Photomètre universel sans écran diffusant

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Photomètre universel sans écran diffusant

H. Buisson, Ch. Fabry

To cite this version:

PHOTOMÈTRE

UNIVERSEL SANS ÉCRAN DIFFUSANT.

Par MM. H. BUISSON et Ch. FABRY.

1. Introduction. - La

nleSllrc de lïl1lcnsité d’une source lumineuses se fait ordinairel11011t en éclairant avec cette source un écran diffusant don on

_égalise

l’éclat _al’CC celui que

produit

une source de

_comparaison.

Cette 111anière de

_procéder

conduit à de

_grandes

difficultés

_{lorsqu’il s’agit}

d’obtcnir

séparément

les intensités de

_plusieurs

sources de lumière

_placées

à _peu de distance les unes des autrcs; 1" écran1 est alors éclairé _par l’cnsclnblc des

sources ct la détermination de son éclat

_n’apprend

rien sur l’intensité de

chacune d’elles. C’est ainsi que, dans l’étude de

_{l’éclairage pul>lic;}

il n’es. _pas facile de mesurer

_séparément

les intensités des diverses

lampes qui

éclairent une rue ou une salle. Même dans le cas d’unc source

_unique,

la lUl11ière

diffusée par les

objets

voisins

_peut

introdllire de _graves erreurs.

D’autre

_part,

l’écran diffusant offre l’inconyénient de

_gaspiller

la lllmière : il renvoie dans toltes les directions le flux 111nlinellx

_qu’il

a _reçu

et mw t!’(’fi faible fraction de ce flux

l’arCnlCnt

plus

atteint la

B "

10000/

pupille

de l’observateur. Il en résulte que la lnCSLl1’C est

_ilnpossible

si la

source de lumière est faible ou

_éloignée.

Ces considérations nous ont conduits à étudier un

_{appareil d’usage}

commodc,

sans écran

diffusant,

_disposé

de telle manière que les flux

provenant

de diverses directions ne _sc,

_mélangent

_pas et _{que l’oeil}

_perçoive

un éclairement uniforme

_provenant

d’une seule source lumineuse. Cet

appareil

présente

les

_avantages

suivantes :

_possibilité

de mesurer une souucc

unique malgré

le

_voisinage

d’autres sources ou de _corps

diffusants ;

limites

d’emploi

très étendues. et

_possibilité

de mesurer dans de bonnes conditions

des sources très faibles ou très

_éloignées.

°

Le même

_{appareil peut}

aussi servir à mesurer des éclats

_{intrinsèques}

et, en lui

_adjoignant

un écran

diffusallt;

des éclairements. Il

_peut

ainsi

_jouer

le rôle de

_photomètre

universel

_(’).

2.

_Principe.

- La méthode consiste à

prendre

comme

_plage

photomé-trique

la surface d’une lentille

_{qui projette}

sur la

_pupille

de l’obseryatellr une

_image

dé la source de lulnière. Soit

(fig.

₁₎

une source de lumière L

dont

_l’objectif

0

_projette

en L’ une

petite image qui

tombe sur la

pupille

P

de

l’observateur,

image supposée

assez

_petite

_{pour que la}

_pupille

la

_reçoive

(1) Un _appareil d’essai a été réalisé en 1918 au service des Inventions en vue

d’expé-riences intéressant la défense nationale. Un modèle définitif est actuellement en construc-tion chez M. J obin.

,

26

tout entière. L’observateur voit alors la surface de la lentille uni[orn1én1e11t éclairée et. comme il

_n’y

a _pas de lumière

perdue,

l’éclat de cette surface est

très

_grand

même si la source L est faible et

_éloignée.

D’une.manière

ana-loglle.

une source de

_comparaison

donnera

une secolldc

_plage

unifor-me, que l’on

égalisera

(~)

avec la

première.

Le calcul suivant montre le

_{grand avantage}

_que

_présente

_{la méthode} expo-sée ici sur celles

_qui

font

intervenir

un écran diffusant. Soit

Y l’intensité

lui-neuse de la source. n et /)’ les distances de la lentille à L et à L’. Le flux

_qui

y

tombe sur l’unilé de surface de la lentille est

D2;

il se

_répartit

tout entier 1

dans

_l’angle

solide

i7;

le flux reçu par unité

d’angle

solide,

qui

détermine

réclairemcnt de

_l’image

rétinienne,

est donc :

Supposons

(T autre

_part

_qu’à

la

_place

de la lentille on mette un diffuseur

parfait.

Si s est la surface de la

_pupille,

celle-ci recevra _par unité

_d’anglc

solide le flux :

-

,

0n a donc :

eh

_désignant

_{par a le rayon} de la

_pupille.

’

Soit par

exemple

D’ = 15 _{cm; 11} admettant que la

pupille

ait 5 mm

de diamètre

_(a

=

0,25)

_{on aura :}

(1) Cette méthode _{photométrique} a _déjà été _{employée pour} résoudre divers _problèmes.

Citons en _{particulier plusieurs spectrophotomètres bien connus, dont celui} de 31. _Gouy

(1880). Nous avons nous-mêmes utilisé cette méthode dans notre _{microphotomètre pour la}

mesure de _l’opacité des clichés _{photographiques.} M. Buisson s’en est aussi servi dans ses mesures de très faibles luminosités _provenant de _{préparations} luminescentes _qu’il aurait été _impossible de mesurer en _prenant un diffuseur. La même méthode a servi â lord

Rayleigh dans ses mesures de pouvoir réflecteur. Récemment M. Blondel a décrit un

dis-positif pour la mesure de la _transparence de _{l’atmosphère,} dans _lequel cette méthode est

La

_suppressiol1

(lc l’ccrall diffllsallt et

son

_{rcu1placel11cnt}

_par une len-tille djc 15 Cl11 SOUlOl1lent de distance focale

_permettent

_donc,

en restant dans les mêmes conditions d’éclat des

_plages,

de faire des mesures sur une

source donnant un éclairement 3 600 fois

_plus

faible. Si l’on admet

un écran diffusant on

_pcul

faire de bonnes U1csur0S sur un éclairement

d’un

_lux,

le

_dispositif

sans diffllsour

_perinettia.

dans d’aussi bonnes

condi-tions,

de faire des 111f’slll’CS SLII’ une source d’une

_{bougie placée}

à 60 nlètres, et cela sans être

_gène

_par

les autres sources de 111l11ièrc. En

_employant

une

lcnlillc de

_{plus long ioyci;}

on

_pourrait

l11eSllrer une source encore

_plus

éloignée.

’

Pour

_placer

l’oeil correctement et

_préciser

la source lumineuses sur

laquelle

o11

_opère,

un ceilleton

_percé

d’une

petite

ouverture est

disposé

dans le

_plan

focal de la lentille 0. Pourvu _que ni l’oeilleton ni la

_pupille

ne

coupent

les rayons

qui

forlnent

_l’image

de

_1~

source. la mesure fait connaître

directement .la

_quantité

;.

_{c’est-à-dire l’éclairement que}

_produirait

la D

source L sur 1111 écran

qui occuperait

la

place

de la lentille. La seule

lumière

_qui

infcrviellnc dans la lnesurc est celle dont

_l’image

est _{isolée par}

l’oeillctoll,

c’est-à-dire celle

_qui

_provient

d’un cône dont

_{l’angle au}

sommet est environ de i 05.

3.

_Description

de

_{l’appareil.}

- La

figure

2

_représente

schématique-ment une _{coupe horizontale} de

_{l’appareil.}

Les deux

_{plages photométriques}

sont

_juxtaposées

au _{lnoyen d’un cube} de Lummer-Brodhun

Ii,

dont une

face

reçoit

la lumière de la source à mesurer et une autre face celle de la

lampe

de

_{cOlllparaisoll.}

Parlni les 110U1brcux

_procédés

_{que l’on}

_pelle

Cl11-ployer

pour

graduer

l’illtellsité du

chanlp

de

comparaison.

nous avons choisi

celui

_qui

utilise

_{l’absorption}

_par un coin

_{photolnétriquc ;}

il a

_l’avantagc

de

donner une échelle démesure très étendue et telle

_qu’un

même

_déplacement

corresponde

à _peu

_près

à une variation

toujours

la même en valseur relative.

L’observateur

_place

son oeil en E derrière un ae111ct0I1

_percé

d’une

ouverture de 1 I11nl de

diamètre,

et

_regarde

le cube

_placé

à 16 cln de son

oeil;

pour éviter tout effort

d’accommodation,

une lentille est

_placée

en A

contre l’oeilleton.

_L’objectif

0

_projette

sur l’oeilleton à travers la

_partie

lraIlsparel1te

du cube une

_image

de la sources _{à mesurer ;} on oriente donc

l’appareil

de telle manière que le tube T soit

_dirigé

vers la source et. à l’aide d’un oculaire

mobile;

on vient

_regarder

le

_plan

de l’oeilleton pour s’assul’en

28

La source de

_comparaison

Li

est une

petite

lampe électrique

de

2,5

volts, _{alimentée par} clcux accumulateurs, et maintenue à

_"n’

constant par un rhéostat et un

_{ampèremètre.}

Unc très

pctite

image

en est

_projetée

en

_L’1

sur le coin

photometrique

C au _{moyen de la}

petite

lentille

0,

_ayant

2 cnl de distance focale. Cette

_image

rédllite

_cinq

fois est _presque

ponctuelle,

de _{telle manière que} l’on utilise un

_point

bien défini du coin

_{photométrique.}

Enfin,

la lentille

_02,

de 10 cm de

_foyer,

rend le faisceau

_{parallèle ;}

_après

réflexion sur la

_partie

_argentée

de la face

_hypoténuse

âu cube, ce faisceau tombe. lui

aussi,

sur la lentille 0 et vient Coll1’cl’bcl’ sur l’oeilleton où se

forme Llllc

_{petite image}

de la

_lampe

de

_{colnparaison.}

On a

_réglé

l’orient,-t[ion

du cube de telle _{manière que} cette

_image

soit au centre de l’oeilleton.

Fig.2.

En résumé. on a en E deux

images

confon(lues de la source à nleSllrer

et de la

_lampe

de

_{comparaison ;}

en mettant l’oeil derrière cet oeilleton on

voit,

non _pas ces

_illlabes,

mais les deux nIoiLiés du cube. constituant les

deux

_{plages photométriqucs}

uniformément éclairées.

La

_{plage correspondant}

à la source de

_comparaison

_peut

être affaiblie

d’un

_pignon

et d’une crémaillère. La

_position

du coin doit être

_repérée

_par

une lecture

_rapide

et

_conlmode.

même dans

l’obscurité ;

pour cela une

échelle divisée sur verre est liée au coin et

_placée

un _{peu au-dessus de lui.}

Le viseur V, 11111ni d’un fil

vertical;

pointe

cette échelle _par réflexion sur le

prisnle

à réflexion totale _P,

_placé,

colnme le viseur et l’échelle. un _peu

au-’

..

dessus des faiscoallx

_{photométriclues.}

Le

_champ

du viseur est _{éclairé par}

un

_petit

carré de

I)apier’blaiie placé

Cl1 Bel recevant la lulnière de la

_lalnpe

de

_comparaison.

_{L’observateur,}

_après

avoir fait

_{l’égalisation photométrique.}

n’a

_{qu’à déplacer légèrement}

son 0153il _{pour faire la} lecture. Pour éviter les

erreurs

_provenant

d’un

_{déplacel11ellt}

accidente du viseur, une

_ligne

de

repère

est tracée à

_l’origine

du

coin ;

l’échelle doit _marquer

zéro

_lorsque

l’image

dc cette

_ligne

se fait au milieu de l’0153illeton. Avant de commencer

une série

_{de mesures,}

on vérifie

_qu’il

en est

ainsi,

et au besoin on rectifie

l’orientation du viseur en

_agissant

sur une vis de

_réglage.

Le

_coinique

nous

_employons

_peut

faire varier l’intensité 1L11111nCL1SC

dans le

_rapport

de 1 à

_{250 ;}

il a 9 ci-ti de

_long,

et l’échelle est divisée en 200

parties.

Un

_déplacement

d’une division

_correspond

a une variation d’environ

3 pour 100 de l’intensité. Comme on lit à l’estime le dixième de

division,

la

précision

de la lecture est

_plus

_{que suffisante.}

Pour

_produire

des affaiblissements

_{plus grands,}

on

_{peut il1terposer}

des verres absorbants

_d’opacité

uniforme,

_{que Fon}

_place

en

_R;

ils sont

_portés

par une

_glissière

munie de crans d’arrêt

_permettant

de _passer

immédiate-ment de l’un à l’autre. Les

_quatre

verres

_placés

dans notre

_appareil

permet-tent de diviser l’intensité

de

la

_lampe

de

_comparaison

_{par les}

nombres 13,

~0,

190 et la variation due au

_coin,

cela donne une étendue

d’échelle dans le

_rapport

de 100 000 à 1.

Dans certains _cas,

_c’est,

au

contraire,

, la lumière à 11leSllrcr que l’on

affaiblit,

en interposant

des verres absorbants en

R’;

ceux-ci sont

_portés

_par

un

_disque

muni de

_trous,dont

l’un reste libre et les autres sont rccollverts

par lés absorbants. Nous

employons

les facteurs d’affaiblissement 13 et 190.

L’appareil

est contenu dans une boite _peu encombrante. dont les

dinl0nsiol1s SOlIt:

_largeur

21 CIll.

10l!gllellr

40,

hauteur 10. Pour

l’enlploi

on la

_place

sur un

_{trépied qui}

_permet

de l’orienter. Une articulation à

gellou rend

possible

le mouvement en azinlnth et en

_{site ; toutefois}

l’obser-vatioii

n’est _pas conl1node dans le cas où le faisceau incident fait un

_grand

angle

avec l’horizolltalc. ~11 se sert alors d’un

prisme

à réflexion totale

30

L’ampèrei-iiètre,

le rhéostat et les accumulateurs

_qui

alimentent la

lampc

sont

_placés

dans une

_petite

boitc

_séhaccc.

,

Í.

_Etalonnage

de

_l’appareil

et calcul de l’intensité lumineuse. - On détermine une fois pouh toutes la courbe de

_graduation

du coin. donnant

son

_opacité

cn fonction de la lecture faite dans le viseur. Il est

colnmoclc,

’ comme dans toutes les

_{questions analoîues, (Fcxprimer l’absorption}

_par le

logarithmc

de l’invcrse du

_pouvoir

clc fransmission. oL’dinaireulcul

_désigné

sous le nonl de densité. La cÓllrbe due

_graduation

du coin ctonncha donc la

densité en fontion de la lecture sur

l’échellc ;

avec un coin bien

construit,

cette courbe 11C diffère _pas

beaucoup

d"unc

ligne

droite. ÛI1 déterminera

d’autre

_part

les densités des verres absorbants _{que l’on}

_peut

_interpose

suri

l’un ou 1’alnl°c faisceall

_(’).

Soit alors unc source dont on cherche l’intensité lumineuse

J;

suppo-sons-la

_placée

à une distance D du

_{photomètre (plus}

exactement de la

lentille

_0).

Pour obtenir

_{l’égalisation,}

il a fallu

_placer

le coin à une

position

à

_laquelle

la courbe de

_graduation

fait

_{c*orrespondre}

une densité A. En

outre,

on a dû

_placer

en R un verre de densité ~ ou en R’ un verre de

densité 8’. On a

.l~ étant une constante

_qui

ne

dépend

_{que de l’intensité de} la

_lampe

de

comparaison,

et _que l’oii _{Cié fCl’111111C par} une mesure faite sui- une

_lampe

étalon

_placée

à une distance connue.

Dans notre

_{appareil la}

constante K a la valeur

0;36

en

_prenant

comme

unités le mètre et la

_bougie

internationalc.

_Loi-scltie

aucun absorl)aiil

_n’est

,

,

interposé

et _{que le coin} est dans sa

_{partie transparente ( == 0}

= 1’ =

0);

°

l’éqlilibre photométrique

a lieu pour une source

de

lumière

_qui

donne uni

éclail’emcnt c1c

2,3

lux ;

le

_{cllalnp photométrique}

a alors le même éclat

clue celui cl’un écran diffusant blanc recevant un éclairement due 8300 lux.

Ce

_champ

est très

brillant,

mais là mesure se fait encore bien. En

intcrpo-sant un des verres absorbants en R’, on

_peul

mesurer des sources donnant

jUSCjll’à 160000

lux,

éclairement

_supérieur

à _{celui que donne le}

_plein’

soleil.

_

(4) Le _{grand avantage} de _l’emploi des densités au lieu des coefficients de _transparence résulte de ce que les densités d’écrans superposés s’additionnent. Il _est, d’autre _part,

possible d’avoir des coins _{photométriques} dont la courbe de _graduation en densité soit linéaire et par suite de construire une échelle à divisions _{équidistantes qui} évite de recourir à une courbe _{de graduation} et donne par simple lecture la valeur de la densité

Inversement,

en

_agissant

sur le coin et les écrans _Il, on

_peut

mesurer

dans crexcllcnles conditions des sources très faibles ou très

_éloignées.

Une

source de 50

bougies placée

il 100 mètres donne un

_champ

_{photométriquc}

aussi brillant

_qu’un

écran blanc recevant 20 lux. On

_peut

_faire

de très bonnes mesures sur (les sources

_beaucoup

_plus

faibles.

incapables

de donner sur un écran diffusant un éclairement

_appréciable

il l’0153il. Comme

exemple

extrême, nous citerons

_quelques

mesures faites sur

des

étoiles.

Sirius

_produit

un éclairement d’environ 6.10-8 lux. absolument

inappré-ciable sur un écran

diffusant,

car l’étoile ne

_projette

_pas d’ombre

obser-Yable. La mesure se fait

_cependant

dans des

conditions

encore assez

bonnes.

L’appareil

se

_prète

aussi bien aux mesures faites au laboratoire sur

des

_lampes

_{que l’on}

_{peut déplacer qu’à}

1"étude individuelle de

_lampes

en

service dont on ne

_{peut disposer.}

Dans le

_premier

cas, _on

place

le

lilioto-mètre à

_quelques

mètres de la source à mesurer. La lumière diffusée _par les murs de la salle n’est pas

_gènaiite

et

_l’emploi

d’écrans

_protecteurs

n’est pas nécessaire. Pour des

lampes

en

service,

on _pourra mesurer

successi-vement, sans se

_déplacer,

toutes les sources visibles d’un

_point,

mêmes

éloignées

de centaines de mètres de

_{l’appareil.}

Il sera nécessaire de connaître la distance à

_laquelle

se trouve _{chacune d’elles pour}

_pouvoir

calculer les intensités lumineuses.

5. Mesure de l’éclat

_intrinsèque

d’une surface. - Sans rien

changer

au

_dispositif

et au mode

_opératoire,

on _pourra mesurer l’éclat

_intrinsèque

d’une surface. La mesure

_porte

alors sur la

_petite

surface dont

l’image

couvre

_{l’oeilleton,}

_{image qu’il}

est facile d’examiner au _moyen de l’oculaire

amovible. Le

_{champ photométrique}

est

_parfaitement

uniforme même si la surface examinée 110 l’est pas ; on obtient dans tous les cas l’éclat

intrin-sèque

moyen de la surface

projetée

sur l’ouverture de l’oeilleton.

Dans le calcul de

_l’éclat,

la surface de l’oeilleton intervient. En appe-lant B l’éclat

_intrinsèque

cherché ;

et en conservant d’autre

_part

les notations de la formule

₍₁₎

on

_peut

écrire

La

_quantité

K

_{qui dépend}

du

_régime

de la

_lampe

de

_comparaison

a la

même _{valeur que dans}

_{l’équation (1) ;}

all contraire la constante C est

32

L ’OUYCl’tllro étant circulaire il suffit de mesurer au _moyen d’un

gonio-mètre son diamètre

_{apparient lorsqu’on la regarde}

à travers la lentille 0. 6. Mesure des éclairements. - dI1

mesurera un éclairel11cnt en

déterminant l’éclat

_intrinsèque

tl"Llll diffuseur recevant cet éclaire111cnt. On

peut opérer

soit sur _{la lumière diffusée par réflexion diffuse} en se servant d’une surface blanche _{soit par El’allSmlSSlol1} en

_{enlployal1 t}

un verre

opale, qui

vient se

_placer

sur l’ol,ll’Cl’tLll’e de la boite. Dans tous les cas le CllffllSCll1’ aura été étalonné et une 11011vello

_constante

_{correspondant}

à cet

écran scra

_ajoutée

il la forlnule

(2).

7.

_Emplois

divers. - La lilnitation des faisceaux utilisés et la

grande

intensité des

_{plages photométriqucs permettent}

diverses mcsures

_spéciales

qui

seraient difficiles à faire avec des

_photomètres

ordinaires.

-Il _est, , par

exemple,

très

simplc

de mesurer le coefficient de

trans-mission dBUI0 lame absorbante ou d’un

_liquide

contenu clans une e-utve a faces

_parallèles

en

les’ intcrposa11t

sur le faisceau

_qui,

venant d’une source

fixe.

,

pénètre

dans le

photonlètre.

On

peut également

mesurer le

pou,’"oir

réflecteur d’un

_miroir

ou étudier le

_pouvoir

diffusant d"une surface dans une

direction déterminée

_(1).

C’est ainsi _cluc nous avons

_employé

notre

_appareil

_pour mesurer la

lumière

_perdue

_par

_absorption

et

réflexion

à travers une lunette. Prenant

comme source de 1ll111ièrc un diffuseur d’éclat uniforme, on _compare l’éclat

intrinsèque

observé directement avec celui que l’on obtient

_lorsque

1 on

interpose

l’instrumcnt à étudier à l’entrée du

_photomètre.

Le

_{grossissement}

n’a aucune influence sur le résultat. Il est c111ode de

_{placer l’objectif}

de la lunette et non l’oculaire vers le

_photomètre,

afil1 _{que lc} faisceau ait un

dianlèlre _{suffisant pour couvrir la}

_{plage photométrique.}

Pour différentes

jumellcs

à

_prisn1es

nous avons trouvé une

proportion

de 111n1ière transmise

’Tarial1t

due 0;55

à

0,60

tandis

_qu’une

lunette

_simple

à

_quatre

verres nous a

donné

0,72.

La même méthode est

_applicable

à d’autres

_{appareils d’optique,}

par

exemple

aux

_périscopes.

(1) C’est cette méthode _qui a été _{employée par lord Rayleigh} dans ses mesures de