EP1540312A1 - Procede et dispositif permettant de mesurer un flux lumineux retrodiffuse par un milieu disperse, non perturbe par les reflexions aux interfaces - Google Patents

Procede et dispositif permettant de mesurer un flux lumineux retrodiffuse par un milieu disperse, non perturbe par les reflexions aux interfaces

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Publication number
EP1540312A1
EP1540312A1 EP03762707A EP03762707A EP1540312A1 EP 1540312 A1 EP1540312 A1 EP 1540312A1 EP 03762707 A EP03762707 A EP 03762707A EP 03762707 A EP03762707 A EP 03762707A EP 1540312 A1 EP1540312 A1 EP 1540312A1
Authority
EP
European Patent Office
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wall
interface
light rays
dispersed medium
light
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03762707A
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German (de)
English (en)
Inventor
Laurent Brunel
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Original Assignee
Formulaction
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Publication date
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Publication of EP1540312A1 publication Critical patent/EP1540312A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/0303—Optical path conditioning in cuvettes, e.g. windows; adapted optical elements or systems; path modifying or adjustment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
    • G01N15/0227—Investigating particle size or size distribution by optical means using imaging; using holography
    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G01N21/51—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid inside a container, e.g. in an ampoule

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for measuring a light flux backscattered by a dispersed medium placed on one side of a wall, by interaction with a plurality of light rays emitted on the second side of said wall opposite to the first side on which said dispersed medium is placed and towards the latter, said plurality of light rays being able to pass through said wall and being at least partially backscattered by said dispersed medium towards reception means placed on the second side of the wall; as regards the device, said wall being able to be traversed by said light rays emitted and backscattered, and to be in contact with said dispersed medium.
  • the prior art teaches such a method and device.
  • the radiation backscattered by the dispersed medium in the form of a light flux passes through the separating wall between the dispersed medium and the receiver of the light flux backscattered by said dispersed medium, before reaching said receiver; and therefore, the applicant has noted that said wall reflects part of the light rays backscattered by the dispersed medium, and returns them therein, these reflected rays can then be backscattered again by the medium towards the wall and reach the light flux receptor placed on the other side of this wall, causing disturbances in the light flux backscattered by the dispersed medium relative to the light flux emitted, and consequently, errors in measuring the light flux backscattered by the dispersed medium.
  • the dispersed medium analyzed is generally of an optical index stronger than that of air and weaker than that of the material constituting the wall.
  • the light rays re-emitted by the medium can have very inclined exit angles. The calculation models using the measurement of the backscattered light flux do not take into account these light rays re-emitted by the medium.
  • Figure 1 illustrates the problem of light rays reflected by the wall and re-emitted by the medium.
  • the medium 1 comprises for example particles 2 on which the light rays diffuse; certain backscattered rays 4 through the medium pass through the wall 3 to form the backscattered light flux which must be measured, while other backscattered light rays 5, instead of passing through the wall 3, are reflected by the latter, and returned to the medium 1, which can re-emit them in another place so that they are added to the backscattered light flux, thereby disturbing in particular its distribution.
  • Reference 6 illustrates the backscatter spot constituting the backscattered light flux.
  • said backscattering spot from the backscattered light rays having passed through said wall and free, at least in a direction extending from the light barycenter of said spot, from light rays coming from said central zone and having undergone a total reflection on the surface forming the interface of said wall with said second side, - measuring at least one spatial sampling of a profile of the light flux in said backscattering spot thus obtained, extending in said at least one direction.
  • the method according to the invention allows, thanks to the suppression in the backscattering spot of the light rays coming from said central zone and having undergone a total reflection to provide an undisturbed light flux, and therefore a more precise, more faithful measurement for the or mathematical models that can be used to characterize the dispersed environment.
  • the method according to the invention consists in:
  • said backscattering spot from the backscattered light rays having passed through said wall and free, between two directions extending from the light barycenter of said spot, from light rays coming from said central zone and having undergone a total reflection on the surface forming the interface of said wall with said second side,
  • the method according to the invention also consists in determining the values of the free transport path 1 * and of the absorption length l a by using a determined photon-dispersion interaction model, from said sampling. spatial profile of the luminous flux.
  • the method according to the invention consists in preventing light rays coming from said central zone and having undergone a total reflection on the surface forming the interface of said wall with the second side, from returning to said dispersed medium .
  • This characteristic consists in deflecting the light rays coming from total reflections out of the dispersed medium so that these reflected rays no longer disturb the distribution of the light flux therein, and do not modify the light flux in the backscattering spot.
  • the method according to the invention consists in associating a first surface forming the interface of said wall with said first side, with a second surface forming the interface of said wall with said second side, said first and second surfaces being parallel.
  • the exploitable half-width of said wall is less than or equal to twice the thickness of said wall minus four times the maximum free transport path l * max of said dispersed medium.
  • the method according to the invention consists in associating a first surface forming the interface of said wall with said first side, with a second surface forming the interface of said wall with said second side, said first and second surfaces being non-parallel.
  • said first surface forming the interface of said wall with said first side is curved
  • said second surface forming the interface of said wall with said second side is planar.
  • said first surface forming the interface of said wall with said first side is cylindrical. According to another characteristic, said first surface forming the interface of said wall with said first side is planar, and said second surface forming the interface of said wall with said second side is concave.
  • said second surface forming the interface of said wall with said second side is conical or frustoconical.
  • the method according to the invention consists in avoiding the total reflection of a light ray coming from said central zone and having undergone a total reflection on the surface forming the interface of said wall with the second side, through which pass the backscattered light rays intended to form said backscattering spot.
  • This characteristic consists in preventing the formation of light rays coming from said central zone and capable of undergoing total reflection, so that these do not disturb the distribution of light in the medium, and do not modify the light flow in the backscatter spot.
  • the formation of a light ray coming from said central zone and having undergone a total reflection on the surface forming the interface of said wall with the second side is avoided by the adoption of an appropriate shape of said interface surface, so that the backscattered light rays striking said interface surface have an angle of incidence less than the total reflection angle.
  • the method according to the invention consists in associating a first flat surface forming the interface of said wall with said first side, with a second convex surface forming the interface of said wall with said second side.
  • said second surface takes the form of a spherical cap.
  • said second surface adopts a frustoconical shape.
  • the invention also relates to a device making it possible to measure a light flux backscattered by a dispersed medium placed on one side of a wall, by interaction with a plurality of light rays emitted from the second side of said wall opposite the first side where said dispersed medium is placed and towards the latter, said plurality of light rays being able to pass through said wall and being at least partially backscattered by said dispersed medium towards reception means placed on the second side of the wall, said wall being able to be crossed by said light rays emitted and backscattered, and to be in contact with said dispersed medium, said device being characterized in that it comprises: - means for emitting, towards said wall, a light radiation able to cross the wall and reach said dispersed medium, so that the latter can in turn emit through said wall, a plurality of light rays backscattered in order to form a backscattering spot in which is defined at least one central zone in the form of a disc whose center corresponds to the
  • said receiving means for receiving the light radiation backscattered by said medium dispersed through said wall and intended to form said backscattering spot, said receiving means covering at least one direction extending from the light barycenter of said spot,
  • - measuring means a spatial sampling of the profile of the light flux received by at least part of said reception means.
  • said reception means extend at least over a surface defined between two said directions concurrent with said light barycenter.
  • the device comprises means for calculating the values of the free transport path 1 * and the absorption length l a of said dispersed medium from a measurement of said spatial sampling of the profile of the light flux.
  • said means for suppressing the backscattered light rays coming from said central zone and having undergone a total reflection on the surface forming the interface of said wall with said second side comprise means for diverting said dispersed medium out of said dispersed medium light rays having undergone total reflection, said deflection means comprising the association of a first surface forming the interface of said wall with said first side, and of a second surface forming the interface of said wall with said second side .
  • said first and second surfaces are plane and parallel, the exploitable half-width of said wall in order to form said backscattering spot being less than or equal to twice the thickness of said wall minus four times the maximum free transport path l * max of said dispersed medium.
  • said first surface forming the interface of said wall with said first side is curved, and said second surface forming the interface of said wall with said second side is planar.
  • said first surface forming the interface of said wall with said first side is cylindrical.
  • said first surface forming the interface of said wall with said first side is planar, and said second surface forming the interface of said wall with said second side is concave.
  • said second surface forming the interface of said wall with said second side adopts a conical or frustoconical shape, the axis of the cone or of the frustoconical part being perpendicular to the first planar surface.
  • said means for suppressing backscattered light rays coming from said central zone and having undergone a total reflection on the surface forming the interface of said wall with said second side comprise means for preventing the formation of a said light ray having undergone a total reflection, on this said surface forming the interface of said wall with the second side.
  • said means for preventing the formation of a light ray from total reflection, on the surface forming the interface of said wall with the second side comprise an appropriate shape of said interface surface so that the rays backscattered light striking this so-called interface surface have an angle of incidence less than the angle of total reflection.
  • said means for preventing the formation of a light ray from total reflection, on the surface forming the interface of said wall with the second side comprise a first planar surface forming the interface of said wall with said first side associated with a second convex surface forming the interface of said wall with said second side.
  • said second surface takes the form of a spherical cap.
  • said second surface adopts a frustoconical shape.
  • FIG. 1A illustrates the prior art and the problem posed by the light rays coming from reflection on the separating wall between the dispersed medium and the means for receiving the light flux.
  • FIG. 1B illustrates the prior art, and more particularly a backscattered light flux profile comprising light rays coming from reflection on said separating wall, obtained according to the configuration of FIG. 1A.
  • FIG. 2 shows a schematic top view of a first exemplary embodiment of a device according to the invention, making it possible to measure a light flux backscattered by a dispersed medium.
  • Figure 3 shows a first detail of the example in Figure 1.
  • Figure 4 shows a second detail of the example of Figure 1.
  • Figure 5 shows a third detail of the example of Figure 1, in front view.
  • FIG. 6 shows the detail according to Figure 5, seen from above.
  • FIG. 7 shows a second example of the second detail in FIG. 4.
  • Figure 8 shows a detail of the second example of Figure 7, in front view.
  • FIG. 10 shows a partial schematic top view of a second exemplary embodiment of a device according to the invention, making it possible to measure a light flux backscattered by a dispersed medium.
  • FIG. 11 shows a partial schematic top view of a third exemplary embodiment of a device according to the invention, making it possible to measure a light flux backscattered by a dispersed medium.
  • FIG. 12 shows a partial schematic front view of the third example according to FIG. 11.
  • FIG. 13 shows a partial schematic top view of a fourth exemplary embodiment of a device according to the invention, making it possible to measure a light flux backscattered by a dispersed medium.
  • FIG. 14 shows a partial schematic top view of a fifth exemplary embodiment of a device according to the invention, making it possible to measure a light flux backscattered by a dispersed medium.
  • the device represented in FIGS. 2 to 6, making it possible to measure a backscattered light flux 11 by a dispersed medium 12 placed on a first 13 side of a wall 14, by interaction with a plurality of light rays 15 emitted from the second 16 side of this wall 14, opposite the first side where the dispersed medium is placed and in the direction of the latter, the plurality of light rays being able to pass through the wall 14 and being at least partially backscattered by the dispersed medium in the direction of means of reception 17 placed on the second side of the wall, the wall 14 being capable of being traversed by the light rays emitted and backscattered, and of being in contact with the dispersed medium, comprises:
  • a backscattering spot 19 in which, as shown in FIG. 3, is defined at least one central zone 20 in the form of a disc, the center 21 of which corresponds to the light barycenter of the backscattering spot and whose radius 36 is equal to four times the maximum free transport path l * ma ⁇ of the dispersed medium, the backscattering spot 19 being able to be imaged at least in part on the reception means 17,
  • the means 18 for emitting light radiation advantageously comprise a monochromatic or polychromatic light source 37, for example a laser diode, of relatively small or zero angular divergence, preferably.
  • the light beam emitted can be focused so as to obtain an impact point in the dispersed medium as small as possible, at the surface 29 interface between the wall 14 and the dispersed medium.
  • the light beam emitted will advantageously be substantially perpendicular to the first 29 and second 30 surfaces constituting the interfaces of the wall 14 with the first 13 and second 16 sides, respectively, or substantially perpendicular to surfaces tangent to the interface surfaces, when the latter are curved.
  • an incident emission angle of up to about 25 ° may be suitable.
  • the backscattered light flow 11 forms a backscattering spot 19 as described above, capable of being imaged at least in part, by virtue of the reception means 17.
  • the pictured part 39 of the backscattering spot 19 is given by a light 41, comprising for example a plurality of elementary sensor parts 38, for example a matrix sensor, a CCD camera, or a CMOS camera, the arrangement of which and the extent of the surface which captures the light represent the part of the backscattering spot which will be imaged, for example on a monitor or in a data file (not shown).
  • a light 41 comprising for example a plurality of elementary sensor parts 38, for example a matrix sensor, a CCD camera, or a CMOS camera, the arrangement of which and the extent of the surface which captures the light represent the part of the backscattering spot which will be imaged, for example on a monitor or in a data file (not shown).
  • a light 41 comprising for example a plurality of elementary sensor parts 38
  • the pictorial part of the backscattering spot 19 is given by a plurality of elementary parts 38 of sensors, or pixels 38, aligned in a direction 22 as defined above.
  • the pictorial part of the refraction spot therefore consists of a linear strip of width equal to that of a pixel and of appropriate length, covering for example the entire spot in this direction 22 from the center 21, as shown in Figure 4 and as will be explained in more detail later.
  • the reception means 17 comprise optical means 34 placed between the separating wall and the sensor 41, with a view to transporting the image of the retransmission task on the sensor 41.
  • the device according to the invention will be provided for measuring backscattered light fluxes from determined dispersed media, the refrodiffusion spot being a function of the dispersed medium which one seeks advantageously to measure determined parameters, and representative thereof.
  • the maximum value of the free transport path 1 * of the dispersed medium which can be measured, if necessary, is determined for the construction of the device, ie l * ma ⁇ , in order to determine the maximum extent of the spot.
  • the suppression means 23 from the light rays backscattered by the dispersed medium 12, the light rays 33 coming from the central zone 20 and having undergone a total reflection on the surface 30 forming the interface of the wall 14 with the second side 16 include means of diversion 28 out of the dispersed medium 12, light rays from total reflections, the means of diversion from the dispersed medium light rays from total reflections comprising the association of the first 29 surface forming the interface the wall 14 with the first 13 side, and the second surface forming the interface of the wall 14 with the second 16 side.
  • the first 29 and second 30 surfaces are planar and parallel, the exploitable half-width 31 of the wall 14 in order to form the reflow spot 19 being less than or equal to twice the thickness 32 of wall 14 minus four times the free maximum transport path l * max of the dispersed medium 12.
  • Figure 2 there are shown two examples of light rays 33 backscattered by the medium 12 from the point of contact of the emitted radiation, then reflected on the surface 30 at a total angle of reflection, and which are deflected out of the dispersed medium 12.
  • the means 24 for measuring a spatial sampling of the profile of the light flux received by at least part of the reception means 17, comprise a computer 42 capable of calculating the profile of the light flux received by at least part of the sensor 41, determined as required, or all of the light flux received by the sensor 41.
  • the measurement means 24 also comprise control means 43 making it possible to select the part of the sensor 41 for which it is desired to calculate the light flux backscattered by the dispersed medium 12, if applicable.
  • the measurement means 24 also advantageously comprise means 27 for calculating the values of the free transport path 1 * and the absorption length l a of the dispersed medium 12 from a measurement of the spatial sampling of the flow profile luminous.
  • the device will advantageously use a calculation model which will be incorporated in the calculation means 27, comprising two distinct laws depending on the area of the measured backscattered flux:
  • the sensor 641 comprises a plurality of elementary parts 638 of the sensor, by example a matrix sensor, a CCD camera, or a CMOS camera, extending over a defined surface 625 in two directions 622, 635 concurrent with the light barycenter 621, as shown in FIG. 7.
  • the sensor 641 adopts a substantially square shape, in order to ensure reception of a quarter of the backscattering spot.
  • the sensor can adopt a circular sector shape (not shown) in order to "stick" as close as possible to the external perimeter of the spot 619.
  • FIG. 10 illustrates a second example of a separating wall 114 violates the dispersed medium 112 and the light flux receptor.
  • the elements similar to those of the example illustrated in FIGS. 2 to 6 bear the same references added to the number 100.
  • FIG. 10 illustrates a second example of a separating wall 114 violates the dispersed medium 112 and the light flux receptor.
  • the means 123 for removing the backscattered light rays from the central zone and having undergone a total reflection on the surface 130 forming the interface of the wall 114 with the second side 116 comprise means of diversion 128 out of the dispersed medium 112, light rays coming from total reflections, the means of diversion out of the dispersed medium, light rays from total reflections comprising the association of a first 129 surface forming the interface of the wall 114 with the first 113 side, and a second 130 surface forming the interface of the wall 114 with the second 116 side, the first surface 129 forming the interface of the wall 114 with the first 113 side being curved, and the second 130 surface forming the interface of the wall with the second 116 side being planar.
  • FIGS. 11 and 12 illustrate a third example of a separating wall 214 between the dispersed medium 212 and the receptor for the light flux.
  • the elements similar to those of the example illustrated in FIGS. 2 to 6 bear the same references added with the number 200.
  • FIGS. 11 and 12 illustrate a third example of a separating wall 214 between the dispersed medium 212 and the receptor for the light flux.
  • the means 223 for removing the light rays backscattered from the central area and having undergone a total reflection on the surface 230 forming the interface of the wall 214 with the second side 216 comprise means of diversion 228 out of the dispersed medium 212, light rays coming from total reflections, the means of diversion out of the dispersed medium, light rays from total reflections comprising the association of a first 229 surface forming the interface of the wall 214 with the first 213 side, and a second 230 surface forming the wall interface 214 with the second 216 side, the first 229 surface forming the interface of the wall 214 with the first 213 side being planar, and the second 230 surface forming the interface of the wall with the second 216 side being concave.
  • the second surface 230 forming the interface of the wall 214 with the second side 216 adopts a conical (not shown) or frustoconical shape as shown in FIG. 11, the axis 250 of the cone ( not shown) or of the frustoconical part being perpendicular to the first flat surface.
  • the frustoconical part will be determined so that the rays reflected by the medium having too great an incidence and which therefore should be totally reflected meet the conical part and will thus be rejected towards the edges, out of the medium 212, as shown in FIG. 11.
  • the rays having an even stronger incidence meet a flat surface 249 close to, and surrounding the fronconic part, which will suffice to reject them outside the dispersed medium 212.
  • the angle ⁇ c of the frustoconical part, as shown in FIG. 11, will be substantially equal to:
  • the circular planar zone 251 constituting the apex of the frustoconical part will have a radius r s determined by the following formula:
  • the means 423 for suppressing the backscattered light rays coming from total reflection on the surface forming the interface of the wall 414 with the second side 416 include means 460 for preventing the formation of a light ray coming from the central area and having undergone a total reflection on this
  • the targeted reflected rays are no longer deflected out of the dispersed medium concerned, but their generation is prevented.
  • 15 416 side include a suitable form of the interface surface 430 so that the backscattered light rays striking this interface surface 430 have an angle of incidence less than the angle of total reflection.
  • 20 414 with the second 416 side comprise a first 429 flat surface forming the interface of the wall 414 with the first 413 side associated with a second 430 convex surface, in the example according to FIG. 13 a second surface adopting the shape of a spherical cap, forming the interface of the wall 414 with the second side 416.
  • n p optical index of the material of the wall 414
  • n s optical index of the dispersed medium 413
  • the thickness ep of the wall at the center along the axis 415 is 6.52 mm.
  • the thickness at the center along the axis 415 of the lens to be bonded is 1.93 mm, and the blade with flat faces has a thickness of 4.59 mm.
  • the elements similar to those of the example illustrated in FIGS. 2 to 6 bear the same references added to the number 500.
  • the example according to FIG. 14 is similar to the example according to FIG. 13, with the exception of the second 530 surface adopting a fronconic shape, which is however calculated according to considerations similar to those of the example according to FIG. 13.
  • the means 523 for removing the backscattered light rays from total reflection on the surface forming the interface of the wall 514 with the second side 516 include means 560 for preventing the formation of a light ray from the central area and having undergone a total reflection on this surface 530 forming the interface of the wall 514 with the second side 516.
  • the means 560 for preventing the formation of a light ray coming from the central area and having undergone a total reflection on the surface 530 forming the interface of the wall 514 with the second side 516 comprise an appropriate shape of the interface surface 530 for that back-scattered light rays coming from said cenfral zone, for example the extreme light rays 572, 573, striking this interface surface 530 have an angle of incidence Oj less than the total reflection angle.
  • the second 530 surface adopts a frustoconical shape.
  • the limit backscattered light ray 573 is shown offset from the axis 515 by a distance 574 corresponding to 4 l * max .
  • l * max free maximum transport path of the dispersed medium studied in the device.
  • a backscattered light ray limit 572 still emerging through the small base 551 of the frustoconical part must have an incidence and; equal to the Brewster angle c ⁇ : this gives:
  • Tan (a) (ep - e ext ) / (r 2 - x ⁇ ) (equation 6),
  • the separating walls 14, 14, 214, 414, 514 can each be included in a tank intended to contain the dispersed medium for which it is sought to measure the backscattered flux, or to constitute the wall of a probe, separator encloses the receptor of the re-diffused light flow and the dispersed medium, the wall of the probe then being carried in contact with the dispersed medium. It should also be noted that other models than the one which has been described here can be used to operate the devices according to the invention, in particular those described above.
  • the method makes it possible to measure a backscattered light flux 11, 111, 211, by a dispersed medium 12, 112, 212, for example an emulsion, a suspension, a multiphase medium, or the like, placed on a first 13, 113, 213, next to a wall 14, 114, 214, by interaction with a plurality of light rays 15, 115, 215, emitted from the second 16, 116, 216 , side of the wall 14, 114, 214, opposite to the first side where the dispersed medium is placed, and in the direction of the latter, the plurality of light rays being able to strike the wall and being at least partially diffused by the dispersed medium towards receiving means 17 placed on the second side of the wall, the method comprising at least the following steps:
  • the dispersed medium is able in turn to emit, through the wall, a plurality of back-scattered light rays 11, 111, 211 with a view to forming a re-scattering spot 19 in which at least one disc-shaped cenfral zone 20 is defined, the center 21 of which corresponds to the light barycenter of the back-scattering spot 20 and whose radius 36 is equal to four times the maximum free transport path l * max of the dispersed medium, the refrodiffusion spot 19 being able to be imaged at least in part on the reception means 17,
  • stream profile luminous replaced by the following:
  • FIG. 13 or 14 Another example of a method according to the invention is described below with the aid of FIG. 13 or 14. It consists in avoiding the total reflection of a light ray coming from the central zone and having undergone a total reflection on the surface forming the interface of said wall 414, 514 with the second side 416, 516, through which pass the backscattered light rays intended to form the backscattering spot, by adopting an appropriate form of the interface surface 430, 530, so that the backscattered light rays striking this interface surface have an angle of incidence less than the total reflection angle.
  • the method advantageously consists in associating a first 429, 529 flat surface forming the interface of the wall 414, 514 with the first 413, 513 side, to a second 430, 530 convex surface forming the interface of the wall with the second 416 , 516 side.

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Abstract

Procédé permettant de mesurer un flux lumineux rétrodiffusé (11) par un milieu dispersé (12) placé d'un premier (13) coté d'une paroi (14), par interaction avec une pluralité de rayons lumineux (15) émis du deuxième (16) côté de la paroi opposé au premier côté où est placé le milieu dispersé et en direction de ce dernier, la pluralité de rayons lumineux étant apte à traverser la paroi et étant rétrodiffusée au moins partiellement par le milieu dispersé en direction de moyens de réception (17) placés du deuxième côté de la paroi, ledit procédé comportant au moins les étapes suivantes: émettre ladite pluralité de rayons lumineux en direction du milieu dispersé et à travers la paroi de sorte que le milieu dispersé soit apte à émettre à son tour, à travers cette paroi, une pluralité de rayons lumineux rétrodiffusés en vue de former une tache de rétrodiffusion (19) dans laquelle est définie au moins une zone centrale (20) en forme de disque dont le centre (21) correspond au barycentre lumineux de la tache et dont le rayon (36) est égal à quatre fois le libre parcours de transport maximum (1*max) du milieu dispersé, la tache étant apte à être imagée sur les moyens de réception (17), former ladite tache de rétrodiffusion à partir des rayons lumineux rétrodiffuses ayant traversés la paroi et exempts, au moins selon une direction (22) s'étendant à partir du barycentre lumineux de la tache, de rayons lumineux issus de la zone centrale et ayant subi une réflexion totale sur la surface (30) formant l'interface de la paroi avec le deuxième côté, mesurer un échantillonnage spatial d'un profil du flux lumineux dans la tache ainsi obtenue, s'étendant dans la direction (22).

Description

Procédé et dispositif permettant de mesurer un flux lumineux rétrodiffusé par un milieu dispersé, non perturbé par les réflexions aux interfaces
La présente invention se rapporte à un procédé et un dispositif permettant de mesurer un flux lumineux rétrodiffusé par un milieu dispersé placé d'un premier coté d'une paroi, par interaction avec une pluralité de rayons lumineux émis du deuxième côté de ladite paroi opposé au premier côté où est placé ledit milieu dispersé et en direction de ce dernier, ladite pluralité de rayons lumineux étant apte à traverser ladite paroi et étant rétrodiffusée au moins partiellement par ledit milieu dispersé en direction de moyens de réception placés du deuxième côté de la paroi; en ce qui concerne le dispositif, ladite paroi étant apte à être traversée par lesdits rayons lumineux émis et rétrodiffusés, et à être en contact avec ledit milieu dispersé.
L'art antérieur enseigne de tels procédé et dispositif. Le rayonnement rétrodiffusé par le milieu dispersé sous la forme d'un flux lumineux traverse la paroi séparatrice entre le milieu dispersé et le récepteur du flux lumineux rétrodiffusé par ledit milieu dispersé, avant d'atteindre ledit récepteur; et de ce fait, le demandeur a constaté que ladite paroi réfléchit une partie des rayons lumineux rétrodiffusés par le milieu dispersé, et les renvoie dans celui-ci, ces rayons réfléchis pouvant alors être rétrodiffusés une nouvelle fois par le milieu en direction de la paroi et atteindre le récepteur du flux lumineux placé de l'autre côté de cette paroi, provoquant des perturbations du flux lumineux rétrodiffusé par le milieu dispersé par rapport au flux lumineux émis, et par voie de conséquence, des erreurs de mesure du flux lumineux rétrodiffusé par le milieu dispersé. En effet, le milieu dispersé analysé est en général d'un indice optique plus fort que celui de l'air et plus faible que celui du matériau constitutif de la paroi. En outre, les rayons lumineux réémis par le milieu peuvent présenter des angles de sortie très inclinés. Les modèles de calcul utilisant la mesure du flux lumineux rétrodiffusé ne prennent pas en compte ces rayons lumineux réémis par le milieu.
La figure 1 illustre le problème des rayons lumineux réfléchis par la paroi et réémis par le milieu. Le milieu 1 comporte par exemple des particules 2 sur lesquelles les rayons lumineux se diffusent; certains rayons rétrodiffusés 4 par le milieu traversent la paroi 3 pour former le flux lumineux rétrodiffusé qui doit être mesuré, alors que d'autres rayons lumineux 5 rétrodiffusés, au lieu de traverser la paroi 3, sont réfléchis par celle-ci, et renvoyés dans le milieu 1, qui peut les réémettre à un autre endroit de façon qu'ils s'ajoutent au flux lumineux rétrodiffusé, perturbant de ce fait notamment sa répartition. La référence 6 illustre la tache de rétrodiffusion constitutive du flux lumineux rétrodiffusé. La figure 2 montre une distribution 7 en trait fin, radiale suivant le rayon p du flux lumineux F dans la tache de rétrodiffusion, dans laquelle la perturbation 8 engendrée par les rayons lumineux réémis par le milieu est mise en évidence en trait fort. On constate que cette perturbation 8 n'est pas négligeable compte tenu de son importante amplitude. La présente invention permet de pallier ces inconvénients. Plus précisément, elle se rapporte à un procédé permettant de mesurer un flux lumineux rétrodiffusé par un milieu dispersé placé d'un premier coté d'une paroi, par interaction avec une pluralité de rayons lumineux émis du deuxième côté de ladite paroi opposé au premier côté où est placé ledit milieu dispersé et en direction de ce dernier, ladite pluralité de rayons lumineux étant apte à traverser ladite paroi et étant rétrodiffusée au moins partiellement par ledit milieu dispersé en direction de moyens de réception placés du deuxième côté de la paroi, caractérisé en ce que ledit procédé comporte au moins les étapes suivantes :
- émettre ladite pluralité de rayons lumineux en direction dudit milieu dispersé et à travers ladite paroi de sorte que ledit milieu dispersé soit apte à émettre à son tour, à travers ladite paroi, une pluralité de rayons lumineux rétrodiffusés en vue de former une tache de rétrodiffusion dans laquelle est définie au moins une zone centrale en forme de disque dont le centre correspond au barycentre lumineux de la tache de rétrodiffusion et dont le rayon est égal à quatre fois le libre parcours de transport maximum (l*maχ) dudit milieu dispersé, ladite tache de rétrodiffusion étant apte à être imagée au moins en partie sur lesdits moyens de réception, . former ladite tache de rétrodiffusion à partir des rayons lumineux rétrodiffusés ayant traversés ladite paroi et exempts, au moins selon une direction s'étendant à partir du barycentre lumineux de ladite tache, de rayons lumineux issus de ladite zone centrale et ayant subi une réflexion totale sur la surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième côté, - mesurer au moins un échantillonnage spatial d'un profil du flux lumineux dans ladite tache de rétrodiffusion ainsi obtenue, s'étendant dans ladite au moins une direction.
Le procédé selon l'invention permet, grâce à la suppression dans la tache de rétrodiffusion des rayons lumineux issus de ladite zone centrale et ayant subi une réflexion totale de fournir un flux lumineux non perturbé, et donc une mesure plus précise, plus fidèle pour le ou les modèles mathématiques qui pourront être utilisés pour caractériser le milieu dispersé.
Selon une caractéristique, le procédé selon l'invention consiste à :
- former ladite tache de rétrodiffusion à partir des rayons lumineux rétrodiffusés ayant traversé ladite paroi et exempts, entre deux directions s'étendant à partir du barycentre lumineux de ladite tache, de rayons lumineux issus de ladite zone centrale et ayant subi une réflexion totale sur la surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième côté,
- mesurer au moins un échantillonnage spatial d'un profil du flux lumineux dans ladite tache de rétrodiffusion ainsi obtenue, s'étendant au moins sur une surface définie entre les deux dites directions concourantes au dit barycentre lumineux.
Selon une autre caractéristique, le procédé selon l'invention consiste en outre à déterminer les valeurs du libre parcours de transport 1* et de la longueur d'absorption la en utilisant un modèle d'interaction photons-dispersion déterminé, à partir dudit échantillonnage spatial d'un profil du flux lumineux.
Par modèle d'interaction photons-dispersion, on entend toute loi permettant de modéliser l'interaction de la lumière avec le milieu dans lequel elle est envoyée. Selon une autre caractéristique, le procédé selon l'invention consiste à éviter que des rayons lumineux issus de ladite zone centrale et ayant subi une réflexion totale sur la surface formant l'interface de ladite paroi avec le deuxième côté, ne retournent dans ledit milieu dispersé. Cette caractéristique consiste à dévier les rayons lumineux issus de réflexions totales hors du milieu dispersé de sorte que ces rayons réfléchis ne perturbent plus la répartition du flux lumineux dans celui-ci, et ne modifient pas le flux de lumière dans la tache de rétrodiffusion.
Selon une autre caractéristique de la précédente, le procédé selon l'invention consiste à associer une première surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit premier côté, à une deuxième surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième côté, lesdites première et deuxième surfaces étant parallèles.
Selon une autre caractéristique de la précédente, la demi-largeur exploitable de ladite paroi est inférieure ou égale à deux fois l'épaisseur de ladite paroi moins quatre fois le libre parcours de transport maximum l*max dudit milieu dispersé.
Selon une autre caractéristique, le procédé selon l'invention consiste à associer une première surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit premier côté, à une deuxième surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième côté, lesdites première et deuxième surfaces étant non parallèles. Selon une autre caractéristique, ladite première surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit premier côté est courbe, et ladite deuxième surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième côté est plane.
Selon une autre caractéristique, ladite première surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit premier côté est cylindrique. Selon une autre caractéristique, ladite première surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit premier côté est plane, et ladite deuxième surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième côté est concave.
Selon une autre caractéristique de la précédente, ladite deuxième surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième côté est conique ou tronconique. Selon une autre caractéristique, le procédé selon l'invention consiste à éviter la réflexion totale d'un rayon lumineux issu de ladite zone centrale et ayant subi une réflexion totale sur la surface formant l'interface de ladite paroi avec le deuxième côté, à travers laquelle passent les rayons lumineux rétrodiffusés destinés à former ladite tache de rétrodiffusion. Cette caractéristique consiste à empêcher la formation de rayons lumineux issus de ladite zone centrale et apte à subir une réflexion totale, afin que ceux-ci ne perturbent pas la répartition de la lumière dans le milieu, et ne modifient pas le flux de lumière dans la tache de rétrodiffusion.
Selon une autre caractéristique, la formation d'un rayon lumineux issu de ladite zone centrale et ayant subi une réflexion totale sur la surface formant l'interface de ladite paroi avec le deuxième côté est évitée par l'adoption d'une forme appropriée de ladite surface interface, de telle sorte que les rayons lumineux rétrodiffusés frappant ladite surface interface possèdent un angle d'incidence inférieur à l'angle de réflexion totale.
Selon une autre caractéristique de la précédente, le procédé selon l'invention consiste à associer une première surface plane formant l'interface de ladite paroi avec ledit premier côté, à une deuxième surface convexe formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième côté.
Selon une autre caractéristique de la précédente, ladite deuxième surface adopte une forme de calotte sphérique.
Selon une alternative à la caractéristique précédente, ladite deuxième surface adopte une forme tronconique.
L'invention se rapporte également à un dispositif permettant de mesurer un flux lumineux rétrodiffusé par un milieu dispersé placé d'un premier coté d'une paroi, par interaction avec une pluralité de rayons lumineux émis du deuxième côté de ladite paroi opposé au premier côté où est placé ledit milieu dispersé et en direction de ce dernier, ladite pluralité de rayons lumineux étant apte à traverser ladite paroi et étant rétrodiffusée au moins partiellement par ledit milieu dispersé en direction de moyens de réception placés du deuxième côté de la paroi, ladite paroi étant apte à être traversée par lesdits rayons lumineux émis et rétrodiffusés, et à être en contact avec ledit milieu dispersé, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend : - des moyens d'émission, vers ladite paroi, d'un rayonnement lumineux apte à traverser la paroi et atteindre ledit milieu dispersé, de sorte que ce dernier puisse émettre à son tour, à travers ladite paroi, une pluralité de rayons lumineux rétrodiffusés en vue de former une tache de rétrodiffusion dans laquelle est définie au moins une zone centrale en forme de disque dont le centre correspond au barycentre lumineux de la tache de rétrodiffusion et dont le rayon est égal à quatre fois le libre parcours de transport maximum l*maχ dudit milieu dispersé, ladite tache de rétrodiffusion étant apte à être imagée au moins en partie sur lesdits moyens de réception,
- des moyens de réception du rayonnement lumineux rétrodiffusé par ledit milieu dispersé à travers ladite paroi et destiné à former ladite tache de rétrodiffusion, lesdits moyens de réception couvrant au moins une direction s'étendant à partir du barycentre lumineux de ladite tache,
- des moyens de suppression à partir des rayons lumineux rétrodiffusés par ledit milieu dispersé, des rayons lumineux issus de ladite zone centrale et ayant subi une réflexion totale sur la surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième côté, - des moyens de mesure d'un échantillonnage spatial du profil du flux lumineux reçu par une partie au moins desdits moyens de réception.
Selon une autre caractéristique, lesdits moyens de réception s'étendent au moins sur une surface définie entre deux dites directions concourantes au dit barycentre lumineux.
Selon une autre caractéristique, le dispositif selon l'invention comprend des moyens de calcul des valeurs du libre parcours de transport 1* et la longueur d'absorption la dudit milieu dispersé à partir d'une mesure dudit échantillonnage spatial du profil du flux lumineux.
Selon une autre caractéristique, lesdits moyens de suppression des rayons lumineux rétrodiffusés issus de ladite zone centrale et ayant subi une réflexion totale sur la surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième côté, comprennent des moyens de détournement hors dudit milieu dispersé, desdits rayons lumineux ayant subi une réflexion totale, lesdits moyens de détournement comprenant l'association d'une première surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit premier côté, et d'une deuxième surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième côté. Selon une autre caractéristique de la précédente, lesdites première et deuxième surfaces sont planes et parallèles, la demi-largeur exploitable de ladite paroi en vue de former ladite tache de rétrodiffusion étant inférieure ou égale à deux fois l'épaisseur de ladite paroi moins quatre fois le libre parcours de transport maximum l*max dudit milieu dispersé.
Selon une alternative à la caractéristique précédente, ladite première surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit premier côté est courbe, et ladite deuxième surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième côté est plane.
Selon une autre caractéristique de la précédente, ladite première surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit premier côté est cylindrique.
Selon une autre caractéristique, ladite première surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit premier côté est plane, et ladite deuxième surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième côté est concave.
Selon une autre caractéristique de la précédente, ladite deuxième surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième côté adopte une forme conique ou tronconique, l'axe du cône ou de la partie tronconique étant perpendiculaire à la première surface plane.
Selon une autre caractéristique, lesdits moyens de suppression des rayons lumineux rétrodiffusés issus de ladite zone centrale et ayant subi une réflexion totale sur la surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième côté, comprennent des moyens pour empêcher la formation d'un dit rayon lumineux ayant subi une réflexion totale, sur cette dite surface formant l'interface de ladite paroi avec le deuxième côté.
Selon une autre caractéristique de la précédente, lesdits moyens pour empêcher la formation d'un rayon lumineux issu de réflexion totale, sur la surface formant l'interface de ladite paroi avec le deuxième côté comprennent une forme appropriée de ladite surface interface pour que les rayons lumineux rétrodiffusés frappant cette dite surface interface possèdent un angle d'incidence inférieur à l'angle de réflexion totale.
Selon une autre caractéristique de la précédente, lesdits moyens pour empêcher la formation d'un rayon lumineux issu de réflexion totale, sur la surface formant l'interface de ladite paroi avec le deuxième côté comprennent une première surface plane formant l'interface de ladite paroi avec ledit premier côté associée à une deuxième surface convexe formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième côté. Selon une autre caractéristique de la précédente, ladite deuxième surface adopte une forme de calotte sphérique.
Selon une alternative à la caractéristique précédente, ladite deuxième surface adopte une forme tronconique. L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques apparaîtront à la lecture qui suit d'exemples de mode de réalisation de procédé et de dispositif selon l'invention, accompagnée des dessins annexés, exemples donnés à titre illustratif non limitatif.
La figure 1A illustre l'art antérieur et le problème posé par les rayons lumineux issus de réflexion sur la paroi séparatrice entre le milieu dispersé et les moyens de réception du flux lumineux.
La figure 1B illustre l'art antérieur, et plus particulièrement un profil de flux lumineux rétrodiffusé comprenant des rayons lumineux issus de réflexion sur ladite paroi séparatrice, obtenu selon la configuration de la figure 1A. La figure 2 montre une vue de dessus schématique d'un premier exemple de mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, permettant de mesurer un flux lumineux rétrodiffusé par un milieu dispersé.
La figure 3 montre un premier détail de l'exemple de la figure 1.
La figure 4 montre un deuxième détail de l'exemple de la figure 1. La figure 5 montre un troisième détail de l'exemple de la figure 1 , en vue de face.
La figure 6 montre le détail selon la figure 5, en vue de dessus.
La figure 7 montre un deuxième exemple du deuxième détail de la figure 4.
La figure 8 montre un détail du deuxième exemple de la figure 7, en vue de face.
La figure 9 montre le détail du deuxième exemple de la figure 7, en vue de dessus. La figure 10 montre une vue de dessus schématique partielle d'un deuxième exemple de mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, permettant de mesurer un flux lumineux rétrodiffusé par un milieu dispersé.
La figure 11 montre une vue de dessus schématique partielle d'un troisième exemple de mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, permettant de mesurer un flux lumineux rétrodiffusé par un milieu dispersé.
La figure 12 montre une vue de face schématique partielle du troisième exemple selon la figure 11.
La figure 13 montre une vue de dessus schématique partielle d'un quatrième exemple de mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, permettant de mesurer un flux lumineux rétrodiffusé par un milieu dispersé.
La figure 14 montre une vue de dessus schématique partielle d'un cinquième exemple de mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, permettant de mesurer un flux lumineux rétrodiffusé par un milieu dispersé.
Le dispositif représenté sur les figures 2 à 6, permettant de mesurer un flux lumineux rétrodiffusé 11 par un milieu dispersé 12 placé d'un premier 13 coté d'une paroi 14, par interaction avec une pluralité de rayons lumineux 15 émis du deuxième 16 côté de cette paroi 14, opposé au premier côté où est placé le milieu dispersé et en direction de ce dernier, la pluralité de rayons lumineux étant apte à traverser la paroi 14 et étant rétrodiffusée au moins partiellement par le milieu dispersé en direction de moyens de réception 17 placés du deuxième côté de la paroi, la paroi 14 étant apte à être traversée par les rayons lumineux émis et rétrodiffusés, et à être en contact avec le milieu dispersé, comprend :
- des moyens d'émission 18, vers la paroi 14, d'un rayonnement lumineux 15 apte à traverser celle-ci et atteindre le milieu dispersé, de sorte que ce dernier puisse émettre à son tour, à travers la paroi 14, une pluralité de rayons lumineux rétrodiffusés 11 en vue de former une tache de rétrodiffusion 19 dans laquelle, comme représenté sur la figure 3, est définie au moins une zone centrale 20 en forme de disque dont le centre 21 correspond au barycentre lumineux de la tache de rétrodiffusion et dont le rayon 36 est égal à quatre fois le libre parcours de transport maximum l*maχ du milieu dispersé, la tache de rétrodiffusion 19 étant apte à être imagée au moins en partie sur les moyens de réception 17,
- des moyens de réception 17 du rayonnement lumineux rétrodiffusé par le milieu dispersé à travers la paroi 14 et destiné à former la tache de rétrodiffusion 19, les moyens de réception couvrant une direction 22 s'étendant à partir du barycentre lumineux de ladite tache, comme représenté sur la figure 4 en zone hachurée, . des moyens de suppression 23 à partir des rayons lumineux rétrodiffusés par ledit milieu dispersé, des rayons lumineux 33 issus de la zone centrale 20 et ayant subi une réflexion totale sur la surface 30 formant l'interface de la paroi 14 avec le deuxième côté 16,
- des moyens de mesure 24 d'un échantillonnage spatial du profil du flux lumineux reçu par une partie au moins desdits moyens de réception.
Les moyens d'émission 18 d'un rayonnement lumineux comprennent avantageusement une source de lumière 37 monochromatique ou polychromatique, par exemple une diode laser, de divergence angulaire relativement faible ou nulle, de préférence. Le faisceau lumineux émis pourra être focalisé de manière à obtenir un point d'impact dans le milieu dispersé le plus petit possible, à la surface 29 interface entre la paroi 14 et le milieu dispersé. Le faisceau lumineux émis sera avantageusement sensiblement perpendiculaire aux première 29 et deuxième 30 surfaces constitutives des interfaces de la paroi 14 avec les premier 13 et deuxième 16 côtés, respectivement, ou sensiblement perpendiculaire à des surfaces tangentes aux surfaces interfaces, lorsque ces dernières sont courbes. Toutefois, un angle incident d'émission jusqu'à 25° environ peut convenir.
Le flux de lumière rétrodiffusée 11 forme une tache de rétrodiffusion 19 telle que décrite plus haut, apte à être imagée au moins en partie, grâce aux moyens de réception 17. La partie 39 imagée de la tache de rétrodiffusion 19 est donnée par un capteur de lumière 41, comprenant par exemple une pluralité de parties élémentaires 38 de capteur, par exemple un capteur matriciel, une caméra CCD, ou une caméra CMOS, dont l'agencement et l'étendue de la surface qui capte la lumière représentent la partie de la tache de rétrodiffusion qui sera imagée, par exemple sur un moniteur ou dans un fichier de données (non représenté). Dans l'exemple représenté sur les figures 2 à 6, la partie imagée de la tache de rétrodiffusion 19 est donnée par une pluralité de parties élémentaires 38 de capteurs, ou pixels 38, alignées suivant une direction 22 telle que définie plus haut. La partie imagée de la tache de réfrodiffusion est donc constituée d'une bande linéaire de largeur égale à celle d'un pixel et de longueur appropriée, couvrant par exemple la totalité de la tache suivant cette direction 22 à partir du centre 21, comme représenté sur la figure 4 et comme cela sera expliqué plus en détail plus loin. Les moyens de réception 17 comprennent des moyens optiques 34 placés enfre la paroi séparatrice et le capteur 41, en vue de transporter l'image de la tâche de réfrodiffusion sur le capteur 41.
Le dispositif selon l'invention sera prévu pour mesurer des flux lumineux rétrodiffusés de milieux dispersés déterminés, la tache de réfrodiffusion étant fonction du milieu dispersé dont on cherche avantageusement à mesurer des paramètres déterminés, et représentative de celui-ci. On détermine, en vue de la construction du dispositif, la valeur maximale du libre parcours de transport 1* du milieu dispersé que l'on pourra mesurer le cas échéant, soit l*maχ, afin de déterminer l'étendue maximale de la tache de réfrodiffusion qui pourra être imagée avec un grandissement adapté selon tout moyen connu, et donc l'étendue du capteur 41 qui sera préconisée, comme cela sera expliqué plus loin, avec la description d'un modèle permettant de définir le lien enfre le flux de lumière rétrodiffusée mesuré et le calcul des valeurs du libre parcours de transport 1* et de la longueur d'absorption la du milieu dispersé 12.
Les moyens de suppression 23 à partir des rayons lumineux rétrodiffusés par le milieu dispersé 12, des rayons lumineux 33 issus de la zone centrale 20 et ayant subi une réflexion totale sur la surface 30 formant l'interface de la paroi 14 avec le deuxième côté 16, comprennent des moyens de détournement 28 hors du milieu dispersé 12, des rayons lumineux issus de réflexions totales, les moyens de détournement hors du milieu dispersé des rayons lumineux issus de réflexions totales comprenant l'association de la première 29 surface formant l'interface de la paroi 14 avec le premier 13 côté, et de la deuxième 30 surface formant l'interface de la paroi 14 avec le deuxième 16 côté. Sur l'exemple de la figure 2, les première 29 et deuxième 30 surfaces sont planes et parallèles, la demi-largeur 31 exploitable de la paroi 14 en vue de former la tache de réfrodiffusion 19 étant inférieure ou égale à deux fois l'épaisseur 32 de la paroi 14 moins quatre fois le libre parcours de transport maximum l*max du milieu dispersé 12. On doit avoir :
rmax = 2 ep - 4 l*max, avec
rmax = rayon du champ de vision exploitable, identifié dans l'exemple à la demi- largeur de la paroi 14, comme représenté sur la figure 2, ep = épaisseur 32 de la paroi 14, à l'endroit où le rayonnement lumineux émis traverse cette paroi, comme représenté sur la figure 2, l*max - libre parcours de transport maximum du milieu dispersé étudié dans le dispositif.
Sur la figure 2, on a représenté deux exemples de rayons lumineux 33 rétrodiffusés par le milieu 12 à partir du point de contact du rayonnement émis, puis réfléchis sur la surface 30 selon un angle de réflexion totale, et qui sont déviés hors du milieu dispersé 12.
Les moyens de mesure 24 d'un échantillonnage spatial du profil du flux lumineux reçu par une partie au moins des moyens de réception 17, comprennent un calculateur 42 apte à calculer le profil du flux lumineux reçu par une partie au moins du capteur 41, déterminée selon les besoins, ou la totalité du flux lumineux reçu par le capteur 41. Les moyens de mesure 24 comprennent en outre des moyens de pilotage 43 permettant de sélectionner la partie du capteur 41 pour laquelle on souhaite calculer le flux lumineux rétrodiffusé par le milieu dispersé 12, le cas échéant. Les moyens de mesure 24 comprennent en outre avantageusement des moyens de calcul 27 des valeurs du libre parcours de transport 1* et la longueur d'absorption la du milieu dispersé 12 à partir d'une mesure de l'échantillonnage spatial du profil du flux lumineux. Afin de permettre le calcul des valeurs 1* et 1^ le dispositif utilisera avantageusement un modèle de calcul qui sera incorporé dans les moyens de calcul 27, comportant deux lois distinctes selon la zone du flux rétrodiffusé mesuré :
- à partir du barycentre lumineux de la tache de réfrodiffusion et jusqu'à une distance r s'étendant jusqu'à une valeur égale à 4 1* du barycentre lumineux, soit pour r appartenant à l'intervale [0, 41*], dite zone de photons courts, la loi applicable sera avantageusement la suivante :
1 r F(r) = 1* -0,6 r -1 ,4 e (-1,3 ), π 4i ,6 (l* la) i/2
loi dans laquelle le facteur e = 2,71828, π = 3,14159, F(r) = l'éclairement (énergie surfacique) à la distance r du centre de la tache. A partir d'une mesure du flux F(r), les moyens de calcul 27 déterminent donc les valeurs de 1* et de la relatives au milieu dispersé.
- à partir de la distance r = 4 1* et jusqu'à l'extrémité de la tache, soit pour r appartenant à l'intervale [41*, ∞[, dite zone de photons longs, en pratique jusqu'à l' extrémité du capteur 41 la plus éloignée du barycentre lumineux de la tache, la loi applicable sera la suivante :
1* , r F(r) = e (- ), π r3 (l* la)i/2 loi dans laquelle le facteur e = 2,71828, π = 3,14159, F(r) = l'éclairement (énergie surfacique) à la distance r du centre de la tache. A partir d'une mesure du flux F(r), les moyens de calcul 27 déterminent donc les valeurs de 1* et de la relatives au milieu dispersé. H est à noter que le modèle ci-dessus suppose un éclairement infini au centre de la tache; ceci provient de l'injection supposée ponctuelle du rayonnement lumineux émis dans ce cas. Selon ce modèle, le rayonnement lumineux émis 15 sera donc le plus concentré possible au point d'impact dans le milieu dispersé 12, comme indiqué plus haut. Les figures 7 à 9 montrent un autre exemple des moyens de réception 617, dans lequel les éléments similaires à ceux de l'exemple précédent portent les mêmes références additionnées du nombre 600. Le capteur 641 comprend une pluralité de parties élémentaires 638 de capteur, par exemple un capteur matriciel, une caméra CCD, ou une caméra CMOS, s'étendant sur une surface 625 définie enfre deux directions 622, 635 concourantes au barycentre lumineux 621, comme représenté sur la figure 7. Comme représenté sur les figures 8 et 9, le capteur 641 adopte une forme sensiblement carré, afin d'assurer la réception d'un quart de la tache de réfrodiffusion. Il est à noter que, de manière alternative, le capteur peut adopter une forme de secteur circulaire (non représenté) afin de "coller" au plus près du périmètre extérieur de la tache 619. La figure 10 illustre un deuxième exemple de paroi 114 séparatrice enfre le milieu dispersé 112 et le récepteur du flux lumineux. Sur la figure 10, les éléments similaires à ceux de l'exemple illustré sur les figures 2 à 6 portent les mêmes références additionnées du nombre 100. Sur l'exemple de la figure 10, les moyens de suppression 123 des rayons lumineux rétrodiffusés issus de la zone centrale et ayant subi une réflexion totale sur la surface 130 formant l'interface de la paroi 114 avec le deuxième côté 116, comprennent des moyens de détournement 128 hors du milieu dispersé 112, des rayons lumineux issus de réflexions totales, les moyens de détournement hors du milieu dispersé, des rayons lumineux issus de réflexions totales comprenant l'association d'une première 129 surface formant l'interface de la paroi 114 avec le premier 113 côté, et d'une deuxième 130 surface formant l'interface de la paroi 114 avec le deuxième 116 côté, la première surface 129 formant l'interface de la paroi 114 avec le premier 113 côté étant courbe, et la deuxième 130 surface formant l'interface de la paroi avec le deuxième 116 côté étant plane.
Suivant le dispositif de la figure 10, la première surface 129 formant l'interface de la paroi 114 avec le premier 113 côté est avantageusement cylindrique, et possède un rayon 140 déterminé par exemple avec le calcul suivant : on se donne : otrt = angle de Brewster ou incidence limite avant réflexion totale, = arcsin (l/np), np = indice optique du matériau constituant la paroi 114, ep = épaisseur 132 de la paroi 114, suivant l'axe 115 correspondant à un diamètre de la surface cylindrique à section circulaire 129, à l'endroit où le rayonnement lumineux émis traverse cette paroi, on note : e' = distance 76 comprise enfre la surface 130 formant l'interface de la paroi 114 avec le deuxième côté 116 et un point intersection enfre l'axe 1 15 et le rayon émergeant rasant 77, d = distance 75 comprise enfre l'axe 115 et le point d'impact du rayon émergeant rasant 77.
On cherche à déterminer ri = rayon du cylindre à section circulaire constituant la première surface 129 : on a les équations suivantes, sachant que le rayon 133 réfléchi est tangent à la surface 129 :
sin (αrt) = ri / (ri + ep + e'),
d = ep tan (ocn) - 4 1*,
e' = d / tan (a^);
on peut alors calculer ri = (2 ep - 4 l*max / tan (On)) 1/ (np - 1).
Un exemple de rayon lumineux ayant subi une réflexion totale sur la surface 130 et qui est dévié hors du milieu dispersé 112 est représenté avec la référence 133 sur la figure 10. Il est à noter que le rayon rétrodiffusé 133 représenté sur la figure 10 est déporté d'une distance 174 égale à 4 l*max, c'est à dire qu'il est compris dans les rayons lumineux issus de ladite zone centrale et ayant subi une réflexion totale sur la surface 130 interface. Il est à noter que dans le cas particulier où l'on ne tient pas compte de la largeur de la tâche, c'est à dire si l'on considère l*max = 0, on obtient :
ri = 2 ep / (np - 1).
Une application numérique de l'exemple qui précède donne : pour une paroi 114 en verre, np = 1,5, l*max = 0,5 mm, ep = 5 mm, on obtient ri = 15,5 mm.
Les figures 11 et 12 illustrent un troisième exemple de paroi 214 séparatrice enfre le milieu dispersé 212 et le récepteur du flux lumineux. Sur les figures 11 et 12, les éléments similaires à ceux de l'exemple illustré sur les figures 2 à 6 portent les mêmes références additionnées du nombre 200. Sur l'exemple des figures 11 et 12, les moyens de suppression 223 des rayons lumineux rétrodiffusés issus de la zone centrale et ayant subi une réflexion totale sur la surface 230 formant l'interface de la paroi 214 avec le deuxième côté 216, comprennent des moyens de détournement 228 hors du milieu dispersé 212, des rayons lumineux issus de réflexions totales, les moyens de détournement hors du milieu dispersé, des rayons lumineux issus de réflexions totales comprenant l'association d'une première 229 surface formant l'interface de la paroi 214 avec le premier 213 côté, et d'une deuxième 230 surface formant l'interface de la paroi 214 avec le deuxième 216 côté, la première 229 surface formant l'interface de la paroi 214 avec le premier 213 côté étant plane, et la deuxième 230 surface formant l'interface de la paroi avec le deuxième 216 côté étant concave.
Suivant le dispositif des figures 11 et 12, la deuxième 230 surface formant l'interface de la paroi 214 avec le deuxième 216 côté adopte une forme conique (non représenté) ou tronconique comme représenté sur la figure 11, l'axe 250 du cône (non représenté) ou de la partie tronconique étant perpendiculaire à la première 229 surface plane. La partie fronconique sera déterminée de sorte que les rayons réfléchis par le milieu ayant une incidence trop grande et qui donc devraient être réfléchis totalement rencontrent la partie conique et seront ainsi rejetés vers le bords, hors du milieu 212, comme représenté sur la figure 11. Les rayons ayant une incidence encore plus forte rencontrent une surface plane 249 voisine de, et entourant la partie fronconique, qui suffira à les rejeter à l'extérieur du milieu dispersé 212.
L'angle αc de la partie fronconique, comme représenté sur la figure 11, sera sensiblement égal à:
π / 2 - (π / 2 - 0^) 12 + atan (ep / rmaχ), avec :
Ort = angle de Brewster ou incidence limite avant réflexion totale, = arcsin (1/n) ep = épaisseur 232 de la paroi 214 à l'endroit où le rayonnement lumineux émis traverse cette paroi, c'est à dire enfre les surfaces 251 et 229, comme représenté sur la figure 2, rmax = rayon du champ de vision exploitable déterminé selon les besoins. La zone plane circulaire 251 constituant le sommet de la partie fronconique possédera un rayon rs déterminée par la formule suivante :
rs = (ep tan (α,t) ) - 4 1* max.
et la grande base de la partie tronconique possédera un rayon minimum η, au moins égal à rmax / 2. L'épaisseur approximative de la paroi 214 enfre les surfaces planes 229 et 249 est donnée selon la formule suivante :
eρ + rmax / 2 (π / 2 - oτt) / 2
Une application numérique consiste à prendre un matériau d'indice optique np =
1,5 pour la paroi séparatrice, un rayon du champ de vision exploitable rmax = 20 mm, et un libre parcours de transport maximum l*max = 0,5 mm, cela donne pour chacun des exemples ci-dessus, figures 2, 10, et 11 : - paroi 14 plan-plan (fig. 2) : ep = 11 mm, - paroi 114 plan-cylindre : = 40 mm, ep = 20 mm,
- paroi 214 cône-plan : αrt = 41,8 degrés, rs = 1 mm, αc = 20 degrés environ, ep = 3,5 mm, épaisseur de la paroi 214 enfre les surfaces planes 229 et 249 = 3,5 + 3,5 = 7 mm.
Dans le quatrième exemple décrit avec l'aide de la figure 13, les éléments similaires à ceux de l'exemple illustré sur les figures 2 à 6 portent les mêmes références additionnées du nombre 400. Les moyens de suppression 423 des rayons lumineux rétrodiffusés issus de réflexion totale sur la surface formant l'interface de la paroi 414 avec le deuxième 416 côté, comprennent des moyens 460 pour empêcher la formation d'un rayon lumineux issu de la zone cenfrale et ayant subi une réflexion totale sur cette
10 surface 430 formant l'interface de la paroi 414 avec le deuxième 416 côté. Ainsi, contrairement aux exemples précédents, les rayons réfléchis visés ne sont plus déviés hors du milieu dispersé concerné, mais leur génération est empêchée. En effet, les moyens 460 pour empêcher la formation d'un rayon lumineux issu de la zone centrale et apte à subir une réflexion totale sur la surface 430 formant l'interface de la paroi 414 avec le deuxième
15 416 côté comprennent une forme appropriée de la surface interface 430 pour que les rayons lumineux rétrodiffusés frappant cette surface interface 430 possèdent un angle d'incidence inférieur à l'angle de réflexion totale.
Selon l'exemple de la figure 13, les moyens 460 pour empêcher la formation d'un rayon lumineux issu de réflexion totale, sur la surface 430 formant l'interface de la paroi
20 414 avec le deuxième 416 côté comprennent une première 429 surface plane formant l'interface de la paroi 414 avec le premier 413 côté associée à une deuxième 430 surface convexe, dans l'exemple selon la figure 13 une deuxième surface adoptant la forme d'une calotte sphérique, formant l'interface de la paroi 414 avec le deuxième côté 416.
Pour former la calotte sphérique, on peut utiliser une lame à faces planes et
25 parallèles sur laquelle on colle une lentille plan-convexe. Il s'agit donc d'un assemblage de composants optiques standards. De plus, l'effet de cette forme sur l'imagerie de la caméra est facilement prévisible. Le calcul approché selon les lois de la trigonométrie fournit les équations suivantes :
Jυ sin (α2) = y / R (équation 1)
tan (ai) = y / (ep - R (1 - cos(ci2)) ( équation 2)
o la condition pour qu'un rayon rétrodiffusé 461 extrême, qui sort par exemple à la distance référencée y du centre sur la figure 13, subisse une réfraction et non une réflexion, est que : ai - α2 = Otrt (équation 3)
40 une relation a ainsi été définie enfre les paramèfres ep 432, R et y. Étant donné que l'indice optique ns du milieu 413 dispersé est inférieur à l'indice optique np du matériau de la paroi 414, l'incidence des rayons émergents sera limitée à αimax tel que :
np sin (αimax) = ns, avec
np = indice optique du matériau de la paroi 414, ns = indice optique du milieu dispersé 413, on déduit alors 0C2 grâce à l'équation 3. Pour exploiter ces équations, on commence par se proposer une valeur de R. On déduit ensuite la valeur y grâce à l'équation 1, et enfin la valeur ep de la paroi suivant l'axe 415, grâce à l'équation 2. On détermine l'épaisseur de la lentille à coller et la base ou épaisseur de la lame à faces planes et parallèles à partir des valeurs issues du calcul précédent et affinées par des tracés de rayons. Une application numérique de l'exemple selon la figure 13 est donnée ci-dessous. Pour une paroi en verre et de l'eau comme milieu dispersé, on a otimax = 62,45 degrés; on peut choisir par exemple R = 30 mm; ainsi y = 10,58 mm. L'épaisseur ep de la paroi au centre suivant l'axe 415 est de 6,52 mm. L'épaisseur au centre suivant l'axe 415 de la lentille à coller est de 1,93 mm, et la lame à faces planes a une épaisseur de 4,59 mm.
Dans le cinquième exemple décrit avec l'aide de la figure 14, les éléments similaires à ceux de l'exemple illustré sur les figures 2 à 6 portent les mêmes références additionnées du nombre 500. L'exemple selon la figure 14 est analogue à l'exemple selon la figure 13, à l'exception de la deuxième 530 surface adoptant une forme fronconique, qui se calcule toutefois suivant des considérations similaires à celles de l'exemple selon la figure 13. Dans l'exemple décrit avec l'aide de la figure 14, les moyens de suppression 523 des rayons lumineux rétrodiffusés issus de réflexion totale sur la surface formant l'interface de la paroi 514 avec le deuxième 516 côté, comprennent des moyens 560 pour empêcher la formation d'un rayon lumineux issu de la zone cenfrale et ayant subi une réflexion totale sur cette surface 530 formant l'interface de la paroi 514 avec le deuxième 516 côté. Les moyens 560 pour empêcher la formation d'un rayon lumineux issu de la zone cenfrale et ayant subi une réflexion totale sur la surface 530 formant l'interface de la paroi 514 avec le deuxième 516 côté comprennent une forme appropriée de la surface interface 530 pour que des rayons lumineux rétrodiffusés issus de ladite zone cenfrale, par exemple les rayons lumineux extrêmes 572, 573, frappant cette surface interface 530 possèdent un angle d'incidence Oj inférieur à l'angle de réflexion totale. La deuxième 530 surface adopte une forme tronconique.
Les paramèfres de la surface interface 530 fronconique sont par exemple déterminés de la manière suivante. On pose : o t = angle de Brewster ou incidence limite avant réflexion totale, a = angle qui défini la partie fronconique, comme représenté sur la figure 14, r i = rayon du sommet (petite base 551 ) de la partie fronconique, r2 - rayon de la base (grande base) de la partie fronconique, ep = épaisseur 532 de la paroi 514 selon l'axe 515, e ext = épaisseur 571 de la paroi 514 entre les surfaces interfaces 529 et 549, rmax = rayon du champ de vision exploitable, identifié dans l'exemple à la demi- largeur de la paroi 514, comme représenté sur la figure 14 ; le rayon lumineux rétrodiffusé limite 573 sortant encore par la partie tronconique doit avoir une incidence Oj égale à l'angle de Brewster o^t •' cela donne :
Tan (a + On) = (4 l*max + r2) / eext (équation 4),
le rayon lumineux rétrodiffusé limite 573 est représenté décalé de l'axe 515 d'une distance 574 correspondant à 4 l*max. Rappelons que : l*max = libre parcours de transport maximum du milieu dispersé étudié dans le dispositif. Un rayon lumineux rétrodiffusé limite 572 sortant encore par la petite base 551 de la partie fronconique doit avoir une incidence et; égale à l'angle de Brewster c^ : cela donne :
Tan (O ) = (4 l*max + rι) / ep (équation 5),
la partie tronconique qui relie la petite base 551 de rayon ri à la grande base de rayon r et donné par l'angle a est fournie par la formule suivante :
Tan (a) = (ep - eext) / (r2 - x\) (équation 6),
le rayon lumineux rétrodiffusé réfléchi par la surface plane 549 voisine de, et entourant la partie fronconique, subit une réflexion totale mais sortira par la tranche de la cuve sans retourner dans le milieu 512 : cela donne :
4 l*max + r2 = rmax / 2 (équation 7).
Pour calculer une cuve destinée à recevoir le milieu diffusif 513 on détermine r2 à partir de l'équation 7, on calcule a à partir de l'équation 4, puis on calcule ep à partir des équations 5 et 6 : cela donne :
ep = (eext + Tan (a) (4 l*max + r2)) / (1 / Tan (a) Tan (otn) (équation 8),
on calcule ensuite ri à partir de l'équation 5. Un exemple d'application numérique est le suivant : on se donne eext = 5 mm, rmax = 20 mm ; ainsi de l'équation 7 on obtient r2 = 10 mm, puis de l'équation 4 on obtient a = 21,6 °, puis de l'équation 8 on obtient ep = 6,61 mm, et enfin de l'équation 5 on obtient ri = 3,91 mm.
Il est à noter que les parois séparatrices 14, 14, 214, 414, 514 peuvent chacune être incluse dans une cuve destinée à contenir le milieu dispersé dont on cherche à mesurer le flux rétrodiffusé, ou constituer la paroi d'une sonde, séparatrice enfre le récepteur du flux de lumière réfrodiffusée et le milieu dispersé, la paroi de la sonde étant alors portée au contact du milieu dispersé. H est également à noter que d'autres modèles que celui qui a été décrit ici peuvent être utilisés pour exploiter les dispositifs selon l'invention, notamment ceux décrits ci- dessus.
Plusieurs exemples de procédé selon l'invention vont maintenant être décrits. A l'appui des figures 2 à 6, 10, 11, 12, le procédé permet de mesurer un flux lumineux rétrodiffusé 11, 111, 211, par un milieu dispersé 12, 112, 212, par exemple une émulsion, une suspension, un milieu polyphasique, ou analogue, placé d'un premier 13, 113, 213, coté d'une paroi 14, 114, 214, par interaction avec une pluralité de rayons lumineux 15, 115, 215, émis du deuxième 16, 116, 216, côté de la paroi 14, 114, 214, opposé au premier côté où est placé le milieu dispersé, et en direction de ce dernier, la pluralité de rayons lumineux étant apte à fraverser la paroi et étant réfrodiffusée au moins partiellement par le milieu dispersé en direction de moyens de réception 17 placés du deuxième côté de la paroi, le procédé comportant au moins les étapes suivantes :
- émettre la pluralité de rayons lumineux 15 115, 215, en direction du milieu dispersé et à travers la paroi 14, 114, 214, de sorte que le milieu dispersé soit apte à émettre à son tour, à travers la paroi, une pluralité de rayons lumineux rétrodiffusés 11, 111, 211 en vue de former une tache de réfrodiffusion 19 dans laquelle est définie au moins une zone cenfrale 20 en forme de disque dont le centre 21 correspond au barycentre lumineux de la tache de rétrodiffusion 20 et dont le rayon 36 est égal à quatre fois le libre parcours de transport maximum l*max du milieu dispersé, la tache de réfrodiffusion 19 étant apte à être imagée au moins en partie sur les moyens de réception 17,
- former la tache de réfrodiffusion 19 à partir des rayons lumineux rétrodiffusés ayant traversés la paroi et exempts, selon une direction 22 s'étendant à partir du barycentre lumineux de la tache de réfrodiffusion, de rayons lumineux issus de la zone cenfrale 20 et ayant subi une réflexion totale sur la surface 30, 130, 230, formant l'interface de la paroi 14, 114, 214, avec le deuxième 16, 116, 216 côté, en évitant que des rayons lumineux issus de cette zone cenfrale 20 et ayant subi une réflexion totale sur la surface 30, 130, 230 ne retournent dans le milieu dispersé,
- mesurer un échantillonnage spatial du profil du flux lumineux dans la tache de réfrodiffusion 19 ainsi obtenue, s'étendant dans la direction 22, . déterminer les valeurs du libre parcours de transport 1* et de la longueur d'absorption la en utilisant un modèle d'interaction photons-dispersion déterminé, à partir de l' échantillonnage spatial du profil du flux lumineux, par exemple le modèle décrit plus haut.
Selon un autre exemple de procédé selon l'invention, décrit à l'appui des figures 7 à 9, il consiste à reprendre les étapes décrites ci-dessus à l'exception des étapes consistant à former la tache de réfrodiffusion et mesurer un échantillonnage spatial du profil du flux lumineux, remplacées par les suivantes :
- former ladite tache de réfrodiffusion 619 à partir des rayons lumineux rétrodiffusés ayant traversés la paroi 14, 114, 214, et exempts, enfre deux directions 622, 635 s'étendant à partir du barycentre lumineux de la tache, de rayons lumineux issus de la zone cenfrale et ayant subi une réflexion totale sur la surface 30, 130, 230, formant l'interface de la paroi avec le deuxième côté 16, 116, 216, en évitant que des rayons lumineux issus de cette zone cenfrale 20 et ayant subi une réflexion totale sur la surface 30, 130, 230, ne retournent dans le milieu dispersé,
- mesurer au moins un échantillonnage spatial d'un profil du flux lumineux dans ladite tache de réfrodiffusion 619 ainsi obtenue, s'étendant au moins sur une surface 625 définie enfre les deux directions 622, 635 concourantes au barycentre lumineux.
De manière alternative, un autre exemple de procédé selon l'invention est décrit ci- dessous à l'aide de la figure 13 ou 14. Il consiste à éviter la réflexion totale d'un rayon lumineux issu de la zone centrale et ayant subi une réflexion totale sur la surface formant l'interface de ladite paroi 414, 514 avec le deuxième 416, 516 côté, à travers laquelle passent les rayons lumineux rétrodiffusés destinés à former la tache de rétrodiffusion, par l'adoption d'une forme appropriée de la surface interface 430, 530, de telle sorte que les rayons lumineux rétrodiffusés frappant cette surface interface possèdent un angle d'incidence inférieur à l'angle de réflexion totale. Le procédé consiste avantageusement à associer une première 429, 529 surface plane formant l'interface de la paroi 414, 514 avec le premier 413, 513 côté, à une deuxième 430, 530 surface convexe formant l'interface de la paroi avec le deuxième 416, 516 côté.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1. Procédé permettant de mesurer un flux lumineux réfrodiffusé (11) par un milieu dispersé (12) placé d'un premier (13) coté d'une paroi (14), par interaction avec une pluralité de rayons lumineux (15) émis du deuxième (16) côté de ladite paroi opposé au premier côté où est placé ledit milieu dispersé et en direction de ce dernier, ladite pluralité de rayons lumineux étant apte à traverser ladite paroi et étant réfrodiffusée au moins partiellement par ledit milieu dispersé en direction de moyens de réception (17) placés du deuxième côté de la paroi, caractérisé en ce que ledit procédé comporte au moins les étapes suivantes :
- émettre ladite pluralité de rayons lumineux (15) en direction dudit milieu dispersé et à travers ladite paroi (14) de sorte que ledit milieu dispersé soit apte à émettre à son tour, à travers ladite paroi, une pluralité de rayons lumineux rétrodiffusés (11) en vue de former une tache de réfrodiffusion (19) dans laquelle est définie au moins une zone cenfrale (20) en forme de disque dont le cenfre (21) correspond au barycenfre lumineux de la tache de rétrodiffusion (19) et dont le rayon (36) est égal à quatre fois le libre parcours de transport maximum (l*max) dudit milieu dispersé, ladite tache de réfrodiffusion (19) étant apte à être imagée au moins en partie sur lesdits moyens de réception (17),
- former ladite tache de réfrodiffusion (19) à partir des rayons lumineux rétrodiffusés ayant traversés ladite paroi et exempts, au moins selon une direction (22) s'étendant à partir du barycenfre lumineux de ladite tache de réfrodiffusion, de rayons lumineux issus de ladite zone centrale et ayant subi une réflexion totale sur la surface (30) formant l'interface de ladite paroi (14) avec ledit deuxième (16) côté,
- mesurer au moins un échantillonnage spatial d'un profil du flux lumineux dans ladite tache de réfrodiffusion (19) ainsi obtenue, s'étendant dans ladite au moins une direction
(22).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à :
- former ladite tache de réfrodiffusion (619) à partir des rayons lumineux rétrodiffusés ayant traversés ladite paroi et exempts, enfre deux directions (622, 635) s'étendant à partir du barycenfre lumineux de ladite tache, de rayons lumineux issus de ladite zone cenfrale et ayant subi une réflexion totale sur la surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième côté,
- mesurer au moins un échantillonnage spatial d'un profil du flux lumineux dans ladite tache de réfrodiffusion (619) ainsi obtenue, s'étendant au moins sur une surface (625) définie enfre les deux dites directions (622, 635) concourantes au dit barycenfre lumineux.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à déterminer les valeurs du libre parcours de transport (1*) et de la longueur d'absorption (la) en utilisant un modèle d'interaction photons-dispersion déterminé, à partir dudit échantillonnage spatial d'un profil du flux lumineux.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à éviter que des rayons lumineux issus de ladite zone cenfrale et ayant subi une réflexion totale sur la surface (30, 130, 230) formant l'interface de ladite paroi (14, 114, 214) avec le deuxième (16, 116, 216) côté, ne retournent dans ledit milieu dispersé (12, 112, 212).
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste à associer une première (29) surface formant l'interface de ladite paroi (14) avec ledit premier (13) côté, à une deuxième (30) surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième (16) côté, lesdites première et deuxième surfaces étant parallèles.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la demi-largeur (31) exploitable de ladite paroi (14) est inférieure ou égale à deux fois l'épaisseur de ladite paroi moins quafre fois le libre parcours de transport maximum (l*max) dudit milieu dispersé (12).
7. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste à associer une première (129, 229) surface formant l'interface de ladite paroi (114, 214) avec ledit premier (113, 213) côté, à une deuxième (130, 230) surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième ( 116, 216) côté, lesdites première et deuxième surfaces étant non parallèles.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite première (129) surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit premier (113) côté est courbe, et ladite deuxième (130) surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième (116) côté est plane.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite première (129) surface formant l'interface de ladite paroi (114) avec ledit premier (113) côté est cylindrique.
10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite première (229) surface formant l'interface de ladite paroi (214) avec ledit premier (213) côté est plane, et ladite deuxième (230) surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième (216) côté est concave.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite deuxième (230) surface formant l'interface de ladite paroi (214) avec ledit deuxième (216) côté est conique ou fronconique.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à éviter la réflexion totale d'un rayon lumineux issu de ladite zone cenfrale et ayant subi une réflexion totale sur la surface formant l'interface de ladite paroi (414) avec le deuxième (416) côté, à travers laquelle passent les rayons lumineux rétrodiffusés destinés à former ladite tache de réfrodiffusion.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la formation d'un rayon lumineux issu de ladite zone cenfrale et ayant subi une réflexion totale sur la surface (430, 530) formant l'interface de ladite paroi (414, 514) avec le deuxième (416, 516) côté est évitée par l'adoption d'une forme appropriée de ladite surface interface, de telle sorte que les rayons lumineux rétrodiffusés frappant ladite surface interface possèdent un angle d'incidence (a;) inférieur à l'angle de réflexion totale.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il consiste à associer une première (429, 529) surface plane formant l'interface de ladite paroi (414, 514) avec ledit premier (413, 513) côté, à une deuxième (430, 530) surface convexe formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième (416, 516) côté.
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que ladite deuxième (430) surface adopte une forme de calotte sphérique.
16. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que ladite deuxième (530) surface adopte une forme tronconique.
17. Dispositif (10) permettant de mesurer un flux lumineux réfrodiffusé (11) par un milieu dispersé (12) placé d'un premier (13) coté d'une paroi (14), par interaction avec une pluralité de rayons lumineux (15) émis du deuxième (16) côté de ladite paroi opposé au premier côté où est placé ledit milieu dispersé et en direction de ce dernier, ladite pluralité de rayons lumineux étant apte à fraverser ladite paroi et étant réfrodiffusée au moins partiellement par ledit milieu dispersé en direction de moyens de réception (17) placés du deuxième côté de la paroi, ladite paroi étant apte à êfre fraversée par lesdits rayons lumineux émis et réfrodiffusés, et à êfre en contact avec ledit milieu dispersé, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend :
- des moyens d'émission (18), vers ladite paroi, d'un rayonnement lumineux (15) apte à fraverser la paroi (14) et atteindre ledit milieu dispersé, de sorte que ce dernier puisse émettre à son tour, à fravers ladite paroi, une pluralité de rayons lumineux réfrodiffusés (11) en vue de former une tache de réfrodiffusion (19) dans laquelle est définie au moins une zone cenfrale (20) en forme de disque dont le cenfre (21) correspond au barycenfre lumineux de la tache de réfrodiffusion et dont le rayon (36) est égal à quafre fois le libre parcours de transport maximum (l*max) dudit milieu dispersé, ladite tache de réfrodiffusion (19) étant apte à êfre imagée au moins en partie sur lesdits moyens de réception (17),
- des moyens de réception (17) du rayonnement lumineux rétrodiffusé par ledit milieu dispersé à fravers ladite paroi et destiné à former ladite tache de réfrodiffusion, lesdits moyens de réception couvrant au moins une direction (22) s'étendant à partir du barycenfre lumineux de ladite tache,
- des moyens de suppression (23) à partir des rayons lumineux réfrodiffusés par ledit milieu dispersé, des rayons lumineux (33) issus de ladite zone cenfrale (20) et ayant subi une réflexion totale sur la surface (30) formant l'interface de ladite paroi (14) avec ledit deuxième côté (16), . des moyens de mesure (24) d'un échantillonnage spatial du profil du flux lumineux reçu par une partie au moins desdits moyens de réception.
18. Dispositif suivant la revendication 17, caractérisé en ce que lesdits moyens de réception (617) s'étendent au moins sur une surface (625) définie enfre deux dites directions (622, 635) concourantes au dit barycenfre lumineux.
19. Dispositif suivant la revendication 17 ou 18, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de calcul (27) des valeurs du libre parcours de transport (1*) et la longueur d'absorption (la) dudit milieu dispersé (12) à partir d'une mesure dudit échantillonnage spatial du profil du flux lumineux.
20. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 17 à 19, caractérisé en ce que lesdits moyens de suppression (23) des rayons lumineux rétrodiffusés issus de ladite zone cenfrale et ayant subi une réflexion totale sur la surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième côté, comprennent des moyens de détournement (28) hors dudit milieu dispersé (12, 112, 212), desdits rayons lumineux ayant subi une réflexion totale, lesdits moyens de détournement comprenant l'association d'une première (29, 129, 229) surface formant l'interface de ladite paroi (14, 114, 214) avec ledit premier (13, 113, 213) côté, et d'une deuxième (30, 130, 230) surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième (16, 116, 216) côté.
21. Dispositif suivant la revendication 20, caractérisé en ce que lesdites première (29) et deuxième (30) surfaces sont planes et parallèles, la demi-largeur (31) exploitable de ladite paroi en vue de former ladite tache de réfrodiffusion (19) étant inférieure ou égale à deux fois l'épaisseur (32) de ladite paroi (14) moins quafre fois le libre parcours de transport maximum (l*max) dudit milieu dispersé (12).
22. Dispositif suivant la revendication 20, caractérisé en ce que ladite première surface (129) formant l'interface de ladite paroi (114) avec ledit premier (113) côté est courbe, et ladite deuxième (130) surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième (116) côté est plane.
23. Dispositif suivant la revendication 22, caractérisé en ce que ladite première (129) surface formant l'interface de ladite paroi (114) avec ledit premier (113) côté est cylindrique.
24. Dispositif suivant la revendication 20, caractérisé en ce que ladite première
(229) surface formant l'interface de ladite paroi (214) avec ledit premier (213) côté est plane, et ladite deuxième (230) surface formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième (216) côté est concave.
25. Dispositif suivant la revendication 24, caractérisé en ce que ladite deuxième
(230) surface formant l'interface de ladite paroi (214) avec ledit deuxième (216) côté adopte une forme conique ou tronconique, l'axe (250) du cône ou de la partie fronconique étant perpendiculaire à la première (229) surface plane.
26. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 17 à 19, caractérisé en ce que lesdits moyens de suppression (423) des rayons lumineux réfrodiffusés issus de ladite zone cenfrale et ayant subi une réflexion totale sur la surface (430) formant l'interface de ladite paroi (414) avec ledit deuxième côté (416), comprennent des moyens (460) pour empêcher la formation d'un dit rayon lumineux ayant subi une réflexion totale, sur cette dite surface (430) formant l'interface de ladite paroi (414) avec le deuxième (416) côté.
27. Dispositif suivant la revendication 26, caractérisé en ce que lesdits moyens (460) pour empêcher la formation d'un rayon lumineux issu de réflexion totale, sur la surface (430) formant l'interface de ladite paroi (414) avec le deuxième (416) côté comprennent une forme appropriée de ladite surface interface pour que les rayons lumineux réfrodiffusés frappant cette dite surface interface possèdent un angle d'incidence (otj) inférieur à l'angle de réflexion totale.
28. Dispositif suivant la revendication 27, caractérisé en ce que lesdits moyens (460) pour empêcher la formation d'un rayon lumineux issu de réflexion totale, sur la surface (430) formant l'interface de ladite paroi (414) avec le deuxième (416) côté comprennent une première (429) surface plane formant l'interface de ladite paroi avec ledit premier (413) côté associée à une deuxième (430) surface convexe formant l'interface de ladite paroi avec ledit deuxième côté.
29. Dispositif suivant la revendication 28, caractérisé en ce que ladite deuxième
(430) surface adopte une forme de calotte sphérique.
30. Dispositif suivant la revendication 28, caractérisé en ce que ladite deuxième (530) surface adopte une forme tronconique.
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