WO2006018588A1 - Syteme de mesure pour la caracterisation optique des materiaux et procede de mesure mis en oeuvre par ledit systeme - Google Patents

Syteme de mesure pour la caracterisation optique des materiaux et procede de mesure mis en oeuvre par ledit systeme Download PDF

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WO2006018588A1
WO2006018588A1 PCT/FR2005/050660 FR2005050660W WO2006018588A1 WO 2006018588 A1 WO2006018588 A1 WO 2006018588A1 FR 2005050660 W FR2005050660 W FR 2005050660W WO 2006018588 A1 WO2006018588 A1 WO 2006018588A1
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WO
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sample
optical
measuring
optics
images
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Application number
PCT/FR2005/050660
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English (en)
Inventor
Stéphane Perquis
Sylvain Perrot
Original Assignee
Colordimensions
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Publication date
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • 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
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4738—Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
    • G01N21/474—Details of optical heads therefor, e.g. using optical fibres

Definitions

  • the invention relates to a measurement system for the optical characterization of materials and a measurement method implemented by the system.
  • Optical characterization of materials is the measurement of the visual and optical properties of materials such as gloss, surface condition, texture, transparency, color effects (pigment color, pearlescent effect, metallic effect, iridescent effect). or holographic %) so that the materials can be measured as finely as possible and that the results are expressed as close as possible to the sensations of human vision and the most applicable for manufacturers controlling materials.
  • the colorimetric results are calculated from a single monodirectional measurement, insufficient because it allows neither the measurement of color information alone nor the taking into account of the complex effects of modern materials.
  • spectrophotometer manufacturers have manufactured multi-angle instruments that allow spectral analysis of metallic and / or pearlescent effect paints under 3 to 10 angles.
  • Measurements provide more complete information than mono-angular instruments but are not yet complete enough (too little angular information). The results do not reflect the human vision of the materials and the software simply expresses colorimetric variations under 3 to 10 angles without proposing correlated synthesis with visual and optical properties of the materials.
  • profilometers also called scatterometers or spectrogoniometers. These instruments are capable of varying independently and in the same axis the angle of incidence of the illumination source and the measurement angle. But these systems are too slow (up to 20 minutes per measurement series) to be used in an industrial process and are not associated with colorimetry software for the synthesis of many angular measurements.
  • BRDF diffusion envelope
  • Bidirectional Reflectance Distribution Function materials, function of distribution of the reflection of a light beam coming from any direction on a sample and analyzed from any angle. These instruments measure only a single point on flat samples, which makes it difficult to measure the texture, which limits the accuracy of calculations of the visual characteristics of the materials and makes their photorealistic simulation difficult.
  • the present invention aims to overcome the disadvantages of the state of the art.
  • the subject of the invention is a measurement system for the characterization of materials that is to say the determination of their visual optical properties such as brightness, surface appearance, texture, transparency, color (pigments and colorants) and color effects
  • the invention more particularly relates to a measurement system for the optical characterization of a material sample comprising a sample support device, an optical device for illuminating the sample, an optical device for forming a multiangular optical signal of the light reflected by the sample and returned by the sample, a system spectral decomposition of the multi-angle optical signal, mainly characterized in that the optical training device comprises an optics for simultaneous formation of several images of the sample and a parabolic deflector placed facing the imaging optics so as to that each image comes from a different measurement angle.
  • the optics for forming a plurality of simultaneous images of the sample comprise a microlens pin array, each pair generates an image of the sample at a predetermined angle.
  • the bar is interchangeable, of variable shape (see even in several parts), aligned or not.
  • Several strips of different configurations may be associated in a microlens array to use an interchangeable array or specific configuration of a microlens array as needed.
  • the bar or network can be moved away or close to allow for example the positioning of a light source or can be inclined to, for example, focus the measurement on a portion of the dish.
  • the system comprises a mechanism for moving the microlens array in a downward movement so that it modifies the angular position of all the angles observed by the microlens array.
  • the parabolic deflector is made by a parabola with smooth surface or textured (shape or design) and reflective or semi-reflective.
  • the system comprises an optical transport of the angular images formed by the microlens array comprising at least one reflecting mirror and an optics for focusing the light restored by each pair of microlenses to a spectral decomposition system (a 2D diffraction grating also called spectro-imager), a series of optical filters or a continuous filter) when the latter has a height smaller than that of the microlens array.
  • a spectral decomposition system a 2D diffraction grating also called spectro-imager
  • the system may not include transport optics.
  • the spectral decomposition system is placed directly after the microlens array and has dimensions and in particular a height of the input slit or of the decomposition zone identical or substantially identical to it and, in the latter case, may comprise an intermediate focusing lens positioned between the microlens array and the spectral decomposition system.
  • the spectral decomposition system is produced by a diffraction grating, a series of optical filters or a continuous filter.
  • the system comprises a mechanism for axial displacement of the illumination optics in a radius of 0 to 360 ° around the sample.
  • the system comprises a mechanism for angular displacement of the illumination optics in a radius from 0 to 180 ° above the sample in all the axial positions authorized by the aforementioned axial displacement mechanism, including in the measurement axis of the parabolic deflector, in front of and behind it.
  • the illumination system may consist of a multitude of lighting systems distributed in the upper half-sphere above the sample. These lighting systems, which may be optical elements for emitting light (LED) or for transporting light (optical fibers) can be lit consecutively or simultaneously.
  • the system comprises a rotation mechanism of the measurement optics about an axis perpendicular to the surface of the sample. This rotation makes it possible to position the optical assembly under an imposed observation axis (from 0 to 360 °) above the sample.
  • the system comprises a mechanism for raising and lowering the support of the measuring optics in the axis perpendicular to the surface of the sample support, so that after installation of each new sample on the support sample in the measuring chamber, the measuring optics are positioned at the correct distance from the sample.
  • the system may comprise mechanical means for raising and lowering the sample support.
  • the system comprises a tilting mechanism of the measuring optics while keeping the location of the measuring surface on the sample.
  • This solution allows the measurement of fragile samples or liquid or powdery materials that are simply placed on the base of the system and are not likely to change appearance due to vibration, inclination or movement of the sample holder.
  • An alternative to this embodiment is to tilt the sample tray instead of the optics. Both failover systems can be used simultaneously.
  • the sample support plate is provided with a perforation under the sample making it possible to scroll through a series of references.
  • Another object of the present invention relates to a measurement method for the optical characterization of a sample by means of a system such as it has just been described above, mainly characterized in that it consists in: illuminating the sample according to a given angle and a given illumination axis (X, X ') - simultaneously forming a first set of n images of the sample at of the optical measuring device, each image being derived from a distinct measurement angle (n angles) and being returned to the input slot of a diffraction grating or spectral decomposition system by a series of filters optical or continuous filter, rotating the optical measuring device or the sample support increments in total p increments to recover at each increment corresponding to a given axial direction a series of n images,
  • the method further comprises: - angularly moving the illumination source
  • this first set thus consisting of k sub sets corresponding to the orientation of the illumination source, if k is the number of displacement of the source.
  • the set of measurements constituting k subassembly corresponding to the orientation of the illumination source, if k is the number of displacement of the source.
  • the method also consists in: moving the microlens array or array vertically to modify the position of the microlenses with respect to the parabolic deflector to vary the observation angles of the sample.
  • the method also consists in: exchanging the array or horizontally moving the array of microlenses in the case of a network comprising several configurations of microlenses, for choosing the layout and size of the microlenses among several configurations, which has the effect of changing the observed angles and resolution of the image.
  • the method also consists of: at each complete axial rotation of the measuring optical device or of the sample support, to illuminate the sample by a source coming from the upper half-sphere to the sample and to redo a series of measurements to obtain sub-series of images corresponding to different axes and angles of illumination incidence.
  • FIG. 1 represents the general diagram of a system according to the invention
  • FIG. 2a shows a diagram according to a particular embodiment in which a transport optics is used;
  • FIG. 2b represents a diagram in which there is no transport optics;
  • FIG. 3 represents a view from above of the sample illustrating the measurement axis D at a given moment;
  • FIG. 4a represents a schematic diagram of the displacements of a single illumination source 2,
  • FIG. 4b represents a schematic diagram of the movements of the support of optics 62
  • FIG. 4c represents a schematic diagram of the movements of the support of the sample 22
  • FIG. 4d shows a block diagram illustrating the circular motion around the sample for a single illumination optics 2
  • FIG. 4e represents a schematic diagram of the movement of the microlens array 10
  • FIG. 5 represents the support hoop diagram 55 of a single illumination source 2
  • FIGS. 6a and 6b show the block diagrams of alternative embodiments that do not require transport optics.
  • FIGS. 7a and 7b show a block diagram of an alternative embodiment relating to the sample support.
  • FIGS. 8a and 8b illustrate the different positioning configuration possibilities of the microlens array and the parabolic deflector and examples of possible shapes depending on the applications.
  • FIG. 9 shows an example of representation of the colorimetric variation as a function of the measurement angle.
  • the system according to the invention comprises optical elements 10, 11, 12, 13, associated with an electronics 30 for processing and exploiting the results.
  • This system also comprises mechanical elements 20, 50, 60, a control electronics 70 of the mechanical elements and a control unit 40 of this electronics. Measurements made with this system are digitally processed to characterize the visual appearance of the sample placed on the support.
  • the invention relates more particularly to the optical and mechanical elements constituting the system.
  • the optical elements comprise: an optical illumination device 2 with at least one light source. Two optical fibers for control and calibration can be placed near the source;
  • an optical measuring device (10, 11, 12 and 13) for obtaining the formation of a multi-angular optical signal of the light reflected by the sample and returned by the latter.
  • This device comprises a microlens array 10 in which each subset of the network is constituted by n pairs of lenses 10a, ... 10n, a deflector 11, a spectral decomposition system 30 and possibly a device for transporting the signal to the system. spectral decomposition.
  • the mechanical elements comprise: - the sample support 20, incorporating a positioning mechanism 21, 24 of the plate 22 carried by an articulated arm 23,
  • a support of the measurement optics 60 integrating a positioning mechanism 61 of the support 60, the optics being mounted on a gantry 62 articulated on a shaft 63 along the axis Y.
  • chassis 64 enclosing all the optical and mechanical elements of the system.
  • a support of the illumination optics 50 provided with an arm 52 mounted on a shaft 53 along the axis Y.
  • the support integrates a positioning mechanism 51.
  • a mechanism not shown in this figure is provided for moving the assembly consisting of the measuring optics and the illumination so that the surface to be measured of the sample is positioned at a good distance from the measuring optics and with the correct orientation after moving to make a measurement.
  • a cover not shown in this figure is provided to protect the assembly and isolate any radiation from outside.
  • the positioning mechanisms 21, 51, 61 are coupled to a control electronics 70 capable of transforming the commands received from the control unit 40 into electrical control signals for actuating the motors of the mechanisms.
  • This control electronics 70 is an interface of conventional type ensuring an adaptation of the signals between the control unit and the motors of the various mechanisms.
  • the control unit 40 is performed for example by a computer which comprises in the form of a program, a set of positioning orders and their sequencing governed by all the measurements to be performed.
  • the illumination optics 2 consists of a light source which illuminates a surface on the sample 1 with a homogeneous and punctual beam. This source is usually placed above the measurement optics, ie at 0 ° along the Y axis. In addition, the position of the source relative to the sample may be different depending on the application.
  • the illumination behind the measurement angles may be useful to measure the light reflected at the same angle as the emission (the road surface reflecting the headlights). a car to the driver's eye).
  • the source is placed behind the dish 11 which will be in this case made of a semi-transparent material.
  • the dish 11 which will be in this case made of a semi-transparent material.
  • the source bears the reference 2 'in this example.
  • the system may be provided to allow a displacement of the source around the sample equidistant from the measuring point on the sample and in the upper half sphere thereto.
  • the support of the illumination optics is advantageously in the form of a bow 55 carrying and carrying the source 2 (or a fiber connected to a source) in any which direction is equidistant from the sample. This solution allows to illuminate in all directions and not only in the measurement axis.
  • the measurement optics is composed of three distinct parts:
  • the angular reflection part which is called the parabolic deflector 11; Part ⁇ image "consisting of the microlens 10 and network according to certain embodiments; the transport part 12 responsible for returning the final image to a spectral decomposition system of the light 13.
  • the transport part may be suppressed provided that the light-decomposition system is placed behind the microlens array and has a height identical or substantially identical to the same or that the shape of the microlens array or strip coupled to a Optical allows to recover images from microlenses on a smaller entrance slit.
  • the parabolic deflector 11 is a curved deflector whose surface is polished to the expected characteristics (or for example molded and metallized under vacuum) to allow reflection of the rays coming from the sample.
  • the parabola 11 which creates the angles of measurement al to a n .
  • This parabola 11 is smooth or textured and can return n images from the sample 1 in any direction D measurement.
  • the optical system image ⁇ '10 and the optical deflector element ⁇ ' 11 described above are the two elements which allow to obtain the simultaneous formation of several sample images.
  • the optical system ⁇ Image '10 makes it possible, by using pairs of two lenses 10a, ... 1On, to recover an image of the parabola and therefore of the sample at an angle ⁇ , ... an imposed by the parable.
  • the length and shape of the dish as well as its distance from the microlens array can be adjusted according to the desired analysis.
  • the variation of the shape and positioning of the dish relative to the microlenses and the sample makes it possible to vary the angular range of observation and the optical resolution of each of the angles.
  • the angular resolution is a function of the number and size of the lenses used, the size and number of which depends on the size and shape of the parabolic reflector. It is therefore possible to adapt the characteristics of the microlenses according to the materials measured simply by exchanging the series of microlenses mounted on an interchangeable microlens array.
  • a microlens array 10 may consist of a large number of microlenses of small size so that it is possible to characterize the sample with good angular resolution (small microlenses of 300 ⁇ m, for example, make it possible to increase the angular resolution at the expense of the accuracy of each of the images).
  • Another configuration of a microlens array may be of low angular resolution but of high image resolution (of large microlenses of 5mm for example allow to obtain a better resolution of each of the angular images at the expense of the number of angles).
  • the angular resolution is no longer dependent on the number of microlenses. This configuration does not allow the formation of images but allows a maximum angular resolution.
  • Raising or lowering a bar or microlens array, perpendicular to the sample, relative to the parabola changes the viewing angles of the lens pairs.
  • a mechanical system is provided capable of moving the microlens array parallel to the surface of the sample and perpendicular to the dish to position the microlens configuration best suited to the measurement of a sample facing the dish and select .
  • the bar or microlens array can be moved away from the dish to allow the passage of an illumination system or accessories.
  • the average angular resolution used for example during the preview measurements is 30 pairs of lenses (30 angles) of about 5 mm each placed on the microlens array of 150 mm high (height of the dish for a measured surface of 20 mm of diameter) .
  • Each pair of microlenses generates an image of the surface of the sample at an angle. All the images of the microlens couples generated by a microlens configuration generates an overall image which must then be transported to the light decomposition system 30 with the aid of the transport optics if appropriate.
  • the optical 'Transport' 12 is composed in the example illustrated in Figure 2, 4 mirrors 12.
  • the optical system 'Transport' causes a compression of the image and therefore a slight loss of resolution on the edges of the overall image. This compression is related to the ratio between the size of the parabola and that of the size of the input window of the light decomposition system 13.
  • a mechanical system 24 ' can be provided for raising and lowering the optical assembly consisting of the measurement and transport optics in the axis perpendicular to the surface of the device. sample holder, so that after each presentation of a sample in the measurement chamber positioned on the support sample, the measurement optics is positioned at the proper distance from the sample.
  • This solution allows the measurement of fragile samples or liquid or powdery materials that are simply placed on the base of the system and are not likely to change in appearance due to vibration or movement of the sample holder.
  • the support plate 22 on which the sample rests has a perforation 220 located at the measurement location and making it possible to scroll through a series of references 2220 (color standards and calibration, contrast card, point or diffuse light sources, light trap ...) under perforation 220 to serve as a reference or sample to complete the analysis.
  • references 2220 color standards and calibration, contrast card, point or diffuse light sources, light trap .
  • the proposed system makes it possible to simultaneously form sets of images of the sample by means of the optical measuring device when the sample is illuminated along a given illumination axis (Y, Y ') - Each image is derived from a distinct measurement angle (n angles for n pairs of microlenses). Images are returned to the input slot of a light decay system. Each set of measurement is the result obtained for a measurement line D of a group of points identified in position and angle on the illuminated surface of the characterized sample. To obtain a complete measurement, ie all measurement sets, the optical measuring device is rotated incrementally in increments. Each increment corresponds to an axis or measurement line and for which n images are retrieved.
  • the images of each set are processed globally or separately to calculate the different optical characteristics of the material.
  • a complete and high-resolution measurement can be carried out with several passes as follows: A first pass rapidly traverses the surface of the sample to obtain the information, for example, every 3 ° angle and axis. This first pass very quickly generates information accurate enough to get an idea of the product measured and its coarse features.
  • the system performs, if necessary, other measurement series to refine the angular resolution, for example by a change of the angle of illumination and oscillation with respect to the sample or by selection of a suitable microlens configuration. It is thus possible to perform an angular measurement of greater resolution to given axes identified as being important during the first pass.
  • the resultant of all these measurements is that in a few seconds, spectral information of a surface of sufficient angular and axial resolution is obtained in the relevant areas of the material.
  • the recomposition of all the data makes it possible to represent on a computer system a synthesis of the measured information and calculated information so that the resulting points and vectors of the display are equally spaced apart in all the axial and angular directions. (0.3 ° for example) and that these values make it possible to display on the screen a vector representation of the global diffusion envelope of the measured material including direct and diffuse brightness, taking into account the color, the texture and the transparency of the analyzed material. This envelope can be compared to another by juxtaposition.
  • the results of the measurements are transformed into color values and possibly represented graphically as indicated in FIG. 9 on an angular representation graph (all the angles of an axis or all the axes at the same angle for example) as a function of the angles or measuring axes.
  • the colorimetric values with which the colorists work are calculated from the reflections measured by the spectrophotometers and expressed in different representation systems.
  • the proposed system makes it possible to calculate these conventional colorimetric values and makes it possible to produce new values summarizing or synthesizing a visual characteristic of the appearance of the materials:
  • the homogeneity of the material such as the flocculation of pigments in a binder, the printing of a packaging, the drawing and the contrast of a wood or the contrast of a plastic or a decorative painting marbled, mottled, glittered , metallized or pearlescent.
  • the proposed system By analyzing the measurements being acquired, the proposed system only measures the relevant angles, axes and incidence angles of illumination. Basic information (brightness, diffusion, color, color effects (nacres %), surface and volume texture, transparency and veil, etc.) are then collected very quickly. It is this basic information that we use to feed simulation software, prediction or aspect correction of materials.

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Abstract

L'invention concerne un système et un procédé de mesure pour la caractérisation optique de l'aspect visuel d'un échantillon de matériau. Ce système comporte un dispositif optique d'illumination (2) de l'échantillon et un dispositif optique (10, 11, 12, 30) de formation d'un signal optique multiangulaire de la lumière réfléchie par l'échantillon. Selon l'invention, le dispositif optique de formation comporte une optique de formation simultanée de plusieurs images de l'échantillon et un déflecteur parabolique placé face à l'optique de formation de manière à ce que chaque image comportant plusieurs zones d'analyse soit issue d'un angle de mesure distinct sur l'échantillon. L'image résultante des images de tous les angles est `projetée' sur un système de décomposition spectrale (30).

Description

SYSTEME DE MESURE POUR LA CARACTERISATION OPTIQUE DES MATERIAUX ET PROCEDE DE MESURE MIS EN ŒUVRE PAR LEDIT
SYSTEME.
L'invention concerne un système de mesure pour la caractérisation optique des matériaux et un procédé de mesure mis en œuvre par le système.
On entend par caractérisation optique des matériaux, la mesure des propriétés visuelles et optiques des matériaux telles que la brillance, l'état de surface, la texture, la transparence, les effets de couleur (couleur pigmentaire, effet nacré, effet métallisé, effet irisé ou holographique...) de telle sorte que les matériaux puissent être mesurés le plus finement possible et que les résultats soient exprimés de la manière la plus proche possible des sensations de la vision humaine et la plus applicable pour les industriels contrôlant les matériaux.
L'aspect des produits et les matériaux de la production industrielle à fortement évolué ces dernières années car pour attirer l'œil des consommateurs et remplacer les traditionnelles couleurs uniformes, les designers utilisent toutes les possibilités de finition (brillantes, mattes et satinées...) , de juxtaposition de teintes (les effets mouchetés, imprimés...) , de texture (veiné, granité, tissés...), d'effet pigmentaire (métallisé ou nacré...) et d'effet de lumière (irisation ou hologrammes) à leur disposition.
Les industriels concernés par les problèmes de couleur et d'aspect, quelle que soit l'étape de fabrication (de la conception au contrôle de l'aspect du produit fini en passant par la fabrication des pigments, la préparation des matériaux aux étapes intermédiaires et la simulation de ceux-ci à toutes les étapes de fabrication) rencontrent de réels problèmes de contrôle, de maîtrise, de suivi et de communication avec les matériaux modernes. En effet, ces professionnels utilisent majoritairement les appareils de mesure de la couleur c'est-à-dire les spectrophotomètres, dont les géométries de mesure recommandées et acceptées par la Commission Internationale de l'Eclairage (norme NF X 08- 012 par exemple) ont été établies il y a trente ans. Les conditions d' illumination et de mesure de ces instruments définissent des conditions de travail pour des échantillons plans, lisses et de couleur unie, mal adaptées aux contraintes des matériaux d'aujourd'hui.
Les résultats colorimétriques sont calculés à partir d'une unique mesure monodirectionnelle, insuffisante parce quelle ne permet ni la mesure uniquement de l'information colorée ni la prise en compte des effets complexes des matériaux modernes .
Depuis les années 1980 et sous la pression des fabricants de peintures automobiles, les constructeurs de spectrophotomètres ont fabriqué des instruments multiangles qui permettent une analyse spectrale des peintures à effets métallisés et/ou nacrés sous 3 à 10 angles.
Les mesures apportent des informations plus complètes que les instruments monoangulaires mais ne sont pas encore assez complètes (trop peu d'informations angulaires) . Les résultats ne reflètent pas la vision humaine des matériaux et les logiciels expriment simplement des variations colorimétriques sous 3 à 10 angles sans proposer de synthèse corrélée avec des propriétés visuelles et optiques des matériaux. II existe également des instruments permettant de mesurer les matériaux avec une grande précision angulaire, ce sont des profilomètres également appelés des diffusomètres ou des spectrogoniomètres . Ces instruments sont capables de faire varier indépendamment et dans un même axe l'angle d'incidence de la source d'illumination et l'angle de mesure. Mais ces systèmes sont trop lents (jusqu'à 20 minutes par série de mesure) pour être utilisés dans un processus industriel et ne sont pas associés à des logiciels de colorimétrie permettant de faire la synthèse des nombreuses mesures angulaires .
Ils sont généralement utilisés pour les travaux de recherche en colorimétrie et pour aider à la simulation des matériaux et à la représentation d'objets de réalité virtuelle pour mesurer l'enveloppe de diffusion (la BRDF :
Bidirectional Réflectance Distribution Function) des matériaux, fonction de distribution de la réflexion d'un faisceau lumineux provenant de n'importe quelle direction sur un échantillon et analysé sous n'importe quel angle. Ces instruments ne permettent de mesurer qu'un seul point sur des échantillons plans, ce qui rend difficile la mesure de la texture, ce qui limite la précision des calculs des caractéristiques visuelles des matériaux et rend difficile leur simulation photoréaliste.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients de l'état de la technique.
L'invention a pour objet un système de mesure pour la caractérisation des matériaux c'est-à-dire la détermination de leurs propriétés optiques visuelles telles que la brillance, l'aspect de surface, la texture, la transparence, la couleur (pigments et colorants) et les effets de couleur
(irisés, nacrés ou métallisés...) utilisées dans l'industrie de la couleur, pour la simulation et la formulation des matériaux.
L'invention a plus particulièrement pour objet un système de mesure pour la caractérisation optique d'un échantillon de matériau comprenant un dispositif support de l'échantillon, un dispositif optique d'illumination de l'échantillon, un dispositif optique de formation d'un signal optique multiangulaire de la lumière réfléchie par l'échantillon et renvoyée par ce dernier, un système de décomposition spectrale du signal optique multiangulaire, principalement caractérisé en ce que le dispositif optique de formation comporte une optique de formation simultanée de plusieurs images de l'échantillon et un déflecteur parabolique placé face à l'optique de formation d'images de manière à ce que chaque image soit issue d'un angle de mesure distinct.
Selon une autre caractéristique, l'optique de formation de plusieurs images simultanées de l'échantillon comporte une barrette de couples de microlentilles, chaque couple génère une image de l'échantillon sous un angle prédéterminé.
La variation des dimensions, de la forme, du nombre et du positionnement des microlentilles sur la barrette de microlentilles permet de faire varier la résolution angulaire, l'angle ou la résolution souhaitée de l'image de chacun des angles . Avantageusement la barrette est interchangeable, de forme variable (voir même en plusieurs parties), alignée ou non. Plusieurs barrettes de configurations différentes peuvent être associées en réseau de microlentilles afin d'utiliser une barrette interchangeable ou une configuration spécifiques d'un réseau de microlentilles en fonction des besoins . La barrette ou le réseau peut être éloigné ou rapproché pour permettre par exemple le positionnement d'une source de lumière ou peut être incliné pour, par exemple, focaliser la mesure sur une partie de la parabole. Selon une autre caractéristique, le système comporte un mécanisme de déplacement du réseau de microlentilles dans un mouvement de haut en bas de telle sorte qu'il modifie la position angulaire de tous les angles observés par le réseau de microlentilles .
Selon une autre caractéristique, le déflecteur parabolique est réalisé par une parabole à surface lisse ou texturée (forme ou dessin) et réfléchissante ou semi réfléchissante. Dans un mode de réalisation, le système comporte une optique de transport des images angulaires formées par le réseau de microlentilles comportant au moins un miroir de renvoi et une optique pour focaliser la lumière restituée par chaque couple de microlentilles vers un système de décomposition spectrale (un réseau de diffraction 2D appelé également spectro-imager) , une série de filtres optiques ou un filtre continu) lorsque ce dernier a une hauteur plus petite que celle du réseau de microlentilles .
Dans un autre mode de réalisation, le système peut ne pas comporter d'optique de transport. Dans ce cas le système de décomposition spectrale est placé directement après le réseau de microlentilles et a des dimensions et en particulier une hauteur de la fente d'entrée ou de la zone de décomposition identique ou sensiblement identique à celui-ci et, dans ce dernier cas, peut comporter une lentille intermédiaire de focalisation positionnée entre la barrette de microlentilles et le système de décomposition spectrale.
Selon une autre caractéristique, le système de décomposition spectrale est réalisé par un réseau de diffraction, une série de filtres optiques ou un filtre continu. Selon une autre caractéristique le système comporte un mécanisme de déplacement axial de l'optique d'illumination dans un rayon de 0 à 360° autour de l'échantillon.
Selon une autre caractéristique le système comporte un mécanisme de déplacement angulaire de l'optique d'illumination dans un rayon de 0 à 180° au dessus de l'échantillon dans toutes les positions axiales autorisées par le mécanisme de déplacement axial cité précédemment, y compris dans l'axe de mesure du déflecteur parabolique, devant et derrière celui-ci.
La combinaison de déplacement axial et angulaire de l'optique d'illumination permet son déplacement dans la demi-sphère supérieure à l'échantillon et notamment, comme le préconisent par exemple les normes NF EN 12373-13, ASTM E2194 et DIN 6175-2 à des angles de 0 (au dessus de l'échantillon, dans l'axe perpendiculaire à la surface de l'échantillon) à 30° ou 45° (face et dans l'axe de la parabole), dans l'axe de mesure face au déflecteur parabolique. Dans un autre mode de réalisation, le système d'illumination peut-être constitué d'une multitude de systèmes d'éclairage répartis dans la demi-sphère supérieure au dessus de l'échantillon. Ces systèmes d'éclairage, qui peuvent être des éléments optiques permettant d'émettre de la lumière (LED) ou de transporter la lumière (fibres optiques) peuvent être allumés consécutivement ou simultanément.
Selon une autre caractéristique, le système comporte un mécanisme de rotation de l'optique de mesure autour d'un axe perpendiculaire à la surface de l'échantillon. Cette rotation permet de positionner l'ensemble optique sous un axe d'observation imposé (de 0 à 360°) au dessus de 1'échantillon. Selon une autre caractéristique, le système comporte un mécanisme de montée et de descente du support de l'optique de mesure dans l'axe perpendiculaire à la surface du support d'échantillon, de sorte que, après installation de chaque nouvel échantillon sur le support d'échantillon dans l'enceinte de mesure, l'optique de mesure se trouve positionnée à la bonne distance de l'échantillon.
Selon une autre alternative à cette solution, le système peut comporter des moyens mécaniques de montée et descente du support d'échantillon.
Selon une autre caractéristique, le système comporte un mécanisme de basculement de l'optique de mesure en conservant l'emplacement de la surface de mesure sur l'échantillon. Cette solution permet de mesurer les échantillons fragiles ou les matériaux liquides ou pulvérulents qui sont simplement posés sur la base du système et ne risquent pas de changer d'aspect en raison des vibrations, de l'inclinaison ou du mouvement du porte- échantillon. Une alternative à ce mode de réalisation consiste à basculer le plateau porte-échantillon au lieu de l'optique. Les deux systèmes de basculement pouvant être utilisés simultanément.
Selon une autre caractéristique, le plateau support d'échantillon est muni d'une perforation sous l'échantillon permettant de faire défiler une série de références
(références de couleur, carte à contraste, étalons de calibrage, piège à lumière, sources de lumière ponctuelle, directe, diffuse ou dirigée..) pour le calibrage de l'instrument ou pour compléter l'analyse d'un échantillon.
Un autre objet de la présente invention concerne un procédé de mesure pour la caractérisation optique d'un échantillon au moyen d'un système tel qu'il vient d'être décrit ci-dessus, principalement caractérisé en ce qu'il consiste : à éclairer l'échantillon suivant un angle et un axe d'illumination donné (X, X') - à former simultanément un premier ensemble de n images de l'échantillon au moyen du dispositif optique de mesure, chaque image étant issue d'un angle de mesure distinct (n angles) et étant renvoyées vers la fente d'entrée d'un réseau de diffraction ou d'un système de décomposition spectrale par une série de filtres optiques ou un filtre continu, à faire tourner le dispositif optique de mesure ou le support de l'échantillon par incréments au total p incréments pour récupérer à chaque incrément correspondant à une direction axiale donnée une série de n images,
- à renvoyer les ensembles d'images vers la fente d'entrée d'un réseau de diffraction ou d'un système de décomposition spectrale par une série de filtres optiques ou un filtre continu, - traiter les ensembles d'images globalement ou séparément pour calculer les différentes caractéristiques optiques du matériau.
Selon une autre caractéristique, le procédé consiste en outre : - à déplacer angulairement la source d'illumination
-prioritairement dans l'axe de mesure et dans un rayon de 0° à 180° au dessus de l'échantillon- à chaque génération du premier ensemble de n images issues de la rotation du plateau, ce premier ensemble étant ainsi constitué de k sous-ensembles correspondant à l'orientation de la source d'illumination, si k est le nombre de déplacement de la source. à déplacer axialement la source d' illumination dans un rayon de 360° autour de l'axe de mesure de l'échantillon et angulairement dans un rayon de 0° à 180° d'angle au dessus de l'échantillon pour améliorer la précision de mesure en fonction de l'angle et de l'axe d'illumination, l'ensemble des mesures constituant k sous ensemble correspondant à l'orientation de la source d'illumination, si k est le nombre de déplacement de la source. - L'illumination de l'échantillon par le déplacement de la source d' illumination ou par un éclairage multiple dans la demi-sphère supérieure à l'échantillon (et donc l'angle et l'axe d'incidence d'illumination) ayant une influence sur le rendu de l'échantillon, on aura possibilité de multiplier les mesures et les ensembles de n images issues de la rotation du plateau pour augmenter la précision des mesures .
Selon une autre caractéristique le procédé consiste également : - à déplacer la barrette ou le réseau de microlentilles verticalement pour modifier la position des microlentilles par rapport au déflecteur parabolique pour faire varier les angles d'observation de l'échantillon.
Selon une autre caractéristique le procédé consiste également : à échanger la barrette ou à déplacer horizontalement le réseau de microlentilles dans le cas d'un réseau comportant plusieurs configurations de microlentilles, pour choisir la disposition et la taille des microlentilles parmi plusieurs configurations ce qui a pour effet de modifier les angles observés et la résolution de 1' image. Selon une autre caractéristique le procédé consiste également à : à chaque rotation axiale complète du dispositif optique de mesure ou du support de l'échantillon, à illuminer l'échantillon par une source provenant de la demi- sphère supérieure à l'échantillon et à refaire une série de mesures afin d'obtenir des sous série d'images correspondant à des axes et des angles d'incidence d'illumination différents .
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante qui est donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard des figures sur lesquelles : - la figure 1, représente le schéma général d'un système selon l'invention,
- la figure 2a, représente un schéma selon un mode de réalisation particulier dans lequel on utilise une optique de transport, - la figure 2b représente un schéma dans lequel il n'y a pas d'optique de transport,
- la figure 3, représente une vue de dessus de l'échantillon illustrant l'axe D de mesure à un instant donné, - la figure 4a, représente un schéma de principe des déplacements d'une source de d'illumination 2 unique,
- la figure 4b représente un schéma de principe des mouvements du support de l'optique 62,
- la figure 4c, représente un schéma de principe des mouvements du support de l'échantillon 22, - la figure 4d, représente un schéma de principe illustrant le mouvement circulaire autour de l'échantillon pour une optique d'illumination 2 unique,
- la figure 4e, représente un schéma de principe du mouvement de la barrette de microlentilles 10,
- la figure 5, représente le schéma d'arceau support 55 de d'un source d'illumination 2 unique,
- les figures 6a et 6b, représentent les schémas de principe de variantes de réalisation ne nécessitant pas d'optique de transport.
- les figures 7a et 7b, représentent un schéma de principe d'une variante de réalisation concernant le support d'échantillon.
- les figures 8a et 8b illustrent les différentes possibilités de configuration de positionnement du réseau de microlentilles et du déflecteur parabolique et des exemples de formes possibles en fonction des applications .
- la figure 9 montre un exemple de représentation de la variation colorimétrique en fonction de l'angle de mesure.
Le système selon l'invention dont le schéma général est sur la Figure 1, comporte des éléments optiques 10, 11, 12, 13, associés à une électronique 30 de traitement et d'exploitation des résultats. Ce système comporte également des éléments mécaniques 20, 50, 60, une électronique de commande 70 des éléments mécaniques et une unité de pilotage 40 de cette électronique. Les mesures faites avec ce système font l'objet de traitements numérique afin de caractériser l'aspect visuel de l'échantillon placé sur le support. L'invention porte plus particulièrement sur les éléments optiques et mécaniques constituant le système.
Les éléments optiques comprennent : - un dispositif optique d'illumination 2 avec au moins une source de lumière. Deux fibres optiques servant de contrôle et de calibrage peuvent être placées proche de la source ;
- un dispositif optique de mesure (10, 11, 12 et 13) pour obtenir la formation d'un signal optique multiangulaire de la lumière réfléchie par l'échantillon et renvoyée par ce dernier. Ce dispositif comprend un réseau de microlentilles 10 dans lequel chaque sous ensemble du réseau est constitué par n couples de lentilles 10a, ...1On, un déflecteur 11, un système de décomposition spectrale 30 et éventuellement un dispositif de transport du signal vers le système de décomposition spectrale. Les éléments mécaniques comprennent : - le support d'échantillon 20, intégrant un mécanisme de positionnement 21, 24 du plateau 22 porté par un bras articulé 23,
- un support de l'optique de mesure 60 intégrant un mécanisme de positionnement 61 du support 60, l'optique étant monté sur un portique 62 articulé sur un arbre 63 selon l'axe Y.
- un châssis 64 enfermant tous les éléments optiques et mécaniques du système.
- un support de l'optique d'illumination 50 muni d'un bras 52 monté sur un arbre 53 selon l'axe Y. Le support intègre un mécanisme de positionnement 51. - un mécanisme non représenté sur cette figure est prévu pour déplacer l'ensemble constitué de l'optique de mesure et de l'illumination pour que la surface à mesurer de l'échantillon se trouve positionnée à bonne distance de l'optique de mesure et avec la bonne orientation après déplacement pour réaliser une mesure.
- un capot non représenté sur cette figure est prévu pour protéger l'ensemble et l'isoler de tout rayonnement en provenance de l'extérieur.
Les mécanismes de positionnement 21, 51, 61 sont couplés à une électronique de commande 70 apte à transformer les commandes reçues de l'unité de pilotage 40 en signaux de commande électrique pour actionner les moteurs des mécanismes.
- Cette électronique de commande 70 est une interface de type classique assurant une adaptation des signaux entre l'unité de pilotage et les moteurs des différents mécanismes . - L'unité de pilotage 40 est réalisée par exemple par un ordinateur qui comprend sous la forme d'un programme, un ensemble d'ordres de positionnement et leur séquencement régi par l'ensemble des mesures à effectuer.
Les mécanismes du système proposé sont prévus pour :
- déplacer la source de lumière le long d'un arc de cercle
Figure 4a et la faire tourner autour de l'échantillon Figure 4d; - faire tourner le châssis 62 autour de l'axe Y Figure 4B de manière à obtenir des axes de mesure D dans le plan XZ Figure 3 et le faire basculer suivant le plan XY Figure 4b ou faire basculer la barrette de lentilles 10 dans ce même plan Figure 4e;
- faire tourner le plateau support d'échantillon 22 Figure
4C, dans le cas où il n'est pas prévu de faire tourner le châssis 62 Figure 4b,
- faire monter et descendre le plateau 22 support d'échantillon Figure 4c ou le support de l'optique Figure 4b.
De manière plus détaillée, l'optique d'illumination 2 est constituée d'une source de lumière qui illumine une surface sur l'échantillon 1 avec un faisceau homogène et ponctuel. Cette source est généralement placée au-dessus de l'optique de mesure, c'est à dire à 0° suivant l'axe Y. En outre, la position de la source par rapport à l'échantillon peut être différente selon les applications.
Dans certaines industries comme la fabrication de peintures routières par exemple, il peut être utile de placer l'illumination derrière les angles de mesure pour mesurer la lumière réfléchie dans le même angle que l'émission (le revêtement de la route réfléchissant les phares d'une voiture vers l'œil du conducteur) .
Dans ces conditions, la source est placée derrière la parabole 11 qui sera dans ce cas constituée d'un matériau semi-transparent. Cet exemple est illustré sur la Figure 2, la source porte la référence 2' dans cet exemple.
Le système peut être prévu pour permettre un déplacement de la source autour de l'échantillon à équidistance du point de mesure sur l'échantillon et dans la demi sphère supérieure à celui-ci.
Une alternative au déplacement de la source consiste à positionner plusieurs sources de lumière dans la demi sphère supérieure à l'échantillon. Comme illustré par le schéma de la Figure 5, le support de l'optique d'illumination se présente avantageusement sous la forme d'un arceau 55 portant et transportant la source 2 (ou bien une fibre reliée à une source) dans n'importe quelle direction à équidistance de l'échantillon. Cette solution permet d'illuminer dans toutes les directions et pas seulement dans l'axe de mesure.
L'optique de mesure est quant à elle composée de trois parties distinctes :
La partie réflexion angulaire que l'on appelle ^déflecteur parabolique' 11; la partie Λimage' constituée du réseau 10 de microlentilles et selon certains modes de réalisation; la partie transport 12 chargée de renvoyer l'image finale vers un système de décomposition spectrale de la lumière 13.
La partie transport peut être supprimée à condition que le système de décomposition de la lumière soit placé derrière le réseau de microlentilles et ait une hauteur identique ou sensiblement identique à celui-ci ou que la forme du réseau ou de la barrette de microlentilles accouplé à une optique permette de récupérer les images issues des microlentilles sur une plus petite fente d'entrée.
Le déflecteur parabolique 11 est un déflecteur courbe dont la surface est polie jusqu'à donner les caractéristiques attendues (ou par exemple moulée puis métallisée sous vide) pour permettre la réflexion des rayons provenant de l'échantillon.
Comme on peut le voir sur les schémas des Figures 1 et 2a et 2b, il s'agit de la parabole 11 qui crée les angles de mesure al à an. Cette parabole 11 est lisse ou texturée et permet de renvoyer n images provenant de l'échantillon 1 sous n'importe quelle direction D de mesure. Le système optique ΛImage' 10 et l'élément optique ^déflecteur' 11 décrit précédemment sont les deux éléments qui permettent d'obtenir la formation simultanée de plusieurs images de l'échantillon. Le système optique ΛImage' 10 permet, par l'utilisation de couples de deux lentilles 10a, ...1On, de récupérer une image de la parabole et donc de l'échantillon sous un angle al, ...an imposé par la parabole.
Comme on peut le voir sur les schémas des Figures 8a et 8b, la longueur et la forme de la parabole ainsi que sa distance avec le réseau de microlentilles peut être réglé suivant l'analyse souhaitée.
La variation de la forme et du positionnement de la parabole par rapport aux microlentilles et à l'échantillon permet de faire varier la plage angulaire d'observation et la résolution optique de chacun des angles .
La résolution angulaire est fonction du nombre et la taille des lentilles utilisées dont la dimension et le nombre est fonction de la dimension et de la forme du réflecteur parabolique. Il est donc possible d'adapter les caractéristiques des microlentilles en fonction des matériaux mesurés, simplement en échangeant la série de microlentilles montée sur un réseau de microlentilles interchangeable. Une barrette de microlentilles 10 pourra être par exemple constitué d'un grand nombre microlentilles de petite taille de manière à ce qu'il soit possible de caractériser l'échantillon avec une bonne résolution angulaire (de petites microlentilles de 300μm par exemple permettent d'augmenter la résolution angulaire au détriment de la précision de chacune des images) . Une autre configuration d'une barrette de microlentilles peut être de faible résolution angulaire mais de grande résolution d'image (de grosses microlentilles de 5mm par exemple permettent d'obtenir une meilleure résolution de chacune des images angulaires au détriment du nombre d'angles) .
En l'absence de couples de microlentilles à certains emplacements de la barrette, la résolution angulaire n'est plus dépendante du nombre de microlentilles . Cette configuration ne permet pas la formation d'images mais permet une résolution angulaire maximum.
Il est prévu de pouvoir échanger des barrettes de microlentilles de configurations différentes pour faire varier la résolution angulaire et la résolution des images angulaires en fonction de l'angle d'observation.
Il est également prévu de juxtaposer des barrettes de microlentilles de configurations différentes au sein d'un réseau de microlentilles.
La montée ou la descente d'une barrette ou du réseau de microlentille, perpendiculairement à l'échantillon, par rapport à la parabole change les angles d'observation des couples de lentilles . On prévoit à cet effet un système mécanique apte à déplacer la barrette de microlentilles parallèlement à la surface de l'échantillon et perpendiculairement à la parabole pour positionner la configuration de microlentilles la mieux adaptée à la mesure d'un échantillon face à la parabole et sélectionner.
La barrette ou le réseau de microlentilles peuvent être éloignés de la parabole pour permettre le passage d'un système d'illumination ou d'accessoires.
La résolution angulaire moyenne utilisée par exemple lors des mesures de prévisualisation est de 30 couples de lentilles (30 angles) de environ 5 mm chacune disposées sur le réseau de microlentilles de 150 mm de haut (hauteur de la parabole pour une surface mesurée de 20 mm de diamètre) . Chaque couple de microlentilles génère une image de la surface de l'échantillon sous un angle. Toutes les images des couples de microlentilles générée par une configuration de microlentilles génère une image globale qu'il faut ensuite transporter jusqu'au système de décomposition de la lumière 30 à l'aide de l'optique de transport le cas échéant.
L'optique 'Transport' 12 est composée dans l'exemple illustré par la figure 2, de 4 miroirs de renvoi 12. Le système optique 'Transport' provoque une compression de l'image et par conséquent une légère perte de résolution sur les bords de l'image globale. Cette compression est liée au rapport entre la taille de la parabole et celle de la taille de la fenêtre d'entrée du système de décomposition de la lumière 13.
Dans les deux variantes de réalisation du système de la figure 2b ou encore des schémas des Figures 6a et 6b, il n'y a plus la nécessité d'avoir une optique de transport et les problèmes de compression sont supprimés. En effet, on peut utiliser un système de décomposition spectral de la lumière ayant une fente d'entrée 130 d'une hauteur h identique ou sensiblement identique à la hauteur h du réseau de microlentilles du système optique 'Image' 10. On voit en effet sur ces figures que cette configuration permet de supprimer l'optique 'Transport' 12 composée des 4 miroirs représentés sur la Figure 2.
En outre comme illustré sur la variante de réalisation de la figure 6, un système mécanique 24' peut être prévu pour faire monter et descendre l'ensemble optique constitué de l'optique de mesure et de transport dans l'axe perpendiculaire à la surface du support d'échantillon, de sorte que, après chaque présentation d'un échantillon dans l'enceinte de mesure positionné sur le support d'échantillon, l'optique de mesure se trouve positionné à la bonne distance de l'échantillon. Cette solution permet de mesurer les échantillons fragiles ou les matériaux liquides ou pulvérulents qui sont simplement posés sur la base du système et ne risquent pas de changer d'aspect en raison des vibrations ou du mouvement du support d'échantillon.
Il est également possible d'incliner l'ensemble optique de mesure et de transport par rapport au point central d'illumination de l'échantillon pour que le faisceau d'illumination atteigne la surface de l'échantillon au point de mesure et avec l'angle et l'axe d'illumination et d'observation souhaités.
En outre, comme illustré par le schéma des Figures 7a et 7b, le plateau support 22 sur lequel repose l'échantillon, possède une perforation 220 située à l'emplacement de mesure et permettant de faire défiler une série de références 2220 (étalons de couleur et de calibrage, carte à contraste, sources de lumière ponctuelles ou diffuses, piège à lumière...) sous la perforation 220 pour servir de référence ou sous un échantillon pour compléter 1'analyse.
Le système proposé permet de former simultanément des ensembles d'images de l'échantillon au moyen du dispositif optique de mesure lorsqu'on éclaire l'échantillon suivant un axe d'illumination donné (Y, Y') - Chaque image est issue d'un angle de mesure distinct (n angles pour n couples de microlentilles) . Les images sont renvoyées vers la fente d'entrée d'un système de décomposition de la lumière. Chaque ensemble de mesure est le résultat obtenu pour une ligne de mesure D d'un groupe de points identifiés en positionnement et en angle sur la surface illuminée de l'échantillon caractérisé. Pour obtenir une mesure complète c'est à dire tous les ensembles de mesure on fait tourner le dispositif optique de mesure par incréments au total P incréments . Chaque incrément correspond à un axe ou ligne de mesure et pour laquelle on récupère n images .
Les ensembles d'images sont renvoyés vers le système de décomposition de la lumière.
Les images de chaque ensemble sont traitées globalement ou séparément pour calculer les différentes caractéristiques optiques du matériau.
Selon le procédé de mesure mis en œuvre par le système qui vient d'être décrit, une mesure complète et de grande résolution peut s'effectuer avec plusieurs passages comme suit : - Un premier passage parcours rapidement la surface de l'échantillon pour avoir les informations, par exemple, tous les 3° d'angle et d'axe. Ce premier passage génère très rapidement des informations suffisamment précises pour avoir une idée du produit mesuré et de ses caractéristiques grossières.
Dans un deuxième temps et après analyse de la première mesure, le système réalise si nécessaire d'autres séries de mesure pour affiner la résolution angulaire par exemple par un changement de l'angle d'illumination et balancement par rapport à l'échantillon ou par sélection d'une configuration de microlentilles adaptée. On peut ainsi réaliser une mesure angulaire de plus grande résolution à des axes donnés identifiés comme étant importants lors du premier passage. - La résultante de toutes ces mesures est qu'en quelques secondes, on obtient des informations spectrales d'une surface de résolutions angulaire et axiale suffisantes dans les zones pertinentes du matériau. - La recomposition de toutes les données permet de représenter sur un système informatique une synthèse des informations mesurées et d' informations calculées de tel sorte que les points et vecteurs résultants de l'affichage soient espacés d'égale distance dans toutes les directions axiales et angulaires (de 0.3° par exemple) et que ces valeurs permettent d'afficher à l'écran une représentation vectorielle de l'enveloppe de diffusion globale du matériau mesuré incluant de la brillance directe et diffuse, tenant compte de la couleur, de la texture et de la transparence du matériau analysé. Cette enveloppe peut être comparée à une autre par juxtaposition.
Les résultats des mesures sont transformés en valeurs colorimétriques et éventuellement représentés graphiquement comme indiqué dans la figure 9 sur un graphique de représentation angulaire (tous les angles d'un axe ou tous les axes à un même angle par exemple) en fonction des angles ou des axes de mesure. Les valeurs colorimétriques avec lesquels travaillent les coloristes sont calculées à partir des réflexions mesurées par les spectrophotomètres et exprimées dans différents systèmes de représentation. Le système proposé permet de calculer ces valeurs colorimétriques classiques et permet de produire de nouvelles valeurs résumant ou synthétisant une une caractéristique visuelle de l'aspect des matériaux :
Fonctions de brillance, de texture ou de variabilité angulaire de la couleur) concordant avec la vision humaine des matériaux. Ces fonctions sont utilisées lors des comparaisons de couleurs et d'aspect, lors des suivis de fabrication, de la formulation et de la correction des teintes complexes . - La texture du matériau comme la peau d'orange d'une peinture, la maille d'un textile, le grain d'un plastique ou la finesse d'une poudre ou de la peau.
- L'homogénéité du matériau comme la floculation de pigments dans un liant, l'impression d'un emballage, le dessin et le contraste d'un bois ou le contraste d'un plastique ou d'une peinture décorative marbrés, mouchetés, pailletés, métallisés ou nacrés.
- Ces mêmes indices peuvent être calculés pour fournir les valeurs ou fonctions d'entrée alimentant les logiciels de simulation, de réalité virtuelle et de représentation photoréalistes de matériaux, d'objets ou de scènes.
En analysant les mesures en cours d'acquisition, le système proposé permet de mesurer uniquement les angles, axes et angles d' incidence d' illumination pertinents . Les informations de base (brillance, diffusion, couleur, effets de couleurs (nacres...) , texture surfacique et volumique, transparence et voile, etc.) sont alors recueillies très rapidement. Ce sont ces informations de base que nous utilisant pour alimenter les logiciels de simulation, de prédiction ou de correction d'aspect des matériaux.
- La simulation et la prédiction d'aspect sont alors utilisées lors de la création et du design de nouveaux matériaux avec la possibilité d'obtenir un rendu fidèle et photoréaliste du matériau ou de l'objet en fonction de l'angle d'illumination et d'observation.
- La simulation permet, en s' inspirant des mesure du système proposé, de s'approcher au plus prêt de la réalité visuelle d'un matériau qui n'a pas été crée et le simulant sur un moyen de reproduction comme un écran ou un système d'impression par exemple. - La prédiction permet à son tour de contrôler la faisabilité (reproductibilité d'un matériau à l'aide des procédés et matériaux existants) et la productibilité (si le matériau est reproductibilité, qu'elle sera son coût, sa difficulté, sa stabilité et ses écarts en production, etc.) .

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de mesure pour la caractérisation optique d'un échantillon de matériau (1) comprenant un dispositif support de l'échantillon (22), un dispositif optique d'illumination de l'échantillon (2), un dispositif optique (10, 11, 12) de formation d'un signal optique multiangulaire de la lumière réfléchie par l'échantillon et renvoyée par ce dernier, un système de décomposition spectrale (30) du signal optique multiangulaire, principalement caractérisé en ce que le dispositif optique (10, 11, 12) de formation comporte une optique (10) de formation simultanée de plusieurs images de l'échantillon et un déflecteur parabolique (11) placé face à l'optique de formation d'image de manière à ce que chaque image soit issue d'un angle de mesure distinct.
2. Système de caractérisation optique d'un échantillon selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'optique (10, 11, 12) de formation simultanée de plusieurs images de l'échantillon comporte une barrette de couples de microlentilles (10a à 1On) , chaque couple générant une image de l'échantillon sous un angle fonction de la position du couple de microlentilles face au déflecteur parabolique.
3. Système de caractérisation optique d'un échantillon selon la revendication 2, caractérisé en ce que les barrettes de microlentilles (10) sont interchangeables afin de présenter des caractéristiques différentes suivant la résolution angulaire et la résolution souhaitée de l'image de chacun des angles, en ce qu'elles peuvent être déplacées verticalement pour faire varier l'angle de formation des images et en ce que que les barrettes de microlentilles (10) peuvent être assemblées en réseaux de microlentilles comportant alors plusieurs configuration de formations d'images juxtaposées et éventuellement interchangeables.
4. Système de caractérisation optique d'un échantillon selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déflecteur parabolique (11) est réalisé par une parabole à surface lisse ou texturée (dessin ou forme) , réfléchissante ou semi réfléchissante, de forme simple ou complexe, en une seule ou plusieurs parties.
5. Système de caractérisation optique d'un échantillon selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif optique de transport d'images (12) comportant au moins un miroir de renvoi (12) et une optique (13, 130) pour focaliser la lumière restituée par chaque couple de microlentilles vers le système de décomposition spectrale (30) lorsque ce dernier a une hauteur plus petite que celle du réseau de microlentilles .
6. Système de caractérisation optique d'un échantillon selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le système de décomposition spectrale (13) est placé après le réseau de microlentilles sans la nécessité d'une optique de transport lorsque ledit système a une hauteur identique ou sensiblement identique à celle du réseau de microlentilles
7. Système de caractérisation optique d'un échantillon selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de décomposition spectrale (30) est réalisé par un réseau de diffraction, une série de filtres optiques ou un filtre continu.
8. Système de caractérisation optique d'un échantillon selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un mécanisme de déplacement de l'optique d'illumination (50) ou un éclairage multiple dans la demi-sphère supérieure à l'échantillon.
9. Système de caractérisation optique d'un échantillon selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un mécanisme de rotation de l'optique de mesure (63) autour d'un axe perpendiculaire à la surface et au point de mesure de l'échantillon.
10. Système de caractérisation optique d'un échantillon selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un mécanisme de basculement du support de l'échantillon (24) ou de l'optique de mesure (63) .
11. Système de caractérisation optique d'un échantillon selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un mécanisme de basculement de l'optique de mesure (61, 62) .
12. Système de caractérisation optique d'un échantillon selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support d'échantillon comprend un plateau (22) et en ce que ce plateau est muni d'une perforation (220) permettant de faire défiler sous une tête de mesure ou sous un échantillon, utilisés pour calibrer ou compléter l'analyse, une série de références (références de couleur, étalons de calibrage, sources de lumière ponctuelle ou diffuse, piège à lumière...) .
13. Procédé de mesure pour la caractérisation optique d'un échantillon selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste :
- à éclairer l'échantillon suivant un axe d'illumination donné (Y, Y'), - à former simultanément un premier ensemble de n images de l'échantillon au moyen du dispositif optique de mesure, chaque image étant issue d'un angle de mesure distinct (n angles) et étant renvoyées vers un système de décomposition spectrale, - à faire tourner le dispositif optique de mesure ou le support de l'échantillon par incréments au total P incréments pour récupérer à chaque incrément correspondant à une direction axiale donnée une série de P ensembles de n images correspondantes, - à renvoyer les ensembles d'images vers un système de décomposition spectrale, à traiter par un système informatique et après acquisition par un capteur matriciel de type caméra vidéo les ensembles d'images globalement ou séparément pour calculer les différentes caractéristiques optiques du matériau.
14. Procédé de caractérisation optique d'un échantillon selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il consiste en outre :
- à chaque incrément de rotation du dispositif optique de mesure ou du support de l'échantillon, à déplacer la source d' illumination dans tous les angles et tous les axes possibles situés dans la demi-sphère supérieure ou à illuminer consécutivement ou simultanément l'échantillon à l'aide d'une multitude de systèmes d'éclairage répartis dans la demi-sphère supérieure au dessus de l'échantillon.
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