. En particulier, la présente invention se rapporte au domaine des dispositifs de caractérisation optique d'objets ou de matériaux, destinés par exemple à permettre le contrôle de la reproductibilité d'un processus industriel.

La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de caractérisation optique d'un corps translucide et/ou opaque.

TECHNIQUE ANTERIEURE

On connaît des dispositifs permettant de caractériser optiquement des corps transparents, c'est-à-dire, au sens de l'invention, des corps qui laissent passer la lumière et permettant de distinguer avec netteté les objets situés derrière eux. En particulier, un corps parfaitement transparent se caractérise par une densité optique D nulle. Ainsi, si l'on définit l'opacité O du corps par le rapport du flux lumineux incident φj et du flux lumineux transmis φt (O = φi/φ _t ), alors la densité optique D est définie par le logarithme décimal de l'opacité (D=log (O)). Dans le cas d'un corps parfaitement transparent, pour lequel le flux transmis φt est égal au flux incident φj, la densité optique D est nulle (log (φj/φ _t ) = log 1 = 0).

De la même façon, on connaît des dispositifs permettant de caractériser optiquement des corps opaques. Au sens de l'invention, un corps opaque s'oppose au passage de la lumière. En particulier, un corps parfaitement opaque se caractérise par une densité optique D infinie.

Les dispositifs de caractérisation optique existants mettent généralement en oeuvre une source d'éclairage à spectre étendu et sont conçus pour effectuer des mesures spectrales de la lumière diffusée soit par réflexion sur la surface du corps, lorsque ce dernier est opaque, soit par transmission à travers le corps, lorsque ce dernier est transparent.

En particulier, pour mesurer la couleur des objets opaques, on utilise généralement des spectrophotomètres colorimétriques à géométrie diffuse (utilisant une sphère d'intégration) ou à géométrie directionnelle.

De tels dispositifs permettent également de caractériser optiquement des objets transparents, en remplaçant la mesure en réflexion utilisée pour caractériser les objets opaques par une mesure en transmission. On connaît également des hazemètres, qui permettent de caractériser des objets transparents par le biais d'une mesure en transmission.

Les dispositifs connus mettent en œuvre des moyens informatiques qui permettent de présenter les résultats des mesures sous forme de courbes de réponse spectrale. En particulier, les dispositifs connus utilisent des détecteurs et des unités de traitement électronique, comportant notamment des convertisseurs analogiques numériques.

Les courbes de réponse spectrale sont la représentation d'un ensemble de données intégrées dans un modèle mathématique et physique permettant la caractérisation précise de corps, et notamment de mélanges composés de pigments, de particules et de liants. La détermination de ces courbes de

réponse spectrale s'avère tout particulièrement intéressante sur le plan industriel, notamment dans le cadre d'un processus de fabrication de peinture ou de réparation de carrosserie automobile, afin de reproduire à l'identique la composition pigmentaire de la peinture par exemple.

Ces dispositifs connus, s'ils permettent de caractériser optiquement de façon fiable les objets opaques ou transparents, ne permettent pas, en revanche, de caractériser de manière fiable des corps translucides.

Au sens de l'invention, un corps translucide est perméable à la lumière, la laisse passer, mais ne permet pas de distinguer avec netteté les objets (notamment les contours des objets) placés derrière lui, et ce contrairement à un corps transparent.

Les dispositifs connus possèdent en effet une sensibilité insuffisante pour discriminer les corps translucides, et ce par manque de sensibilité.

Les dispositifs de caractérisation optique connus utilisent des convertisseurs analogiques numériques avec une dynamique de 16 bits. Cette dynamique est suffisante pour caractériser les corps transparents, dont la transparence varie entre 100 % et environ 0,2 %. En particulier, seuls les 9 premiers bits sont nécessaires pour coder les corps transparents.

En revanche, la signature optique des corps translucides correspond généralement à une transparence inférieure à 0,1 %, voire même souvent inférieure à 0,01 %. L'ensemble des bits, et notamment les cinq derniers, est donc nécessaire pour caractériser les corps translucides. Or, les dispositifs connus offrent une résolution de 0,01 % au maximum, cette résolution correspondant au onzième bit environ de telle sorte que les douzième, treizième, quatorzième, quinzième et seizième bits ne sont pas utilisés. Il n'est donc pas possible, avec les dispositifs connus, de caractériser les

corps translucides, et notamment de déterminer la couleur des corps translucides présentant une forte opacité.

Par ailleurs, les dispositifs connus, en particulier certains spectrophotomètres, nécessitent, pour un même corps transparent à caractériser de prendre deux mesures successives de l'échantillon à analyser et à caractériser sur le plan optique, par exemple une première mesure de l'énergie lumineuse transmise, puis une seconde mesure de l'énergie lumineuse réfléchie, et ce tout en nécessitant un déplacement de l'échantillon pour l'amener et le positionner sur l'appareil de mesure à l'endroit exact réservé à chacune des mesures.

De tels appareils, non seulement sont limités dans leur utilisation aux corps transparents, mais encore, ne répondent qu'imparfaitement aux contraintes industrielles classiques d'efficacité, de gain de temps et de fiabilité. En outre, de tels appareils nécessitent deux calibrations successives et distinctes. Les dispositifs connus requièrent en effet un nombre important de manipulations et souffrent d'un risque d'erreurs non négligeable lié en particulier au nombre de manipulations nécessaires.

EXPOSE DE L'INVENTION

Les objets assignés à l'invention visent par conséquent à porter remède aux inconvénients énumérés précédemment et à proposer un nouveau dispositif de caractérisation optique de corps translucides et/ou opaques permettant de déterminer facilement et avec une précision et une sensibilité élevées, les caractéristiques optiques de corps translucides et/ou opaques et notamment leur couleur, leur transparence, leur densité optique ou toute autre caractéristique optique bien connue de l'homme du métier.

Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de caractérisation optique de corps translucides, permettant de caractériser précisément de tels corps, même lorsqu'ils possèdent une opacité élevée.

Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de caractérisation optique de corps translucides ne nécessitant, pour sa mise en œuvre, que des composants standards.

Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de caractérisation optique de corps translucides et/ou opaques particulièrement simple et rapide à utiliser.

Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de caractérisation optique de corps translucides et/ou opaques susceptible de présenter un large spectre d'utilisation.

Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de caractérisation optique de corps translucides permettant, à l'aide d'un même dispositif, la mesure de différentes caractéristiques optiques.

Les objets assignés à l'invention visent également à proposer un nouveau procédé de caractérisation optique de corps translucides et/ou opaques qui soit particulièrement simple à mettre en oeuvre et permette d'obtenir des résultats directement utilisables, avec une grande sensibilité.

Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau procédé de caractérisation optique de corps translucides et/ou opaques qui permettent d'obtenir plusieurs valeurs de mesure des propriétés optiques des corps sans pour autant allonger notablement le temps de mesure, ni compliquer la mesure elle-même.

Les objets assignés à l'invention sont atteints à l'aide d'un dispositif de caractérisation optique d'un corps 2, en particulier d'un corps translucide et/ou opaque comportant : des moyens d'éclairage 3 comprenant une source lumineuse S, apte à émettre un flux lumineux φ _e en direction du corps 2, un système de détection et d'analyse 4 du flux lumineux transmis et/ou diffusé φt/d par le corps 2,

- des moyens de calibrage 10 du dispositif, comportant un élément optiquement neutre 11 , de densité optique D connue, finie et non nulle, destiné à être positionné à la place du corps 2 dans le trajet lumineux de manière à définir, par étalonnage du dispositif 1 sur la base dudit élément optiquement neutre 11, une nouvelle échelle de mesure comprise entre un premier niveau, correspondant à la signature optique de l'élément optiquement neutre 11 , et un second niveau, correspondant à la signature optique d'un corps parfaitement opaque.

Les objets assignés à l'invention sont également atteints à l'aide d'un procédé de caractérisation optique d'un corps 2, en particulier d'un corps translucide et/ou opaque comportant : - une étape de mesure des caractéristiques optiques du corps 2 au cours de laquelle on éclaire, à l'aide de moyens d'éclairage 3, le corps 2 et on détecte et on analyse l'énergie lumineuse transmise et/ou diffusée par le corps 2,

- une étape de calibrage, précédant l'étape de mesure, au cours de laquelle on interpose, sur le trajet lumineux, à la place du corps 2, un élément optiquement neutre 11 de densité optique connue, finie et non nulle, et on définit une nouvelle échelle de mesure comprise entre un premier niveau, correspondant à la signature optique de

l'élément optiquement neutre 11, et un second niveau, correspondant à la signature optique d'un corps parfaitement opaque.

DESCRIPTIF SOMMAIRE DES DESSINS

D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront plus en détails à la lecture de la description qui suit, ainsi qu'à l'aide des dessins annexés, donnés à titre purement illustratifs et non limitatifs, parmi lesquels :

- La figure 1 illustre un schéma de principe du dispositif de caractérisation optique conforme à l'invention.

- La figure 2 illustre un schéma de principe détaillé d'une variante de réalisation d'un dispositif de caractérisation optique conforme à l'invention, ledit schéma montrant notamment les moyens nécessaires à la caractérisation optique des corps translucides.

- La figure 3 illustre un schéma de principe détaillé d'une variante de réalisation d'un dispositif de caractérisation optique d'un corps conforme à l'invention, ledit schéma montrant notamment les moyens techniques permettant la caractérisation optique simultanée des corps translucides et/ou opaques.

MEILLEURE MANIERE DE REALISER L'INVENTION

Les figures 1 à 3 illustrent un dispositif 1 de caractérisation optique d'un corps translucide et/ou opaque 2 conforme à l'invention. L'expression « caractérisation optique » fait référence à la mesure des caractéristiques optiques du corps, et notamment à sa couleur, sa transparence, sa réflexion,

sa densité optique ou toute autre caractéristique optique bien connue de l'homme du métier.

De préférence, le dispositif 1 conforme à l'invention constitue un dispositif de caractérisation de la couleur du corps 2, et, de façon encore plus préférentielle, un spectrophotocolorimètre.

Au sens de l'invention, et tel que cela a été décrit précédemment, un corps translucide est un corps perméable à la lumière, qui la laisse passer, mais qui ne permet pas de distinguer nettement les objets placés derrière lui. En particulier, un corps translucide présente une très forte opacité et une densité optique non nulle et relativement élevée, notamment supérieure à 2,5 et par exemple comprise entre 2,5 et 6.

Par le terme « corps », on désigne ici une substance matérielle solide, liquide ou gazeuse. Un corps translucide peut se présenter sous la forme d'un objet ou d'un matériau présentant une composition pigmentaire et/ou particulaire mais pas nécessairement. A titre d'exemple, l'eau pure, qui ne comporte aucune composition ni pigmentaire ni particulaire, passe d'un état transparent à un état translucide par simple changement d'état physique.

A titre d'exemple illustratif et non limitatif, les verres dépolis, les matières plastiques, le papier, les textiles, les stores, les rideaux et voilages, les films ou encore les écrans constituent, en fonction de leur composition, des corps translucides plus ou moins diffusants.

Tel que cela est illustré sur les figures 1 et 2, le dispositif 1 conforme à l'invention comprend des moyens d'éclairage 3, illustrés en traits pleins sur la figure 1 et en pointillés sur la figure 2, comprenant une source lumineuse S, apte à émettre un flux lumineux, dit flux lumineux émis φ _e , en direction du corps 2, définissant ainsi un trajet lumineux. Les moyens

d'éclairage 3 possèdent avantageusement un spectre étendu et comportent une lampe L, de préférence de qualité spectrophotométrique, formée par exemple par une lampe de type xénon, xénon flash ou une lampe halogène. La lampe L forme ainsi avantageusement une source lumineuse primaire, la source lumineuse S, éclairée par la lampe L, formant alors une source lumineuse secondaire.

Selon l'invention, le dispositif de caractérisation optique est à même de détecter et analyser le flux lumineux transmis et/ou diffusé et/ou réfléchi par différents types de corps, et en particulier les corps translucides et/ou opaques. A cette fin, il comporte les moyens de détection et d'analyse nécessaires du flux lumineux, que le corps 2 ou l'échantillon à analyser soit un corps ou un objet possédant des propriétés optiques de transmission et/ou de réflexion.

A cette fin, selon l'invention, le dispositif 1 comprend un système de détection et d'analyse 4 du flux lumineux transmis et/ou diffusé φ _t/d par le corps 2 si ce dernier est au moins partiellement translucide. Le système de détection et d'analyse 4 est illustré en traits pleins sur la figure 1 et en traits pointillés sur la figure 2.

A cette fin, le dispositif selon l'invention peut également comprendre un système de détection et d'analyse 4' du flux lumineux réfléchi φ _r par le corps 2 si ce dernier est au moins partiellement opaque.

Ainsi, selon une variante de réalisation, le dispositif de caractérisation optique d'un corps 2 conforme à l'invention peut être capable de fournir une caractérisation optique de corps translucides et/ou opaques permettant de caractériser, sensiblement simultanément, et par une seule mesure et sans déplacer l'échantillon :

- d'une part les propriétés optiques des matériaux translucides par transmission au moyen du dispositif de détection et d'analyse 4 du flux lumineux transmis et/ou diffusé par un corps translucide,

- d'autre part, les propriétés optiques des corps translucides et des corps opaques par réflexion au moyen du système de détection et d'analyse 4' du flux lumineux réfléchi par le corps 2 lorsque ce dernier se trouve posséder des propriétés de réflexion, en plus ou non, de propriétés de transmission et/ou de diffusion.

Le dispositif selon l'invention possède donc les moyens techniques nécessaires pour analyser en une seule fois un double faisceau qu'il s'agisse d'un faisceau lumineux transmis et/ou diffusé d'une part, et/ou un faisceau lumineux réfléchi d'autre part (Fig. 3) d'autre part.

En particulier, le système de détection et d'analyse 4 du flux lumineux transmis et/ou diffusé φ _Vd comprend avantageusement : - un dispositif optique d'entrée 5, formé par exemple par une lentille adaptée et situé dans le prolongement du trajet lumineux, un ou plusieurs capteurs C1 , C2 aptes à lire l'énergie lumineuse et comportant préférentiellement des cellules photoélectriques, ainsi qu'une unité de traitement électronique 30 comprenant notamment un convertisseur analogique numérique CAN possédant avantageusement une dynamique de 16 bits.

Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le dispositif 1 comprend des moyens de calibrage 10 du dispositif 1 , conçus pour augmenter la sensibilité du dispositif 1 vis-à-vis de la caractérisation optique des corps translucides. Selon l'invention, les moyens de calibrage 10 comportent un élément optiquement neutre 11 , de densité optique D connue, finie et non

nulle, destiné à être positionné à la place du corps 2 dans le trajet lumineux s'étendant entre la source lumineuse S et le système de détection et d'analyse 4 du flux lumineux transmis et/ou diffusé φt _/d de manière à définir, par étalonnage du dispositif 1 sur la base de l'élément optiquement neutre 11 , une nouvelle échelle de mesure comprise entre un premier niveau, correspondant à la signature optique de l'élément optiquement neutre, et un second niveau, correspondant à la signature optique d'un corps parfaitement opaque. Ainsi, par rapport aux dispositifs connus dont l'échelle de mesure est comprise entre un niveau dit « blanc », correspondant à la signature optique d'un corps parfaitement transparent, et un niveau dit « noir », correspondant à la signature optique d'un corps parfaitement opaque, les moyens de calibrage 10 et notamment l'élément optiquement neutre 11 permettent de décaler l'échelle de mesure, et notamment de décaler le niveau blanc de cette dernière vers un premier niveau dit « niveau gris » qui constitue alors un nouveau zéro de référence pour la mesure.

Le terme « niveau gris » désigne ici simplement un niveau intermédiaire entre le niveau « blanc », correspondant à la signature optique d'un corps parfaitement transparent et le niveau « noir», correspondant à la signature optique d'un corps parfaitement opaque.

Par ailleurs, l'expression « optiquement neutre » fait référence au fait que l'élément optiquement neutre 11 ne modifie pas les caractéristiques spectrales du flux lumineux, mais a simplement pour effet de réduire l'intensité lumineuse. Il s'agit en effet d'un filtre réducteur du flux lumineux.

Ainsi, en connaissant les caractéristiques optiques de l'élément optiquement neutre 11, il est possible de recaler le dispositif 1, et notamment le système de détection et d'analyse 4 du flux lumineux transmis et/ou diffusé φ _t/d de telle sorte que pour la mesure, ce dernier prenne comme référence « zéro »

non plus le niveau « blanc », mais le premier niveau (ou niveau gris) correspondant à la signature optique de l'élément optiquement neutre 11.

Avantageusement, l'élément optiquement neutre 11 est formé par un filtre 12 de densité optique neutre (ou filtre neutre). Le dispositif 1 conforme à l'invention comporte de préférence un jeu de plusieurs filtres neutres 12, de densités optiques D différentes, de manière à permettre à l'utilisateur de sélectionner, en fonction du corps 2 à analyser, le filtre neutre 12 le plus adapté.

Selon une variante de réalisation préférentielle, les moyens de calibrage 10 comportent un jeu de filtres neutres de densités optiques différentes qui sont disposés dans un chargeur mobile, de préférence motorisé, tel qu'un carrousel, de manière à permettre à l'utilisateur de sélectionner facilement l'élément optiquement neutre le plus adapté au corps 2 à caractériser.

Ainsi, lorsque l'élément optiquement neutre 11 est positionné à la place du corps 2, lors de l'étalonnage, celui-ci se trouve sur le trajet du flux lumineux tandis que ledit corps 2 est situé en dehors dudit trajet. En particulier, il est envisageable que l'élément optiquement neutre 11 et le corps 2 puissent occuper chacun un emplacement distinct sur le trajet du flux lumineux, ou, a contrario, qu'ils se partagent en alternance un même emplacement.

De façon préférentielle, la source lumineuse S est collimatée, de préférence sur un diamètre de 0,1 mm à 40 mm et encore plus préférentiellement sur un diamètre de 25 mm. L'utilisation d'une source collimatée S permet ainsi d'augmenter l'énergie lumineuse reçue par le corps 2 et/ou l'élément optiquement neutre 11 sans modifier et notamment sans augmenter la puissance de la lampe L de manière à éviter réchauffement du dispositif 1 et notamment réchauffement du corps 2 afin de ne pas modifier ses caractéristiques optiques.

La source collimatée S éclaire ainsi le corps 2 ou l'élément optiquement neutre 11 par le biais d'un faisceau lumineux collimaté F qui s'étend de façon rectiligne entre la source lumineuse S et l'entrée E du système de détection et d'analyse 4 du flux lumineux transmis et/ou diffusé φ _t/d , matérialisée par le dispositif optique d'entrée 5.

De façon préférentielle, le dispositif 1 est configuré de telle sorte que le corps 2 et/ou l'élément optiquement neutre 11 soit disposé de telle sorte que son plan d'extension principal soit sensiblement perpendiculaire au faisceau lumineux collimaté F.

Avantageusement, le dispositif 1 comporte un support 13 apte à recevoir le corps 2 à caractériser (figures 1 et 2). Le cas échéant, le support 13 peut être agencé de manière à pouvoir recevoir de manière alternative le corps 2 ou l'élément optiquement neutre 11 de référence. Le support 13 est avantageusement disposé entre la source lumineuse S et le système de détection et d'analyse 4 du flux lumineux transmis et/ou diffusé φ _t/d , à une distance X de la source lumineuse S et à une distance X' du système de détection et d'analyse 4 du flux lumineux transmis et/ou diffusé φ _t/d . Les distances X et X' sont avantageusement variables de manière à permettre la détermination de plusieurs caractéristiques optiques distinctes du corps 2, notamment sa couleur, ou encore l'énergie transmise ou diffusée par le corps 2.

A cet effet, le support 13 est préférentiellement monté mobile en translation entre la source lumineuse S et le système de détection et d'analyse 4 du flux lumineux transmis et/ou diffusé φ _t/d de manière à permettre, en fonction de sa position, la détermination de caractéristiques optiques distinctes du corps 2.

Le support 13 peut ainsi être avantageusement solidarisé à un chariot (non représenté) susceptible de coulisser entre la source lumineuse S et le système de détection et d'analyse 4 du flux lumineux transmis et/ou diffusé φyd.

Afin de mesurer la diffusion, on pourra ainsi rapprocher le support 13 de la source lumineuse S, de telle sorte qu'il occupe par exemple la position (I) illustrée sur la figure 1 , la distance X étant alors inférieure à la moitié de la somme des distances X et X' (X<(X+X')/2).

A l'inverse, pour une mesure de la transmission, on rapprochera le support 13 du système de détection et d'analyse 4 du flux lumineux transmis et/ou diffusé φ _t/d de telle sorte qu'il occupe par exemple la position (II) illustrée sur la figure 1, la distance X' étant alors inférieure à la moitié de la somme des distances X et X' (X'<(X+X72).

De façon préférentielle, la distance d entre la source lumineuse et l'entrée E du système de détection et d'analyse 4 du flux lumineux transmis et/ou diffusé φ _t/d est comprise entre 0 mm et 250 mm, et de préférence de l'ordre de 100 mm afin de permettre une bonne caractérisation optique de corps translucides. La source lumineuse S, le corps 2 et/ou l'élément optiquement neutre 11 et le dispositif optique d'entrée 5 sont avantageusement alignés le long du faisceau lumineux F.

Avantageusement, l'unité de traitement électronique 30 comporte un logiciel permettant d'étalonner automatiquement le dispositif 1 sur la base de la mesure de l'énergie lumineuse effectuée avec l'élément optiquement neutre 11.

De façon particulièrement avantageuse, le dispositif 1 de caractérisation optique est conçu pour prendre en compte, dans la mesure, les variations

d'intensité lumineuse des moyens d'éclairage 3 et en particulier de la lampe L. Le dispositif 1 est ainsi configuré de manière à caractériser sensiblement simultanément le flux lumineux émis par les moyens d'éclairage 3, notamment par la lampe L et le flux lumineux transmis et/ou diffusé φy _d par le corps 2. Les moyens d'éclairage 3 comportent ainsi un premier et un deuxième dispositifs optiques 6, 7 pour générer respectivement un premier faisceau lumineux F1, dirigé vers le système de détection et d'analyse 4 du flux lumineux transmis et/ou diffusé φt/ _d et dont le trajet lumineux traverse le corps 2 et/ou l'élément optiquement neutre 11 , et un deuxième faisceau lumineux F2, dirigé vers le système de détection et d'analyse 4 du flux lumineux transmis et/ou diffusé φ _t/d et dont le trajet lumineux s'effectue sans traverser, c'est-à-dire sans rencontrer sur son chemin, le corps 2 et/ou l'élément optiquement neutre 11.

Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le système de détection et d'analyse 4 du flux lumineux transmis et/ou diffusé φt _/d est conçu pour caractériser optiquement sensiblement simultanément le premier et le deuxième faisceaux F1 , F2 et comporte à cet effet un premier et un deuxième capteurs C1 , C2 respectivement destinés à détecter le premier et le deuxième faisceaux F1 , F2. En particulier, le premier capteur C1 est conçu et disposé de manière à lire l'énergie lumineuse transmise et/ou diffusée par le corps 2, le deuxième capteur C2 étant conçu et disposé de manière à lire l'énergie lumineuse émise par les moyens d'éclairage 3 et notamment par la lampe L. Les capteurs C1 , C2 étant couplés au convertisseur analogique numérique CAN, il est possible de prendre en compte, à chaque mesure, les éventuelles variations d'intensité de la lampe L de manière à en tenir compte dans le résultat. Cette configuration à deux capteurs est particulièrement intéressante par rapport à une configuration classique à un seul capteur dans la mesure où elle permet la mesure en temps réel, c'est-à-dire sans décalage temporel, des variations

d'intensité de la lampe L. Les premier et deuxième capteurs C1 , C2 permettent avantageusement de lire des spectres s'étendant de 290 à 785 nanomètres, de 310 à 1 100 nanomètres et de 190 à 720 nanomètres, couvrant ainsi toute la plage spectrale s'étendant du rayonnement ultraviolet au rayonnement infrarouge, en passant par le rayonnement visible.

Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le dispositif 1 prend en compte, à chaque mesure, le bruit propre du système de détection et d'analyse 4 du flux lumineux transmis et/ou diffusé φ _t/d , et notamment les variations électroniques des capteurs C1 , C2.

A cet effet, le dispositif 1 comporte un organe de coupure 20 simultanée des premier et deuxième faisceaux lumineux F1, F2 de manière à mesurer le bruit propre du système de détection et d'analyse 4 du flux lumineux transmis et/ou diffusé φ _t/d , et notamment le bruit des capteurs C1 , C2.

Avantageusement, l'unité de traitement électronique 30, intégrant le convertisseur analogique numérique CAN, est reliée fonctionnellement à l'organe de coupure 20 pour commander son actionnement. En particulier, l'unité de traitement électronique 30 utilise un logiciel qui permet, avant chaque mesure des caractéristiques optiques du corps 2, de piloter automatiquement l'actionnement de l'organe de coupure 20 de manière à mesurer le bruit du système de détection et d'analyse 4. L'unité de traitement électronique 30 permet également, à l'aide du logiciel susmentionné, d'effectuer le calibrage du dispositif 1 en fonction des caractéristiques optiques propres de l'élément optiquement neutre 11 , et de calculer les courbes spectrales correspondant au corps 2, en prenant en compte le bruit.

De façon préférentielle, l'organe de coupure 20 est formé par un écran opaque 21 , ou « obturateur » (« shutter » en anglais), monté mobile entre

une première position (i), illustrée en pointillés sur la figure 2, dans laquelle il autorise le passage des deux faisceaux lumineux F1 , F2 et une deuxième position (ii), illustrée en traits pleins sur la figure 2, dans laquelle il s'oppose simultanément au passage des deux faisceaux lumineux F1 , F2.

Dans la deuxième position (ii) illustrée sur la figure 2, l'écran opaque 21 est situé simultanément sur les trajets lumineux des deux faisceaux lumineux F1 , F2. Dans cette deuxième position (ii), le système de détection et d'analyse 4 ne détecte plus l'énergie lumineuse émise par la lampe L de telle sorte que la quantité détectée correspond à son bruit propre. Le bruit propre peut alors être déduit de chaque mesure ce qui permet d'augmenter significativement la précision du dispositif 1.

De façon particulièrement avantageuse, le dispositif 1 est placé dans une enceinte opaque et close revêtue à l'intérieur d'un noir optique, et ce afin d'éviter la perturbation des mesures par la lumière ambiante.

La figure 3 illustre une variante préférentielle de l'invention correspondant à un dispositif polyvalent de caractérisation optique d'un corps 2, en particulier de corps translucides et/ou opaques, permettant de caractériser les propriétés optiques d'un corps translucide et/ou opaque de manière simultanée par une seule mesure et sans avoir à déplacer l'échantillon.

A cet effet, le dispositif illustré à la figure 3 reprend l'ensemble des éléments et des fonctionnalités illustrés notamment à la figure 2 et décrits précédemment, ensemble d'éléments auxquels on a adjoint le système de détection et d'analyse 4' du flux lumineux réfléchi φ _r .

Le système de détection et d'analyse 4' du flux lumineux réfléchi est associé fonctionnellement avec le système de détection et d'analyse 4 du flux lumineux transmis et/ou diffusé de manière à pouvoir caractériser en une

seule opération les propriétés optiques de transmission et de réflexion du corps 2 à caractériser.

Ainsi, la configuration matérielle décrite dans les exemples 1 et 2 précédents, dont toutes les fonctionnalités sont conservées, est complétée par un capteur supplémentaire C3 associé à une optique correspondante. Le système de détection et d'analyse 4' du flux lumineux réfléchi φ _r comprend donc un dispositif optique 5' de réception du flux lumineux réfléchi monté sur le support 13 apte à recevoir le corps 2 à caractériser, ledit dispositif optique 5' étant relié, par au moins un capteur C3 de lecture de l'énergie lumineuse réfléchie, à l'unité de traitement électronique 30 intégrant le convertisseur analogique numérique CAN. Ce dernier est comme pour les exemples précédents, relié fonctionnellement à l'organe de coupure 20 pour commander son actionnement et assurer la fonction associée.

Selon une caractéristique particulièrement intéressante, le dispositif optique 5' de réception du flux lumineux réfléchi est positionné, face à l'échantillon, c'est-à-dire face au corps 2 à caractériser, de manière à recevoir le flux réfléchi φ _r selon un angle incliné α (figure 3) compris entre environ 43 à 47° de la normale incidente du corps 2 à caractériser. En pratique, l'axe du capteur optique inclus dans le dispositif optique 5' est donc incliné d'environ 45° plus ou moins 2° par rapport à la normale incidente de la face principale de l'échantillon à caractériser.

Le dispositif ainsi constitué et relié à l'unité de traitement électronique 30 précédemment décrite forme donc un spectrophotomètre à géométrie directionnelle 0745°, double faisceau, adapté aux mesures spectrophotométriques des corps par réflexion en complément des mesures spectrophotométriques des corps par transmission.

D'une manière générale, le dispositif de caractérisation optique conforme à l'invention peut également comporter en plus des différents dispositifs optiques précédemment décrits, une unité de mesure de lumière diffuse, du genre hazemètre (non représentée aux figures). L'unité de mesure de lumière diffuse est dans un tel cas positionnée avantageusement derrière le corps 2 à caractériser sous un angle d'incidence faible, de l'ordre par exemple de 4°. Bien évidemment, l'unité de mesure de lumière diffuse est, comme les systèmes de détection et d'analyse 4, 4', dotée des dispositifs optiques idoines, lesquels sont reliés à l'unité de traitement électronique 30.

L'ensemble des systèmes de détection et d'analyse 4, 4' et éventuellement l'unité de mesure de lumière diffuse sont intégrés dans le dispositif conforme à l'invention de manière à fonctionner avec l'organe de coupure 20 et le capteur C2 de manière à mesurer le bruit propre du système de détection et d'analyse 4, 4' ou de l'unité de mesure de lumière diffuse.

La présente invention concerne également un procédé de caractérisation optique d'un corps 2, en particulier d'un corps 2 translucide et ou opaque comportant : une étape de mesure des caractéristiques optiques du corps (2) au cours de laquelle on éclaire, à l'aide de moyens d'éclairage (3), le corps (2) et on détecte et on analyse l'énergie lumineuse transmise et/ou diffusée par le corps (2), une étape de calibrage, précédant l'étape de mesure, au cours de laquelle on interpose, sur le trajet lumineux, à la place du corps (2), un élément optiquement neutre (11) de densité optique connue, finie et non nulle, et on définit une nouvelle échelle de mesure comprise entre un premier niveau, correspondant à la signature optique de l'élément optiquement neutre (11), et un

second niveau, correspondant à la signature optique d'un corps parfaitement opaque.

Ainsi, l'étape de mesure s'effectue sur la base de la nouvelle échelle de mesure ainsi définie, à partir du premier niveau qui constitue alors la nouvelle référence, ce qui permet d'augmenter la sensibilité du dispositif 1 et notamment du système de détection et d'analyse 4 du flux lumineux transmis et/ou diffusé φ _t/d par rapport aux dispositifs connus.

Avantageusement, au cours de l'étape de mesure, on caractérise sensiblement simultanément, à l'aide du système de détection et d'analyse 4 du flux lumineux transmis et/ou diffusé φt/ _d , le flux lumineux émis par les moyens d'éclairage 3, et le flux lumineux transmis et/ou diffusé φ _t/d par le corps 2 de manière à prendre en compte, dans la mesure, les variations d'intensité lumineuse des moyens d'éclairage 3. Grâce à ce procédé, on contrôle à chaque mesure les variations d'intensité lumineuse. des moyens d'éclairage 3 et notamment de la lampe L de manière à corriger la mesure en fonction des variations et de la dérive de cette dernière.

Avantageusement, la caractérisation simultanée du flux lumineux émis et du flux lumineux transmis et/ou diffusé φ _t /d s'effectue par le biais d'une configuration à deux faisceaux comprenant un premier faisceau lumineux F1 , dont le trajet lumineux traverse le corps 2 et/ou l'élément optiquement neutre 11 avant de rejoindre le système de détection et d'analyse 4, et un deuxième faisceau lumineux F2, dont le trajet lumineux rejoint de préférence directement le système de détection et d'analyse 4 du flux lumineux transmis et/ou diffusé φt _/d , sans traverser le corps 2 et/ou l'élément optiquement neutre 11.

De façon particulièrement avantageuse, le procédé comporte, avant l'étape de mesure, une étape d'évaluation du bruit du système de détection et d'analyse 4 du flux lumineux transmis et/ou diffusé φ _t/d , au cours de laquelle on coupe sensiblement simultanément, à l'aide d'un organe de coupure 20, tel qu'un obturateur (« shutter » en anglais), le premier et le deuxième faisceaux lumineux F1 , F2 de manière à isoler et évaluer le bruit propre du système de détection et d'analyse 4 du flux lumineux transmis et/ou diffusé φt _/d - En particulier, cette étape vise à évaluer le bruit propre des deux capteurs C1 et C2.

Le dispositif de caractérisation optique d'un corps 2 illustré à la figure 3 peut également mettre en œuvre un procédé de caractérisation optique d'un corps 2 particulièrement intéressant.

Il s'agit d'un procédé de caractérisation optique d'un corps 2, en particulier d'un corps translucide et/ou opaque comportant, conforme au procédé de caractérisation optique précédemment décrit et comprenant en outre une étape de mesure en réflexion au cours de laquelle on détecte et on analyse l'énergie lumineuse réfléchie par le corps (2) ainsi qu'une étape de calibrage, précédant l'étape de mesure en réflexion, au cours de laquelle on interpose, sur le trajet lumineux, à la place du corps (2) des étalons, de préférence blanc et noir, de calibration par réflexion.

De préférence, on analyse et on détecte sensiblement simultanément l'énergie lumineuse d'une part transmise et/ou diffusée, et/ou d'autre part réfléchie au cours d'une même étape de mesure des caractéristiques optiques du corps 2.

Les étalons de calibration pour la mesure par réflexion et de transmission sont interposés successivement et immédiatement l'un après l'autre. Les deux opérations sont donc successives et dans un ordre quelconque même

si l'on préfère réaliser d'abord la calibration par réflexion. De préférence, l'étalonnage en réflexion et l'étalonnage en transmission/diffusion au cours duquel on interpose un élément optiquement neutre 11 dans le trajet lumineux et on définit d'une nouvelle échelle de mesure sont réalisés au cours d'une seule et même étape de calibrage.

La présence dans le dispositif des deux systèmes de détection et d'analyse 4, 4' permet avantageusement de caractériser sensiblement simultanément, par une seule mesure et sans déplacer l'échantillon, les propriétés optiques de matériaux translucides par transmission d'une part et les propriétés optiques des corps translucides et des corps opaques par réflexion au moyen de la géométrie directionnelle 0745° précédemment décrite et correspondant à l'utilisation du système de détection et d'analyse 4' du flux lumineux réfléchi d'autre part.

Le procédé permet donc de caractériser les propriétés optiques de transmission et/ou de réflexion du corps 2 en une seule opération sans déplacement dudit corps.

De manière particulièrement avantageuse, on mesure le flux lumineux réfléchi à partir du corps 2 sous un angle d'incidence compris entre environ 43 et 47°, de préférence environ 45°, par rapport à la direction normale de la surface du corps 2.

Le procédé peut également comporter une étape au cours de laquelle on mesure en outre, simultanément ou non aux mesures de transmission et réflexion, la lumière diffuse.

Dans un tel cas, la mesure de lumière diffuse est effectuée sous un angle d'incidence faible, de l'ordre par exemple de 4° environ.

Au cours de l'étape de mesure du flux lumineux, on caractérise sensiblement simultanément à l'aide des systèmes de détection et d'analyse 4, 4', le flux lumineux émis par les moyens d'éclairage 3, et le flux lumineux transmis et/ou diffusé (φ _t / _d ) et/ou réfléchi par le corps 2 de manière à prendre en compte dans la mesure, les variations d'intensité lumineuse des moyens d'éclairage.

Selon le procédé, la caractérisation simultanée du flux lumineux émis et du flux lumineux transmis et/ou diffusé (φ _t/d ) et/ou réfléchi s'effectue par le biais d'une configuration à deux faisceaux analogue à celle décrite précédemment, le flux lumineux réfléchi (φ _r ) étant généré par réflexion de tout ou partie du premier faisceau F1 sur le corps 2 tandis que le second faisceau lumineux F2 rejoint le système de détection et d'analyse 4, 4' sans traverser le corps 2.

Enfin, le procédé comporte avant l'étape de mesure une étape d'évaluation du bruit des systèmes de détection et d'analyse 4,4', au cours de laquelle on coupe sensiblement simultanément, à l'aide d'un organe de coupure 20, le premier et le deuxième faisceaux lumineux F1, F2, de manière à isoler et évaluer le bruit propre des systèmes de détection et d'analyse 4,4'.

En définitive, après les opérations de calibration de la géométrie de transmission du flux lumineux d'une part et de la géométrie directionnelle du flux lumineux d'autre part, chaque mesure sur un échantillon ou un corps 2 peut donner simultanément les résultats des propriétés optiques du corps en transmission et en réflexion.

De façon particulièrement préférentielle, le procédé de caractérisation conforme à l'invention constituera un procédé de détermination de la couleur du corps 2.

En particulier, la ou les étapes de mesure pourront être répétées pour une pluralité de longueurs d'onde afin de constituer une ou plusieurs courbes de réponse spectrale.

Les modes de fonctionnement et d'utilisation d'une variante de réalisation du dispositif 1 conforme à l'invention vont maintenant être décrits en se référant aux figures 1 et 2.

Afin de caractériser, à l'aide du dispositif 1 , un corps translucide 2, par exemple un objet ou un matériau translucide, l'opérateur commence par déterminer la densité optique du filtre neutre 12 la plus adaptée et la plus proche des caractéristiques optiques du corps translucide 2 à analyser. L'opérateur dispose à cet effet, au sein du dispositif 1 , d'un jeu d'éléments optiquement neutres 11 de densités optiques variables.

L'opérateur détermine ensuite les distances X, X' séparant le support 13 de la source lumineuse S et du système de détection et d'analyse 4 lui permettant d'évaluer au mieux les caractéristiques optiques et par exemple la couleur et/ou la densité optique du corps translucide 2 à caractériser.

Une fois l'élément optiquement neutre 11 disposé sur le trajet lumineux, l'opérateur peut procéder au calibrage du dispositif 1 à l'aide du logiciel associé à l'unité de traitement électronique 30. Grâce à ce calibrage, l'opérateur définit une nouvelle échelle de mesure avec un nouveau « zéro », décalé par rapport au niveau blanc correspondant à la signature optique des corps parfaitement transparents.

Une fois l'étape de calibrage réalisée, l'opérateur remplace l'élément optiquement neutre 11 par le corps translucide 2 à analyser, sans changer le positionnement du support 13 afin de procéder à la mesure des

caractéristiques optiques du corps translucide 2, sur la base du nouveau « zéro » de référence sus-mentionné.

Avant chaque mesure, le dispositif 1 procède automatiquement à une étape d'évaluation du bruit du système de détection et d'analyse 4 afin d'en tenir compte dans les calculs des caractéristiques optiques du corps translucide 2.

Si la sensibilité obtenue avec le filtre neutre 12 choisi initialement n'est pas suffisante, l'opérateur peut procéder à une nouvelle séquence de mesure, en utilisant un filtre neutre 12 de densité optique supérieure, se rapprochant davantage des caractéristiques optiques du corps translucide 2 à analyser.

Le dispositif 1 de caractérisation optique conforme à l'invention permet donc d'analyser avec une grande sensibilité des corps translucides et/ou opaques présentant une forte opacité et ce de façon simple, automatique et reproductible.

POSSIBILITE D'APPLICATION INDUSTRIELLE

L'invention trouve son application industrielle dans la réalisation de machines de caractérisation optique de corps translucides et/ou opaques, et notamment dans la détermination de la couleur de pièces ou de compositions de peintures .