Brevet FR2777653A1 — publié le 19991022

SYSTEME DE MESURE DES CARACTERISTIQUES DE LUMINANCE D'OBJETS, NOTAMMENT D'OBJETS A LUMINANCE DEPENDANTE DE LA DIRECTION D'EMISSION DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un système de mesure des caractéristiques de luminance d'objets, notamment d'objets à luminance dépendante de la direction d'émission. Elle s'applique par exemple aux écrans de projection, aux tubes cathodiques, aux dispositifs d'éclairage et aux écrans d'affichage tels que les écrans à cristaux liquides, les écrans à plasma, les écrans électroluminescents et les écrans à micropointes (" microtip screens "). ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE On connait déjà plusieurs systèmes de mesure des caractéristiques de luminance d'objets en fonction d'une position géométrique afin d'en caractériser l'uniformité ou les propriétés. De tels systèmes sont utilisables avec les objets donnés ci- dessus à titre d'exemple. On connaît en particulier un système électromécanique qui est schématiquement représenté sur la figure 1. Ce système comprend: - un instrument de mesure 2, par exemple un photomètre, et - des moyens 4 de déplacement de cet instrument en face d'un objet à mesurer 6 (ces moyens 4 étant symbolisés par des flèches sur la figure 1). Ce système électromécanique permet de faire des mesures suivant l'axe optique X de l'instrument de mesure (et donc suivant un angle 0 nul par rapport à cet axe) mais présente cependant de nombreux inconvénients. En particulier les mesures se font par échantillonnage. Seules les positions choisies sont mesurées et aucune information n'est connue sur la luminance dans les positions intermédiaires. Aucune certitude n'existe quant à la valeur de la luminance en dehors de celle des points mesurés. De plus, les mesures, de durée To, se font en série, les unes après les autres. Si un grand nombre N de points sont à mesurer afin de pouvoir disposer d'un maximum d'informations, la mesure complète de l'objet prend un temps NxTo. On connait aussi un autre système de mesure qui est schématiquement représenté sur la figure 2. Ce système comprend: - un capteur matriciel 8 de type CCD ou analogue et une optique 10 qui est comprise entre ce capteur et l'objet 6 à mesurer et permet de former l'image de ce dernier sur le capteur. On obtient ainsi, en une seule fois, une image de l'objet à mesurer sur le capteur. Les différents points de l'image correspondent aux mesures relatives aux différents points de l'objet à mesurer. Les principaux avantages de ce système à capteur sont les suivants: La vitesse de mesure est accrue. En effet la mesure, de durée T1, ne dépend pas (ou peu) du nombre de points mesurés. Toutes les informations sont disponibles. Il n'y a pas de risque de voir un détail de l'image échapper à la mesure. Une intégration (sommation) de l'ensemble des valeurs obtenues donne avec certitude une valeur du flux lumineux émis par l'objet. Cependant le système représenté sur la figure 2 présente un grave inconvénient qui est schématiquement illustré par la figure 3. L'optique 10, dont l'axe est noté X et qui est classiquement utilisée pour un tel système, fonctionne à taille d'image constante D2=2d2. Un objet de taille Dl=2dl doit donc se trouver à une distance LI de cette optique telle que: L1/(2dl) = L2/(2d2) = K o L2 est la distance entre l'optique 10 et le capteur 8 et K est une constante. L'objet est observé selon un angle 0 qui dépend du point mesuré de l'objet (O est compté par rapport à une droite passant par ce point et parallèle à l'axe optique X de l'optique 10) et qui, pour les points extrêmes, prend une valeur OM (figure 2) peu différente de tan OM et donc peu différente de d2/L2 c'est-à-dire de 1/(2K). Habituellement K est de l'ordre de 2,5 à 3 (ce qui nécessite de placer à 75 cm de l'optique un écran de 12" (environ 30 cm) de diagonale que l'on veut mesurer) de sorte que OM est de l'ordre de 12 . Les mesures se font donc à un angle variable, selon la position, entre O (mespre suivant l'axe X) et 120. Cela ne serait pas un inconvénient si les objets mesurés avaient une caractéristique d'émission telle que la luminance ne varie pas en fonction de la direction d'émission de lumière c'est-à-dire en fonction de l'angle 0. Ce n'est habituellement pas le cas et il est clair qu'un système du genre de celui des figures 2 et 3 ne permet pas de mesurer l'uniformité d'émission d'un objet indépendamment de la caractéristique d'émission de cet objet. EXPOSE DE L'INVENTION La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient. Elle concerne un système permettant de mesurer correctement les caractéristiques de luminance d'objets, que la luminance de ceux-ci varie ou non en fonction de la direction d'émission. L'invention combine les avantages du système de la figure 1 (avec lequel on fait des mesures à 0=0 ) et ceux du système de la figure 2 (avec lequel les mesures sont faites rapidement). De façon précise, la présente invention a pour objet un système de mesure des caractéristiques de luminance d'objets, ce système comprenant: - un capteur d'images et - des moyens optiques ayant un axe optique et prévus pour former l'image de la totalité d'un objet sur le capteur, chaque point de l'image permettant de faire une mesure sur un point de l'objet, ce système étant caractérisé en ce que les moyens optiques sont en outre prévus pour sélectionner, pour chaque point de l'objet, en vue de former le point- image correspondant, ceux des rayons lumineux issus de ce point de l'objet qui se propagent de façon sensiblement parallèle à l'axe optique des moyens optiques. Selon un mode de réalisation préféré du système objet de l'invention, les moyens optiques comprennent: - un premier objectif placé en regard de l'objet, - un diaphragme placé entre le premier objectif et le capteur et apte à ne laisser passer, parmi les rayons lumineux lui parvenant de l'objet à travers le premier objectif, que ceux qui se propagent à partir de l'objet de façon sensiblement parallèle à l'axe optique du premier objectif, et - des moyens optiques auxiliaires placés entre le diaphragme et le capteur et prévus pour former, à partir des rayons lumineux que le diaphragme laisse passer, l'image de l'objet dans un plan d'observation, le capteur éEant sensiblement placé dans ce plan d'observation. De préférence, l'objet est sensiblement placé dans le plan focal objet du premier objectif et le diaphragme est sensiblement placé dans le plan focal image de ce premier objectif. Selon un premier mode de réalisation particulier de l'invention, les moyens optiques auxiliaires comprennent un deuxième objectif prévu pour former l'image de l'objet dans le plan d'observation. Selon un deuxième mode de réalisation particulier, les moyens optiques auxiliaires comprennent: - un deuxième objectif prévu pour former une image intermédiaire de l'objet dans un plan intermédiaire et - un troisième objectif placé entre le deuxième objectif et le capteur et prévu pour former l'image de l'objet dans le plan d'observation à partir de l'image intermédiaire et pour adapter la taille de l'image de l'objet à la taille du capteur. L'ouverture du diaphragme peut être variable. De plus, le système objet de l'invention peut comprendre un moyen de filtrage optique de la lumière issue de l'objet. Dans le cas du premier mode de réalisation particulier mentionné plus haut, ce moyen de filtrage est de préférence sensiblement placé dans le plan d'observation, en regard du capteur. Dans le cas du deuxième mode de réalisation particulier, ce moyen de filtrage est de préférence sensiblement placé dans le plan intermédiaire. Dans le cas de l'un ou l'autre de ces modes de réalisation particulier, le deuxième objectif est de préférence prévu pour que les rayons lumineux qui proviennent de l'objet et qui atteignent le moyen de filtrage optique soient perpendiculaires au plan o se trouve ce moyen de filtrage optique. Le capteur est de préférence de type matriciel. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels: * la figure 1, déjà décrite, est une vue schématique d'un système connu de mesure des caractéristiques de luminance d'objets, * la figure 2, déjà décrite, est une vue schématique d'un autre système connu de mesure de telles caractéristiques, ò la figure 3, déjà décrite, illustre schématiquement les inconvénients de cet autre système connu, ò la figure 4 illustre schématiquement le principe de l'invention, et * la figure 5 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier du système objet de l'invention. EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS On voit sur la figure 4 un système conforme à l'invention, permettant de mesurer les caractéristiques de luminance d'objets. Ce système comprend un capteur d'images 8 relié à des moyens électroniques 12 destinés à traiter les signaux fournis par ce capteur, et des moyens optiques 14 permettant de former l'image de la totalité d'un objet 6 sur le capteur 8, chaque point de l'image permettant de faire une mesure sur un point de l'objet. Conformément à l'invention les moyens optiques 14 permettent de plus de sélectionner, pour chaque point M de l'objet, en vue de former le pointimage correspondant, ceux des rayons lumineux issus de ce point M qui se propagent sensiblement suivant la droite x passant par M et parallèle à l'axe optique X des moyens optiques 14. L'objet 6 est par exemple un écran d'affichage que l'on a allumé (ou un écran de projection éclairé par des moyens non représentés) dont on veut mesurer les caractéristiques de luminance. Le capteur 8 est un capteur de type matriciel, par exemple un capteur CCD ou analogue, et les moyens électroniques 12 reçoivent les signaux fournis par ce capteur et les traitent de façon connue pour déterminer les caractéristiques de luminance de l'objet. La figure 5 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier du système objet de l'invention. Dans l'exemple de la figure 5, les moyens optiques 14 de la figure 4 comprennent un premier objectif 16 dont l'axe optique constitue l'axe X, un diaphragme 18 et des moyens optiques auxiliaires dont il sera question par la suite. L'objectif 16 est placé entre le diaphragme 18 et l'objet 6. Le diaphragme 18 est quant à lui placé entre l'objectif 16 et le capteur 8 et prévu pour ne laisser passer, parmi les rayons lumineux lui parvenant de l'objet 6 à travers l'objectif 16, que ceux qui se propagent à partir de l'objet de façon sensiblement parallèle à l'axe X c'est-à-dire sensiblement suivant des droites parallèles à X telles que la droite x passant par le point M de l'objet. La surface de l'objet 6 est sensiblement placée dans le plan focal objet PFO de l'objectif 16 et le diaphragme 18 est sensiblement placé dans le plan focal image PFI de l'objectif 16. L'ouverture du diaphragme 18 permet de maîtriser l'ouverture angulaire des faisceaux d'analyse tels que le faisceau lumineux 22 issu de l'objet. Le diaphragme 18 peut être muni de moyens non représentés permettant de modifier son ouverture afin de modifier l'ouverture angulaire des faisceaux d'analyse. Les moyens optiques auxiliaires sont placés entre le diaphragme et le capteur 8 et sont prévus pour former, à partir des rayons lumineux que le diaphragme laisse passer, l'image de l'objet 6 dans un plan d'observation o l'on place sensiblement le capteur 8 ou plus exactement la face d'entrée de ce capteur 8. Dans un premier exemple les moyens optiques auxiliaires comprennent simplement un objectif 26 prévu pour former l'image de l'objet dans un plan P1 qui constitue alors le plan d'observation o l'on place sensiblement le capteur 8. Dans un deuxième exemple (figure 5) les moyens optiques auxiliaires comprennent cet objectif 26 prévu pour former une image intermédiaire de l'objet 6 dans le plan P1, qui constitue alors un plan intermédiaire, et en plus un autre objectif 28 placé entre l'objectif 26 et le capteur. Cet autre objectif 28 constitue un objectif-relais (" relay lens ") ou objectif de transport qui permet de former, à partir de l'image intermédiaire, l'image de l'objet dans un plan P2 constituant alors le plan d'observation o l'on place sensiblement le capteur 8. Cet objectif 28 est destiné à "mettre à l'échelle", dans le plan P2, l'image obtenue dans le plan P1 c'est- à-dire à adapter la taille de cette image à la taille du capteur. Dans le système de la figure 5, on peut aussi utiliser un filtre optique 30. Ce peut être par exemple un filtre de correction de réponse spectrale qui sélectionne des longueurs d'onde de manière à reproduire une réponse particulière (par exemple la réponse de l'oeil) ou un filtre polarisant pour sélectionner une polarisation particulière ou un filtre qui absorbe la lumière de façon variable. Le filtre 30 peut être placé n'importe o entre l'objet 6 et le capteur 8 mais, pour avoir une taille raisonnable, il est avantageusement placé au niveau du plan P1 ou dans un plan parallèle à ce plan P1 et proche de celui-ci. Bien entendu, lorsque le capteur est placé au niveau du plan P1, on place le filtre 30 en regard du capteur à proximité de celui- ci, entre ce plan P1 et l'objectif 26. Dans le cas o l'on utilise le filtre 30, l'objectif 26 est avantageusement optimisé pour que les rayons lumineux qui proviennent de l'objet et qui atteignent ce filtre 30 (après avoir traversé l'objectif 26) soient perpendiculaires au plan o est placé le filtre 30 (et soient donc dirigés suivant une perpendiculaire y au plan Pl lorsque le filtre se trouve dans ce plan P1) pour éviter que la transmission du système dépende de la position observée sur l'objet. l1 On remarquera que l'ouverture du diaphragme 18 est centrée sur l'axe optique X commun aux objectifs 16, 26 et 28 (lorsque ce dernier est utilisé). Un système du genre de celui de la figure 5 répond à tous les critères souhaités: - mesures perpendiculairement à l'objet quel que soit le point mesuré de l'objet, - rapidité de mesure (mesure collective) - mesure exhaustive (tous les points de l'objet sont observés). Il convient aussi de noter qu'une facilité accrue d'utilisation est obtenue grâce à la bonne profondeur de champ d'un système conforme à l'invention, du genre de celui de la figure 5, du fait de la conception de celui-ci. Cette propriété permet d'obtenir une excellente insensibilité à tout défaut de mise au point, ce qui n'est pas le cas avec les systèmes connus. REVENDICATIONS 1. Système.de mesure des caractéristiques de luminance d'objets, ce système comprenant: - un capteur d'images (8) et - des moyens optiques (14) ayant un axe optique (X)et prévus pour former l'image de la totalité d'un objet (6) sur le capteur, chaque point de l'image permettant de faire une mesure sur un point de l'objet, ce système étant caractérisé en ce que les moyens optiques (14) sont en outre prévus pour sélectionner, pour chaque point de l'objet, en vue de former le point-image correspondant, ceux des rayons lumineux issus de ce point de l'objet qui se propagent de façon sensiblement parallèle à l'axe optique des moyens optiques. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel les moyens optiques (14) comprennent: - un premier objectif (16) placé en regard de l'objet, - un diaphragme (18) placé entre le premier objectif et le capteur et apte à ne laisser passer, parmi les rayons lumineux lui parvenant de l'objet à travers le premier objectif, que ceux qui se propagent à partir de l'objet de façon sensiblement parallèle à l'axe optique (X) du premier objectif (16), et - des moyens optiques auxiliaires (26; 26-28) placés entre le diaphragme et le capteur et prévus pour former, à partir des rayons lumineux que le diaphragme laisse passer, l'image de l'objet dans un plan d'observation (Pl; P2), le capteur étant sensiblement placé dans ce plan d'observation. 3. Système selon la revendication 2, dans lequel l'objet (6) est sensiblement placé dans le plan focal objet (PfO) du premier objectif (16) et le diaphragme (18) est sensiblement placé dans le plan focal image (PFI) de ce premier objectif (16). 4. Système selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, dans lequel les moyens optiques auxiliaires comprennent un deuxième objectif (26) prévu pour former cette image de l'objet dans le plan d'observation (P1). 5. Système selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, dans lequel les moyens optiques auxiliaires comprennent: - un deuxième objectif (26) prévu pour former une image intermédiaire de l'objet dans un plan intermédiaire (P1) et - un troisième objectif (28) placé entre le deuxième objectif et le capteur et prévu pour former l'image de l'objet dans le plan d'observation (P2) à partir de l'image intermédiaire et pour adapter la taille de l'image de l'objet à la taille du capteur. 6. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel l'ouverture du diaphragme (18) est variable. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre un moyen de filtrage optique (30) de la lumière issue de l'objet. 8. Système selon la revendication 4, comprenant en outre un moyen de filtrage optique (30) de la lumière issue de l'objet, ce moyen de filtrage étant sensiblement placé dans le plan d'observation (P1), en regard du capteur. 9. Système selon la revendication 5, comprenant en outre un moyen de filtrage optique (30) de la lumière issue de l'objet, ce moyen de filtrage étant sensiblement placé dans le plan intermédiaire (P1) 10. Système selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, dans lequel le deuxième objectif (26) est prévu pour que les rayons lumineux qui proviennent de l'objet et qui atteignent le moyen de filtrage optique (30) soient perpendiculaires au plan o se trouve ce moyen de filtrage optique. 11. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel le capteur (8) est de type matriciel.