Brevet FR3063144A1 — publié le 20180824

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un spectromètre pour l'analyse d'un objet et un procédé d'analyse d'objets. Etat de la technique Les spectromètres analysent des spectres lumineux. Comme les éléments chimiques et les matières absorbent et réfléchissent la lumière dans des plages de longueurs d'onde différentes, l'analyse du spectre des longueurs d'onde permet de déterminer la composition de la matière des objets. On peut, en particulier, déceler des impuretés et des corps étrangers en utilisant le spectre. Le document EP 1 182 425 A 1 décrit à titre d'exemple un dispositif d'essai servant à déterminer la matière d'une surface examinée. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet un spectromètre pour analyser un objet comprenant une installation d'émission pour émettre un faisceau lumineux, une installation de réception pour recevoir le faisceau lumineux réfléchi par l'objet et fournir une grandeur de mesure comprenant une intensité de signal et/ou un rapport signal/bruit et une installation de commande pour faire varier un paramètre de fonc- tionnement de l'installation d'émission et/ou de l'installation de récep- tion, recevoir les grandeurs de mesure de l'installation de réception et en fonction des grandeurs de mesure, fournir à l'utilisateur du spectromètre, un signal indicateur pour modifier les conditions de mesure selon le paramètre de fonctionnement. Le spectromètre selon l'invention se compose d'une ins- tallation d'émission, d'une installation de réception et d'une installation de commande. L'installation d'émission génère un faisceau lumineux. L'installation de réception reçoit le faisceau lumineux réfléchi par l'objet et fournit une grandeur de mesure qui correspond à l'intensité du signal et/ou au rapport signal/bruit. L'installation de commande modifie le paramètre de fonctionnement de l'installation d'émission et/ou de l'installation de réception ; elle reçoit les grandeurs de mesure fournies par l'installation de réception et en fonction de ces grandeurs de mesure selon le paramètre de fonctionnement elle fournit un signal indicateur 3063144 2 pour modifier les conditions de mesure. Ce signal est destiné à l'utilisateur du spectromètre. Selon un développement, l'invention a également pour objet un procédé d'analyse d'un objet comprenant les étapes suivantes 5 consistant à émettre un faisceau lumineux à l'aide d'une installation d'émission, recevoir le faisceau lumineux réfléchi par l'objet à l'aide d'une installation de réception et émettre une grandeur de mesure comprenant l'intensité du signal et/ou le rapport signal/bruit, faire varier un paramètre de fonctionnement de l'installation d'émission et/ou 10 l'installation de réception, recevoir les grandeurs de mesure émises par l'installation de réception et ensuite émettre un signal indicateur pour modifier les conditions de mesure en fonction de la dépendance entre les grandeurs de mesure et le paramètre de fonctionnement pour l'utilisateur du spectromètre. 15 En d'autres termes, l'invention a pour objet un procédé d'analyse d'un objet. Dans une première étape du procédé on émet un faisceau lumineux à l'aide de l'installation d'émission. Le faisceau lumineux réfléchi par l'objet est reçu par l'installation de réception qui fournit une grandeur de mesure avec l'intensité du signal et/ou le rapport 20 signal/bruit. On modifie le paramètre de fonctionnement de l'installation d'émission et/ou de l'installation de réception. Les grandeurs de mesure émises par l'installation de réception sont reçues et le signal indicateur pour modifier les conditions de mesure est émis en fonction des grandeurs de mesure selon le paramètre de fonctionne- 25 ment à destination de l'utilisateur du spectromètre. Les spectromètres sont utilisés actuellement principalement par du personnel spécialisé. Pour permettre à un public plus large d'utiliser le spectromètre, il faut améliorer son mode d'utilisation. Selon l'invention, on analyse l'intensité du signal et/ou le rapport signal/bruit 30 pour émettre un signal indicateur approprié. L'utilisateur reçoit ainsi les indications utiles pour se servir du spectromètre à l'aide desquelles il pourra modifier l'orientation du spectromètre pour améliorer l'intensité du signal ou le rapport signal/bruit. Selon un développement du spectromètre, modifier un paramètre de fonctionnement consiste à modifier la distance focale, la 3063144 3 position et/ou l'ouverture d'un diaphragme de l'installation d'émission et/ou de l'installation de réception. Ainsi, l'installation de commande, modifiant les paramètres de fonctionnement pourra modifier le diaphragme de la zone détectée par l'installation d'émission et saisir de fa- 5 çon correspondante l'intensité du signal et/ou le rapport signal/bruit de la zone détectée. Le spectromètre pourra indiquer à l'utilisateur par l'intermédiaire du signal indicateur si la variation du paramètre de fonctionnement réalise des conditions de mesure suffisamment bonnes. Dans le cas contraire, le signal indicateur peut demander à l'utilisateur 10 de modifier l'orientation du spectromètre pour améliorer les conditions de mesure. Selon un développement, l'installation de commande fournit un signal indicateur si les grandeurs de mesure sont en dehors de la plage prédéfinie. Par exemple, un signal indicateur sera émis si 15 l'intensité du signal est inférieure à un seuil prédéfini et/ou si le rap- port signal/bruit est inférieur à un seuil prédéfini. L'utilisateur sera ainsi informé que les conditions de mesure ne sont pas satisfaisantes et il pourra modifier l'orientation du spectromètre pour améliorer les conditions de mesure. Cela facilite l'utilisation du spectromètre pour un 20 opérateur non habitué. De façon préférentielle, l'installation de commande fait varier le paramètre de fonctionnement dans une plage de paramètres ; elle détermine le maximum des grandeurs de mesure et fournit un signal indicateur si le maximum est atteint par une valeur limite de la 25 plage de paramètres. Par exemple, l'installation de commande fait varier la plage de détection analysée par l'installation de réception en modifiant par exemple le réglage du diaphragme de l'installation de réception et/ou de l'installation d'émission. Pour la plage détectée on mesure l'intensité du signal et/ou le rapport signal/bruit. Si un maximum est 30 au bord de la plage de paramètres, cela implique qu'en modifiant l'orientation du spectromètre on pourra améliorer l'intensité du signal ou le rapport signal/bruit. Le signal indicateur indique à l'utilisateur qu'il peut adapter la direction d'orientation du spectromètre. Selon un développement, en modifiant le paramètre de 35 fonctionnement on fait varier la plage de l'angle solide détecté par le 3063144 4 faisceau lumineux. Le signal indicateur contient une information relative à la partie de la plage de l'angle solide qui correspond au paramètre de fonctionnement pour lequel on a le maximum. On peut ainsi demander à l'utilisateur de modifier l'orientation du spectromètre pour décaler 5 cette partie de la plage d'angle solide en direction du centre de la plage d'angle solide détecté. De façon préférentielle, on poursuit ce mouvement jusqu'à ce que le maximum arrive dans la zone intérieure de la plage d'angle solide détectée. On a ainsi un maximum global de l'intensité du signal qui peut ainsi être mesuré effectivement. Cela amé- 10 liore la précision du spectromètre. La zone marginale de la plage d'angle solide correspond de préférence à la valeur limite de la plage du paramètre. Si le paramètre est, par exemple, l'angle d'émission de la zone détectée, la zone marginale de la plage d'angle solide correspond ainsi aux angles maxi- 15 mum d'émission. Selon un développement du spectromètre, le signal indi- cateur contient un signal vibrant et/ou un signal optique et/ou un signal lumineux. Le signal indicateur peut dépendre du maximum de 20 l'intensité du signal et/ou du rapport signal/bruit. Le signal sera d'autant plus fort, par exemple d'autant plus bruyant ou plus lumineux que l'intensité du signal ou le rapport signal/bruit le sera. Si l'intensité du signal et/ou le rapport signal/bruit dépasse le seuil respectif, il n'y aura plus émission de signal indicateur ce qui permet à l'utilisateur de 25 savoir que les conditions de mesure sont maintenant suffisantes. Selon un développement, le procédé consiste à faire varier un paramètre de fonctionnement en faisant varier la distance focale, la position et l'ouverture du diaphragme de l'installation d'émission et/ou de l'installation de réception. 30 Dessins La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de spectromètres représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un mode de réali- 35 sation d'un spectromètre selon l'invention, 3063144 5 - la figure 2 est une vue en coupe schématique d'une installation d'émission d'un mode de réalisation d'un spectromètre selon l'invention, - la figure 3 représente des courbes d'une grandeur de mesure en 5 fonction de l'angle d'émission du faisceau lumineux pour diffé- rents cas, et - la figure 4 est un ordinogramme servant à décrire le procédé d'analyse d'un objet selon un mode de réalisation de l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention 10 La figure 1 est un schéma en coupe d'un spectromètre 1 d'analyse d'un objet 7 correspondant à un mode de réalisation de l'invention. Le spectromètre 1 peut être un appareil automatique. Mais le spectromètre 1 peut également être conçu comme appareil manuel, par exemple, pour un SmartPhone. Le spectromètre 1 peut en outre être 15 conçu pour être relié à un appareil portatif, par exemple, par le boîtier recevant l'appareil portatif. Le spectromètre 1 peut également être intégré à l'appareil à main. Le spectromètre 1 peut également être relié à l'appareil à main par une liaison sans fil. Le spectromètre 1 comprend une installation d'émission 20 2 émettant un faisceau lumineux L. L'installation d'émission 2 com- porte une source lumineuse générant un faisceau lumineux dans un spectre large de longueurs d'onde notamment de lumière blanche. L'installation d'émission 2 peut en outre comporter au moins un filtre pour laisser passer une certaine plage de longueurs d'onde du faisceau 25 lumineux émis L ou d'absorber ou de réfléchir certaines plages. Le spec- tromètre 1 comporte une installation de réception 3 pour recevoir le faisceau lumineux L réfléchi par l'objet 7 et fournir une grandeur de mesure. La grandeur de mesure contient une intensité de signal 30 et/ou un rapport signal/bruit. L'installation de réception 3 peut avoir une surface de détection qui détecte la réception du faisceau lumineux L et fournit un signal fonction de l'intensité lumineuse du faisceau lumineux reçu L. L'installation de réception 3 peut en outre analyser le spectre du faisceau lumineux reçu L. L'installation de réception 3 peut 35 toutefois être également réalisée pour transmettre la grandeur de me- 3063144 6 sure par une liaison de transmission de données, de préférence une liaison de transmission de données sans fil vers une installation d'exploitation qui peut faire partie du spectromètre ou être une installation externe. L'installation d'exploitation détermine à partir du spectre 5 du faisceau lumineux L une propriété de la matière, les impuretés ou autres propriétés de l'objet 7. Le spectromètre 1 comporte en outre une installation de commande 4 pour faire varier un paramètre de fonctionnement de l'installation d'émission 2 et/ou de l'installation de réception 3. Ainsi, le 10 spectromètre 1 comporte un actionneur 5 ayant un actionneur d'installation d'émission 51 faisant partie de l'installation d'émission 2 et un actionneur d'installation de réception 52 faisant partie de l'installation de réception 3. L'actionneur 51 de l'installation d'émission comprend, par exemple, un diaphragme avec une distance focale et/ou 15 une position et/ou une ouverture variables. L'actionneur d'installation d'émission 51 comporte au moins une lentille qui, par variation des paramètres de la lentille, par exemple de la distance focale de la lentille ou de la position de la lentille ou d'un miroir permet de modifier la direction d'émission du faisceau lumineux émis L. 20 La figure 2 est une vue détaillée en section de l'installation d'émission 2. La figure 2 montre l'angle d'émission a du faisceau lumineux L sortant de l'installation d'émission 2 ; cet angle est mesuré par rapport à un axe optique central X. L'angle d'émission a peut être modifié par la commande de l'actionneur 51 de l'installation 25 d'émission par l'intermédiaire de l'installation de commande 4. Cette commande concerne une plage angulaire [-I3,13]. L'actionneur 51 de l'installation de commande permet de faire varier la direction d'émission ou l'angle d'émission a du faisceau lumineux L émis par l'installation d'émission 2. L'angle d'émission a est 30 un paramètre de fonctionnement de l'installation d'émission 2. Alors que la figure 2 montre un unique angle d'émission a, selon d'autres modes de réalisation on peut faire varier le faisceau lumineux L dans un autre plan de sorte que le faisceau lumineux L détecte une plage d'angle solide. 3063144 7 L'actionneur d'installation de réception 52 peut également comporter au moins un diaphragme et/ou une lentille et modifier la distance focale, la position et/ou l'ouverture du diaphragme et/ou de la lentille de l'installation de commande 4. L'actionneur d'installation de 5 réception 52 permet de faire varier la plage de l'angle solide détecté par le faisceau lumineux reçu par l'installation de réception 3. En particulier, on règle l'angle d'incidence du faisceau lumineux réfléchi L par l'installation de commande 4. L'angle d'incidence constitue ainsi un paramètre de fonctionnement de l'installation de réception 3. 10 Selon d'autres formes de réalisation, l'actionneur 5 com- porte seulement un actionneur d'installation d'émission 51 ou qu'un actionneur d'installation de réception 52. L'installation de commande 4 permet de faire varier en continu ou de manière discrète les paramètres de fonctionnement. Pen- 15 dant la variation, l'installation d'émission 2 émet le faisceau lumineux L en continu ou également en étapes discrètes, et l'installation de réception 3 reçoit le faisceau lumineux réfléchi L pour fournir la grandeur de mesure. Partant des grandeurs de mesure émises, l'installation de commande 4 détermine la courbe des grandeurs de mesure selon le pa- 20 ramètre de fonctionnement. A titre d'exemple, l'installation de commande 4 détermine l'intensité du signal et/ou le rapport signal/bruit comme fonction de l'angle d'émission a ou de l'angle d'incidence. Partant de la relation entre les grandeurs de mesure et 25 du paramètre de fonctionnement l'installation de commande 4 fournit un signal indicateur pour modifier les conditions de mesure à destination de l'utilisateur du spectromètre 1. La figure 3 montre l'intensité I du signal en fonction de l'angle d'émission a. L'installation de commande 4 détermine le maxi- 30 mum du signal d'intensité I en fonction de l'angle d'émission a. Une première courbe H montre la relation entre l'intensité I du signal et l'angle d'émission a avec un maximum I lmax pour l'angle d'émission pl qui se situe à l'intérieur de la plage de paramètre up, 13] pour l'angle d'émission a. L'installation de commande 4 35 constate ainsi que le paramètre de fonctionnement pour lequel 3063144 8 l'intensité I du signal passe par un maximum n'est pas une valeur limite de la plage de paramètres. Le maximum I lmax du paramètre dépasse un seuil prédéfini Is. L'installation de commande 4 n'émet pas pour cela de signal indicateur. Mais, l'installation de commande 4 peut 5 également émettre un signal indicateur pour informer l'utilisateur que les conditions de mesure sont suffisamment bonnes. Dans un second cas, le maximum de l'intensité du signal comme fonction de l'angle d'émission a, présente également pour un angle 132 qui ne correspond pas à une valeur limite de la plage de para- 10 mètres [-13, 13], comme le montre la seconde courbe 12. L'intensité maxi- male 12 max du signal est toutefois inférieure au seuil prédéfini Is. L'installation de commande 4 peut également être conçue pour émettre un signal indicateur. Ce signal indicateur pourra donner une information concernant l'intensité maximale I2max du signal et informer 15 l'utilisateur que l'intensité du signal n'est pas suffisante pour permettre de bonnes mesures. On pourra, par exemple, demander à l'utilisateur de rapprocher le spectromètre 1 de l'objet à mesurer 7. Dans un troisième cas, la courbe 13 de l'intensité I du si- gnal en fonction de l'angle d'émission a a un maximum I3max pour 20 l'angle d'émission maximum p. Le maximum de l'intensité I du signal se produit ainsi pour un angle d'émission a correspondant à une valeur limite de la plage de paramètres [-13, 13]. L'installation de commande 4 est conçue pour émettre un signal indicateur qui informe l'utilisateur que les conditions de mesure ne sont pas optimales. L'installation de 25 commande 4 est conçue pour indiquer à l'utilisateur qu'il doit modifier l'orientation du spectromètre 1 pour que l'axe optique central X soit tourné dans la direction des valeurs positives de l'angle d'émission a pour lequel on a le maximum. L'intensité de signal I mesurée pour l'angle d'émission maximum p respectif sera initialement augmentée 30 jusqu'à atteindre un maximum global de l'intensité de signal I. L'utilisateur est ainsi sollicité pour orienter correctement le spectromètre. Pour émettre le signal indicateur, le spectromètre 1 com- porte une installation d'émission 6. L'installation d'émission 6 génère 35 un signal vibrant et/ou un signal optique et/ou un signal lumineux. De 3063144 9 façon préférentielle, on modifie l'intensité du signal indicateur en fonction de l'intensité maximale de signal I. Par exemple, on peut modifier l'intensité de la vibration ou l'intensité lumineuse ou la fréquence pour l'affichage. Par exemple, l'installation d'émission 6 comporte au moins 5 une diode LED et qui s'éclaire en vert si les conditions de mesure sont suffisantes alors que si l'intensité I du signal est insuffisante ou si l'intensité du signal est maximale pour une valeur limite de la plage des paramètres, au moins une diode LED rouge sera activée. En outre, on peut avoir un ensemble de diodes LED ; le nombre de diodes LED éclai- 10 rées indiquera la qualité des conditions de mesure. Le signal indicateur peut également comporter un signal acoustique, par exemple, une communication telle que "tourner vers la droite" et qui demande à l'utilisateur de basculer l'appareil vers la droite pour améliorer les conditions de mesure. 15 L'installation d'affichage 6 peut également faire partie d'un appareil à main, par exemple, d'un smartphone. Ainsi, on peut utiliser une unité vibrante existante ou un affichage de l'appareil à main pour générer le signal vibrant ou émettre le signal optique. En outre, l'installation d'affichage 6 comporte une source 20 lumineuse pour éclairer l'objet analysé 7. La couleur d'émission ou la fréquence avec laquelle on balaye l'objet 7 peuvent dépendre de la grandeur de mesure. Par exemple, plus l'intensité maximale de signal I est élevée et plus élevée sera la fréquence de la lumière émise. La figure 4 montre un ordinogramme servant à décrire un 25 procédé d'analyse d'un objet 7. Dans une première étape Si du procédé, l'installation d'émission 2 émet un faisceau lumineux L. Dans une autre étape de procédé S2 l'installation de ré- ception 3 reçoit le faisceau lumineux L réfléchi par l'objet 7 et fournit 30 une grandeur de mesure. La grandeur de mesure contient l'intensité du signal et/ou le rapport signal/bruit. L'installation d'émission 2 et l'installation de réception 3 peuvent être réalisées comme décrit ci-dessus. Selon une autre étape S3 du procédé, on fait varier un 35 paramètre de fonctionnement de l'installation d'émission 2 et/ou de 3063144 10 l'installation de réception 3. En particulier, l'installation d'émission 2 et/ou l'installation de réception 3 peuvent comporter l'un des moyens décrits ci-dessus, l'actionneur de l'installation d'émission 51 et/ou celui de l'installation de réception 52. Faire varier un paramètre de fonction- 5 nement peut notamment consister à faire varier la distance focale, la position et/ou l'ouverture d'un diaphragme et/ou d'une lentille et/ou d'un miroir de l'installation d'émission 2 et/ou de l'installation de réception 3. Selon une autre étape de procédé S4 on reçoit les gran- 10 deurs de mesure correspondantes de l'installation de réception 3. Selon l'étape de procédé S5, on émet un signal indicateur pour modifier les conditions de mesure en fonction des grandeurs de mesure du paramètre pour l'utilisateur du spectromètre 1. Comme décrit ci-dessus, on émet le signal indicateur si le maximum de l'intensité 15 du signal est inférieur à une valeur prédéfinie. On peut également émettre un signal indicateur si le maximum de l'intensité du signal se produit pour une valeur limite d'une plage de paramètres dans laquelle on fait varier le paramètre. Le signal indicateur peut être comme décrit ci-dessus, un signal vibrant, un signal optique et/ou un signal acoustique. 20 3063144 11 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Spectromètre 2 Installation d'émission 5 3 Installation de réception 4 Installation de commande 5 Actionneur 51 Actionneur de l'installation d'émission 52 Actionneur de l'installation de réception 10 6 Objet analysé I intensité du signal I1 courbe représentant l'intensité du signal I lmax Maximum du signal Is Seuil du signal/installation d'affichage 15 S1-S5 Etapes du procédé d'analyse L Faisceau lumineux a Angle d'émission X Axe optique central 20 REVENDICATIONS1°) Spectromètre (1) pour analyser un objet (7) comprenant : - une installation d'émission (2) pour émettre un faisceau lumineux (L), une installation de réception (3) pour recevoir le faisceau lumineux (L) réfléchi par l'objet (7) et fournir une grandeur de mesure com- prenant une intensité de signal et/ou un rapport signal/bruit et, - une installation de commande (4) pour faire varier un paramètre de fonctionnement de l'installation d'émission (2) et/ou de l'installation de réception (3), recevoir les grandeurs de mesure de l'installation de réception (3) et en fonction des grandeurs de mesure, fournir à l'utilisateur du spectromètre (1), un signal indicateur pour modifier les conditions de mesure selon le paramètre de fonctionnement. 2°) Spectromètre (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que modifier le paramètre de fonctionnement consiste à modifier sa distance focale, la position et/ou l'ouverture d'un diaphragme et/ou d'une lentille et/ou d'un miroir de l'installation d'émission (2) et/ou de l'installation de réception (3). 3°) Spectromètre (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'installation de commande (4) fournit un signal indicateur si les gran- deurs de mesure sont en dehors d'une plage prédéfinie. 4°) Spectromètre (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'installation de commande (4) modifie le paramètre de fonctionnement dans une plage de paramètres, détermine le maximum des grandeurs de mesure et fournit un signal indicateur si une valeur limite de la plage de paramètres atteint le maximum. 5°) Spectromètre (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' 3063144 13 en modifiant le paramètre de fonctionnement on modifie la plage de l'angle solide détecté par le faisceau lumineux (L) et le signal indicateur comprend une information concernant une partie de la plage de l'angle solide qui correspond au paramètre de fonctionnement respectif pour 5 lequel on a le maximum. 6°) Spectromètre (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la plage limite de la plage d'angle solide est une valeur limite de la plage 10 de paramètres. 7°) Spectromètre (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal indicateur est un signal vibrant et/ou un signal optique et/ou 15 un signal acoustique. 8°) Spectromètre (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal indicateur dépend du maximum de l'intensité du signal et/ou 20 du rapport signal/bruit. 9°) Procédé d'analyse d'un objet (7) comprenant les étapes suivantes consistant à : émettre (S1) un faisceau lumineux (L) à l'aide d'une installation 25 d'émission (2), recevoir (S2) le faisceau lumineux (L) réfléchi par l'objet (7) à l'aide d'une installation de réception (3) et émettre une grandeur de mesure comprenant l'intensité du signal et/ou le rapport signal/bruit, faire varier (S3) un paramètre de fonctionnement de l'installation 30 d'émission (2) et/ou de l'installation de réception (3), recevoir (S4) les grandeurs de mesure émises par l'installation de réception (3), et émettre (S5) un signal indicateur pour modifier les conditions de mesure en fonction de la dépendance entre les grandeurs de mesure 3063144 14 et le paramètre de fonctionnement pour l'utilisateur du spectromètre. 10°) Procédé selon la revendication 9, 5 caractérisé en ce que modifier le paramètre de fonctionnement consiste à modifier la distance focale, la position et/ou l'ouverture d'un diaphragme et/ou d'une lentille et/ou d'un miroir de l'installation d'émission (2) et/ou de l'installation de réception (3). 10