Brevet FR2343245A1 — publié le 19770930

La présente invention concerne un dispositif optique pour appareil de mesure permettant de déterminer la brillance ou le facteur de réflexion d'une surface métallique, ou plastique, ou d'une surface recouverte d'un revêtement. Dans les appareils des techniques antérieures tels que les appareils de mesure de brillance dont le principe est illustré sur la figure 1, les rayons lumineux émis sous un angle e par une source de lumière, telle qu'une lampe 1, sont collimatês en un faisceau sensiblement parallèle par une lentille 2 et viennent illuminer un échantillon de surface 3 à mesurer. Cette lumière est réfléchie par l'échantillon de surface sous un angle de réflexion égal à l'angle d'incidence, puis focalisée sur l'ouverture 5 d'un récepteur de lumière 6 par une lentille 4. Cette lumière focalisée pénètre dans le récepteur de lumière 6 qui mesure électriquement la quantité de lumière reçue (la partie de mesure n'étant pas représentée).La valeur de brillance à mesurer se détermine alors en comparant la valeur de la lumière reçue à celle qu'on obtiendrait en utilisant une plaque étalon à la place de l'échantillon à mesurer. En général, le filament de la lampe servant de source de lumière, se présente sous la forme d'une ligne droite, d'un anneau, d'une bobine ou autre. Bien qu'on précise en général la taille maximale du filament à utiliser (par exemple 3 x 1 mm), la taille de l'image de ce filament dans l'ouverture 5 ntest pas prédéterminée. Par suite-, le faisceau de lumière qui illumine la surface d'échantillon n'est pas parfaitement collimaté et manque d'uni. formité comme illustré sur la figure 2. La référence 7 de la figure 2 représente en pointilles la manière dont l'échantillon est illuminé dans le cas où la source de lumière est un filament bobiné en hélice. Lorsque le filament présente la structure représentée sur la figure 10, la partie 8 des échantillons qui correspond à l'image du filament est très brillante. Comme indiqué sur la figure 7, l'image formée à l'endroit de l'ouverture 5 présente des parties-brillantes et sombres du fait de la présence de l'image du filament. Dans les mesures de brillance, il est souhaitable que l'illumination de 11 échantillon et la lumière au niveau de l'ouverture 5 soient uniformes. Si c'est le cas, la précision est grande comme cela apparaîtra d'après les résultats expérimentaux décrits ci-après. Si la taille de l'image de l'ouverture change, la valeur de la brillance mesurée change. Si l'on remplace par exemple la lampe servant de source lumineuse par une autre, lorsqu'elle est détériorée ou usée, et si la taille du filament de la nouvelle lampe diffère de celle de la vieille lampe, la valeur de brillance ou de réflexion mesurée est différente de celle obtenue avant le remplacement de la lampe. Lorsqu'on mesure un objet fortement réfléchissant tel qu'une plaque d'aluminium ou une feuille d'aluminium plaquée, à l'aide d'un instrument de mesure conforme à la technique antérieure, et lorsque l'échantillon est mesuré après étalonnage de l'appareil de mesure à l'aide d'une plaque standard, il arrive très souvent qu'on sorte de l'échelle. On utilise alors un procédé consistant à interposer un filtre (non représenté) destiné à atténuer la brillance de la source, entre la lentille 2 et l'échantillon 3 de la figure 1. On effectue alors un étalonnage pour obtenir un réglage standard à une valeur plusieurs dizaines de fois plus grande que la valeur standard, et la valeur ainsi obtenue est ensuite multipliée par le facteur de réglage, ce qui permet ainsi d'évaluer la quantité de lumière réfléchie par l'échantillon. Ce procédé présente de moins bonnes caractéristiques de reproductibilité et sa précision est faible. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients ci-dessus et d'obtenir des mesures reproductibles même après remplacement de la lampe source de lumière, tout en permettant la mesure de valeurs réfléchies par des échantillons très réfléchissants en conservant une très grande précision sans interposition d'un filtre ou autre dans le système optique. La description ci-après se réfère aux dessins ci-joints dans lesquels - La figure 1 est un schéma d'un dispositif optique de technique antérieure pour la mesure de l'état de brillance des surfaces; - La figure 2 est un schéma représentant la manière dont une surface d'échantillon est illuminée par la lumière d'un dispositif optique de technique antérieure; - Les figures 3, 4 et 5 sont des scHémas représfntant des formes de réalisation du dispositif optique selon la pr > sente invention; - La figure 6 est un schéma representant la manière dont une surface d'échantillon est illuminée par le dispositif optique selon la présente invention;; - La figure 7 est un schéma de l'image formée a' l'endroit de l'ouverture prévue du côté de réception de lumière d'un dispositif de technique antérieure; - La figure 8 est un schéma de l'image obtenue dans une ouverture selon la présente invention lorsqu'on utilise une disposition dans laquelle l'image est située à l'endroit du diaphragme à trou d'aiguille; - La figure 9 est un schéma semblable à celui de la figure 8 pour une disposition dans laquelle l'image est située en avant du diaphragme à trou d'aiguille; - La figure 10 est un schéma représentant la forez d'un filament de lampe source de lumière; - La figure Il est un schéma d'un dispositif optique de technique antérieure cortespondant aux standards américains. La figure 3 représente une première forme de réalisation de l'invention dans laquelle le dispositif optique est constitué par une partie de source de lumière 13 dans laquelle les rayons lumineux sont issus du filament d' une lampe 9 qui peut être une lampe à halogènes ou une lampe à filament de tungstène. Ces rayons lumineux sont focalisés par une lentille 10 de manière a4 former une image située à l'endroit d'un diaphragme à trou d'aiguille 12 percé dans une plaque de diaphragme 11. Le dispositif optique comprend également une partie optique de lumière incidente 19 dans laquelle les rayons lumineux issus du trou d'aiguille 19 jouant le rôle de source sont collimatés par une lentille 14 pour former un faisceau parallèle tombant sur l'échantillon 15 en formant un certain angle avec celui-ci. Le dispositif optique comprend enfin une partie de réception de lumière dans laquelle les rayons lumineux réfléchis par l'échantillon sont focalisés par une lentille 16 pour atteindre le récepteur de lumière 18 en traversant l'ouverture 17. La partie de source de lumière 13 et la partie optique de lumière incidente 19 peuvent glisser l'une par rapport à l'autre suivant un axe optique commun. A titre d'exemples, la jonction entre ces deux parties peut être constituée par une structure télescopique tubulaire dans laquelle les tubes intérieur et extérieur peuvent glisser l'un sur l'autre de façon qu'on puisse ainsi régler la distance entre la lentille 1G et le diaphragme à trou d'aiguille 12. Dans leMdispositif représenté sur la figure 3, l'image du filament est focalisée à l'endroit du trou d'aiguille, alors que dans le dispositif représenté sur la figure 5 qui comporte les mêmes éléments de structure que ceux de la figure 3, l'image est focalisée en avant du trou d'aiguille. Le trou d'aiguille est de taille constante et cette taille est plus petite que l'image du filament, de sorte que les rayons lumineux provenant du pourtour du filament sont stoppés, et que seuls les rayons restants tombent sur l'échantillon. Etant donné qu'un tel trou d'aiguille forme une source lumineuse pratiquement ponctuelle, le faisceau de lumière qui illumine l'échantillon est de brillance parfaitement uniforme, ce qui permet de recevoir un faisceau réfléchi extrêmement précis. La manière suivant laquelle l'échantillon est illuminé est représentée sur la figure 6 dans laquelle un ensemble de points 20 représente la partie lumineuse. On constate à l'évidence que l'uniformité de l'intensité lumineuse est bien meilleure que dans le cas de la figure 2. L'ouverture 17 du récepteur de lumière est de taille plus grande que l'image. Quand le trou d'aiguille est situé au point focal de la lentille 10, comme indiqué sur la figure 3, la lumière tombant sur la surface de l'échantillon est intense et l'image formée à l'endroit de l'ouverture 17 du récepteur de lumière 18 est un faisceau focalisé intense de même forme que le trou d'aiguille représenté sur la figure 8. Quand le trou d'aiguille est placé à une certaine distance du point focal, comme illustré sur la figure 5, un faisceau de lumière de même forme et de même taille que le faisceau ci-dessus, mais d'intensité plus faible, tombe sur la surface de l'échantillon, de sorte qu'un faible faisceau lumineux de même forme et de même taille est obtenu à l'endroit de l'ouverture du récepteur de lumière, ce qui permet d'éviter de sortir des limites de l'échelle lorsqu'zon mesure la réflexion d'échantillons à très haut pouvoir réflecteur. La-figure 9 représente l'image de ltouverture dans ce dernier cas. Dans la seconde forme de réalisation de l'invention représentée sur la figure 4, on utilise un dispositif optique dans lequel la lentille est remplacée par un miroir dans la partie de source lumineuse. La référence 21 désigne ce miroir réflecteur, la référence 9 désigne la lampe source de lumière, la référence Il le diaphragme à trou d'aiguille, la référence 12 le trou d'aiguille, la référence 14 une lentille, la référence 15 l'échantillon à examiner, la référence 16 une lentille, la référence 17 une ouverture et la référence 18 un récepteur de lumière. Le dispositif optique est de construction semblable à celle de la précédente forme de réalisation et fonctionne de la même manière. Le dispositif permettant d'obtenir le mouvement relatif entre la partie de source lumineuse et la partie optique de lumière incidente, n'a pas été représenté sur le dessin. La brillance d'un certain nombre d'échantillons a été mesurée à l'aide du dispositif selon la présente invention et à l'aide d'un dispositif de technique antérieure, et les résultats obtenus sont portés dans le tableau I. Les expériences NO 1 et 2 ont été faites en utilisant le dispositif optique de technique antérieure, les expériences NO 3 et 4 ayant été faites à l'aide du dispositif optique selon la présente invention. Avec le dispositif de technique antérieure, l'échantillon 5-4 présente une différence de brillant de 2,5 lorsqu'elle est mesurée à l'aide de différents types de lampe, ceci étant aû à la différence entre les différents types de lampes sources de lumière (ces lampes ont des filaments de tailles différentes). D'autre part, les différences entre les valeurs de brillance mesurée sur le même échantillon à laide de l'appareil selon la présente invention ne dépassent pas 0,6.Cela veut dire que les mesures effectuées à l'aide de l'appareil de technique antérieure présentent une grande dispersion, alors que les mesures effectuées à l'aide de l'appareil selon la présente invention ne présentent qu'une faible dispersion et sont bien reproductibles. Les valeurs mesurées à l'aide d'un dispositif réglé de manière à former l'image du filament à l'endroit du trou d'aiguille, comme dans la figure 3, sont comparées aux valeurs mesurées à l'aide du même dispositif lorsque l'image du filament est formee en avant du diaphragme à trou d'aiguille, comme dans la figure 5. Ces valeurs sont très cohérentes comme indiqué dans le tableau II. On a également vérifié que ces mesures présentaient une bonne reproductibilité. A titre de référence, le document de 1'ASTM D1223 des Etats-Unis contient une mesure de la valeur de brillance du papier sous incidence de 750. Bien que le dispositif utilisé pour Tableau I 1 Cv N 9 (V 9 *1 TC &commat; ^ 000003 V^ Valeurs mesurées par un irocédé + Valeurs mesurées selon la VI" N0 c > | r Q,s QI oc 1 2 r10 ric 1 rc Type de source Lampe a Lampe à filament Différence Lampe 9 9,Nqo H V)C > H UI u) r, r r (Y L: 9 0 t 9 m c m ;ld de &num; (1) N halogènes de tungstène (3) X (4) s3 cv c or C Image de zo, n Er X Uq Ea a Image du lumière filament filament Point J :s sc, 1 EE aur Symbole des ': échantillons rl C 0 cJscoOO !; o 26,7 O b ç q j H 25,9 a X > X ~ ~ Y" 1 Q; XS 29,0 27,7 + os U1 26,2 x 0,2 9, I OrsrlNrl o H > -4 aJ oo + + + + + + '13 ur yy Présente Pratiquement nulle ts C . C G} X X ^5 4&num;s &num; &commat; HP t 1: -9 od 0 &commat; o o N b m n h '9 > &commat; E &commat; O &commat; O dV X b b t v > d: 4 H q x X N N N n 4 C &num; ad Q Pq {v $&commat; wo &commat; &commat;0 t xh E &commat; u^, 0 fd Q w h: &commat; &commat; t t b o b &commat; H P4O &commat; ~I E O o 4 > 5 z E N z X N N cq ~ &commat; M C a h O d ot O Q = h H &commat; X H . a 04 X ç s-d &commat; U} orl Q} h z1 Ç W1 dO E t &commat;4 O &commat; 9 Z &commat; 2 Q d n 4 A 4 t-1 &commat; h ES X t o W Ch O n: > o d S At E u ) v) en xn u) v7 QQ t ;l > H aDueT q ap sJnaleA ~ * Différence de valeurs de brillance mesurées entre deux lampes. Tableau II Valeurs de brillance Image formée à l'endroit du Image formée en avant du Cas trou d'aiguille trou d'aiguille Echantillons 1 562,4 561 2 413,0 410 3 386,6 385 4 381,4 380 5 235,0 233 6 108,8 108 7 87,6 87 déterminer cette valeur ressemble à celui de la présente invention, il s'en distingue cependant très clairement. Ce dispositif optique connu est représenté su la figure 11. Un faisceau de lumière tombe sur un échantillon 34 en provenance d'une lampe 38, d'une lentille condensatrice 30, d'une ouverture 31, d'une lentille de projection 32 et d'une ouverture d'écran 33.La lumière réfléchie forme une image sur une lentille 35 alignée avec une fenêtre réceptrice de lumière et pénètre dans un récepteur de lumière 36. La disposition optique entre la lampe et l'ouverture est semblable à celle de la présente invention. Ce dispositif connu ne comporte cependant pas de moyens permettant de régler la position du trou d'aiguille, et n'a pas le même but que la présente invention. Le but du dispositif ASTM est d'obtenir un pinceau fin de lumière pour illuminer la surface de l'échantillon sous une incidence de 750 en utilisant lrouverture d'écran. La lumière tombant sur la surface de l'échantillon ne forme pas un faisceau collimaté. La taille-de l'ouverture 31 est plus grande que celle de l'image du filament et l'image formée sur la fenêtre réceptrice de lumière du côte récepteur de lumière est celle d'un filament de taille 1,5 mm x 0,8 mm, l'image étant formée dans un trou circulaire de diamètre S mm. Ce dispositif connu ne permet donc pas d'obtenir une distribution uniforme de l'intensité lumineuse dans l'image, comme c'est le cas dans la présente invention et, de plus, une erreur liée à la taille du filament est inévitable chaque fois qu'on remplace la lampe. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Dispositif optique de mesure de la brillance ou le pouvoir réflecteur d'une surface, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend un premier tube, une source de lumière à filament placée dans ce premier tube, des moyens de focalisation placés dans ce premier tube de manière à recevoir la lumière venant de la source et à la focaliser en un point placé sur l'axe du tube, un second tube s'engageant de façon télescopique dans le premier tube, un diaphragme à trou d'aiguille placé dans ce second tube au voisinage de l'extrémité située du côté du premier tube, ce diaphragme étant percé d'un trou d'aiguille situé sur l'axe du second tube, lequel coïncide avec l'axe du premier tube, ce trou d'aiguille étant plus petit que l'image du filament de la source de lumière, et enfin une lentille collimatrice placée dans le second tube de manière à recevoir la lumière issue du trou d'aiguille pour former un faisceau de lumière parallèle, l'extremrté du second tube la plus éloignée du diaphragme à trou d'aiguille entant ouverte, grâce à quoi les tubes peuvent glisser télescopiquement l'un par rapport à l'autre de façon qu'on puisse régler la position du point de focalisation de la lumière par rapport au trou d'aiguille. 20) Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de focalisation sont. constitués par une lentille placée dans le premier tube. 30) Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de focalisation sont constitués par un réflecteur placé derrière la source de lumière par rapport au second tube. 40) Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de lumière est une lampe à halogènes. 50) Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de lumière est une lampe à filament de tungstène. 60) Appareil de mesure de brillance comprenant le dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, appareil caractérisé en ce qu'il comprend une partie de source de lumière et une partie optique de lumière incidente permettant de diriger un faisceau de lumière sur la surface d'un échantillon, et une partie réceptrice de lumière destinée à recevoir la lumière réfléchie par l'échantillon, la partie de source de lumière et la partie optique de lumière incidente étant constit ées par un premier tube, une source de lumière à filament placée dans ce premier tube, des movens de focalisation placés dans ce premier tube de manière à recevoir la lumière venant de la source et à la focaliser en un point situé sur l'axe du premier tube, un second tube s'engageant télescopiquement dans le premier tube, un diaphragme à trou d'aiguille placé dans le second tube au voisinage de l'extrémité située du côté du premier tube, ce dia,shragme étant percé d'un trou d'aiguille situé sur l'axe du second tube, lequel coïncide avec l'axe du premier tube, le trou d'aiguille étant plus petit que l'image du filament de la source de lumière, et une lentille collimatrice placée dans le second tube de manière à recevoir la lumière provenant du trou d'aiguille pour former un faisceau parallèle de lumière collimatée, l'extrémité du second tube la plus éloignée du diaphragme à trou d'aiguille étant ouverte, grâce à quoi les tubes peuvent glisser telescopiquement, l'un par rapport à l'autre pour permettre le réglage de la position du point de focalisation de la lumière par rapport à la position du trou d'aiguille, es tubes étant dirigés vers l'échanti ion à mesurer de façon à projeter le faisceau de lumière sous une incidence donnée sur l'échantillon, la partie réceptrice de lumière étant percée d'une ouverture de réception de lumière plus grande que la taille du filament.