Brevet FR2901020A1 — publié le 20071116

DISPOSITIF POUR MESURER L'ENERGIE CONTENUE DANS UN FAISCEAU LUMINEUX ET APPLICATION A UN SYSTEME DE REGULATION D'UNE SOURCE LUMINEUSE La présente invention concerne les dispositifs pour mesurer l'énergie contenue dans un faisceau lumineux, quelle que soit la source qui émet ce faisceau lumineux, et, à titre d'application, les systèmes de régulation de sources lumineuses. On connaît déjà des dispositifs pour mesurer l'énergie contenue dans un faisceau lumineux. Ces dispositifs connus sous le nom de "cellules photosensibles" sont essentiellement constitués d'une mosaïque d'éléments photosensibles qui reçoivent directement le faisceau lumineux, chaque élément étant généralement constitués d'un corps unitaire convertissant l'énergie lumineuse en un signal électrique proportionnel à la quantité de photons qu'il reçoit. Un tel corps est par exemple un cristal CMOS de silicium ou analogue. Ce type de cellule photosensible est parfaitement adapté pour mesurer des énergies lumineuses de relativement faibles valeurs. En revanche, pour des énergies lumineuses de grande valeur, par exemple celles obtenues avec un générateur laser, il est nécessaire d'utiliser par exemple des cellules photosensibles comme celles décrites ci-dessus mais adaptées pour chaque gamme d'énergie, par exemple au moyen de filtres atténuateurs. Il peut être aussi utilisé un dispositif connu sous le terme de "calorimètre". Ce dispositif comporte un corps noir ou analogue associé à une sonde thermique qui délivre un signal électrique proportionnel à l'élévation de la température du corps noir qui a reçu l'énergie lumineuse à mesurer. Ces dispositifs décrits ci-dessus, que ce soit des cellules photosensibles ou des calorimètres, donnent en général de bons résultats mais présentent des inconvénients, par exemple : ils ne sont pas adaptés pour effectuer des mesures d'énergies pouvant varier sur une grande plage, et/ou ils ont un temps de réponse relativement grand, et/ou ils sont très onéreux, et/ou ils ont une durée de vie relativement courte, et/ou ils ne permettent pas d'obtenir la valeur de la puissance du faisceau lumineux qui est une caractéristique très importante pour certaines applications, par exemple pour le pompage d'un milieu optique pour produire l'émission d'un faisceau de lumière cohérente. Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de réaliser un dispositif pour mesurer l'énergie contenue dans un faisceau lumineux, qui pallie au moins en grande partie, sinon totalement, les inconvénients mentionnés cidessus des dispositifs de l'art antérieur et qui permette de mesurer l'énergie d'un faisceau lumineux apte à varier sur une très grande plage. La présente invention a aussi pour but, à titre d'application, un système pour la régulation d'une source de faisceaux lumineux. Plus précisément, la présente invention a pour objet un dispositif pour mesurer l'énergie contenue dans un faisceau lumineux, caractérisé en ce qu'il comporte : • une enveloppe définissant un logement creux comportant une fenêtre ouverte et un fond en regard de la fenêtre, • un diaphragme comportant un orifice central d'une section déterminée, • des moyens pour monter le diaphragme en coopération avec la fenêtre de façon à limiter l'ouverture de la fenêtre à la section de l'orifice central, • un disque en un matériau piézoélectrique comportant une percée centrale, • des moyens pour monter le disque en coopération avec l'enveloppe de façon qu'il soit situé entre le diaphragme et le fond du logement en creux, et que la percée centrale du disque soit sensiblement centrée sur l'orifice central du diaphragme, et • deux électrodes situées respectivement sur les deux faces opposées du disque, chaque électrode comportant une borne de sortie, les deux bornes de sortie étant aptes à être reliées à un indicateur de potentiel électrique. La présente invention a aussi pour objet, à titre d'application, un système pour la régulation de l'énergie du faisceau lumineux délivré suivant un axe optique déterminé par une source lumineuse alimentée par une source d'énergie électrique pouvant être commandée à partir d'une borne d'entrée de commande, caractérisé en ce qu'il comporte : • une enveloppe définissant un logement creux comportant une fenêtre ouverte et un fond en regard de la fenêtre, • un diaphragme comportant un orifice central d'une section déterminée, • des moyens pour monter le diaphragme en coopération avec la fenêtre de façon à limiter l'ouverture de la fenêtre à la section de l'orifice central, • un disque en un matériau piézoélectrique comportant une percée centrale, • des moyens pour monter le disque en coopération avec l'enveloppe de façon qu'il soit situé entre le diaphragme et le fond du logement en creux, et que la percée centrale du disque soit sensiblement centrée sur l'orifice central du diaphragme, • deux électrodes situées respectivement sur les deux faces opposées du disque, chaque électrode comportant une borne de sortie, les deux bornes de sortie étant aptes à être reliées à un indicateur de potentiel électrique, • un séparateur de faisceau lumineux monté en coopération avec le faisceau obtenu en sortie de la source lumineuse, pour donner naissance à un faisceau transmis et un faisceau dévié, de façon que le faisceau dévié soit sensiblement situé sur l'axe commun à l'orifice et à la percée centrale, • un comparateur à deux première et seconde entrées et une sortie, • des moyens pour relier la première entrée du comparateur aux bornes de sortie respectivement des deux électrodes, • des moyens pour appliquer un signal de référence sur la seconde entrée 20 du comparateur, et • des moyens pour relier la sortie du comparateur à l'entrée de commande de la source d'énergie électrique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif 25 mais nullement limitatif, dans lesquels : La figure 1 représente une vue en coupe transversale d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention pour mesurer l'énergie contenue dans un faisceau lumineux, et La figure 2 représente, sous forme d'un bloc diagramme, un système pour 30 la régulation d'une source lumineuse, faisant application du dispositif selon la figure 1. La présente invention concerne un dispositif pour mesurer l'énergie contenue dans un faisceau lumineux 1, comportant, par référence à la figure 1, une enveloppe 10 définissant un logement creux 11 comportant une fenêtre ouverte 12 et un fond 13 en regard de la fenêtre. Le logement en creux 11 et l'enveloppe présentent avantageusement la forme d'un cylindre de révolution, avec une paroi de fond pour obturer le logement en creux cylindrique de révolution à une de ses extrémités, l'autre extrémité étant libre pour constituer la fenêtre ouverte. Cette dernière forme est avantageuse, car elle peut être obtenue par exemple par usinage sur tour à fraiser ou analogue. Le dispositif comporte en outre un diaphragme 20 comportant un orifice central 21 d'une section déterminée, des moyens 22 pour monter le diaphragme en coopération avec la fenêtre 12 de façon à limiter l'ouverture de la fenêtre à la section de l'orifice central 21, un disque 30 en un matériau piézoélectrique comportant une percée centrale 31 d'une section sensiblement égale à celle de l'orifice central 21, et des moyens 32 pour monter ce disque 30 en coopération avec l'enveloppe 10 de façon qu'il soit situé dans le logement 11, entre le diaphragme 20 et le fond 13 de ce logement, et que la percée centrale 31 soit sensiblement centrée sur l'orifice central 21. Les moyens 22 pour monter le diaphragme 20 en coopération avec la fenêtre 12 et les moyens 32 pour monter le disque 30 en coopération avec l'enveloppe 10 sont constitués, comme dans l'exemple illustré sur la figure 1, par des bagues ou analogues qui prennent en sandwich le diaphragme 20 et le disque 30, ces bagues étant solidarisées à la paroi du logement 11 par tous moyens, par exemple de la colle, un soudage, un emboîtement en force du type conique ou analogue, etc. Le dispositif comporte aussi deux électrodes 33, 34 respectivement plaquées par tous moyens sur les deux faces opposées du disque 30, par exemple par dépôt sous vide ou analogue, chaque électrode comportant une borne de sortie 35, 36, les deux bornes de sortie étant aptes à être reliées par exemple à un indicateur de potentiel électrique. Ces bornes de sorties peuvent être constituées par exemple par deux câbles de liaison soudés respectivement sur chacune des deux électrodes, Le matériau piézoélectrique dans lequel est réalisé le disque 30 est par exemple une céramique comme un mélange de zirconite et de titanate. Quant aux électrodes 33, 34, elles sont réalisées un matériau métallique, par exemple à base d'argent ou analogue, et ont généralement une épaisseur sensiblement égale à dix microns, ou même moins si cela est possible. Elles sont montées de façon à être électriquement isolées de l'enveloppe 10 quand celle-ci est en un matériau électriquement conducteur. Il est en outre précisé que le diaphragme 20 peut être monté à une certaine distance de l'électrode 33, comme illustré sur la figure 1, ou bien plaqué contre celle-ci, à la condition que l'isolation électrique entre le diaphragme et cette électrode soit bien réalisée. De préférence, l'enveloppe 10 est en un matériau bon conducteur thermique, par exemple en cuivre, aluminium ou analogue, et comporte, sur au moins une partie de sa surface extérieure 14, notamment celle qui est opposée au fond 13 défini ci-avant, des ailettes radiateurs thermiques 15 qui, de façon avantageuse, sont réalisées d'une seule pièce avec l'enveloppe 10. Dans une réalisation possible et avantageuse, pour le bon fonctionnement du dispositif, celui-ci comporte une couche de corps noir 40 tapissant au moins une partie du fond 13 du logement en creux 11, cette partie de fond étant sensiblement située dans l'axe 41 commun à l'orifice central 21 et à la percée centrale 31 et ayant de préférence une aire au moins égale à celle de l'orifice central. Cette couche de corps noir 40 a pour fonction d'absorber l'énergie lumineuse passant par la percée centrale 31. Elle peut, par exemple, être constituée d'une couche de matériau bon conducteur thermique dont la face tournée vers la percée centrale 31 est recouverte d'une peinture noire apte à absorber les radiations lumineuses dans le domaine du visible. Cependant, d'une façon générale, par "corps noir" au sens de la présente description, on entend : un corps apte à absorber la presque totalité de l'énergie d'un rayonnement lumineux de quelque longueur d'onde que ce soit, en en réfléchissant un minimum. Le dispositif selon l'invention dont une mode de réalisation est décrit ci-dessus en regard de la figure 1, fonctionne schématiquement de la façon suivante. Le faisceau lumineux 1 dont l'énergie doit être mesurée est dirigé sur le diaphragme suivant l'axe 41. Seule, la partie 2 du faisceau pénètre dans le logement 11 par l'orifice 21 et la percée centrale 31 en frôlant les parois de cette percée centrale. Le disque piézoélectrique 30 s'échauffe et, de façon connue, induit un courant électrique qui est délivré aux bornes 35, 36 des électrodes 33, 34 sous la forme d'un signal analogique. L'amplitude de ce signal est une fonction de l'énergie véhiculée par le faisceau lumineux 1. En étalonnant le dispositif, il est possible d'établir une correspondance directe entre l'amplitude de ce signal et l'énergie du faisceau lumineux. Avec ce dispositif selon l'invention, la durée du signal obtenu aux bornes 35, 36 est une image directe de la durée de l'impulsion lumineuse qui passe dans la percée centrale 31. Donc, en effectuant le quotient entre l'énergie mesurée de l'impulsion lumineuse et sa durée, on obtient la puissance du faisceau lumineux, ce qui est très utile pour des impulsions de faisceaux lumineux délivrés par exemple par des générateurs lasers pulsés. Il est à souligner que la partie 2 du faisceau qui pénètre dans le logement 11 tombe sur le corps noir qui absorbe l'énergie qu'elle véhicule. Comme le corps noir est plaqué sur le fond du logement qui est relativement fermé par le diaphragme 20 et le disque 30, toute l'énergie lumineuse de la partie 2 du faisceau est absorbée par le corps noir, dissipée dans la masse de l'enveloppe 10 et évacuée dans l'atmosphère extérieure ambiante, notamment via les ailettes radiateurs 15. Le dispositif peut ainsi être facilement réutilisé pour une nouvelle mesure, très rapidement après une première mesure. Comme mentionné ci-dessus, l'invention a également pour objet, à titre d'application, un système de régulation du faisceau lumineux 101 délivré suivant un axe optique déterminé 109 par une source lumineuse 102 apte à être alimentée par une source d'énergie électrique 103 pouvant être commandée à partir d'une borne d'entrée de commande 104, Figure 2. Le système de régulation comporte un dispositif comme décrit ci-dessus en regard de la figure 1, qui est schématiquement représenté dans le cadre en traits-points indiqué par la flèche F. Il comporte en outre un séparateur de faisceau lumineux 110 monté en coopération avec le faisceau 101 obtenu en sortie de la source lumineuse 102, pour donner naissance à un faisceau transmis 111 et un faisceau dévié 112 par exemple par réflexion, de façon que ce faisceau dévié soit sensiblement situé sur l'axe 41 commun à l'orifice 21 et à la percée centrale 31, un comparateur 120 à deux première et seconde entrées 121, 122 et une sortie 123, des moyens 124 pour relier la première entrée 121 du comparateur 120 aux bornes de sortie 35, 36 respectivement des deux électrodes 33, 34, des moyens 125 pour appliquer un signal de référence sur la seconde entrée 122 du comparateur, et des moyens 128 pour relier la sortie 123 du comparateur 120 à l'entrée de commande 104 de la source d'énergie électrique 103. Dans la pratique, selon une réalisation préférentielle, le comparateur 120 est constitué par un amplificateur différentiel, le signal de référence appliqué à sa seconde entrée 125 ayant alors une valeur représentative de la quantité d'énergie du faisceau lumineux qui doit être délivré par la source lumineuse 102, c'est-à-dire au moins l'une des sources suivantes : générateur laser, lampe flash, lampe flash pour pompage optique, lampe d'émissions lumineuses pour le traitement de la peau d'un individu. De plus, de façon avantageuse et du fait de sa simplicité structurelle, le séparateur 110 décrit ci-avant est constitué d'une lame semi transparente et semi réfléchissante inclinée de préférence sensiblement à 45 sur l'axe optique 109 et l'axe commun 41. En outre, les moyens 124 pour relier la première entrée 121 du comparateur 120 aux bornes de sortie 35, 36 respectivement des deux électrodes 33, 34 sont avantageusement constitués par des moyens d'amplificateur différentiel dont les entrées sont reliées aux deux bornes 35, 36 respectivement des deux électrodes 33, 34 et dont la sortie est reliée à la première entrée 121 du comparateur 120. Le système de régulation dont un mode de réalisation a été décrit ci-dessus en regard de la figure 2 fonctionne de la façon suivante. La source lumineuse 102 délivre un faisceau lumineux 101 dont la partie 112 réfléchie par le séparateur 110 est envoyée sur le dispositif indiqué par la flèche F. Ce dispositif fonctionne comme décrit ci-avant et délivre, aux bornes 35, 36, un signal électrique qui est fonction de l'énergie véhiculée par la partie de faisceau lumineux 112. Ce signal, éventuellement amplifié en 124, est comparé avec un signal de référence 125 dans l'amplificateur différentiel 120 qui délivre en sortie 123 un signal différentiel fonction de la différence entre les amplitudes des signaux appliqués respectivement à ses entrées 121, 122. Ce signal différentiel est appliqué à l'entrée de commande 104 de la source d'énergie électrique 103 pour la commander de façon qu'elle alimente la source lumineuse 102 afin que cette dernière émette un faisceau lumineux 101 ayant une énergie telle que le signal appliqué à l'entrée 121 de l'amplificateur différentiel 120 tende à être égal au signal de référence 125 ou lui demeure égal. De cette façon, le faisceau lumineux 101 en sortie de la source lumineuse 102 présente une énergie sensiblement constante. Ce système est particulièrement avantageux pour compenser les pertes d'énergie des sources lumineuses dues au vieillissement de ces sources. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour mesurer l'énergie contenue dans un faisceau lumineux (1), caractérisé en ce qu'il comporte : • une enveloppe (10) définissant un logement creux (11) comportant une fenêtre ouverte (12) et un fond (13) en regard de ladite fenêtre, • un diaphragme (20) comportant un orifice central (21) d'une section déterminée, • des moyens (22) pour monter ledit diaphragme en coopération avec ladite fenêtre (12) de façon à limiter l'ouverture de ladite fenêtre à la section du dit orifice central (21), • un disque (30) en un matériau piézoélectrique comportant une percée centrale (31), • des moyens (32) pour monter le disque (30) en coopération avec ladite enveloppe (10) de façon qu'il soit situé entre ledit diaphragme (20) et le fond (13) du logement en creux (11), et que la percée centrale (30) du disque soit sensiblement centrée sur l'orifice central (21) du diaphragme (20), et • deux électrodes (33, 34) situées respectivement sur les deux faces opposées du dit disque (30), chaque électrode comportant une borne de sortie (35, 36), les deux bornes de sortie étant aptes à être reliées à un indicateur de potentiel électrique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite enveloppe (10) est en un matériau conducteur thermique. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite enveloppe (10) comporte, sur au moins une partie de sa surface extérieure (14), des ailettes de radiateurs thermiques (15). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une couche de corps noir (40) tapissant au moins une partie du fond (13) du dit logement en creux (11), ladite partie de fond étant sensiblement située =4dans l'axe commun (41) au dit orifice (21) et à ladite percée centrale (31) et ayant une aire au moins égale à celle dudit orifice central (21). 5. Système pour la régulation de l'énergie du faisceau lumineux (101) délivré suivant un axe optique déterminé (109) par une source lumineuse (102) alimentée par une source d'énergie électrique (103) pouvant être commandée à partir d'une borne d'entrée de commande (104), caractérisé en ce qu'il comporte : • une enveloppe (10) définissant un logement creux (11) comportant une fenêtre ouverte (12) et un fond (13) en regard de ladite fenêtre, • un diaphragme (20) comportant un orifice central (21) d'une section déterminée, • des moyens (22) pour monter ledit diaphragme en coopération avec ladite fenêtre (12) de façon à limiter l'ouverture de ladite fenêtre à la section du dit orifice central (21), • un disque (30) en un matériau piézoélectrique comportant une percée centrale (31), • des moyens (32) pour monter le disque (30) en coopération avec ladite enveloppe (10) de façon qu'il soit situé entre ledit diaphragme (20) et le fond (13) du logement en creux (11), et que la percée centrale (30) du disque soit sensiblement centrée sur l'orifice central (21) du diaphragme (20), • deux électrodes (33, 34) situées respectivement sur les deux faces opposées du dit disque (30), chaque électrode comportant une borne de sortie (35, 36), les deux bornes de sortie étant aptes à être reliées à un indicateur de potentiel électrique, • un séparateur de faisceau lumineux (110) monté en coopération avec ledit faisceau (101) obtenu en sortie de la source lumineuse (102) pour donner naissance à un faisceau transmis (111) et un faisceau dévié (112), de façon que ledit faisceau dévié soit sensiblement situé sur ledit axe commun (41) au dit orifice (21) et à ladite percée centrale (30), • un comparateur (120) à deux première et seconde entrées (121, 122) et une sortie (123), • des moyens (124) pour relier la première entrée (121) du comparateur (120) aux bornes de sortie (35, 36) respectivement des deux électrodes (33, 34),• des moyens (125) pour appliquer un signal de référence sur la seconde entrée (122) du comparateur, et • des moyens (128) pour relier la sortie (123) du comparateur (120) à l'entrée de commande (104) de la source d'énergie électrique (103). 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit comparateur (120) est un amplificateur différentiel, le signal de référence appliqué à sa seconde entrée (125) ayant une valeur représentative de la quantité d'énergie du faisceau lumineux qui doit être délivré par la source lumineuse (102). 7. Système selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la source lumineuse est au moins l'une des sources suivantes : générateur laser, lampe flash, lampe flash pour pompage optique, lampe d'émissions lumineuses pour le traitement de la peau d'un individu. 8. Système selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le séparateur (110) est constitué par une lame semi transparente et semi réfléchissante inclinée de préférence sensiblement à 45 sur l'axe optique (109) et l'axe commun (41). 20 9. Système selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les moyens (124) pour relier la première entrée (121) du comparateur (120) aux bornes de sortie (35, 36) respectivement des deux électrodes (33, 34) sont constitués par des moyens d'amplificateur différentiel dont les entrées sont reliées 25 aux deux bornes (35, 36) respectivement des deux électrodes (33, 34) et dont la sortie est reliée à la première entrée (121) du comparateur (120). 10 15