À quoi sert une sphère d'intégration lors des tests de thérapie par la lumière rouge ?

Dernière mise à jour : 4 novembre 2026

Dans une usine de luminothérapie rouge, une sphère d'intégration permet de mesurer la puissance optique émise par une LED ou un appareil et sa répartition en fonction des longueurs d'onde. Pour déterminer la quantité de lumière reçue par un utilisateur à 15 cm d'un panneau, le laboratoire effectue un test d'irradiance distinct à cette distance. Ces deux mesures font partie d'un programme de tests optiques car elles décrivent différents aspects du même appareil.

Comment fonctionne une sphère d'intégration

Schéma en coupe montrant le revêtement intérieur de la sphère d'intégration, les ports et le détecteur

Une sphère d'intégration est une chambre creuse tapissée d'un revêtement diffus hautement réfléchissant, souvent en PTFE ou en sulfate de baryum. La lumière se réfléchit de manière répétée sur les parois. Un déflecteur protège le détecteur de la lumière directe, de sorte que celui-ci analyse la lumière mélangée à l'intérieur de la chambre. Une fois étalonné, le système peut corréler ce signal à la quantité de lumière collectée. Un spectroradiomètre ajoute des informations sur la longueur d'onde. [1, 2]

La configuration de montage détermine la zone de mesure. Avec une source montée à l'intérieur d'une sphère (configuration 4π), la mesure permet de capturer l'émission dans toutes les directions. Avec une LED ou un module à émission frontale monté sur un port approprié (configuration 2π), la mesure couvre l'hémisphère avant. Pour un grand panneau, le laboratoire doit vérifier que le port et la configuration de montage permettent de capturer le signal attendu. Si la configuration ne couvre qu'un seul module ou une partie du panneau, le rapport doit préciser exactement ce qui a été mesuré. [1, 2]

Le dispositif et son support absorbent également une partie de la lumière réfléchie à l'intérieur de la sphère. Les laboratoires peuvent évaluer cet effet, appelé auto-absorption, à l'aide d'une lampe auxiliaire et appliquer une correction le cas échéant. La taille de l'orifice, l'état du revêtement, la réponse du détecteur et la correspondance entre les géométries d'étalonnage et de test influent toutes sur l'incertitude. Une sphère de grande taille peut faciliter le montage d'un panneau, mais le laboratoire doit néanmoins valider la configuration. [2, 3, 19]

Ce que la sphère mesure et ce qui nécessite un test séparé

Rapport d'essai annoté de la sphère d'intégration montrant le flux, la courbe SPD, la longueur d'onde de crête et l'irradiance en fonction de la distance

Un spectroradiomètre à couplage sphérique permet de déterminer si un dispositif présente des pics proches de 660 nm et 850 nm. Si les canaux sont contrôlables séparément, enregistrez chaque canal individuellement ainsi qu'en mode combiné. Cela facilite la vérification de la longueur d'onde du pic et la comparaison des signaux de sortie des canaux entre différents lots. Si une fiche technique indique un rapport tel que 1:1, vérifiez la nature des mesures effectuées. Un nombre égal d'émetteurs rouges et infrarouges proches peut néanmoins produire une puissance optique différente dans les deux bandes. L'amplitude du pic et la puissance intégrée de la bande peuvent également différer.

Pour les produits à lumière blanche, le spectre mesuré peut également servir à calculer la chromaticité, la température de couleur corrélée et les indices de rendu des couleurs, le cas échéant. Pour un panneau rouge et proche infrarouge, le spectre et le flux lumineux par bande sont généralement plus informatifs. [1, 2, 5, 6]

Mesure de l'irradiance à la distance à laquelle les gens utilisent le panneau

Diagramme divisé montrant le même panneau LED mesuré à deux distances avec des valeurs d'éclairement différentes

La lecture au centre indique la quantité de lumière atteignant un point donné. Pour évaluer l'uniformité de la couverture d'une surface par un panneau, utilisez un plan de mesure fixe et effectuez des relevés sur une grille. Indiquez les valeurs au centre, la moyenne, le minimum et le maximum sur la zone définie, ainsi que l'espacement de la grille et toute formule d'uniformité utilisée. Un grand panneau peut présenter la même lecture au centre qu'une lampe compacte tout en couvrant une surface beaucoup plus étendue.

Pour un test de panneau à courte portée, notez la distance initiale, l'orientation du détecteur par rapport au panneau, les canaux activés, le réglage de la sortie et la durée de préchauffage de l'appareil. Six pouces équivalent à 15,24 cm. Même à des distances quasi identiques, les mesures peuvent différer en raison de la réponse du détecteur, de la position d'échantillonnage ou du mode de fonctionnement. Un grand réseau de LED se comporte également différemment d'une source ponctuelle à courte portée ; effectuez donc la mesure à chaque distance que vous prévoyez de publier. [4, 12]

Par exemple, la page produit EST-T1 de REDDOT indique une mesure de 34 mW/cm² à 15 cm (6 pouces) au niveau du solaromètre. Une autre page commerciale de REDDOT affiche 35 mW/cm² à 15 cm. Ces chiffres illustrent l'importance de la page source et de la configuration de test. Si vous comparez des modèles en vue d'une commande, demandez le rapport correspondant à la configuration exacte et utilisez la même méthode de détection, le même mode de fonctionnement et le même plan d'échantillonnage. [13, 14]

Où s'intègre le test de sphères dans le contrôle qualité en usine

Technicien de laboratoire indépendant intégrant un système de sphère avec panneau de luminothérapie rouge au port d'entrée

Lors du contrôle à réception, une sphère calibrée et un spectroradiomètre permettent de vérifier les différences de longueur d'onde et de rendement lumineux entre les lots de LED. En phase de développement, le même dispositif permet de comparer une carte LED avant et après le remplacement d'une lentille ou d'un diffuseur, à condition que le laboratoire maintienne constants les paramètres de pilotage, la température et la géométrie de collecte. Sur un panneau fini, une carte d'éclairement distincte illustre l'impact de cette modification de conception sur la couverture à la distance d'utilisation.

Pour les contrôles de routine, consignez l'identifiant de l'échantillon ou du lot, l'instrument et son état d'étalonnage, la géométrie de montage, le temps de préchauffage et les paramètres des canaux. Comparez les résultats obtenus dans les mêmes conditions. Si un rapport indique une tolérance de flux ou d'irradiance, demandez comment le laboratoire gère l'incertitude de mesure lorsqu'un résultat est proche de la limite d'acceptation. La norme ISO 13485 couvre les systèmes de management de la qualité des dispositifs médicaux. La norme ISO/CEI 17025 couvre la compétence des laboratoires. Lorsque vous faites appel à un laboratoire externe pour des essais, vérifiez que son accréditation couvre bien la mesure spécifique dont vous avez besoin. [7, 8, 12]

Les normes ANSI/IES LM-79-24 et CIE S 025/E:2015 décrivent les mesures optiques et connexes applicables aux produits d'éclairage à semi-conducteurs dans leurs domaines respectifs. Elles constituent des références utiles pour comprendre comment le flux lumineux est mesuré et rapporté. Pour un panneau thérapeutique, spécifiez les tests optiques et de sécurité applicables à ce modèle et à son utilisation prévue. Conservez les documents justificatifs séparément. Une certification ETL identifie le modèle et les normes applicables dans le répertoire d'Intertek. Lorsque le marquage CE est applicable, le fabricant identifie les exigences européennes applicables, prépare la documentation technique et établit la déclaration de conformité UE. [5, 6, 10, 11]

rendement optique et sécurité photobiologique

Document de sécurité photobiologique à côté de la courbe de sortie SPD de la sphère d'intégration montrant l'entrée de classification des dangers

La norme IEC 62471 traite de l'évaluation de la sécurité photobiologique des lampes et des systèmes d'éclairage relevant de son champ d'application. Les mesures d'exposition pertinentes peuvent inclure l'éclairement spectral ou la luminance spectrale, selon le danger et la géométrie de l'essai. Un spectre sphérique permet d'identifier les bandes d'émission et facilite la planification de l'évaluation. L'évaluation de l'exposition utilise des mesures adaptées au danger, en précisant, le cas échéant, les conditions telles que la distance d'observation, la taille apparente de la source ou la durée d'exposition. [9]

Pour les équipements non laser destinés à un usage thérapeutique, diagnostique, de surveillance, cosmétique ou esthétique, la norme IEC 60601-2-57 peut s'appliquer en matière de sécurité de base et de performances essentielles. Demandez le rapport détaillant l'usage prévu de l'appareil, son modèle exact et ses modes de fonctionnement. La puissance totale (en watts) mesurée lors d'un test sur sphère décrit le rendement optique de l'appareil. Les mesures d'exposition décrivent la quantité de rayonnement atteignant l'œil ou la peau dans les conditions évaluées. [9, 15]

Ce que les acheteurs devraient demander à un fournisseur

Comparaison des fiches techniques montrant les données d'irradiance vérifiées et non vérifiées pour les appareils de luminothérapie rouge

1. Un spectre correspondant exactement au modèle et aux paramètres du canal. Demandez les longueurs d'onde de crête réelles, la plage de mesure et si le spectre représente la puissance totale ou une mesure à une position précise.
2. Un rapport de flux est requis si la puissance optique totale fait partie des spécifications. Vérifiez la géométrie de montage, la portion du dispositif mesurée, la méthode d'étalonnage du système et si le résultat est exprimé en watts optiques.
3. Carte d'éclairement à la distance d'utilisation prévue. Vérifiez la distance de référence, le type de détecteur et sa réponse en longueur d'onde, la zone couverte, la grille de mesure ainsi que les valeurs centrales et moyennes.
4. Documents de sécurité et de conformité spécifiques au modèle. Vérifiez que le modèle et la révision matérielle correspondent au périmètre de chaque rapport ou liste. Si l'accréditation d'un laboratoire est mentionnée, assurez-vous qu'elle couvre bien la mesure.
5. Conditions uniformes pour une comparaison directe. Utiliser la même distance, le même mode de fonctionnement et la même méthode de mesure pour tous les appareils. Considérer une mesure effectuée à main levée comme un contrôle ponctuel, sauf si le détecteur est calibré pour les longueurs d'onde et que la configuration correspond au rapport.

FAQ

Quel est le but d'une sphère d'intégration ?

Elle collecte la lumière selon une géométrie définie et la mélange par réflexions diffuses. Un détecteur étalonné mesure ensuite le flux collecté. Le couplage de la sphère à un spectroradiomètre permet au laboratoire de mesurer la distribution de ce flux en fonction de la longueur d'onde.

Combien coûte une sphère d'intégration ?

Le prix dépend du diamètre de la sphère, de la configuration des ports, de la plage de longueurs d'onde et de la présence, dans le kit, d'un spectroradiomètre, d'une source de référence, d'un système d'étalonnage et des accessoires de fixation. Pour comparer les devis, indiquez aux fournisseurs les dimensions de votre plus grand échantillon ainsi que les bandes de longueurs d'onde et les niveaux de sortie que vous souhaitez mesurer.

À quoi d'autre servent les sphères d'intégration ?

Les laboratoires les utilisent pour la caractérisation des LED, des lampes et des modules. Une sphère peut également mesurer la réflectance ou la transmittance d'un matériau lorsqu'elle est configurée pour recueillir la lumière diffusée par un échantillon. Les dispositifs et l'étalonnage dépendent de la mesure. [1, 16]

Comment calibre-t-on une sphère d'intégration ?

Le laboratoire mesure une référence traçable dans la configuration appropriée et l'utilise pour déterminer la réponse du système. Pour une sortie spectrale absolue, l'étalonnage doit couvrir les longueurs d'onde requises. Vérifiez les géométries de référence et de test et évaluez l'auto-absorption lors de tout changement de source ou de dispositif. Revérifiez la configuration lors de tout changement de revêtement, de détecteur ou de couplage optique et suivez le programme d'étalonnage documenté du laboratoire. [2, 3]

Références

1. CIE. Mesure des LED (CIE 127:2007) .
2. NIST. Étalons d'étalonnage et de transfert pour le flux radiant spectral total .
3. NIST. Photométrie par sphère d'intégration basée sur un détecteur .
4. NIST. Étalonnages de l'irradiance spectrale (Publication spéciale 250-89) .
5. Société d'ingénierie lumineuse. Mesures optiques et électriques des produits d'éclairage à semi-conducteurs (ANSI/IES LM-79-24) .
6. CIE. Méthode d'essai pour les lampes LED, les luminaires LED et les modules LED (CIE S 025/E:2015) .
7. ISO et CEI. Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d’étalonnage et d’essais (ISO/IEC 17025:2017) .
8. ISO. Systèmes de gestion de la qualité des dispositifs médicaux (ISO 13485:2016) .
9. IEC. Sécurité photobiologique des lampes et des systèmes d'éclairage (IEC 62471:2006) .
10. Intertek. Répertoire des marques répertoriées ETL .
11. Commission européenne. Responsabilités des fabricants en matière de marquage CE .
12. REDDOT LED. Tests matériels et retests optiques .
13. REDDOT LED. Spécifications du panneau de luminothérapie rouge de bureau EST-T1 .
14. REDDOT LED. Appareils de thérapie LED et spécifications T1 .
15. IEC. Sécurité et performances essentielles des équipements à source de lumière non laser (IEC 60601-2-57:2023) .
16. NIST. Sphère d'intégration de référence pour la réflectance spectrale .
17. CIE. Mesure du flux lumineux (CIE 084:1989) .
18. REDDOT LED. À propos de REDDOT LED .
19. NIST. Amélioration des normes photométriques et des procédures d'étalonnage au NIST .

Guides associés

Guides connexes sur l'utilisation des sphères d'intégration et les tests de luminothérapie rouge

• Comment mesurer l'irradiance en luminothérapie rouge : du choix du détecteur à l'étalonnage
• Comment les usines vérifient la précision de la longueur d'onde des produits de luminothérapie
• Unités, formules et méthodes d'essai d'éclairement lumineux