Brevet FR2713338A1 — publié le 19950609

DISPOSITIF OSQUE POURMESURER LES CARACTERISTIQUES D'UNE SOURCE LUMNEUSE La présente invention concerne le domaine technique du contrôle des caractéristiques, en particulier, spatiales et spectrales d'une source lumineuse, à l'aide d'un appareil de traitement de la lumière, tel qu'un photomètre ou, de préférence, un spectromètre appelé aussi spectroradiomètre. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine technique où il est exigé de connaître, avec précision, la répartition spectrale dans l'espace et le temps, de l'énergie émise par une source afin d'assurer une fonction précise. Un domaine d'application de l'invention est celui de la signalisation, notamment des pistes des aéroports à l'aide de lumières adaptées pour présenter une visibilité optimale, en particulier, en cas de brouillard. Une application préférée de l'invention concerne le contrôle de la qualité d'un film photosensible à l'aide d'une source lumineuse. Dans le domaine technique préféré ci-dessus, il est connu d'avoir recours à une source lumineuse de caractéristiques spectrales déterminées, afin d'apprécier la qualité d'un film photosensible. La mesure des caractéristiques des films permet de déterminer si les films fabriqués correspondent aux critères de qualité souhaités. Au cours de ce processus de contrôle, le film est exposé par une source de lumière. I1 convient donc parfois de changer la lampe de l'appareil d'exposition, lors de sa défaillance, par une source lumineuse présentant des caractéristiques spatiales et spectrales identiques. Un examen attentif des mesures effectuées a permis de mettre en évidence une relation de cause à effet, entre le changement de la lampe et une variation dans la mesure réalisée. En effet, même si les lampes utilisées relèvent d'un même type, il apparaît que la nature et/ou la géométrie de l'enveloppe de verre et/ou la position du filament par rapport à cette enveloppe varient d'une lampe à l'autre, conduisant ainsi à un changement spatial et spectral de la répartition de la lumière. Le Demandeur a donc constaté que le contrôle de la qualité d'un film exige de résoudre le problème du contrôle des caractéristiques spatiales et spectrales de chacune des sources lumineuses utilisées. Le problème formulé par le Demandeur est donc de vérifier les caractéristiques spatiales et spectrales de chaque source lumineuse installée in situ, afin de déterminer si le défaut détecté correspond à une altération de la qualité du film ou provient d'un changement des caractéristiques de la source lumineuse utilisée. Pour résoudre le problème technique de l'étude spatiale, il doit être tenu compte du fait que le cône d'éclairement d'une telle lampe est généralement plus large que celui susceptible d'être pris en compte par un spectromètre. I1 a donc été envisagé de déplacer le spectromètre à l'intérieur du cône d'éclairement de la source lumineuse. Il s'est avéré qu'une telle solution ne donnait pas satisfaction. En effet, un spectromètre est constitué généralement d'éléments optiques de décomposition spectrale placé en relation d'un ensemble de détection muni d'un ou plusieurs détecteurs photoélectriques. Le déplacement du spectromètre entraîne des vibrations modifiant la position relative entre les éléments optiques de décomposition et l'ensemble de détection photoélectrique. I1 a été, également, envisagé de déplacer la lampe en relation du spectromètre monté de manière fixe. Il s'est avéré que cette solution ne donnait pas satisfaction. En effet, dans le cas de l'utilisation d'une lampe à filament, ce dernier est soumis, pendant le déplacement de la lampe, à des accélérations et décélérations conduisant à une modification des caractéristiques d'émission de la lampe. De plus, les constructeurs de lampes donnent les recommandations de positionnement pour l'utilisation correcte de la lampe. Face à une telle situation, le Demandeur a continué ses investigations et a mis au point un dispositif permettant de contrôler et mesurer avec précision, à l'aide d'un appareil de traitement de la lumière, les caractéristiques notamment spatiales et spectrales d'une source lumineuse dont le cône d'éclairement présente des dimensions supérieures à celui pris en compte par l'appareil. L'objet de l'invention vise donc à proposer un dispositif comportant un guide de lumière déformable destiné à recevoir la lumière traversant un système optique mobile de scrutation de la source lumineuse à l'une de ses extrémités, et à transmettre la lumière à un système optique fixe de récupération et de transmission de la lumière à l'appareil de traitement à l'autre de ses extrémités. Un tel dispositif de contrôle présente l'avantage d'autoriser le contrôle des caractéristiques d'une source lumineuse à l'aide d'un appareil de traitement en laissant fixe à la fois la source lumineuse et l'appareil. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue d'un exemple de réalisation d'un dispositif de contrôle conforme à l'invention. La fig. 2 est un schéma illustrant le cheminement des rayons lumineux entre la source et l'entrée du guide de lumière. La fig. 3 est un schéma illustrant le cheminement des rayons lumineux entre la sortie du guide de lumière et l'appareil de traitement de la lumière. Tel que cela apparaît plus précisément sur la fig. 1, le dispositif 1 conforme à l'invention est adapté pour contrôler les caractéristiques d'une source 2 lumineuse, telle qu'une lampe à incandescence ou autre type, à l'aide d'un appareil 3 de traitement de la lumière. L'appareil 3 est un capteur sensible au rayonnement émis par la source, tel qu'un photomètre ou un spectromètre, appelé aussi spectroradiomètre. Le dispositif 1 comporte un guide de lumière déformable 4 constitué, de préférence, par une fibre optique présentant une extrémité d'entrée q et une extrémité de sortie 42. La fibre optique 4 doit être constituée à partir de matériaux adaptés au domaine spectral analysé. Le diamètre et l'ouverture numérique de la fibre doivent être choisis pour obtenir un couplage optique optimum. Les indications fournies dans la suite de la description, notamment en relation des fig. 2 et 3, feront mieux comprendre à l'homme de l'art ce qu'il convient d'entendre par couplage optique optimum. Dans le mode de réalisation préféré, la fibre 4 présente un diamètre de l'ordre de 400 zm et une ouverture numérique de l'ordre de 0,06. Le guide de lumière déformable 4 est destiné à recevoir, par son d'extrémité d'entrée 41, la lumière traversant un système optique mobile 5 de scrutation ou de prélèvement de la lumière issue de la source 2. Le système optique 5 comporte une pupille d'entrée adaptée pour prélever une partie déterminée de la lumière émise par la source lumineuse 2 et une pupille de sortie. Le système optique 5 est adapté pour focaliser la lumière sur l'extrémité d'entrée 41 du guide de lumière 4. La fig. 2 représente schématiquement le cheminement des rayons lumineux issus de la source 2 et parvenant à la fibre optique 4 à l'aide du système optique 5. Ce schéma permet de comprendre l'un des objectifs de l'invention qui consiste à transmettre, de manière stable vers le spectromètre de mesure 3, toute l'information prélevée. Le flux lumineux prélevé par le système optique 5 est limité par un angle solide O défini par l'ouverture de la pupille d'entrée qui possède un rayon et par la distance D entre la pupille d'entrée et la source 2. Le système optique 5 forme sur l'extrémité d'entrée 4, de la fibre, l'image de la pupille d'entrée, ce qui détermine le grandissement et la position du système optique 5. L'angle solide d'entrée permet de déterminer l'angle ss des rayons parvenant à la fibre optique 4. Il est évident que pour transmettre toute l'information, l'angle P devra être tel que sin ss Le système optique 5 est monté à l'intérieur d'un boîtier 6 sur lequel est montée fixement la partie d'extrémité d'entrée 4, du guide de lumière. Avantageusement, le boîtier 6 est monté sur une structure de guidage et de déplacement 7 adaptée pour placer le système optique 5 de manière à assurer un prélèvement de la lumière sur la totalité du cône d'éclairement 21 issu de la source lumineuse 2. De préférence, la structure 7 permet le guidage et le déplacement du boîtier 6 selon cinq axes de façon à se déplacer sur une calotte sphérique centrée sur la source, I'axe du système optique 5 passant par le centre de la calotte sphérique. Le système 5 est distant de la source 2 d'une mesure donnée, par exemple égale à un mètre permettant de déterminer facilement l'intensité lumineuse de la source. L'amplitude des déplacements du système cinq axes et la distance à la source définissent l'angle solide analysé. Le dispositif selon l'invention comporte, également, un système optique fixe 8 de récupération de la lumière transmise par l'extrémité de sortie 4 du guide déformable 4. Le système optique 8 présente une pupille d'entrée adaptée pour récupérer le cône de la lumière issue de l'extrémité de sortie 42 du guide. Le système optique 8 est monté à l'intérieur d'un boîtier 9 sur lequel est montée fixement la partie d'extrémité de sortie 42 du guide 4. Le système optique fixe 8 possède également une pupille de sortie. I1 permet de focaliser la lumière sur le spectromètre 3 constitué, par exemple, par l'intermédiaire d'une fente 10 dans laquelle passent les rayons lumineux destinés à être reçus par les éléments optiques de décomposition spectrale 11, placés en relation de l'ensemble de détection photoélectrique 12 suivi d'une chaîne de mesure appropriée non représentée. La fig. 3 représente schématiquement le cheminement des rayons lumineux dans le système optique 8 fixe. La pupille d'entrée du système optique 8 est constituée par la partie d'extrémité 42 de la fibre 4. Le système optique 8 conjugue la partie d'extrémité 42 de la fibre 4 et la fente d'entrée 10 du spectromètre 3. I1 est évident que pour mesurer toute l'information, l'image de la partie d'extrémité 42 du guide 4 sur la fente d'entrée 10 du spectromètre 3 doit être inférieure à la dimension minimale de la fente 10 qui, dans le mode de réalisation préféré, est de l'ordre de 210 zm. De même, la position et la focale du système optique 8 permettent de déterminer, en fonction de l'ouverture numérique ON, de la fibre 4, l'angle Y maximum des rayons issus du système optique 8. La totalité du flux reçu par la fente 10 du spectromètre sera analysée par l'ensemble de détection 12, lorsque sera réalisée la condition sin z Lorsque les deux systèmes optiques convergents 5, 8 répondent aux conditions indiquées préalablement, on peut dire que le couplage optique est optimum. Pour obtenir des mesures fiables, le Déposant a réalisé que le nombre de réflexions, à l'intérieur du guide 4, avait un effet important sur le facteur de transmission de ce guide. Pour éviter des variations de ce facteur de transmission, il est nécessaire de disposer un mélangeur de modes au niveau de l'extrémité d'entrée 41 du guide 4. Ce mélangeur de mode peut prendre toute forme connue en soi. Avantageusement, un dispositif de type peignes a été utilisé pour obliger le guide à présenter des modifications importantes du rayon de courbure au début de son trajet. Le dispositif de contrôle 1 permet ainsi de mesurer, en particulier, les caractéristiques spatiales et spectrales d'une source lumineuse 2 servant à vérifier la qualité d'un film photosensible. A cet effet, le dispositif 1 selon l'invention est placé en relation de distance de la lampe 2 installée in situ dans sa position de vérification du film photosensible. Le boîtier 6 est déplacé à l'intérieur du cône d'éclairement 2i de la source 2, afin que le système 5 assure le prélèvement de la lumière sur au moins la partie du cône 2, que l'on désire analyser. La lumière captée est ensuite focalisée sur l'entrée du guide d'onde 4 qui transporte d'une extrémité à l'autre toute l'énergie lumineuse qu'il reçoit. L'énergie lumineuse délivrée par le guide 4 est reçue par le système optique 8 qui concentre la lumière sur la fente d'entrée du spectromètre 3 et à l'intérieur de son ouverture numérique. D'une manière classique, le spectromètre effectue les mesures souhaitées. Il est à noter, qu'un tel dispositif offre l'avantage de procéder aux mesures spatiales du spectre d'une lampe en conservant une position fixe à cette dernière et au spectromètre. Bien entendu, le guide d'onde 4 présente une capacité de déformation suffisante pour autoriser le déplacement du système optique de prélèvement 5. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 - Dispositif pour mesurer les caractéristiques au moins spatiales d'une source lumineuse (2), à l'aide d'un appareil (3) de traitement de lumière, caractérisé en ce qu'il comporte un guide de lumière déformable (4) destiné à recevoir, à l'une de ses extrémités (4,), la lumière traversant un système optique mobile (5) de scrutation de la source lumineuse (2) et à transmettre, à l'autre de ses extrémités (42), la lumière à un système optique fixe (8) de récupération et de transmission de la lumière à l'appareil de traitement (3). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système optique mobile de scrutation (5) est monté à l'intérieur d'un boîtier (6) sur lequel est montée de manière fixe la partie d'extrémité d'entrée (42) du guide (4). 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le boîtier (6) est monté sur une structure de guidage et de déplacement (7). 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la structure de guidage et de déplacement (7) permet de déplacer le boîtier (6) sur une calotte sphérique centrée sur la source (2), l'axe du système optique (5) passant par le centre de la calotte sphérique. 5 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système optique fixe (8) est monté à l'intérieur d'un boîtier (9) sur lequel est monté fixement la partie d'extrémité de sortie (4z) du guide (4). 6 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le système optique de scrutation (5) est constitué par un système convergent permettant un couplage optimum entre la pupille d'entrée du système et l'extrémité d'entrée (41) du guide (4). 7 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système optique de récupération et de transmission (8) est constitué par un système convergent permettant un couplage optimum entre l'extrémité de sortie (42) du guide (4) et la fente d'entrée (10) de l'appareil de traitement (3). 8 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le guide de lumière (4) est pourvu, au niveau de son extrémité d'entrée (42), d'un mélangeur de modes permettant d'éviter une variation du facteur de transmission du guide.