FR2925686A1 - Dispositif optique de mesures par reflectance - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif optique de mesure par réflectance d'un objet à caractériser, et plus particulièrement pour la réalisation de mesures sans contact à la surface d'objet, comprenant une tête optique avec des moyens d'éclairement pour éclairer un champ de ladite surface de l'objet et des moyens de collecte pour capter au moins en partie le rayonnement diffusé par l'objet. Les moyens de collecte comprennent un filtre spatial 6 défini par un cône d'acceptance C0 d'axe X0 et d'angle alpha0. Les moyens d'éclairement comprennent une source de rayonnement étendue 5 dont le rayonnement est de révolution autour de l'axe X0 du filtre spatial, de sorte que l'intensité des rayonnements émis est sensiblement la même en tous les points de la source étendue disposés suivant un même cercle de révolution autour dudit axe et que leurs distributions spatiales se superposent par rotation autour dudit axe.

Description

2925686 La présente invention concerne un dispositif optique de mesure par réflectance d'un élément ou objet à caractériser, et plus particulièrement pour déterminer, sans entrer en contact avec l'objet, des propriétés de sa surface, et un système optique de caractérisation d'objet comprenant un tel dispositif.

Il est connu notamment par le document brevet US 4 919 535 de tels dispositifs optiques pour effectuer des mesures sans contact comprenant une tête optique et un support d'objet apte à supporter un objet, de sorte que la tête optique soit sans contact avec ledit objet, ladite tête optique comprenant des moyens d'éclairement pour éclairer un champ de ladite surface de l'objet et des moyens de collecte pour capter au moins en partie le rayonnement diffusé par l'objet. Dans le document brevet précité, les moyens d'éclairement comprennent une source et un condenseur d'axe optique perpendiculaire à la surface de l'objet formant un faisceau de rayons lumineux parallèles. Les moyens de collecte sont disposés de sorte que les mesures effectuées soient indépendantes des variations de distance entre l'objet et le dispositif optique. Ces moyens de collecte comprennent un nombre impair de récepteurs de lumière, montés autour du condenseur, dont les axes optiques, disposés à intervalles angulaires réguliers, se rencontrent sur l'axe optique du condenseur. Ce type de dispositif s'avère encombrant, onéreux, et très complexe à mettre en oeuvre. En effet, les axes optiques des récepteurs et des moyens d'éclairement doivent se rencontrer au même point, ce qui nécessite des réglages et alignements multiples très stricts pour un bon fonctionnement. Par ailleurs, un tel dispositif est sensible aux vibrations de l'objet à caractériser et/ou de la tête optique, ainsi qu'aux inclinaisons relatives, appelés également tilts, de l'objet par rapport à l'axe du condenseur. La présente invention a pour but de proposer un dispositif optique palliant au moins l'un des inconvénients précités, qui soit simple de conception, qui ne nécessite pas d'alignement optique, et/ou qui soit insensible aux vibrations et aux tilts.

A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif optique pour effectuer des mesures sans contact par réflectance d'un élément ou objet, ou de sa surface, ledit dispositif comprenant une tête optique visant un objet de sorte que la 2 2925686 tête optique soit sans contact avec ledit objet, ladite tête optique comprenant des moyens d'éclairement pour éclairer un champ de ladite surface de l'objet et des moyens de collecte pour capter au moins en partie le rayonnement diffusé par l'objet à partir du champ éclairé de l'objet, caractérisé en ce que 5 - lesdits moyens de collecte comprennent un filtre spatial, éventuellement sensiblement achromatique, défini par un cône d'acceptance d'axe et d'angle définis, présentant une base symétrique par rapport audit axe, - les moyens d'éclairement comprennent une source de rayonnement étendue dont le rayonnement est de révolution autour de l'axe du filtre spatial, de 10 sorte que l'intensité des rayonnements émis est sensiblement la même en tous les points de la source étendue disposés suivant un même cercle de révolution autour dudit axe et que les distributions spatiales des rayonnements desdits points de la source étendue disposés suivant un même cercle de révolution se superposent par rotation autour dudit axe. Ainsi l'intensité des rayonnements émis par des éléments 15 diamétralement opposés de la source étendue disposés suivant un même cercle de révolution autour dudit axe du filtre spatial sont sensiblement identiques et leurs distributions spatiales se superposent par une rotation de 180°. Selon l'invention, la source étendue de rayonnement et le filtre spatial sont disposés de sorte que les rayonnements émis par deux éléments de la source étendue 20 symétriques par rapport à l'axe du filtre spatial aient la même intensité et une distribution spatiale symétrique par rapport au dit axe. Dans ces conditions, on observe en cours de mesure qu'en cas d'inclinaison de l'objet ou de la tête optique le signal ne varie sensiblement pas. Dans ces conditions le champ de mesure devient légèrement elliptique, définissant une ellipse dont les deux axes se croisent sur l'axe 25 du filtre spatial, et tout se passe comme si les variations d'intensité des rayonnements captés par le filtre spatial en provenance des deux moitiés du champ elliptique disposées de part et d'autres du petit axe de l'ellipse se compensent sensiblement. Grâce à cet agencement, l'invention fournit un dispositif optique de structure et de mise en oeuvre très simples, permettant d'avoir un rayonnement total capté par le 30 filtre spatial qui est sensiblement indépendant des vibrations et des inclinaisons ou tilts relatifs de la tête optique et de l'objet à caractériser, en particulier lorsque ladite source et ledit objet sont mobiles l'un par rapport à l'autre.

3 2925686 La source étendue émet un rayonnement qui est homogène au moins par cercles ou anneaux concentriques. Pour chaque anneau, la source étendue rayonne par unité de surface le même flux lumineux suivant la même intensité et dont la distribution spatiale se superpose par rotation à celles des autres unités de surface du 5 même anneau. Au moins une partie du flux rayonné par chaque élément de la source est orientée parallèlement à l'axe du filtre spatial. La taille de la source étendue est telle que l'intersection du cône d'acceptance avec la surface de l'objet soit au moins en partie dans le champ éclairé. Le filtre spatial ne capte que le rayonnement diffusé par l'objet et issu du rayonnement émis par la source étendue, le filtre spatial ne 10 captant pas le rayonnement directement émis par la source étendue, et de préférence ni le rayonnement diffusé issu d'un rayonnement lumineux autre que celui provenant de la source étendue. Selon une particularité, le dispositif comprend en outre un support d'objet, ledit support d'objet et ladite tête optique étant disposés de sorte que ladite tête 15 optique soit sans contact avec l'objet supporté par ledit support d'objet. Dans un mode de réalisation, ledit support d'objet est apte à déplacer un objet par rapport à ladite tête optique et/ou ladite tête optique est apte à être déplacée par rapport audit support d'objet, de manière à obtenir un déplacement relatif de la tête optique par rapport à l'objet, et notamment réaliser des mesures en ligne.

20 Selon un mode de réalisation, la source étendue de rayonnement émet un rayonnement sensiblement lambertien. Dans ce cas, la source étendue est sensiblement homogène et émet par unité de surface sensiblement le même rayonnement suivant la même intensité et la même distribution spatiale. La distribution du rayonnement est isotrope, certains rayons étant parallèles à l'axe du 25 filtre spatial. La distribution spatiale et l'intensité de l'éclairement dans le champ de mesure sont sensiblement identiques par cercles ou anneaux concentriques centrés selon l'axe du filtre spatial. La source optique étendue peut être une source monochromatique ou large bande, couvrant une partie plus ou moins large du spectre allant d'un rayonnement 30 ultraviolet (UV) jusqu'au rayonnement infrarouge (IR), en passant par le visible (VIS). Suivant l'application, la source est choisie pour fournir un rayonnement UV, VIS, IR, UV-VIS, VIS-IR, UV-IR ou UV-VIS-IR. Dans le cas d'une peinture par 4 2925686 exemple, le spectre visible donne accès notamment aux caractéristiques colorimétriques et le spectre infrarouge notamment à la composition. La source étendue peut être formée de plusieurs anneaux émettant chacun dans une bande spectrale particulière.

5 La source étendue peut être constituée en particulier par un émetteur de rayonnement optique de grande dimension (radiateur IR, panneau fluorescent, etc.), ou par l'association d'une source primaire et d'un dispositif optique qui met en forme le faisceau primaire. La source primaire est faite d'un ou plusieurs émetteurs "ponctuels" (lampe à filament, émetteur IR à filament ou céramique, laser, source 10 supercontinue, etc.), d'une ou plusieurs lentilles, prismes simples ou en mosaïque, faisceaux de fibres, diffuseurs, etc. Selon un mode de réalisation, ladite source étendue est une source diffusante infrarouge, ledit filtre spatial étant apte à capter le rayonnement infrarouge diffusé par l'objet. Une telle source infrarouge étendue peut être réalisée de manière très 15 simple au moyen d'une simple plaque chauffée. Avantageusement, ladite source est une source diffusante infrarouge comprenant une plaque métallique chauffée. Le filtre spatial peut être monté directement sur la source étendue, ou isolé de celle-ci, notamment lorsque ledit filtre est susceptible d'être dégradé à la température de fonctionnement de la source étendue.

20 Selon un autre mode de réalisation, ladite source étendue est une source étendue collimatée, le filtre spatial et la source étant disposés de sorte que le rayonnement émis par la source soit parallèle à l'axe du filtre spatial. Dans le cas d'une source étendue collimatée, le rayonnement de la source étendue doit être émis parallèlement à l'axe du filtre spatial.

25 Selon un autre mode de réalisation, la tête optique comprend en outre un ou plusieurs diaphragmes de champ qui délimitent le champ de mesure éclairé défini par l'intersection entre le champ éclairé de l'objet et le champ de mesure du filtre spatial. Dans certaines applications, en particulier en colorimétrie et en fluorimétrie, il peut être important de capter le rayonnement diffusé suivant des directions non 30 spéculaires, afin d'éviter de noyer le signal pertinent dans un signal spéculaire de forte intensité. Avantageusement, afin de limiter l'impact de la réflexion spéculaire sur les mesures, ledit dispositif comprend un diaphragme de champ qui délimite un 5 2925686 champ de mesure éclairé annulaire. Selon un mode de réalisation, le diaphragme de champ limite la zone émettrice de la source étendue pour limiter le champ éclairé. Dans un autre mode de réalisation, le diaphragme de champ est placé entre le filtre spatial et l'objet pour limiter le champ de mesure, en particulier pour former un 5 champ de mesure annulaire. Selon une autre particularité, les moyens de collecte comprennent au moins un guide d'onde apte à acheminer le rayonnement capté par le filtre spatial vers des moyens d'acquisition, tel qu'un analyseur de spectre optique. Avantageusement, les moyens de collecte comprennent un guide d'onde 10 formé d'au moins une fibre optique. La fibre optique utilisée peut être notamment une fibre de verres fluorés, de verres d'oxydes, de verres oxyhalogénés, de verres de chalcogénures, une fibre polycristalline (en halogénures d'argent, notamment) ou cristalline (en saphir par exemple) ou, une fibre plastique, à coeur liquide, ou par exemple encore une fibre micro-structurée ou creuse. Dans un mode de réalisation, 15 les moyens de collecte comprennent au moins une fibre optique constituant à la fois le guide d'onde et le filtre spatial. Selon un autre mode de réalisation, la tête optique comprend un filtre spatial couplé via une optique de couplage à une fibre optique pour acheminer le rayonnement capté par le filtre spatial vers les moyens d'acquisition. L'étendue géométrique de la fibre est alors de préférence adaptée à 20 celle du filtre spatial. La présente invention a également pour objet un système optique de caractérisation d'un objet, caractérisé en ce qu'il comprend le dispositif optique tel que décrit précédemment, et des moyens d'acquisition, tel qu'un spectromètre, aptes à recevoir et traiter le rayonnement capté par les moyens de collecte.

25 Avantageusement, ledit système comprend en outre au moins un capteur de distance apte à mesurer la distance entre la source étendue et l'objet pour corriger le signal capté par les moyens de collecte en fonction de la distance entre la source étendue et l'objet. De préférence, le système comprend en outre un système d'étalonnage. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et 30 avantages apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre de modes de réalisation particuliers actuellement préférés de l'invention, en référence aux dessins schématiques annexés, sur lesquels : 6 2925686 - la figure 1 représente une vue schématique de côté d'un système optique de caractérisation d'un objet selon l'invention avec un dispositif optique comprenant une source étendue IR et une fibre optique IR ; - la figure 2 est une vue schématique de dessous du dispositif optique de la 5 figure l ; - les figures 3A et 3B sont des vues schématiques en coupe de la tête optique du dispositif optique des figures 1 et 2 ; - la figure 4 est une vue schématique d'une tête optique selon un deuxième mode de réalisation, comprenant une source étendue diffusante cylindrique ; 10 - la figure 5A est une vue schématique en coupe d'une tête optique selon un troisième mode de réalisation, comprenant une source étendue collimatée ; - la figure 5B est une vue schématique en coupe d'une tête optique selon une variante du mode de réalisation de la figure 5A ; -la figures 6 est une vue schématique en coupe d'une tête optique selon un 15 quatrième mode de réalisation comprenant une source étendue diffusante à grand angle ; et, - la figure 7 est une vue schématique en coupe d'une tête optique selon une variante du quatrième mode de réalisation de la figure 6. L'invention va être décrite en référence aux figures 1, 2, 3A et 3B dans le 20 cadre d'une application spécifique concernant la mesure en ligne de l'épaisseur d'un film organique déposé sur un objet 2, tel qu'un ruban métallique défilant en continu. Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à cette application spécifique et peut être utilisée dans d'autres applications, tel que décrit ci-après. En référence aux figures 1, 2 et 3A, le système optique de caractérisation 1 25 comprend un dispositif optique 3 comprenant une tête optique 4 montée au-dessus d'un support 7 du ruban 2. Dans le présent mode de réalisation, la tête optique 4 comporte une source étendue infrarouge (IR) 5 et un câble optique infrarouge (IR) 6 servant à la fois de filtre spatial et de guide d'onde. Le système comprend en outre une unité d'acquisition 13 qui enregistre les signaux optiques transmis par la fibre et 30 les convertit en signaux exploitables sous forme analogique ou digitale et une unité de contrôle 11, reliée à la tête optique tel qu'illustré schématiquement par la liaison référencée 12, qui assure l'alimentation de la source étendue et la gestion de la mise 7 2925686 en place d'une référence, et le traitement des données qui lui parviennent de l'unité d'acquisition par la liaison 14. La source étendue infrarouge 5 est formée d'une plaque, par exemple sous la forme d'un disque 51 d'axe principal A0, chauffée par des éléments électriques 5 chauffants (non représentés), tels que des résistances électriques insérées dans le disque ou disposées sur sa face supérieure. Le disque est monté sur une armature 41 pour le montage de la tête optique sur un châssis 42 au dessus du support 7. Dans le présent mode de réalisation, le support d'objet est formé d'un système de convoyage comprenant des rouleaux d'entraînement amont et aval 71, 72 d'axe B, B' permettant 10 de faire défiler le ruban dans la direction de défilement représentée par une flèche F1 sur ladite figure 3A. Le châssis 42 comprend deux montants 421, 422, disposés de part et d'autre du système de convoyage, entre lesquels est assemblée, de manière réglable en hauteur, l'armature 41 de la tête au moyen d'équerres 423, de sorte que le disque soit disposé de manière fixe au dessus du ruban, son axe Al sensiblement 15 perpendiculaire aux axes B et B' des rouleaux, sa surface émettrice inférieure 52 en vis-à-vis du ruban 2, sensiblement parallèle au plan de convoyage défini par les rouleaux, à une distance théorique h de la face supérieure 21 du ruban. Le câble optique 6 comprend une fibre optique infrarouge qui sert à la fois de filtre spatial, pour collecter ou capter le rayonnement issu de la diffusion par le 20 ruban du rayonnement émis par la source étendue, et de guide d'onde pour acheminer le signal capté vers l'unité d'acquisition 13. La fibre optique, formée classiquement d'un coeur et d'une gaine optique protégés dans une enveloppe polymère, est équipée à l'une de ses extrémités d'un premier connecteur 61 pour son montage, par vissage, encliquetage ou tout autre moyen, sur un support convenable 25 (non représenté) qui la maintient au centre d'un orifice axial 53 du disque, mais sans contact avec ce dernier. En tant que filtre spatial, la fibre sélectionne les rayonnements que l'objet diffuse par réflectance dans sa direction suivant leur distribution angulaire. En référence à la figure 3A, la fibre optique présente en entrée un axe X0 et une ouverture d'angle ao, définissant un cône d'acceptance Co. La fibre 30 est montée sur la source étendue, avec son axe X0 confondu avec l'axe Ao de la source étendue, de sorte que la fibre collecte uniquement le rayonnement provenant 8 2925686 du ruban. Suivant les besoins, l'entrée de la fibre optique peut être disposée en léger retrait ou en saillie par rapport à la surface émettrice de la source étendue. Le câble optique comprend à son autre extrémité un second connecteur 62 pour sa connexion à l'unité d'acquisition 13. L'unité d'acquisition 13, comprend un 5 système de détection tel qu'un spectromètre, qui a pour fonction de convertir les signaux optiques captés et transmis par la fibre optique en signaux électriques et/ou numériques puis de communiquer, via une liaison 14, lesdites données à l'unité de contrôle , qui effectue les opérations d'affichage, de traitement et de stockage des données.

10 Dans le présent mode de réalisation, la source étendue IR constitue une source étendue diffusante de type lambertien, émettant un rayonnement sensiblement homogène et uniforme vers le ruban, dont une partie est absorbée, réfléchie et/ou diffusée par le ruban. Les dimensions de la source étendue sont définies de sorte qu'elle éclaire de manière sensiblement uniforme et homogène au moins par anneaux 15 concentriques une surface de l'objet, appelée champ éclairé, représenté schématiquement sous la référence Eo, et que le cône d'acceptance Co de la fibre d'un angle ao donné puisse s'appuyer sur au moins une fraction dudit champ éclairé Eo. L'intersection dudit cône d'acceptance Co avec l'objet 2 définit une surface circulaire, appelée champ de mesure Mo ou base du cône d'acceptance. La totalité du 20 rayonnement capté provient de ce champ de mesure Mo et la fibre est montée sur la source étendue de sorte que le champ de mesure s'appuie entièrement sur le champ éclairé Eo. En cas d'inclinaison du ruban tel qu'illustré schématiquement sur la figure 3B, les variations d'intensité et de distribution spatiale des rayonnements diffusés 25 aux différents points du champ de mesure se compensent, et le rayonnement total capté par la fibre optique ne varie pas. Le système permet de faire des mesures en ligne indépendamment des vibrations et du tilt de l'objet. Dans le cas de la mesure de l'épaisseur d'un film organique le rayonnement diffusé par le ruban est obtenu après une interaction du film avec le rayonnement 30 émis par la source étendue, et le spectre de rayonnement diffusé par l'objet est alors dépendant de l'épaisseur film présent sur l'objet 2. Le ruban peut avoir une rugosité aléatoire ou orientée, et être opaque ou transparent.

9 2925686 Tant que la taille de la source étendue reste importante par rapport à la distance h, le rayonnement capté par la fibre est indépendant de la distance h entre la source étendue et le ruban.

Ainsi, les variations de distance h du ruban n'ont pas d'incidence sur les mesures effectuées.

5 Suivant l'application, la distance peut varier dans des proportions importantes et affecter le signal collecté par le filtre spatial. Dans ce cas ledit signal est corrigé de façon à compenser l'écart lié à la variation de la distance h entre la source étendue et l'objet, à l'aide de deux capteurs de distance, représentés schématiquement sous les références 8a et 8b sur la figure 2, disposés 10 symétriquement de part et d'autre de l'axe de la fibre, qui mesurent en continu la distance entre la source étendue et l'objet, et transmettent cette information à l'unité de contrôle qui corrige l'effet des variations de cette distance h sur le rayonnement capté. Avantageusement, la tête optique comprend des moyens d'étalonnage pour 15 compenser périodiquement la dérive des différents constituants électroniques du système. Ces moyens d'étalonnage comprennent par exemple un disque étalon 45, ayant une surface étalon. Chaque fois que nécessaire, le disque étalon est amené dans le champ de mesure, tel qu'illustré en traits discontinus sur la figure 2, par un dispositif approprié (non représenté) et le spectre de référence correspondant est 20 stocké dans l'unité de contrôle. Le spectre de rayonnement diffusé par l'objet et capté par la fibre est comparé au spectre de référence mémorisé dans l'unité de contrôle. En variante, l'étalonnage est réalisé en amenant la tête optique en face d'un disque étalon. En variante, le câble optique est formé d'un faisceau de fibres optiques 25 parallèles. Selon une autre variante, le dispositif optique comprend un support sur lequel l'objet à caractériser est maintenu de manière fixe, la tête optique étant montée fixe ou mobile au dessus du support. La figure 4 illustre un deuxième mode de réalisation de dispositif optique dans lequel la source optique étendue 105 infrarouge est formée d'un tube 30 cylindrique chauffé et constitue une enceinte close dans laquelle l'objet à caractériser 102 peut défiler.

Une telle enceinte close constitue une source étendue lambertienne, l'axe XI de la fibre optique 106 est sensiblement aligné avec un diamètre du 10 2925686 cylindre-source, et la base Ml de son cône d'acceptance CI, ou champ de mesure, est compris dans le champ éclairé. La figure 5A illustre un dispositif optique selon un troisième mode de réalisation, dans lequel la tête optique comprend une source étendue collimatée. La 5 source étendue et la fibre optique fonctionnent par exemple dans le domaine du visible pour une application en colorimétrie. La tête optique comprend une source principale 205a, telle qu'une lampe halogène, équipée d'un condenseur 205b, par exemple circulaire, d'axe principal A2 disposé sensiblement perpendiculairement à l'objet 202 à caractériser, ledit 10 condenseur constituant une source secondaire étendue émettant un rayonnement collimaté, sensiblement perpendiculaire à l'objet. Le condenseur comprend un orifice axial 253 pour le passage d'une fibre optique 206 équipée d'un connecteur 261. La fibre est montée de sorte que son axe X2 soit aligné avec l'axe principal A2 du condenseur, et que son cône d'acceptance C2 à base circulaire s'appuie sur la surface 15 de l'objet. L'embout 261 joue le rôle d'un diaphragme de champ central, centré selon l'axe A2 de la source étendue, qui délimite un champ éclairé E2 annulaire. Le champ de mesure M2 présente une zone centrale circulaire non éclairée, appelée champ de mesure non éclairé M'2, dont le diamètre correspond au diamètre de l'embout, et une 20 zone annulaire d'intersection avec le champ éclairé, appelée champ de mesure éclairé M"2. Le champ de mesure non éclairé M'2 correspond à une partie centrale circulaire d'angle 32 du cône d'acceptance C2, qui capte un rayonnement nul ou constant en cours de mesure. Le champ de mesure éclairé M"2 correspond à une partie annulaire d'angle a2-;32 du cône d'acceptance qui capte le rayonnement diffusé par l'objet.

25 La tête optique est équipée d'un capteur de distance 208 qui est connecté à l'unité d'acquisition pour corriger le signal capté en fonction de la distance entre la source étendue et l'objet 202. La figure 5B illustre une variante de réalisation de la tête optique de la figure 5A, avec un montage différent de la fibre sur le condenseur et des 30 diaphragmes de champ différents. Comme précédemment, la source secondaire étendue est formée d'un condenseur 305b éclairé par une source primaire 305a. Le condenseur est muni sur sa 11 2925686 face inférieure d'un diaphragme annulaire 309b et d'un diaphragme central circulaire 309a, de diamètre supérieur à celui du connecteur 261 formant diaphragme de la figure 5A, pour limiter la zone émettrice du condenseur et former ainsi un champ éclairé E3 annulaire de petite taille. La fibre 306 passe à travers le condenseur et le 5 diaphragme central, et son entrée est décalée sous le condenseur. La fibre présente un cône d'acceptance C3 d'angle a3, supérieur à a2, avec une partie centrale circulaire d'angle [33, et une partie annulaire d'angle a3- (33. Le champ de mesure M3 du cône d'acceptance comprend un champ de mesure non éclairé M'3 circulaire important et un champ de mesure éclairé M"3 annulaire.

10 La figure 6 illustre un dispositif optique selon un quatrième mode de réalisation, dans lequel la tête optique comprend une étendue diffusante à grand angle de diffusion 04. La source étendue et la fibre optique fonctionnent par exemple dans le domaine du visible pour une application en colorimétrie. La tête optique comprend une source principale 405a, telle qu'une lampe 15 halogène, équipée d'un diffuseur 405b, par exemple circulaire, d'axe principal A4 disposé sensiblement perpendiculairement à l'objet 402 à caractériser, ledit diffuseur constituant une source secondaire étendue émettant un rayonnement diffus d'angle de diffusion 04. Tel qu'illustré sur la figure 6, deux points ou éléments s'4 et s4 diamétralement opposés de la source étendue émettent un rayonnement identique.

20 Dans le présent mode de réalisation le rayonnement émis est sensiblement identique en tout point de la source étendue. Le diffuseur est muni sur sa face inférieure d'un diaphragme central circulaire 409a, et d'un diaphragme annulaire 409b. Dans le mode de réalisation illustré, l'angle de diffusion 04 et les dimensions du diaphragme central sont définis 25 de sorte que ce dernier ne forme aucune zone d'ombre sur l'objet 402, le diffuseur éclairant l'objet sur un champ éclairé E4 circulaire. L'éclairement de l'objet dans le champ éclairé est sensiblement uniforme et homogène par cercles concentriques, cet éclairement présentant un profil d'intensité qui est déterminé par celui de la source étendue, la taille et la disposition des diaphragmes de champ.

30 La fibre 406 passe à travers le diffuseur et le diaphragme central, et son entrée est décalée sous la source secondaire étendue. La fibre présente un cône 12 2925686 d'acceptance C4 d'angle a4, d'axe X4 aligné avec l'axe A4 du diffuseur, son champ de mesure M4 s'appuyant entièrement sur le champ éclairé. La figure 7 illustre une variante de réalisation de la tête optique de la figure 6, avec une source étendue diffusante à petit angle de diffusion 05 et un diaphragme 5 central de grandes dimensions pour former un champ éclairé annulaire. La source secondaire étendue est formée d'un diffuseur 505b éclairé par une source primaire 505a. Ledit diffuseur émet un rayonnement diffus, d'angle de diffusion 05 inférieur à l'angle de diffusion 04, identique en tout points s'5, s5. Le diffuseur est muni sur sa face inférieure d'un diaphragme annulaire 509b et d'un 10 diaphragme central circulaire 509a, de diamètre égal à celui du diaphragme 409a de la figure 6, mais d'épaisseur supérieure, de manière à limiter la zone émettrice de la source secondaire étendue et former ainsi un champ éclairé E5 annulaire. La fibre est montée dans le diaphragme central et son entrée débouche sur un renfoncement 591 du diaphragme, de sorte que la fibre ait un cône d'acceptance C5, d'angle a5, d'axe 15 X5 confondu avec l'axe de la source étendue, et s'appuyant sur la surface de l'objet 502. Comme décrit précédemment dans le mode de réalisation de la figure 5A, le champ de mesure M5 de la fibre est formé d'un champ de mesure non éclairé M'5 correspondant à une partie centrale circulaire d'angle (35 du cône d'acceptance C5, et un champ de mesure éclairé M"5 correspondant à une partie annulaire d'angle a5- (3s 20 du cône d'acceptance. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec différents modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

25 Le dispositif optique peut être utilisé dans diverses applications, pour la caractérisation d'objet immobile, en mouvement ou flottant, notamment la détection et l'analyse de composés chimiques, en particulier de composés organiques, la détection et le contrôle de substances biologiques, la caractérisation d'émulsions, les mesures d'épaisseurs très fines (telles que, par exemple, des couches de peinture, ou 30 autres revêtements minces, ou de films liquides ou plastiques), des mesures de colorimétrie sur des substrats opaques ou transparents, de rugosité aléatoire ou orientée (tels par exemple : tissus, papiers, feuillards, tôles), ainsi que pour le 13 2925686 contrôle de denrées alimentaires d'origine végétale ou animale, le diagnostic médical, le contrôle sanitaire, et le contrôle de pollution. 14

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Dispositif optique pour effectuer des mesures sans contact par réflectance d'un objet ou de sa surface, ledit dispositif comprenant une tête optique visant un objet de sorte que la tête optique soit sans contact avec ledit objet, ladite tête optique comprenant des moyens d'éclairement pour éclairer un champ de ladite surface de l'objet et des moyens de collecte pour capter au moins en partie le rayonnement diffusé par l'objet à partir du champ éclairé de l'objet, caractérisé en ce que -lesdits moyens de collecte comprennent un filtre spatial (6, 106, 206, 306, 406, 506) défini par un cône d'acceptance (Co à C5) d'axe (X0 à X5) et d'angle (ao à a5) définis, - les moyens d'éclairement comprennent une source de rayonnement étendue (5, 105, 205b, 305b, 405b, 505b) dont le rayonnement est de révolution autour de l'axe (Xo-X5) du filtre spatial, de sorte que l'intensité des rayonnements émis est sensiblement la même en tous les points de la source étendue disposés suivant un même cercle de révolution autour dudit axe et que les distributions spatiales des rayonnements desdits points se superposent par rotation autour dudit axe.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un support d'objet (7), ledit support d'objet et ladite tête optique (4) étant disposés de sorte que ladite tête optique soit sans contact avec l'objet supporté par ledit support d'objet.

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit support d'objet (7) est apte à déplacer un objet par rapport à ladite tête optique (4) et/ou ladite tête optique est apte à être déplacée par rapport audit support d'objet.

4. Dispositif selon la revendication 1 à 3, caractérisé en ce que la source étendue de rayonnement (5, 105) émet un rayonnement sensiblement lambertien.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite source étendue est une source diffusante infrarouge (5, 105), ledit filtre spatial (6, 106) étant apte à capter le rayonnement infrarouge diffusé par l'objet (2, 102). 15 2925686

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite source étendue est une source diffusante infrarouge (5) comprenant une plaque métallique chauffée.

7. Dispositif selon la revendication 1 à 3, caractérisé en ce que ladite source 5 est une source étendue collimatée (205b, 305b), le filtre spatial (206, 306) et la source étendue étant disposés de sorte que le rayonnement émis par la source soit parallèle à l'axe (X2, X3) du filtre spatial.

8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la tête optique comprend en outre un ou plusieurs diaphragmes de champ (261 ; 309a, 10 309b ; 509a, 509b) qui délimitent le champ de mesure éclairé (M'2, M'3, M'5) défini par l'intersection entre le champ éclairé (E2, E3, E5) de l'objet (202, 302, 502) et le champ de mesure (M2, M3, M5) du filtre spatial.

9. Dispositif optique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens de collecte comprennent au moins un guide d'onde (6, 106, 206, 306, 15 406, 506) apte à acheminer le rayonnement capté par le filtre spatial vers des moyens d'acquisition (13).

10. Dispositif optique selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de collecte comprennent un guide d'onde formé d'au moins une fibre optique (6, 106, 206, 306, 406, 506). 20

11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens de collecte comprennent au moins une fibre optique constituant à la fois le guide d'onde et le filtre spatial.

12. Système optique de caractérisation d'un objet caractérisé en ce qu'il comprend le dispositif optique (3) selon l'une quelconque des revendications 25 précédentes, et des moyens d'acquisition (13) aptes à recevoir et traiter le rayonnement capté par les moyens de collecte (6).

13. Système optique selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur de distance (8a, 8b) apte à mesurer la distance entre la source étendue (5) et l'objet (2) pour corriger le signal capté par les moyens de 30 collecte (6) en fonction de la distance entre la source étendue et l'objet.