Brevet FR2650890A1 — publié le 19910215

APPAREIL DESTINE A PERMETTRE L'EVALUATION DE LA BRILLANCE D'UNE SURFACE, EN PARTICULIER DE LA PEAU. L'invention est relative à un appareil des- tiné a permettre l'évaluation de la. brillance d'une surface, en particulier de la peau, du genre de ceux qui comprennent une source de lumière dirigée vers la surface a examiner, des moyens photodétecteurs sensibles å la lumière renvoyée par la surface, des moyens pour apprécier la réflexion spéculaire et la réflexion diffuse de la surface et des moyens pour évaluer la brillance à partir de l'appréciation de la réflexion spéculaire et de la réflexion diffuse. FR-A-2 579 884 montre un appareil de mesure de ce type comportant une sonde et une liaison souple à fibres optiques comprenant au moins trois conducteurs optiques. n premier conducteur optique dirige la lumière de la source vers la surface å examiner un deuxième conducteur optique dont l'extrémité est symétrique de celle du premier conducteur par rapport i l'axe d'une ouverture de la sonde, est prévu pour l'appréciation de la réflexion spéculaire. Un troisième conducteur optique ayant son extrémité orientée suittant une direction différente de celle de l'extrémité du second conducteur, permet d'apprécier la réflexion diffuse. Un tel appareil faisant intervenir des fibres optiques est relativement fragile. En outre, l'appréciation de la réflexion diffuse est effectuée dans une direction différente de celle utilisee pour I'apprEciation de la réflexion spéculaire, et la précision de l'évaluation de la brillance peut en Outre affectée L'invention a pour but, surtout, de fournir un appareil du genre défini précédemment, qui ne présente -plus, ou å un degré moindre, . les incon"nients rappelés ci-dessus On souhaite, en particulier, que l'appareil soit robuste et simple 3. utiliser tout en donnant une évaluation précise de la brillance de la surface å examiner. Selon l'invention, un appareil destiné i permettre l'évaluation de la brillance d'une surface, en particulier de la peau, du genre défini précédemment, est caractérisé par le fait que les moyens pour apprécier la réflexion spéculaire et la réflexion diffuse comprennent un filtre polariseur disposé entre la source de lumière et la surface, un filtre analyseur disposé entre la surface et les susdits moyens photodétecteurs de manière a tre traversé psr la lumière renvoyée par la surface et des moyens permettant d'apprécier la réflexion spéculaire avec une orientation parallèle des directions du olariseur et de l'analyseur et d'apprécier la réflexion diffuse avec une orientation a angle droit des directions du polariseur et de l'analyseur. L'appareil peut comporter un seul polariseur et un seul analyseur, des moyens de support rotatifs étant prévus pour permettre de faire tourner le polariseur d'au moins 90. par rapport a l'analyseur afin de passer d'une direction parallèle å une direction orthogonale, les mêmes moyens photodétecteurs recevant successivement le faisceau de la réflexion spéculaire et le faisceau de la réflexion diffuse. Selon une autre possibilité, l'appareil comprend deux analyseurs dont les directions sont disposées a angle droit, l'un des analyseurs ayant sa direction parallèle au polariseur, tandis que l'autre analyseur a sa direction orthogonale a celle du polariseur, deux moyens photodétecteurs semblables étant prévus, chaque moyen photodétecteur étant associé respect vement a un analyseur, de sorte le les faisceaux de la réflexion spéculaire et de la réflexion diffuse sont recueillis símultanéent. De préférence, le plan de l'analyseur est parallèle å celui du polariseur Les plans moyens du polariseur et de l'analyseur peuvent astre confondus. Selon une réalisation intéressante, le polariseur a une forme de couronne circulaire plate, tandis que l'analyseur est constitué par au moins un disque disposé å l'intérieur de la couronne. L'appareil peut comprendre une sorte de bottier cylindrique, muni a une extrémité d'une ouver ture, l'analyseur et le polariseur étant montés coaxialement dans le bottier, tendis que le photodétecteur est monté coaxialement a l'analyseur, du côté opposé a l'ouverture,-en étant tourne vers cette ouverture, la source de lumière étant disposée en arrière du photodétecteur par rapport a 1 'ouverture. Le photodétecteur est avantageusement constitué par une photodiode au silicium, avec un filtre V (3, ayant une sensibilité spectrale comparable a celle de l'oeil humain La source de lumière est avantageusement constituée par une lampe halogène, avec miroir di chroTque. L'appareil comporte de préférence un filtre infrarouge entre la source de lumière et le détecteur. Le bottier cylindrique de l'appareil peut ;tre réalise en trois parties, i savoir une partie inférieure comportant un évidement tronconique dont la petite base constitue l'ouverture du bottier destinée a Etre appliquée contre la surface a examiner ; une partie intermédiaire comportant un passage cylindrique se raccordant a la grande base du tronc de cône, cette partie intermédiaire comportant dans sa paroi une cellule sensible à l'intensité de la lumière incidente, tandis que le polariser est monté rotatif entre cette partie intemdîaire et le socle ;; et une partie supérieure prolongeant la partie intermédiaire, le filtre infrarouge étant disposé entre la partie intermédiaire et la partie supérieure, tandis que la source de lumière est disposée dans la partie supérieure, les moyens photodétecteurs étant situés dans la partie intermédiaire. La surface interne tronconique de l'embase est, de préférence, munie d'un revêtement diffuseur noir, tandis que les surfaces internes de la partie intermédiaire et de la partie supérieure comprise entre la source et le filtre infrarouge, sont munies d'un revsstement diffuseur blanc. L'inention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, sn un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-apres å propos de modes de réalisation décrits avec référence aux dessins ci-annexes, mais ui ne sont nullement limitatifs. La figure 1, de ces dessins, est un sehémn destine a illustrer les phénomènes de réflexion i la surface de la peau. La figure 2, est une coupe axiale d'un appareil selon l'invention. La figure 3, enfin, est une coupe, par un plan orthogonal à l'axe, d'une variante de réa 1 isat ion. En se reportant å la figure 1 on peut voir un schéma illustrant les principes de base mis en oeuvre dans l'appareil de l'invention. Fur cette figure 1, on a représenté en coupe, à grande échelle, une zone de peau constitue, lorsque l'on passe de l'extérieur a l'intérieur, de la couche cornée 1, de l'épiderme 2 et du derme 3. L'appareil de l'invention, destiné å permettre d'évaluer l'aspect brillant de la peau, comporte une source de lumière 4 qui envoie un faisceau 5 sur la surface 6 b examiner. Un polariseur rectiligne 7 est disposé entre la source de lumière 4 et la surface 6 de sorte que la lumière tombant sur cette surface ect polarisée. Des moyens photodétecteurs 8 sont prévus pour recueillir une partie de la lumière renvoyée par la surface 6. Un filtre analyseur 9 est disposé entre la surface 6 et les moyens photodétecteurs 8. Le filtre analyseur 9 est du même type que le polariseur rectiligne 7 La source de lumière 4 peut strie monochromatique ou polychromatique. La lumière réfléchie présente des diffÇrenees de propriétés de polarisation, selon qu'il s'agit de la lumière se rapportant à la brillance et de celle qui se rapporte a la couleur. Lorsqu'un faisceau de lumière atteint la surface d'un objet, une partie est réfléchie sous un angle de réflexion égal à l'angle d'incidence : c'est la composante spéculaire, qui est achromatique et qui possède les mimes propriétés de polarisation que le faisceau incident, Dans l'exemple considère de la peau, cette réflexion est assurée par la couche cornée et.est désignée par lb. Une autre partie du faisceau de lumière incident, b l'origine de la couleur, pénètre dans le milieu où elle subit des phénomènes de diffraction qui entratnent en particulier une dépolarisation du signal, et est renvoyée en direction des moyens photodétecteurs 8. Dans l'exemple considéré, cette partie de la lumière, a l'origine de la couleur, subit les phénomènes de diffraction essentiellement dans le derme. La fraction de lumière ainsi renvoyée vers les moyens photodétecteurs est désigne par lc. En résumez I'intensitE réfléchie Ir vue par les moyens photodétecteurs 8 correspond 9 la formule suivante : Ir = Ib cos2&alpha; + 1/2Ic oi'j est l'angle entre les directions du polariseur 7 et de l'analyseur 9. Lorsque polariseur 7 et analyseur g ont leurs directions parai : Irl = lb + 1/2 Ic Dans ce cas, on privilégie la réflexion spculalre et le signal obtenu, sur les moyens photodétecteurs 8, est davantage lié à l'aspect brillant de la peau. Lorsque polariseur 7 et analyseur 9 ont leurs directions perpendiculaires, on privilégie cette fois la réflexion diffuse et le signal obtenu sur les moyens photodétecteurs Ic 8 est essentiellement lié i l'intensité de la lumière dépolarisée 1r2 = 1/2 Ic. En faisant la différence entre les valeurs Iri et lr2, correspondant aux signaux obtenus, on déduit lb qui est représentatif de la réflexion spéctaculaire ou de surface, liée à l'aspect plus ou moins brillant de la peau. On effectue ainsi une Çvaluation de la brillance. Comme visible d'après l'exemple de realisation, représenté sur la figure 2, l'appareil A conforme å l'invention comprend une sorte de bottier cylindrique 1 muni, à une extrémité, d'une ouverture 11 de diamètre réduit, par exemple de l'ordre de deux centimètres, destinée 3 astre appliquée contre la sur- face fi examiner. Le bottier 10 est réalise en trois parties; a savoir une partie inférieure 12 comportant une évidement tronconique 13 dont la petite base constitue t'ouverture Il ; une partie cylindrique intermediaire 14 comportant un passage cylindrique 15 se raccordant a la grande base de l'évidement 13 ; et une partie supérieure 16 prolongeant la partie 15 et comportant n logement cylindrique. La surface de l'évidement 13 est unie d'un reswêtement diffuseur noir propre à diminuer le signal parasite dO a la lumière dépolarisée par les réflexions sur les parois de l'appareil. La source de lumIère 4 est, par exemple, une source de lumière blanche dont l'axe est confondu avec celui du bottier 10. Cette source 4 est combinée avec un reflerteur parabolique 17 dont la concavité est tournée vers l'ouverture 11, pour crier un faisceau directif. Il serait possible cependant d'éclairer la surface 6 en lumière diffuse. La source lumineuse a est avantageusement constituée par une lampe halogène, et le réflecteur 17 par un miroir dichroique. Le contour du miroir 17 est en appui sur un épaulement interne 18 de la partie 16 Cet épaulement 18 constitue la face arrière d'un manchon 19 prolongeant la partie 16 suivant un diamètre extérieur plus réduit, ce manchon 19 étant embotté, par son extrémité, dans la partie intermédiaire 14. Un filtre infrarouge 20 est disposé dans un évidement annulaire de la paroi interne de la partie 14 et maintenu dans ce logement par l'extrémité frontale du manchon 19. Le plan moyen du filtre 20 est orthogonal A l'axe du bottier 10. La surface interne du passage 15 et la surface interne 19a du manchon sont munies d'un reetement diffuseur blanc propre à réfléchir la lumière émise de manière diffuse, et à homogénéiser la lumière incidente. Les moyens détecteurs 8 sont constitués par une photodiode 21 au silicium, combinez auec un filtre V (A5, de manière à avoir une sensibilité spectrale comparable å celle de l'oeil humain. La photodiode 21 est disposée au fond d'un godet 22, coaxial au bottier 1 et en appui contre la face du filtre 20 opposée å la source 4. La photodiode 21 et le godet 22 sont tournés vers l'ouverture tl. Un élément photosensible 23 est en outre encastré dans la paroi interne de la partie 14 de manière a détecter l'intensité de la lumière incidente provenant de la source 4 et a permettre, le cas échéant, de s'affranchir des variations d'intensité de la lumire émise par cette source. Le polariseur 7 a la forme d'une couronne plate monté rotative entre la partie inférieure 13 et la partie intermédiaire 14, dans un logement annulaire 24 prévu en extrémité de cette partie 14. L'amplitude de la rotation possible du polariseur 7, autour de l'axe du bottier 10, est d'au moins 90' ; cette rotation peut être commandée manuellement par action sur une manette 25 faisant saillie sur la paroi latérale cylindrique du bottier 14. En variante, on pourrait prévoir une commande automatique de cette rotation. La paroi cylindrique extérieure du godet 92 s'ajuste dans l'ouverture circulaire du polariseur 7, le godet faisant légèrement saillie au-delS de ce polariseur en direction de l'ouverture 11. L'analyseur 9 a son plan parallèle a celui du polariseur 7. Dans l'exemple consideré, le plan moyen de l'analyseur 9 est confondu avec celui du polariseur 7. L'analyseur 9 a la forme d'un disque maintenu dans le godet 22, par tout moyen approprié, A la hauteur du polariseur 7. Le godet 22 et l'analyseur 9 ont une position fixe par rapport au bottier t0. Les moyens photodétecteurs 8 sont reliés å des moyens électroniques 26 permettant 1' d'assurer, notamment, l'amplification des signaux, l'affichage et éventuellement la mémorisation des valeurs. Ces moyens électroniques 26 peuvent 8tre prévus pour effectuer la différence entre les valeurs Iri et 1r2 et afficher directement l'évaluati.on de la brillance. L'utilisation de l'appareil A résulte immédiatement des explications qui précèdent. L'appareil est appliqué, par son ouverture ri, sur une zone de peau dont on veut evaluer la brillange. Une première mesure est effectuez alors que la. direction du polariseur 7 est parallèle a celle de l'analyseur 9. Le résultat de cette mesure peut être ou bien affiché numériquement sur l'écran 27 des moyens électroniques 26 ou bien mis en mémoire par ces moyens. Puis on fait tourner soit manuellement, soit automatiquement, le polariseur 7 de manière à placer sa direction a angle droit vis-å-vis de celle de l'analyseur 9. Une deuxième mesure est effectuée et son résultat est soit mémorisé soit affiché sur l'écran 27. L'évaluation de la brillance est obtenue å partir de la différence entre ces deux résultats. Cette différence peut tre effectuée automatiquement par les moyens lectroniques 28 a partir des valeurs mémorisées, puis affichée sur l'écran 27. Dans le cas d'une version plus simple de l'appareil, où les moyens électroniques 26 ne comportent ras de moyens de mssmorisation, IXopbr3teur effee.- tue lui-même la différence entre les résultats qui ont été effichés précédemment sur l'écran 27. La figure 3 montre, sommairement, une variante de réalisation de l'appareil A de la figure 2, selon une coupe orthogonale b l'axe du bottIer. Selon cette variante, l'appareil comporte au moins un couple d'analyseurs 109a, 109b à constitués par deux disques identiques mais dont les directions de polarisation, schématisées par des flèches, sont rå angle droit. Ces analyseurs 10qr qb sont disposés de manière symotrique a l'intérieur de l'ouverture centrale du polariseur 107 en couronne, de manière å recevoir les faisceaux de lumière réfléchie temblables. L'un des analyseurs, par exemple 10q~, a sa direction parallèle a la direction du polariseur 107 en conséquence, l'autre analyseur 19b a sa direction orthogonale a celle du polariseur 107. Des moyens photodétecteurs 18a, 108b iden tiques sont associés a chaque analyseur tPF9;-, 109b. Les signaux fournis par les moyens photodétecteurs 108a, 1RRb sont envoyés sur des moyens électroniques 126 propres a faire la différence entre ces signaux. pour afficher une évaluation de la brillance. L'appareil conforme à cette variante permet une mesure simultanée de la réflexion spéculaire et de la réflexion diffuse. Le filtre polariseur 107 est mont fixe dans le bottier 110. Jl est clair que l'on pourrait prévoir plusieurs couples de photodétecteurs, disposés symetriquement ; la valeur de la réflexion spéculaire serait constitue par la moyenne des résultats fournis par chaque photodêtecteur ayant sa direction parallèle au polariseur 17, et, d'une manière analogue, pour la réflexion diffuse en liaison avec les analyseurs ayant leur direction orthogonale a celle du polariseur 107. L'appareil conforme à l'invention est d'un encombrement réduit, facile a manipuler et ss tranCporter il permet d'effectuer une analyse quantitative de la brillance sur de petites zones In vivez en s'affranchissant du relief cutané. La mesure de la brillance s'effectue dans de bonnes conditions puisque la réflexion spéculaire et la réflexion diffuse sont mesurées suivant la même incidence. L'évaluation distincte de la couleur et de l'aspect brillant en tout point de l'espace peut entre effectuée non seulement si la zone étudiés est éclairée par un faisceau collimaté mais également par une source diffuse. Un tel appareil permet, notamment, de mesurer in ivo les variations de la brillance de la peau en fonction des produits cosmétiques appliqués sur la peau. RlEVEDlCATlONS 1. Appareil destiné a permettre l'évaluation de la brillance d'une surface, en particulier de la peau, comprenant une source de lumière (4) dirigée vers la surface (6) .S examiner, des moyens photodétecteurs (8) sensibles R la lumière renvoyée par la surface, des moyens pour apprécier la réflexion spéculaire et la réflexion diffuse de la surface et des moyens pour évaluer la brillance å partir de l'appréciation de la réflexion spéculaire et de la réflexion diffuse, caractérisé par le fait que les moyens pour apprécier la réflexion spéculaire et la réflexion diffuse comprennent un filtre polariseur (7) disposé entre la source de lumière (4) et la surface t6!, un filtre analyseur (9) disposé entre la surface et les susdits moyens photodétecteurs (8) de manière a atre traversé par la lumière renvoyée par la surface et des moyens (24, 25 ; 109a, 109b) permettant d'apprécier la réflexion spéculaire avec une orientation parallèle des directions du polariseur et de l'analyseur et d'apprécier la réflexion diffuse avec une orientation å angle droit des directions du polariseur et de l'analyseur. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un seul polariseur (7) et un seul analyseur (S), des moyens de support rotatif (13, 24, 25) étant prévus pour permet tr de faire tourner le polariseur (7? d'au moins 90 par rapport a l'analyseur (9) afin de passer d'une direction parallèle a une direction orthogonale, les mêmes moyens photodétecteurs (8) recevant successivement le faisceau de la réflexion spéculaire et le faisceau de la réflexion diffuse. .3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend deux analyseurs r19a. 10qhss dont les directions sont Hisposaes a angle droit, l'un des analyseurs (109a) ayant sa direction parallèle au polariseur (17), tandis que l'autre analyseur (109b) a sa direction orthogonale A celle du polariseur (17), deux moyens photodétecteurs semblables (108a, lss8b! étant prévus, chaque photodêtecteur étant associé respectivement a un analyseur, de sorte que les faisceaux de la réflexion spéculaire et de la réflexion diffuse sont recueillis simultanément. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qe le plan de l'analyseur (9) est parallèle å celui du polariseur (7). 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les plans moyens du polariseur (7 ; 17) et de l'analyseur (9 ; 109a, 109b) sont confondus. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le polariseur (7, 107) a une forme de couronne circulaire plate. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'analyseur (9, 109a), 109b) est constitué par au moins un disque disposé a l'intérieur de la couronne (7,107). 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend une sorte de bottier cylindrique (10), muni a une extrémité d'une ouverture (11), l'analyseur (7) et le polariseur (9) étant montés coaxialement dans le bottier, tandis que le photodétecteur (8) est monté coaxialement A l'analyseur (7), du coté opposé à l'ouverture en en étant tourné vers cette ouver ture, la source de lumière (4) étant disposée en arrière du photodétecteur par rapport à l'ouverture. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le photodétecteur (8) est constitué par une photodiode au silicium ayant une sensibilité spectrale comparable A celle de l'oeil humain. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la source de lumière (4) est constituée par une lampe halogène, avec miroir dichroïque (17).