Brevet FR2858851A1 — publié le 20050218

ETALON DE DENSITE OPTIQUE ET PROCEDE D'ETALONNAGE D'UN DENSITOMETRE OPTIQUE PAR REFLEXION Domaine technique La présente invention concerne un étalon de densité optique et un 5 procédé d'étalonnage d'un densitomètre optique par réflexion utilisant l'étalon de densité. La densité optique est l'une des grandeurs essentielles permettant de caractériser l'enregistrement d'une image sur un support photographique. A titre d'exemple, un film photographique peut être caractérisé par une courbe de sensitométrie qui relie les énergies lumineuses susceptibles d'impressionner le film aux densités optiques du film obtenue, après développement pour chaque énergie. La courbe de sensitométrie peut être établie en utilisant un densitomètre optique. L'invention trouve des applications pour l'étalonnage de densitomètres optiques, et plus particulièrement de densitomètres optiques par 15 réflexion. Sa mise en oeuvre s'étend à tous les domaines de la mesure de densité optique, et en particulier à celui de la photographie. Etat de la technique antérieure. Un densitomètre optique est un instrument de mesure de la densité optique d'une surface d'épreuve. Il comprend, pour l'essentiel, une source lumineuse et un détecteur. La source lumineuse est conçue pour émettre une lumière de mesure en direction de la cible. La lumière de mesure en provenance de la source est appelée lumière incidente. Elle est généralement dirigée sur la cible de manière à correspondre à un cône d'éclairage d'ouverture déterminée. Sous l'effet de l'éclairage, la cible renvoie tout ou partie de la lumière. Celle-ci est collectée et est dirigée vers le détecteur. Le détecteur est capable de convertir la lumière de mesure reçue en un signal électrique. C'est en fonction de ce signal que l'on calcule la densité de la cible. La densité optique est exprimée comme le logarithme décimal d'un rapport de la lumière renvoyée par la cible à la lumière de mesure incidente. De façon pratique, le signal du détecteur est confronté à un signal de référence. On distingue pour l'essentiel deux types de densitomètres optiques selon que la lumière de mesure en provenance de la cible a ou non traversé cette dernière. Lorsque la lumière collectée et dirigée vers le détecteur est la lumière ayant traversée la cible, le densitomètre est qualifié de "densitomètre par transmission". Lorsque la lumière collectée et dirigée vers le détecteur est la lumière réfléchie par la cible, le densitomètre est qualifié de "densitomètre par réflexion". C'est à ce dernier type de densitomètre que s'adresse plus précisément l'invention. Des normes fixent avec précision les conditions d'éclairage de la cible par la source du densitomètre et les conditions de collecte de la lumière en provenance de la cible. Pour un densitomètre par réflexion, l'éclairage se fait, par exemple, selon un cône équivalent de 5 et la lumière en provenance de la cible est collectée selon un cône équivalent de 45 . Comme tout instrument de mesure, les densitomètres doivent être étalonnés. L' étalonnage est réalisé en utilisant des cibles étalon dont la densité est connue. Or, en dehors des cibles de sulfate de baryum dont la densité est par convention fixée à D = 0 (100% de réflexion) on ne sait pas fabriquer de matériaux dont la densité est connue a priori et avec une précision suffisante pour envisager leur emploi comme cible étalon. Ainsi, on ne sait pas fabriquer de cible dont la densité serait, par exemple de D = 2 (1 % de réflexion) avec une précision suffisante. Les cibles étalon doivent donc être elles-mêmes mesurées au préalable avec un autre densitomètre utilisé comme référence. Une difficulté existe ainsi pour garantir l'universalité des mesures 25 de densité. La valeur des étalons de densité n'est pas établie de façon intrinsèque. Leur connaissance est tributaire d'une mesure de densité optique. Une autre difficulté, liée en partie à la précédente, est que l'incertitude des valeurs des étalons de densité optique augmente fortement avec la densité. De fortes densités optiques se traduisent en effet par une faible lumière de mesure provenant de la cible, c'est-àdire par un signal de mesure faible. Le bruit de mesure étant sensiblement constant, il se trouve ainsi que le rapport du signal au bruit de mesure se dégrade fortement pour des densités supérieures à 2. L'incertitude existant pour établir les valeurs des étalons de densité optique affectent de la même façon la précision des densitomètres réglés avec ces étalons. Les difficultés d'étalonnage des densitomètres optiques constituent une contrainte, notamment lorsque différents traitements d'un support photographique ont lieu dans des endroits géographiquement distants et dans lesquels différents densitomètres sont utilisés. Exposé de l'invention La présente invention a pour but de proposer des étalons de densité, et un procédé d'étalonnage ne présentant pas les difficultés exposées ci-dessus. Un but est notamment de proposer des étalons de densité optique dont la valeur de densité peut être établie sans utiliser de densitomètre optique de référence. Un but est encore de proposer de tels étalons de densité optique dont la valeur de densité peut être établie avec une grande exactitude et avec une incertitude très inférieure à celle des densitomètres. Un autre but est aussi de proposer des étalons de densité dont la 20 valeur est connue avec une incertitude qui ne se dégrade que très peu pour des valeurs de densité élevées. Pour atteindre ces buts, l'invention concerne plus précisément un étalon de densité optique comprenant une enceinte sensiblement sphérique avec une paroi pourvue d'une unique ouverture, l'ouverture définissant une surface 25 d'épreuve. On considère que l'enceinte est sensiblement sphérique dans la mesure ou un écart par rapport à la sphère parfaite présente une modification négligeable de la valeur de densité de l'étalon. L'enceinte constitue en quelque sorte une cavité d'intégration. Le 30 caractère sensiblement sphérique de la cavité assure une bonne homogénéité d'intégration de la lumière de mesure. De la même façon, dans un souci d'homogénéité d'intégration, la paroi de la cavité présente de préférence une surface intérieure dont la réflectance est sensiblement homogène. On considère que la réflectance est sensiblement homogène dans la mesure où d'éventuels écarts de réflectance sont suffisamment faibles pour être négligés dans le calcul de la valeur de densité de l'étalon. La réflectante est, par exemple, homogène à 0,5 % près. Lorsque l'étalon est utilisé pour le réglage d'un densitomètre, l'ouverture unique dans la paroi de la cavité reçoit la lumière incidente, en provenance du densitomètre et réémet une lumière de mesure en direction du 10 densitomètre. Comme cela apparaîtra ultérieurement dans la description, la densité optique d'un étalon conforme à l'invention dépend essentiellement de la dimension de l'enceinte, de la dimension de l'ouverture et de la réflectance de la surface intérieure de la paroi. Ces trois paramètres sont aisément mesurables et ne nécessitent pas l'emploi d'un densitomètre. La réflectance de la surface intérieure de la paroi dépend du matériau utilisé pour réaliser la paroi ou son revêtement intérieur. Elle est notée p et est mesurée par un spectrophotomètre. Le spectrophotomètre se distingue du densitomètre par le fait qu'il permet d'effectuer des mesures de transmission ou réflexion spectrales, c'est à dire reliées à une longueur d'onde. En revanche, le densitomètre, fait une mesure de transmission ou de réflexion dans un domaine de longueurs d'onde normalisé. Bien que cette caractéristique ne soit pas indispensable, la surface intérieure de la cavité est de préférence neutre, c'est à dire que sa réflectance est sensiblement indépendante de la longueur d'onde la lumière. En d'autre termes, la surface est de préférence blanche ou grise. La forme de l'ouverture constituant la surface d'épreuve n'est pas déterminante. De façon préférentielle, elle est circulaire et présente un diamètre inférieur au dixième du diamètre de la sphère. Le caractère circulaire de l'ouverture augmente l'homogénéité de l'étalon et facilite la mesure de sa dimension. L'invention concerne également un procédé d'étalonnage d'un densitomètre optique du type par réflexion. Ce procédé comprend: la fourniture d'un étalon tel que décrit ci-dessus, avec une paroi dont la surface intérieure présente une réflectance psp,, , le calcul d'une valeur D tel que D = loglo (l/z) avec r = \psph ' A)I tl psph (l A où psph est la réflectance de la surface intérieure de la cavité et A le rapport de l'aire de la surface d'épreuve à l'aire de la surface intérieure de la cavité, la mesure d'une densité optique en pointant le densitomètre sur la surface d'épreuve de l'étalon, et - le réglage du densitomètre sur une valeur de densité égale à D. Dans le cas d'une cavité dont la surface intérieure est homogène la valeur de la réflectance psph est obtenue par une simple mesure. Si tel n'est pas le cas, pspj, est une valeur d'intégration telle que: psph = Ç P sphère où p est la mesure de la réflectance locale en tout point de la surface intérieure de la sphère. De la même façon la valeur de densité D peut être obtenue avec une cavité neutre ou non. Si la surface intérieure de la cavité n'est pas neutre, la valeur de la densité, exprimée entre des bornes de longueur d'onde l et 2 2 sera telle que: a.z D= f D,d2 avec D = log,o(rÂ et r,t = psph, É A}/(l pspha (1 A L'indice 2 signifie ici la dépendance en longueur d'onde des paramètres. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, en référence aux figures des dessins annexés. Cette description est donnée à titre purement illustratif et non limitatif. Brève description des figures La figure 1 est une coupe schématique d'un étalon de densité optique conforme à l'invention. Elle représente également, de façon sommaire, les principaux organes d'un densitomètre. La figure 2 est un graphique indiquant, pour un exemple particulier d'étalon de densité optique conforme l'invention, l'évolution comparée de la densité optique et de l'incertitude sur la densité optique. Description détaillée de modes de mise en oeuvre de l'invention La figure 1 montre un étalon de densité conforme à l'invention. Il convient de noter de suite que les différentes parties de cette figure ne sont pas représentées selon une échelle uniforme, et ce pour des raisons de clarté. L'étalon de densité comprend pour l'essentiel une enceinte 10, qui définit une cavité 13 sensiblement sphérique, avec une paroi rigide 12. La paroi 12 est en un matériau tel que du métal, par exemple. Elle comporte un revêtement intérieur 14 dont la fonction est de conférer à sa surface intérieure une réflectance déterminée. Dans l'exemple illustré ici, le revêtement 14 est un revêtement sensiblement uniforme et continu de sulfate de baryum BaSO4.Ce matériau a l'avantage d'être neutre et de présenter une réflectance connue. Elle est de 100% par convention. D'autres matériaux peuvent toutefois être retenus. La neutralité du revêtement est conservée, par exemple avec des mélanges de sulfate de baryum et de carbone. Le revêtement peut également être à base de Téflon ou de mélange de Téflon et de carbone. Comme le montre la figure 1, l'enceinte 10 présente une petite ouverture 16 qui traverse la paroi 12 et le revêtement 14 de la paroi. Dans l'exemple illustré, l'ouverture est circulaire et présente un rayon noté Rport. Elle définit une surface d'épreuve 20. Le rayon R port est choisi inférieur au rayon Rsph de la cavité sphérique, et de préférence très inférieur à ce dernier. Dans le cas d'une sphère conforme à la figure 1, c'est à dire avec une ouverture circulaire, et une paroi interne de réflectance sensiblement homogène pspji, la valeur de la densité optique de la surface d'épreuve définie par l'ouverture peut être calculée de façon simple à partir du rayon de l'ouverture 16, du rayon intérieur de la cavité sphérique et la réflectance interne de la paroi. Les rayons de l'ouverture et de la cavité sont utilisés pour calculés les aires de ces parties. Les formules reliant la densité optique à la réflectante et au rapport des aires sont celles indiquées précédemment. En considérant que les incertitudes sur le rayon de l'ouverture 16, le rayon de la cavité et sur la réflectance sont respectivement URsph, URport et Ueph, l'incertitude Ur sur la valeur de r, et donc l'incertitude sur la valeur de densité est de la forme suivante: A [(A lkh Psph.(Psph -1 [(A-1).psph+1.121 \2 ( R2 2 1 report U2 + 1 port Roort ii3 \2ph/ 2 Ssph/ Ur U2 Psph U-2 Rsph UD = ( 1 \ _ - Uz 1n(10) É r, La figure 2 est un graphique établi pour un étalon de densité conforme à l'invention dont la cavité présente un diamètre de 120mm et dont l'ouverture présente un diamètre de 6mm. Les incertitudes sur les diamètres considérés sont de 2,5 m. L'incertitude sur la réflectance psph est de 0,5% pour des valeurs de réflectance comprises entre 0,05 et 0,99. Le graphique indique en abscisse des valeurs de réflectance psph de la surface intérieure de la cavité. En ordonnée de gauche, il indique l'incertitude UD sur la valeur de densité optique de l'étalon, exprimée en pourcentage. En ordonnée de droite, il indique la valeur de la densité optique D. Des courbes relatives à la densité et à son incertitude, exprimées en fonction de psph sont identifiées avec les références D et UD. La figure 2 montre que l'incertitude sur la densité est inférieure à environ 0,5% pour des valeurs de densité comprises entre 0 et 4 et inférieure à 0,1 % pour des densités comprises entre 0 et 3,5. On observe en outre que dans une large gamme de densité l'incertitude est quasiment constante et ne dépend donc 5 pas de la valeur de densité. Lorsque la réflectance du revêtement de l'enceinte sphérique devient très faible, l'incertitude sur la valeur de la densité optique augmente. Ceci est dû essentiellement à la faible quantité de lumière disponible pour effectuer les mesures. Comme indiqué précédemment, l'étalon de densité optique est réalisé de préférence avec une enceinte dont la réflectance est comprise entre 0,05 et 0,99. A titre de comparaison une incertitude mesurée directement avec un densitomètre serait de plusieurs pour cent pour une densité optique comprise entre 2,5 et 4. Par retour à la figure 1, il convient à présent d'examiner un procédé 15 d'étalonnage pour un densitomètre optique par réflexion. Seuls les éléments d'un densitomètre, nécessaires pour la bonne compréhension du procédé sont représentés sur la figure 1. On note essentiellement une source de lumière de mesure 30, des moyens 32 de projection de la lumière de mesure sur l'étalon, des moyens de collecte de lumière 38, et un détecteur 40. Les moyens de projection sont symbolisés par une lentille 34 associée à un diaphragme 36, pour fixer un cône d'éclairage. Les moyens de collecte sont symbolisés par une simple lentille. Le détecteur 40 reçoit une lumière en provenance de l'étalon de densité optique et délivre un signal électrique. Le signal est dirigé vers un calculateur 50 où il est converti en une valeur de densité optique notée D. Cette valeur tient compte des conditions d'éclairage créés par la source 30. Le densitomètre, ou plus précisément le calculateur 50 peut être réglé, de telle façon que la densité optique mesurée D soit égale à une valeur Do calculée conformément aux équations données précédemment pour un étalon de dimensions et de réflectance données. Cette opération de réglage peut être affinée en utilisant plusieurs étalons de valeur différente. Il va de soi que les étalons de densité peuvent être mis à profit pour l'étalonnage de densitomètres par réflexion dont la structure diffère de celle indiquée par la figure. Les étalons de densité conformes à l'invention et conformes à la figure 1 peuvent être fabriqués à un coût relativement faible et présentent des valeurs de densité optique qu'il est possible de déterminer sans l'aide d'un autre densitomètre. Ils facilitent ainsi l'obtention de mesures uniformes. REVENDICATIONS 1 - Etalon de densité optique comprenant une enceinte (10) sensiblement sphérique avec une paroi (12) pourvue d'une unique ouverture (16), l'ouverture définissant une surface d'épreuve. 2 - Etalon selon la revendication 1, dans lequel la paroi (12) présente une surface intérieure avec une réflectance sensiblement homogène. 3 - Etalon selon la revendication 1, dans lequel la réflectance est comprise entre 0,05 et 0,99. 4 - Etalon selon la revendication 1, dans lequel l'ouverture (16) est circulaire, et Io présente un diamètre inférieur au dixième du diamètre de la sphère. - Etalon selon la revendication 1, dans lequel la paroi présente une surface intérieure neutre. 6 - Etalon selon la revendication 1, dans lequel la paroi (12) présente un revêtement (14). 7 - Procédé d'étalonnage d'un densitomètre optique du type par réflexion, comprenant la fourniture d'un étalon conforme à la revendication 1, dont la paroi (12) présente une surface intérieure de réflectance Psph É le calcul d'une valeur D tel que 20 D = log10 (l/z) avec r = (Psph.4(1 Psph (1 A oùA est le rapport de l'aire de la surface d'épreuve à l'aire de la surface intérieur de la cavité, la mesure d'une densité optique en pointant le densitomètre sur la surface 25 d'épreuve, et le réglage du densitomètre sur une valeur de densité égale à D. 8 - Utilisation d'une enceinte sensiblement sphérique avec une paroi pourvue d'une unique ouverture comme étalon de densité, l'ouverture servant de surface d'épreuve.