FR2860869A1 - Dispositif portable de mesure de l'intensite lumineuse d'un objet et utilisation d'un tel dispositif - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de mesure de l'intensité lumineuse d'un objet ou partie d'objet (4).Il comporte une partie centrale dioptrique (3) et une partie périphérique catadioptrique (2) indépendantes l'une de l'autre et adaptées à générer deux faisceaux de même nature et ne se croisant pas, à partir de la lumière diffusée par l'objet (4).

Description

"Dispositif portable de mesure de l'intensité lumineuse d'un objet et

utilisation d'un tel dispositif"

La présente invention concerne un dispositif de mesure de l'intensité lo lumineuse d'un objet et l'utilisation d'un tel dispositif.

Cette invention s'applique en particulier, et de façon non limitative, à la mesure de la BRDF ("Bidirectional Reflectance Distribution Function" en anglais) d'un objet ou d'une partie d'objet.

La BRDF est une fonction mathématique qui permet de caractériser l'intensité de la lumière diffusée par une surface lorsque celle-ci est éclairée. La BRDF donne la quantité de lumière diffusée en fonction de la direction d'observation, de l'angle d'incidence de l'éclairage, de la longueur d'onde et de la polarisation.

L'invention s'applique aussi à la mesure de BTDF ("Bidirectionnal Transmittance Distribution Function"), et plus généralement de BSDF ("Bidirectionnal Scattering Distribution Function") et à la mesure de diagrammes d'intensité de sources lumineuses et de diffusions volumiques de matériaux.

Dans une première application connue, des mesures de la BRDF peuvent être utilisées pour caractériser la signature d'un aéronef.

Depuis quelques années, les mesures de la BRDF sont aussi utilisées dans des logiciels d'images de synthèse, de conception assistée par ordinateur (CAO) et de simulation de la lumière afin de simuler le comportement de surfaces vis-à-vis de la lumière.

A cet effet, ces logiciels utilisent, par exemple sous la forme de bibliothèque, des mesures réelles de BRDF effectuées en laboratoire sur les différents types d'objets ou de surface dont on souhaite simuler le comportement optique.

Afin d'effectuer ces mesures de BRDF, on connaît principalement des appareils qui utilisent un échantillon de l'objet à caractériser. Cet échantillon doit 35 être de petites dimensions, typiquement de l'ordre de 10 cm.

De tels appareils de mesure comportent généralement des bras articulés de grandes dimensions au bout desquels sont placés des détecteurs. Ils sont en conséquence volumineux, lourds et, en pratique, difficilement transportables.

Par ailleurs, le temps d'acquisition des mesures avec de tels appareils est très long, et ce notamment en raison de la cinématique des capteurs.

io En conséquence, ils sont exclusivement utilisés dans des laboratoires de mesure et ne sont pas adaptés à la mesure sur site.

Un objectif de l'invention est d'obtenir un dispositif de mesure de la BRDF de dimension raisonnable, transportable, pouvant ainsi être utilisé sur site, et permettant d'effectuer des mesures de façon quasi instantanée, grâce à un 15 temps d'acquisition très court.

Le document US 5,637,873 (DAVIS) décrit un dispositif de mesure du BRDF pouvant être utilisé sur site, par exemple pour mesurer certaines propriétés optiques de la surface d'un véhicule.

Le document DAVIS décrit, dans sa figure 5, un mode de réalisation de ce dispositif comportant un système de collection de la lumière réfléchie par un objet à caractériser constitué de deux lentilles et d'un réflecteur elliptique.

Plus précisément, on positionne, dans ce mode de réalisation, l'échantillon d'objet à caractériser à un premier foyer du réflecteur elliptique, la lumière réfléchie par l'échantillon étant focalisée au deuxième foyer de ce réflecteur elliptique.

Une première lentille, placée au niveau de ce deuxième foyer est agencée de manière à : - focaliser les rayons lumineux réfléchis par l'échantillon et qui ne sont pas réfléchis par le réflecteur elliptique; et - ne pas dévier les rayons lumineux réfléchis par le réflecteur elliptique.

Le système DAVIS utilise une deuxième lentille en aval de la première lentille, particulière en ce qu'elle comporte à la fois une première partie optique pour collimater les rayons lumineux collectés par la première lentille, et une deuxième partie optique pour collimater les rayons lumineux collectés par le réflecteur elliptique. Cette deuxième lentille particulière présente ainsi une discontinuité à la jonction des deux parties optiques précitées.

Cette discontinuité impose un alignement parfait du réflecteur elliptique et des deux premières lentilles précitées, sans quoi des rayons réfléchis par le réflecteur elliptique se mélangent à ceux focalisés par la première lentille et vice versa. Ce problème est connu de l'homme du métier sous le nom de crosstalk .

io La présente invention permet de résoudre les inconvénients précités.

A cet effet, elle concerne un dispositif de mesure lumineuse d'un objet ou partie d'objet, le dispositif comportant: - une partie centrale dioptrique adaptée à générer un premier faisceau collimaté ou convergent, à partir de la lumière diffusée par cet objet ou partie d'objet, avec un angle d'inclinaison faible par rapport à l'axe optique de la partie centrale dioptrique, lorsque cet objet est placé au foyer objet de cette partie centrale dioptrique; - une partie périphérique catadioptrique, d'axe optique et de foyer respectivement confondus avec l'axe optique et le foyer de la partie centrale dioptrique précitée, cette partie périphérique catadioptrique étant indépendante de la partie centrale dioptrique, et adaptée à générer un deuxième faisceau de la même nature que le premier faisceau, à partir de la lumière diffusée par l'objet ou partie d'objet, avec un angle d'inclinaison important par rapport à l'axe optique précité, les rayons du deuxième faisceau ne croisant pas ceux du premier faisceau; - des moyens d'observation, dans un plan d'observation, des premier et deuxième faisceaux, chaque rayon de ces faisceaux ayant, dans le plan d'observation, une distance à l'axe optique fonction de l'inclinaison précitée; et - des moyens de mesure de l'intensité des rayons des premier et deuxième faisceaux, en fonction de cette inclinaison.

On remarquera tout d'abord, que le système collecteur du dispositif selon l'invention, constitué par la partie centrale dioptrique et par la partie périphérique catadioptrique, ne comporte que deux éléments optiques, ce qui représente un avantage certain, en terme de coût et de facilité de montage, par rapport au dispositif DAVIS qui lui comporte trois éléments optiques (un réflecteur elliptique, une première lentille et une deuxième lentille particulière).

Surtout, et de façon très avantageuse, la partie centrale dioptrique et la partie périphérique catadioptrique du dispositif selon l'invention, permettant de diviser les rayons lumineux diffusés par un objet en deux faisceaux, en fonction de leur inclinaison, sont indépendantes et décorrélées l'une de l'autre.

Cet agencement particulièrement avantageux de ce dispositif en deux io parties périphérique et centrale distinctes permet d'obtenir deux faisceaux de rayons ne se croisant pas, offre de bien meilleures tolérances d'alignement au montage et réduit considérablement les problèmes de "cross-talk" précités.

Selon l'invention, différents types de partie centrale dioptrique peuvent être utilisés, notamment une lentille asphérique convergente permettant avantageusement un encombrement réduit.

Dans un autre mode de réalisation, la partie centrale dioptrique est un objectif constitué de lentilles sphériques, ce qui permet de corriger les aberrations chromatiques. La précision des mesures ainsi obtenues se trouvent grandement améliorée lorsque l'éclairage utilise des sources lumineuses à spectre large. Par ailleurs, la fabrication et le contrôle qualité de lentilles sphériques sont particulièrement aisées.

Dans encore un autre mode de réalisation, la partie centrale dioptrique est une lentille de Fresnel. Ce composant de très faible épaisseur (typiquement de l'ordre du millimètre) permet de réduire l'encombrement, le poids, la quantité de matière et le prix de dispositif de mesure selon l'invention.

Selon deux premières variantes de réalisation, la partie périphérique catadioptrique peut être constituée d'un réflecteur parabolique ou d'un réflecteur elliptique utilisant la réflexion spéculaire et nécessitant éventuellement un traitement réfléchissant selon le matériau. Ces variantes nécessitant peu de matière constituent des modes de réalisation économiques.

Selon une troisième variante de réalisation, cette partie périphérique catadioptrique comporte: - un dioptre d'entrée de la lumière diffusée par l'objet ou partie d'objet avec un angle d'inclinaison important; - une surface réfléchissante fonctionnant en réflexion totale interne; et - un dioptre de sortie du deuxième faisceau.

s Cette troisième variante de réalisation, qui ne nécessite pas de traitement réfléchissant, permet avantageusement d'éviter les pertes de lumière. Les parties centrale et périphérique peuvent en outre être réalisées d'un seul bloc.

Dans un mode préféré de réalisation, le dispositif de mesure selon l'invention, comporte en outre: io - au moins une source adaptée à générer un faisceau lumineux collimaté reçu par l'objet ou partie d'objet avec un angle d'incidence prédéterminée par rapport audit axe optique; - les moyens de mesure étant adaptés à mesurer l'intensité des rayons des premier et deuxième faisceaux réfléchis par l'objet, en fonction de cet angle is d'incidence prédéterminée.

Avantageusement, ce mode de réalisation permet de mesurer la BRDF d'un objet en fonction de l'angle d'éclairage de cet objet.

La source lumineuse peut notamment être constituée par une diode laser.

Avantageusement cependant, la source est constituée par l'association d'une LED, d'un diaphragme de champ permettant de contrôler la divergence du faisceau lumineux issu de la LED, d'un diaphragme d'ouverture pour en contrôler la section, et d'une lentille de collimation.

Une telle source permet d'obtenir un faisceau d'éclairage de section et de divergence réduites et prédéterminées.

On peut aussi envisager, afin de réduire les coûts, une source simplifiée ne comportant pas de diaphragme d'ouverture ou de lentille de collimation.

Préférentiellement, la source lumineuse est une source blanche et les moyens de mesure sont adaptés à mesurer l'intensité des rayons des premier et deuxième faisceaux, selon la longueur d'onde de ces rayons.

Ce mode de réalisation, prenant en compte l'influence du spectre de lumière, permet la caractérisation de la BRDF de surfaces irisées.

En variante, pour les applications dites "visuelles", des moyens de mesure, tels qu'un capteur vidéo couleur, sont adaptés à mesurer l'intensité des rayons des premier et deuxième faisceaux en fonction des couleurs primaires (rouge, vert et bleu) auxquelles l'oeil humain est sensible.

Un tel capteur permet notamment de reproduire l'aspect visuel de la peau, de cosmétiques, ou celui de peintures irisées comme celles de certaines carrosseries de voiture.

Pour d'autres applications, on peut utiliser un jeu de filtres colorés (par exemple des filtres dichroïques ou interférentiels) que l'on vient successivement lo positionner devant un capteur vidéo monochrome. On peut ainsi mesurer la BRDF, longueur d'onde par longueur d'onde, pour reconstituer, à posteriori, une BRDF complète en fonction du spectre.

Bien entendu, on peut aussi acquérir des BRDF simplifiées, sans dépendance spectrale, à l'aide d'un capteur monochrome. Ce capteur peut notamment être sensible aux longueurs d'ondes de l'infrarouge proche ou de l'infrarouge lointain afin d'acquérir des mesures de BRDF infrarouges pour les applications optroniques, militaires et/ou spatiales.

Dans une première variante de réalisation, le dispositif de mesure comporte une pluralité de sources fixes de faisceaux lumineux collimatés, chacune de ces sources étant indépendante des autres et, adaptée à générer un faisceau reçu par l'objet à caractériser avec un angle d'incidence propre.

Dans ce mode de réalisation, le dispositif de mesure de BRDF selon l'invention ne comporte pas de source mobile, ce qui constitue une caractéristique importante dans le cas d'un dispositif portable destiné à la mesure sur site.

Dans ce mode de réalisation, chacune des sources fixes est active à son tour, le BRDF de l'objet étant mesuré en fonction de l'angle d'incidence du faisceau collimaté éclairant cet objet.

Préférentiellement, le dispositif de mesure selon l'invention comporte des 30 moyens de commande, notamment sous forme logicielle, adaptés à allumer séquentiellement les différentes sources lumineuses.

Dans un autre mode de réalisation, on utilise une source lumineuse mobile, unique, adaptée à éclairer l'objet ou la partie d'objet à caractériser selon différents angles d'incidence prédéterminés.

Cette source lumineuse peut par exemple être mobile en translation sur un rail.

Préférentiellement, les moyens d'observation comportent un capteur vidéo spatial, par exemple de type CCD, tri CCD, CMOS ou tube cathodique, ce capteur vidéo spatial étant préférentiellement associé à un objectif de focalisation, dont la fonction est d'imager la sortie du collecteur tel que défini précédemment sur le capteur vidéo.

io Cet agencement préféré permet avantageusement de déporter la capteur vidéo et d'améliorer ainsi la résolution du dispositif de mesure selon l'invention.

On obtient ainsi, un dispositif de mesure de bien meilleure résolution que celui décrit dans le document DAVIS dont les moyen d'observations sont constitués par une troisième et une quatrième lentilles agencées pour réaliser un système afocal servant à projeter directement le faisceau lumineux sur le capteur vidéo.

Ce mode préféré de réalisation de l'invention est en conséquence particulièrement adapté pour la caractérisation de surfaces granuleuses ou texturées, de telles mesures nécessitant un éclairage d'une surface relativement importante de l'objet à caractériser.

Cet objectif de focalisation peut aussi être remplacé par un sténopé, notamment lorsque les sources lumineuses éclairent l'échantillon à mesurer sur une surface de faibles dimensions. Ceci permet de réduire les coûts du dispositif de mesure selon l'invention, au détriment relatif de la précision des mesures.

Deux variantes principales du dispositif de mesure selon l'invention peuvent être envisagées.

Dans une première variante, les deux faisceaux précités sont collimatés et les moyens d'observations comportent une lentille de champ pour faire converger ces faisceaux en un point de focalisation, l'objectif de focalisation ou le sténopé du capteur vidéo étant positionné en ce point de focalisation.

Cette première variante de réalisation est très simple de conception et présente une certaine souplesse pour le positionnement des différents composants optiques.

Dans une deuxième variante, les premier et deuxième faisceaux issus respectivement de la partie centrale dioptrique et de la partie périphérique catadioptrique convergent en un même point de focalisation sur laquelle on positionne l'objectif de focalisation du capteur vidéo précité.

Cette deuxième variante de réalisation permet de s'affranchir de la lentille de champ et d'obtenir ainsi un dispositif d'encombrement réduit.

En troisième variante, il est également envisageable d'utiliser un afocal pour projeter directement les premier et deuxième faisceaux sur le capteur vidéo.

Dans la première variante de réalisation précitée, on peut io avantageusement utiliser une source unique mobile en rotation autour du foyer image de la lentille de champ, par rapport à une lame semiréfléchissante positionnée entre cette lentille de champ et les moyens d'observation, cette lame semi-réfléchissante étant adaptée: - à réfléchir le faisceau lumineux collimaté généré par la source unique en 15 direction de l'objet à caractériser; et - à permettre le passage des premier et deuxième faisceaux convergeant en sortie de la lentille de champ.

Ce mode de réalisation permet de mesurer la BRDF d'un objet ou d'une partie d'objet présentant une surface anisotrope. Bien entendu, la mesure de la BRDF d'un objet présentant une surface anisotrope peut aussi être réalisée dans les variantes décrites précédemment, en faisant tourner le dispositif de 90 par rapport à l'objet à mesurer.

II permet aussi d'éviter la formation de zones d'ombre dans les faisceaux, les zones d'ombre étant dues à la présence de sources lumineuses dans ces 25 faisceaux.

Préférentiellement, le dispositif selon l'invention comporte des moyens de reconstitution et d'enregistrement sur un support, de mesures de la BRDF de l'objet ou de la partie d'objet ainsi caractérisée.

Ces moyens de reconstitution et d'enregistrement sur un support 30 permettent de calculer la fonction de BRDF à partir des enregistrements vidéos effectués par les moyens d'observation.

Le dispositif de mesure selon l'invention tel que décrit brièvement cidessus dans ses différentes variantes, peut notamment être utilisé sur site, pour mesurer la BRDF d'un objet ou d'une partie d'objet difficilement accessible.

Il peut ainsi en particulier être utilisé pour mesurer la BRDF de la surface d'un tableau de bord d'un véhicule, sans qu'il soit nécessaire de découper un échantillon de ce tableau de bord pour analyse.

Quoi qu'il en soit, le dispositif de mesure selon l'invention permet d'obtenir des mesures d'intensité qu'il était impossible, voir très difficile d'obtenir avec les dispositifs de mesure connus jusqu'alors.

Ce dispositif de mesure peut être réalisé à faible coût et permet en outre d'acquérir les mesures d'intensité de façon très rapide.

De façon tout à fait similaire, l'invention permet de mesurer la BTDF (Bidirectionnal Transmittance Distribution Function), la BSDF (Bidirectionnal Scattering Distribution Function) ou la diffusion volumique d'un objet ou partie d'objet. De façon évidente pour l'homme du métier, les sources lumineuses sont alors agencées de manière à éclairer l'objet par derrière, de manière à ce que celui-ci diffuse de la lumière dont l'intensité est mesurée par le dispositif selon l'invention.

L'invention permet également d'obtenir des diagrammes d'intensité pour des sources lumineuses telles que des LEDs, un afficheur lumineux, un écran de visualisation,... Dans ce cas, le dispositif de mesure ne comporte pas de source lumineuse à proprement parler, l'objet ou partie d'objet constituant ladite source lumineuse.

Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un programme d'ordinateur mettant en oeuvre des fonctions de simulation des propriétés optiques d'un objet ou partie d'objet, ce programme utilisant des mesures d'intensité lumineuse obtenues sur un objet réel du même type avec un dispositif de mesure tel que décrit brièvement ci-dessus.

Ce programme d'ordinateur peut en particulier être un logiciel de conception assisté par ordinateur (CAO) ou un logiciel de simulation de la lumière.

L'invention permet ainsi d'obtenir un programme permettant de simuler les propriétés optiques d'objets avant leur fabrication,. Elle permet aussi la simulation d'objets (route, tunnel,...) ou de structures (peau...) difficilement accessibles ou transportables dans un laboratoire.

D'autres aspects et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description de modes particuliers de réalisation qui va suivre, cette description étant donnée uniquement à titre d'exemples non limitatifs et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: 2860869 io - les figures 1 à 5 représentent un dispositif de mesure conformément à la présente invention dans quatre modes préférés de réalisation; - les figures 6 à 8 représentent des sources lumineuses pouvant être utilisées dans un dispositif de mesure conforme à l'invention; et - la figure 9 représente, à titre d'exemple, un graphique d'intensité de flux io lumineux obtenu par un dispositif de mesure conforme à l'invention.

La figure 1 représente un dispositif de mesure de l'intensité lumineuse d'un objet ou d'une partie d'objet conformément à la présente invention dans un mode préféré de réalisation.

Dans le mode de réalisation décrit ici, ce dispositif comporte une partie centrale dioptique 3 sous la forme d'une lentille asphérique convergente avec une conjugaison de type foyer infini, et une partie périphérique catadioptrique 2 sous la forme d'un réflecteur parabolique percé en son sommet.

De façon connue de l'homme du métier, la lentille asphérique convergente 3 peut être remplacée par une lentille de Fresnel ou un objectif composé de 20 lentilles sphériques.

Le réflecteur parabolique 2 utilise, la réflexion spéculaire. Il peut par exemple être en inox et/ou éventuellement nécessiter un traitement réfléchissant selon le matériau.

La lentille asphérique 3 et le réflecteur parabolique 2 sont agencés de 25 telle sorte que leurs axes optiques H et leurs foyers F1 sont confondus.

Un objet, ou partie d'objet 4 dont on souhaite mesurer l'intensité lumineuse ou la BRDF, est placé à ce foyer F1.

Cet objet 4 peut notamment être une source lumineuse pour laquelle on veut mesurer des diagrammes d'intensité.

Dans le mode préféré de réalisation décrit ici, le dispositif de mesure selon l'invention comporte plusieurs sources 1 de faisceaux lumineux collimatés, par exemple cinq.

Chacune de ces sources 1 est indépendante des autres, ce qui signifie qu'elle peut être commandée par exemple par des moyens logiciels non représentés ici pour émettre, ou cesser d'émettre, un faisceau lumineux, indépendamment des autres sources.

Dans le mode de réalisation décrit ici, on supposera que ces sources 1 émettent chacune leur tour.

Pour simplification, deux sources lumineuses 1 sont représentées à la figure 1, ces sources étant adaptées à générer un faisceau lumineux collimaté représenté par les lignes tiretées i1i i2.

Sur cette figure, les faisceaux lumineux collimatés ne traversent pas la lentille asphérique 3. Dans un mode de réalisation avantageux, certains faisceaux lumineux i1, i2 traversent la lentille asphérique 3, ce qui permet d'éclairer l'objet 4 avec un angle a de faible incidence par rapport à l'axe optique H. Lorsque ces faisceaux collimatés il, i2 rencontrent la surface interne du réflecteur parabolique 2, ils sont réfléchis en direction du foyer F1 de cette parabole et, par conséquent, reçus par l'objet 4 placé en ce point.

Chacun des faisceaux lumineux il, i2 est reçu par l'objet 4 avec un angle d'incidence a1, a2, par rapport à l'axe optique H, propre et prédéterminé.

Lorsque l'objet 4 est éclairé par un faisceau lumineux en provenance d'une source 1, cet objet 4 diffuse des rayons lumineux dans toutes les directions A, par rapport à l'axe optique H. Conformément à l'invention, les rayons lumineux diffusés par l'objet 4 et possédant un angle d'inclinaison 8p faible par rapport à l'axe optique H, sont 25 interceptés par la lentille asphérique convergente 3.

En revanche, les rayons lumineux diffusés par l'objet 4 avec un angle d'incidence 8p important par rapport à l'axe optique H sont interceptés par la paroi interne réfléchissante du réflecteur parabolique 2.

Préférentiellement, l'angle d'inclinaison de la lumière à partir duquel le 30 rayon lumineux diffuse est intercepté par le réflecteur parabolique 2 se situe entre 30 et 45 .

En effet, au delà de 45 , la lentille asphérique convergente 3 pose des problèmes connus d'imagerie et de transmission de la lumière; en dessous de 30 , le réflecteur parabolique devient trop encombrant.

Dans le mode de réalisation décrit à la figure 1, la lentille asphérique convergente 3 de conjugaison de type foyer infini, et le réflecteur parabolique 2, génèrent respectivement un premier et deuxième faisceaux collimatés à partir de la lumière diffusée par l'objet ou partie d'objet 4, ces faisceaux étant parallèles à l'axe optique H. La lentille asphérique convergente 3 et le réflecteur parabolique 2 sont agencés de telle sorte que les rayons rp et rc ne se croisent pas entre eux.

Des rayons r0 et rp de ces premier et deuxième faisceau sont représentés ro figure 1.

Le dispositif de mesure décrit à la figure 1 comporte en outre des moyens d'observation dans un plan P d'observation, des premier et deuxième faisceaux précités.

Pour un rayon donné rc, rp des premier et deuxième faisceaux, on notera 15 respectivement hc, hp la distance entre: - le point A2 d'intersection entre ce rayon (rp, rc) et le plan d'observation P; et - le point Al d'intersection entre l'axe optique H et le plan d'observation P. De façon évidente pour l'homme du métier, cette distance hc, hp est 20 fonction de l'angle de diffusion Oc, Op.

Plus précisément, à chaque distance h correspond un angle de diffusion 0 et vice et versa.

Dans le mode de réalisation de la figure 1, les moyens d'observation des premier et deuxième faisceaux du dispositif de mesure, comportent une lentille de champ 5 pour faire' converger les premier et deuxième faisceaux collimatés en un point de focalisation F2.

En ce point de focalisation, se trouve un objectif de focalisation 6 d'un capteur vidéo 7 ayant pour fonction d'imager les premier et deuxième faisceaux collimatés au niveau de la lentille de champ 5.

Bien entendu, on peut se passer d'objectif de focalisation (selon le principe bien connu de "sténopé") mais on obtient une image floue, fournissant une BRDF dont la résolution est dégradée.

L'image ainsi enregistrée est traitée numériquement par un ordinateur 8 afin, par exemple, de représenter graphiquement le flux lumineux des premier et deuxième faisceaux en fonction de la distance h des rayons rc et rp de ces faisceaux à l'axe optique.

Ce traitement numérique permet ainsi de reconstituer numériquement la fonction de BRDF en vue de son utilisation future dans d'autres applications, par exemple dans des logiciels de simulation de la lumière.

Un tel graphique, donné à titre d'exemple à la figure 9, va maintenant être décrit. Ce graphique comporte trois parties A, B et C. La partie A correspond au flux lumineux issu de la partie centrale dioptrique, les parties B et C (qui sont symétriques) correspondant au flux lumineux issu de la partie phériphérique catadioptrique.

Il apparaît sur ce graphique que ces trois parties sont séparées. Le graphique présente ainsi deux zones de discontinuité correspondant à la séparation physique entre la partie dioptrique et la partie catadioptrique. Ces deux zones traduisent le fait que les faisceaux ne se superposent pas. On peut donc exploiter avantageusement la totalité des deux faisceaux.

Le capteur vidéo 7 est par exemple un capteur spatial de type CCD, tri CCD, CMOS ou tube cathodique.

Quoi qu'il en soit, on obtient ainsi sur ce capteur vidéo, la distribution des rayons rc, rp des premier et deuxième faisceaux selon leur distance hp, hc par rapport à l'axe optique H. Comme précisé précédemment, cette distribution en distance permet d'obtenir la distribution angulaire ê de diffusion de ces rayons, la relation entre la distance h et l'angle de diffusion ê étant univoque.

Ce dispositif permet ainsi de mesurer l'intensité des rayons rp, rc des premier et deuxième faisceaux, en fonction de l'angle d'inclinaison 8p, 6c de la lumière diffusée par l'objet 4 et en fonction de l'angle d'incidence a du faisceau lumineux reçu par l'objet 4 en provenance d'une source lumineuse 1.

Dans un mode préféré de réalisation, la source 1 émet une lumière blanche,le capteur vidéo étant un capteur RVB connu de l'homme du métier.

Le dispositif selon l'invention permet ainsi la mesure de l'intensité des rayons rp, rc des premier et deuxième faisceau en fonction des trois couleurs primaires (Rouge, Vert et Bleu) auxquelles l'oeil humain est sensible.

Il permet d'obtenir une BRDF colorée permettant de restituer les couleurs d'un objet 4 ayant une surface irisée.

Le dispositif de mesure décrit précédemment en référence à la figure 1, peut, dans une première configuration, être réalisé en associant au réflecteur parabolique 2 percé en son sommet, une lentille asphérique convergente 3, ces deux éléments étant séparés l'un de l'autre.

La figure 2 représente un mode de réalisation du dispositif de la figure 1 dans lequel le réflecteur parabolique 2 et la lentille asphérique convergente 3 sont réalisés d'un seul bloc dans un même matériau diélectrique transparent, obtenu par exemple par usinage ou par moulage.

Dans ce mode de réalisation, le réflecteur parabolique fonctionne par réflexion totale interne. Plus précisément: - la lentille convergente 3 comporte une face avant 3a, perpendiculaire à l'axe optique H et une face arrière sphérique 3b symétrique centré sur le foyer F1; et - le réflecteur parabolique 2 comporte une face avant 2a sphérique, aussi centrée sur le foyer F1, et une face arrière 2b perpendiculaire à l'axe optique H. Comme représenté à la figure 2, la face avant 2a du réflecteur parabolique 2 prolonge la face avant 3a de la lentille asphérique convergente 3.

De même, la face arrière 2b est reliée par une surface 2c à la face arrière sphérique 3b de la lentille asphérique convergente 3.

En référence à la figure 3, nous allons maintenant décrire un autre mode 25 de réalisation du dispositif de mesure selon l'invention.

Dans ce mode de réalisation, la partie centrale dioptrique 3 est constituée par une lentille asphérique convergente de conjugaison type objet réel / image réelle.

Dans ce mode de réalisation, la partie périphérique catadioptrique est 30 constituée par un réflecteur elliptique 2 dont la surface interne utilise la réflexion spéculaire.

Dans ce mode de réalisation, la lentille asphérique convergente 3 et le réflecteur elliptique réfléchissant 2 sont agencés de telle sorte que les rayons rp, rc des premier et deuxième faisceaux convergent en un même point de focalisation F3.

Dans ce mode de réalisation, les moyens d'observation ne comportent pas de lentille de champ 5, l'objectif du capteur vidéo 7 étant positionné au point de focalisation F3.

La figure 4 représente schématiquement un quatrième mode de réalisation du dispositif de mesure selon l'invention.

Dans ce mode de réalisation, la partie centrale dioptrique 3 est constituée par un dioptre asphérique convergent.

La partie périphérique catadioptrique 2 de ce quatrième mode de réalisation comporte un dioptre d'entrée de la lumière diffusée par ledit objet ou partie d'objet avec un angle d'inclinaison important, une surface réfléchissante fonctionnant en réflexion totale interne, et un dioptre de sortie dudit deuxième faisceau.

Plus précisément, la partie périphérique catadioptrique 2 comporte une face avant sphérique 2a centrée sur le foyer FI et une face arrière 2b, sphérique également, centrée sur le point de focalisation F3.

La partie centrale dioptrique 3 constituée par une lentille épaisse comporte une face avant 2a perpendiculaire à l'axe optique H et une face arrière 2b asphérique.

La figure 5 représente schématiquement la partie centrale dioptrique et la partie centrale catadioptrique d'un cinquième mode de réalisation du dispositif de mesure selon l'invention.

Dans cette variante de réalisation, la partie périphérique catadioptrique 2 est constituée par un dôme dont un axe de révolution est confondu avec l'axe optique H. La face externe de ce dôme est recouvert de microprismes 100 qui agissent comme des miroirs grâce à la réflexion totale interne et réfléchissent localement les faisceaux lumineux de manière à les rabattre vers l'axe optique H. Ces microprismes 100 peuvent avoir une surface réfléchissante plane ou parabolique. Quoiqu'il en soit, ces microprismes 100 génèrent un faisceau collimaté à partir de la lumière diffusée par l'échantillon.

La partie centrale catadioptrique est une lentille de Fresnel dont la fonction optique est identique à la lentille asphérique convergente 3 de la figure 1.

Dans les cinq modes de réalisation décrits précédemment, les sources 1 de faisceaux lumineux collimatés peuvent être constituées par un laser ou une diode laser connue de l'homme du métier.

Ce mode de réalisation est particulièrement adapté à la mesure du BRDF d'un objet ou d'une partie d'objet, lorsqu'une grande résolution angulaire est lo requise et/ou lorsque l'information spectrale n'est pas utile.

C'est en particulier le cas des surfaces non irisées pour lesquelles la dépendance spectrale est déjà connue et décorrélée de l'angle d'observation.

Nous allons maintenant décrire en référence à la figure 6 une source lumineuse 1' pouvant être utilisée dans un dispositif de mesure conforme à l'invention.

Cette source lumineuse 1' comporte une LED 13 placée en amont d'un diaphragme de champ 14 lui-même positionné au foyer F4 d'une lentille de collimation 16.

De façon connue, ce diaphragme de champ permet de contrôler la 20 divergence du faisceau lumineux en sortie de la LED 13.

Cette source lumineuse 1' comporte également un diaphragme d'ouverture 15 situé à proximité de la lentille de collimation 16, pour contrôler l'ouverture du faisceau émis par la LED 13.

L'agencement des différents éléments constituant la source 1' permet d'obtenir un faisceau collimaté possédant une divergence faible et une section limitée.

Les dispositifs de mesure conformes à l'invention, décrits en référence aux figures 1 à 4, comportent plusieurs sources lumineuses fixes 1, 1' émettant chacune leur tour un faisceau lumineux collimaté.

On rappelle que ces sources lumineuses ne sont pas nécessaires lorsqu'il s'agit de mesurer les diagrammes d'intensité d'une source lumineuse située au foyer F1 des parties centrales dioptriques 3 et périphériques catadioptriques 2.

Nous allons maintenant décrire deux variantes de sources lumineuses mobiles pouvant être utilisées dans un dispositif de mesure selon l'invention.

La figure 7 représente une source lumineuse 1" unique mobile en translation sur un rail 30.

Cette source lumineuse 1" peut notamment être utilisée dans un dispositif de mesure conforme à celui de la figure 1, lorsque le rail 30 est disposé perpendiculairement à l'axe optique H, de manière à ce que la source mobile 1" émette des rayons lumineux parallèles à cet axe optique H. Dans ce cas, la source lumineuse 1" peut occuper les positions des 10 différentes sources lumineuses 1 décrites précédemment en référence à la figure 1.

Cette source lumineuse mobile 1" peut également être utilisée dans le mode de réalisation de la figure 2, à la seule condition que le rail 30 soit agencé de manière à ce que les faisceaux lumineux émis par la source 1" soit dirigés dans la direction opposée à celle du point de focalisation F3.

Quoi qu'il en soit, cette source lumineuse mobile 1" peut être déplacée le long du rail 30 par des moyens non représentés ici.

Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux car il permet, en déplaçant la source 1" sur le rail 30, l'éclairage de l'objet 4 sous différents angles d'incidence a.

La figure 8 représente une variante de source mobile unique 1" pouvant être utilisée dans un dispositif conforme à l'invention lorsque les parties centrales dioptriques 3 et catadioptriques 2 génèrent des premier et deuxième faisceaux collimatés, comme par exemple dans le mode de réalisation des figures 1 ou 2.

Comme décrit précédemment, un tel mode de réalisation comporte une lentille de champ 5 adaptée à faire converger les rayons r et rp des premier et deuxième faisceaux vers un point de focalisation F3.

Dans la variante de réalisation décrite ici, le dispositif de mesure selon l'invention comporte une lame semi-réfléchissante 18 positionnée entre cette lentille de champ 5 et l'objectif de focalisation 6.

Cette lame semi-réfléchissante 18 permet le passage des rayons rc, rp des premier et deuxième faisceaux convergents en direction de l'objection de focalisation 6.

Dans ce mode de réalisation décrit ici, la source lumineuse 1" est mobile en rotation autour du foyer image F4 de la lentille de champ 5 par rapport à la lame semi-réfléchissante 18.

Dans cet agencement, la lame semi-réfléchissante 13 réfléchit le faisceau collimaté généré par la source unique 1 ", en direction de l'objet 4.

Plus précisément, l'incidence a du faisceau lumineux reçu par l'objet 4 dépend directement de l'orientation de la source lumineuse 1" par rapport à la lame semi-réfléchissante 13.

Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux car il permet de mesurer la BRDF d'un objet ou d'une partie d'objet 4 présentant une surface anisotrope.

En variante, il est possible d'utiliser une source lumineuse fixe associée à un miroir mobile en rotation selon deux axes, le miroir étant centré sur le foyer image F4 de la lentille de champ 5, la source lumineuse émettant un faisceau de lumière collimaté se réfléchissant au centre du miroir.

De façon évidente, la source mobile unique décrite ci-dessus en référence à la figure 8, peut être utilisée dans les variantes de réalisation du dispositif de mesure selon l'invention représentées aux figures 3 et 4. Dans ce cas, l'homme du métier comprendra que l'on utilise pas la lentille de champ 5.

Les différents modes de réalisation du dispositif de mesure selon l'invention décrits précédemment peuvent être utilisés pour mesurer le BRDF d'un objet ou d'une partie d'objet en fonction de l'angle a d'éclairage de cet objet, de la direction d'observation 0 de cet objet, et de la polarisation de la lumière lorsqu'une source blanche est utilisée en combinaison avec une caméra vidéo couleur RVB.

Ces modes de réalisation de l'invention présentent tous l'avantage d'être particulièrement compacts grâce à l'association de la partie centrale dioptrique et de la partie périphérique catadioptrique.

Ils permettent en outre de mesurer toute la lumière émise dans un demiespace.

Le mode préféré de la réalisation décrit en référence à la figure 7 permet en outre la mesure du BRDF d'une surface irisée, sans qu'il soit nécessaire de déplacer le dispositif par rapport à l'objet à caractériser.

Par ailleurs, et de façon évidente pour l'homme du métier, le dispositif de mesure selon l'invention peut être utilisé pour mesurer la BTDF d'une surface translucide. Dans ce cas, l'intensité lumineuse mesurée est celle transmise par l'objet ou la partie d'objet à caractériser et non pas une lumière réfléchie.

Ces différents modes de réalisation permettent ainsi de mesurer le BRDF d'objets ou de surfaces difficilement accessibles, ou pour lesquels on ne souhaite pas prélever d'échantillon.

L'utilisation d'un dispositif de mesure selon l'invention est très simple car il suffit de balayer l'objet à caractériser. Les données de mesure d'intensité recueillies peuvent ensuite être traitées numériquement par exemple par un programme d'ordinateur afin de reconstituer une fonction de BRDF. Cette fonction de BRDF peut être alors utilisée à posteriori dans un logiciel de CAO, d'image de synthèse ou de simulation de la lumière.

Ces programmes d'ordinateur permettent ainsi une simulation particulièrement réaliste des propriétés optiques d'un objet ou du comportement d'un objet vis-à-vis de la lumière.

L'invention trouve ainsi une utilisation privilégiée dans le domaine des logiciels de conception assistés par ordinateur et de simulation de la lumière, car elle permet de prévoir, de façon très réaliste le comportement optique d'un objet avant sa fabrication.

Claims (16)

REVENDICATIONS

1 - Dispositif de mesure de l'intensité lumineuse d'un objet ou partie d'objet (4), le dispositif comportant: io - une partie centrale dioptrique (3) adaptée à générer un premier faisceau collimaté ou convergent à partir de la lumière diffusée par ledit objet ou partie d'objet (4) avec un angle d'inclinaison (Os) faible par rapport à l'axe optique (H) de ladite partie centrale dioptrique (3), lorsque ledit objet (4) est placé au foyer objet (F1), de ladite partie centrale dioptrique (3) ; - une partie périphérique catadioptrique (2) d'axe optique (H) et de foyer objet (F1), respectivement confondu avec ledit axe optique (H) et ledit foyer (F) objet de ladite partie centrale dioptrique (3), ladite partie périphérique catadioptrique (2) étant indépendante de ladite partie centrale dioptrique (3), et adaptée à générer un deuxième faisceau de la même nature que ledit premier faisceau, à partir de la lumière diffusée par ledit objet ou partie d'objet (4) avec un angle d'inclinaison (Op) important par rapport audit axe optique (H), les rayons (rp) dudit deuxième faisceau ne croisant pas ceux (rc) dudit premier faisceau; - des moyens d'observation, dans un plan (P) d'observation, desdits premier et deuxième faisceaux, chaque rayon (rp, rc) desdits faisceaux ayant, dans ledit plan (P) d'observation, une distance (hp, hc) audit axe optique (H) fonction de ladite inclinaison (6p, 6c) ; et - des moyens de mesure de l'intensité des rayons (rp, r0) desdits premier et deuxième faisceaux, en fonction dudit angle d'inclinaison (Op, 9c).

2 - Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite partie centrale dioptrique (3) est une lentille asphérique convergente (3), un objectif composé de lentilles sphériques, ou une lentille de Fresnel.

3 - Dispositif de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite partie périphérique catadioptrique (2) est un réflecteur parabolique ou elliptique.

4 - Dispositif de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite partie périphérique catadioptrique (2) comporte: - un dioptre d'entrée de la lumière diffusée par ledit objet ou partie d'objet (4) avec ledit angle d'inclinaison important; - une surface réfléchissante fonctionnant en réflexion totale interne; et - un dioptre de sortie dudit deuxième faisceau.

- Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, 10 caractérisé en ce qu'il comporte en outre: - au moins une source adaptée à générer un faisceau lumineux collimaté reçu par ledit objet ou partie d'objet (4) avec un angle d'incidence (a) prédéterminée par rapport audit axe optique (H); et en ce que - lesdits moyens de mesure sont adaptés à mesurer l'intensité des rayons 15 des premier et deuxième faisceaux réfléchis par ledit objet ou partie d'objet (4), en fonction dudit angle d'incidence prédéterminée (a1, a2).

6 - Dispositif de mesure selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite au moins une source est un laser ou une diode laser.

7 - Dispositif de mesure selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que, pour générer ledit faisceau lumineux collimaté, ladite au moins une source comporte une LED (13), et éventuellement un diaphragme de champ (14) situé au foyer d'une lentille de collimation (16) et un diaphragme d'ouverture (15) situé à proximité de ladite lentille de collimation.

8 - Dispositif de mesure selon la revendication 7, caractérisé en ce que 25' ladite au moins une source lumineuse étant une source blanche, lesdits moyens de mesure sont adaptés à mesurer l'intensité des rayons (rp, rc) des premier et deuxième faisceaux, selon au moins une longueur d'onde desdits rayons.

9 Dispositif de mesure selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure sont adaptés à mesurer l'intensité des rayons (rp, r) des premier et deuxième faisceaux en fonction des couleurs primaires (Rouge, Vert, Bleu) auxquelles l'oeil est sensible.

- Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de sources fixes de faisceaux lumineux collimatés chacune de ces sources étant indépendante des autres et, adaptée à générer un faisceau reçu par ledit objet ou partie d'objet (4) avec un angle d'incidence (a) propre.

11 Dispositif de mesure selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de commande adaptés à allumer séquentiellement lesdites sources lumineuses.

12 - Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte une source lumineuse mobile unique, adaptée à générer un faisceau lumineux reçu par ledit objet oui partie d'objet (4), avec un angle d'incidence (a) variable prédéterminée.

13 - Dispositif de mesure selon la revendication 12, caractérisée en ce que ladite source lumineuse unique (1 ") est mobile en translation sur un rail (30).

14 - Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que lesdits moyens d'observation comportent un capteur vidéo (7) spatial de type CCD, tri CCD, CMOS ou tube cathodique, ledit capteur vidéo (7) étant associé à un objectif de focalisation (6), ou à un sténopé.

- Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième faisceaux convergent en un même point de focalisation (F3), l'objectif de focalisation dudit capteur vidéo (7) étant positionné en ce point de focalisation (F3).

16 - Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième faisceaux étant des faisceaux collimatés, lesdits moyens d'observation comportent une lentille de champ (5) pour faire converger ces faisceaux en un point de focalisation (F2), l'objectif de focalisation ou le sténopé dudit capteur vidéo (7) étant positionné en ce point de focalisation (F2).

17 - Dispositif de mesure selon les revendications 12 et 16, caractérisé en ce que ladite source unique est mobile en rotation autour du foyer image (F4) de ladite lentille de champ (5), par rapport à une lame semiréfléchissante (18) positionnée entre ladite lentille de champ (5) et lesdits moyens d'observation, ladite lame semi-réfléchissante (18) étant adaptée: - à réfléchir ledit faisceau lumineux collimaté généré par ladite source unique (1 "') en direction dudit objet ou partie d'objet (4) ; et à permettre le passage desdits premier et deuxième faisceaux convergeant en sortie de ladite lentille de champ (5) . 18 Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de reconstitution et d'enregistrement sur un support, de mesures de la BRDF, de la BTDF ou de la BSDF dudit objet ou partie d'objet (4).

19 - Utilisation d'un dispositif de mesure selon l'une quelconque des io revendications 1 à 18 pour mesurer la BRDF, la BTDF ou la BSDF d'un objet ou partie d'objet (4), notamment sur site lorsque ledit objet ou partie d'objet (4) est difficilement accessible.

- Utilisation d'un dispositif de mesure selon la revendication 16 pour mesurer le BRDF d'un objet (4) ou partie d'objet (4) présentant une surface 15 anisotrope.

21 - Utilisation d'un dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, pour mesurer des diagrammes d'intensité d'une source lumineuse constituée par ledit objet (4).

22 - Programme d'ordinateur mettant en oeuvre des fonctions de simulation des propriétés optiques d'un objet ou partie d'objet, caractérisé en ce qu'il utilise des mesures d'intensité lumineuses obtenues sur un réel objet (4) du même type avec un dispositif de mesure de conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 16.

23 - Programme d'ordinateur selon la revendication 22, caractérisé en ce 25 qu'il s'agit d'un logiciel de conception assistée par ordinateur ou d'un logiciel de simulation de la lumière.