ISO 14880-1:2016
(Main)Optics and photonics — Microlens arrays — Part 1: Vocabulary and general properties
Optics and photonics — Microlens arrays — Part 1: Vocabulary and general properties
ISO 14880-1:2016 defines terms for microlens arrays. It applies to microlens arrays which consist of arrays of very small lenses formed inside or on one or more surfaces of a common substrate and systems. The aim of ISO 14880-1:2016 is to improve the compatibility and interchangeability of lens arrays from different suppliers and to enhance the development of technology using microlens arrays.
Optique et photonique — Réseaux de microlentilles — Partie 1: Vocabulaire et propriétés générales
ISO 14880-1:2016 définit les termes relatifs aux réseaux de microlentilles. Elle s'applique aux réseaux de microlentilles constitués de très petites lentilles qui composent l'intérieur ou une ou plusieurs surfaces d'un substrat commun, ainsi qu'aux systèmes. Le but de l'ISO 14880-1:2016 est d'améliorer la compatibilité et l'interchangeabilité des réseaux de lentilles provenant de différents fournisseurs et d'accroître le développement de la technologie utilisant des réseaux de microlentilles.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 14880-1
Second edition
2016-04-01
Optics and photonics — Microlens
arrays —
Part 1:
Vocabulary and general properties
Optique et photonique — Réseaux de microlentilles —
Partie 1: Vocabulaire et propriétés générales
Reference number
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ISO 2016
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Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Terms and definitions . 1
2.1 Basic definition of microlens and microlens array . 1
2.2 General terms and definitions . 1
2.3 Terms relating to properties of the microlens array . 5
2.3.1 Geometrical properties . 5
2.3.2 Optical properties . 6
3 Symbols and units of measure . 7
4 Coordinate system . 8
5 Properties of individual lenses . 9
Annex A (informative) Microlens arrays applications (1) — Telecommunications .10
Annex B (informative) Microlens arrays applications (2) — Image sensor arrays .11
Annex C (informative) Microlens arrays applications (3) — LCD projection panels .12
Annex D (informative) Microlens arrays applications (4) — Wavefront sensors .13
Annex E (informative) Microlens arrays applications (5) — stereo displays .16
Annex F (informative) Microlens arrays applications (6) — 3D imaging and light-field cameras.17
Bibliography .19
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical
Barriers to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
The committee responsible for this document is ISO/TC 172, Optics and photonics, Subcommittee SC 9,
Electro-optical systems.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 14880-1:2001), which has been
technically revised. It also incorporates the Technical Corrigenda ISO 14880-1:2001/Cor 1:2003 and
ISO 14880-1:2001/Cor 2:2005.
ISO 14880 consists of the following parts, under the general title Optics and photonics — Microlens arrays:
— Part 1: Vocabulary and general properties
— Part 2: Test methods for wavefront aberrations
— Part 3: Test methods for optical properties other than wavefront aberrations
— Part 4: Test methods for geometrical properties
— Part 5: Guidance on testing
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Introduction
The aim of this part of ISO 14880 is to clarify the terms used in the field of microlens arrays.
[1]
Microoptics and microlens arrays are found in many modern optical devices. They are used as
coupling optics for detector arrays, the digital camera being an example of a mass market application.
They are used to enhance the optical performance of liquid crystal displays to couple arrays of light
sources and to direct illumination for example in 2D and 3D television, mobile phone and portable
computer displays. Microlens arrays are used in wavefront sensors for optical metrology and astronomy,
lightfield sensors for three–dimensional photography and microscopy and in optical parallel processor
elements.
Multiple arrays of microlenses can be assembled to form optical systems such as optical condensers,
[2][3]
controlled diffusers and superlenses. Furthermore, arrays of microoptical elements such as micro-
[4][5]
prisms and micro-mirrors are used.
The expanded market in microlens arrays has generated a need to agree on basic terms and definitions
for microlens arrays and systems and this part of ISO 14880 aims to satisfy that need.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 14880-1:2016(E)
Optics and photonics — Microlens arrays —
Part 1:
Vocabulary and general properties
1 Scope
This part of ISO 14880 defines terms for microlens arrays. It applies to microlens arrays which consist
of arrays of very small lenses formed inside or on one or more surfaces of a common substrate and
systems. The aim of this part of ISO 14880 is to improve the compatibility and interchangeability of lens
arrays from different suppliers and to enhance the development of technology using microlens arrays.
2 Terms and definitions
2.1 Basic definition of microlens and microlens array
2.1.1
microlens
lens in an array with an aperture of less than a few millimetres including lenses which work by
refraction at the surface, refraction in the bulk of the substrate, diffraction or a combination of these
Note 1 to entry: The microlens can have a variety of aperture shapes: circular, hexagonal or rectangular for
example. The surface of the lens can be flat, convex or concave.
2.1.2
microlens array
regular arrangement of microlenses on a single substrate
Note 1 to entry: Irregular or structured arrays are sometimes used, for example, in beam shaping, diffusion, and
homogenization.
2.2 General terms and definitions
2.2.1
effective front focal length
f
E,f
distance from the vertex of the microlens to the position of the focus given by finding the maximum of
the power density distribution when collimated radiation is incident from the back of the substrate
Note 1 to entry: The effective front focal length can differ from the paraxial front focal length in the case of
aberrated lenses.
Note 2 to entry: The effective front focal length is different from the classical effective focal length since it is
measured from the lens vertex.
2.2.2
effective back focal length
f
E,b
distance from the back surface of the substrate or the vertex of the microlens to the position of the focal
point, when collimated radiation is incident from the lens side of the substrate
Note 1 to entry: The effective back focal length can differ from the paraxial back focal length in the case of
aberrated lenses.
Note 2 to entry: In case the microlens or microlenses are formed on both sides of the substrate, “effective back
focal length” is defined from the vertex of the microlens to the position of the focal point.
2.2.3
radius of curvature
R
c
distance from the vertex of the microlens to the centre of curvature of the lens surface
Note 1 to entry: The radius of curvature is expressed in millimetres.
2.2.4
wavefront aberration
Φ
rms
root mean square of deviation of the wavefront from an ideal spherical or other wavefront
Note 1 to entry: The wavefront aberration is expressed in parts of the wavelength, λ.
a) Microlens with a graded refractive index
b) Surface relief refractive microlens
c) Fresnel microlens
d) Hybrid microlens
e) Diffractive binary-optic microlens
Figure 1 — Five different types of microlens
2.2.5.1
chromatic aberration
change of the focal length with wavelength
Note 1 to entry: Chromatic aberration is characterized by the effective Abbe-number, which is given by:
2 © ISO 2016 – All rights reserved
−
ffλλ
( ) ( )
v =
eff
f λ
( )
where the values of λ , λ and λ are specified in order to correspond to current practice in optical lens
1 2 3
design; there are no units.
Note 2 to entry: At optical wavelengths, the C, D, F lines are generally used as λ < λ < λ . However, other
1 2 3
wavelengths such as the infrared spectrum can be used where appropriate.
2.2.5.2
achromatic microlens array
microlens array designed to limit the effects of chromatic aberration
Note 1 to entry: Achromatic microlens arrays are generally corrected to bring into focus in the same plane
radiation of two wavelengths, for example, red and blue light or infrared wavelengths where appropriate.
2.2.6.1
aperture shape
shape which is specified as square, circular, hexagonal, circular sector or other geometric shape
Note 1 to entry: For non-regular shapes, the vertices of the microlens aperture are to be defined by coordinates,
Xa , Ya , where j is the microlens number index and k is the vertex number index.
jk jk
2.2.6.2
geometric aperture
A
g
area in which the optical radiation passing through it is deviated towards the focused image and
contributes to it
Note 1 to entry: For graded index microlenses where no obvious boundary exists, the edge is the focus of points
at which the change of index is 10 % of the maximum value.
Note 2 to entry: The geometric aperture is expressed in square millimetres.
2.2.6.3
lens width
2a , 2a
1 2
widths of the microlens on the substrate consisting of the geometric aperture of the microlens given by
a variety of shapes such as circular, semi-rectangular, elliptical and so on
Note 1 to entry: The widths are determined by measuring the longest distance (2a ) and the shortest distance
(2a ) between the lens edges as shown in Figure 2. If the lens is circular symmetric, then the term diameter can
be used.
Note 2 to entry: Lens widths are expressed in millimetres.
2.2.6.4
diffraction-limited optical aperture
A
d
area within which the peak-to-valley wavefront aberrations are less than one quarter of the wavelength
of the radiation with which it is tested
Note 1 to entry: The diffraction-limited optical aperture is expressed in square millimetres.
2.2.6.5
geometrical numerical aperture
NA
g
sine of half the angle subtended by the aperture of the lens at the focal point
2.2.6.6
diffraction-limited numerical aperture
NA
d
sine of half the angle subtended by the diffraction limited optical aperture of the lens at the focal point
2.2.7
focal ratio
ratio of the focal length to the lens width of the geometrical aperture
Note 1 to entry: The focal ratio is equivalent to the practical f-number.
2.2.8
imaging quality
quality of the microlens which is determined by Modulation Transfer Function (MTF) according to
ISO 15529 or the Strehl ratio
Note 1 to entry: The imaging quality should be measured in the conjugates in which the microlenses are to be
used and preferably for a range of angles of incidence.
2.2.9
focal spot size
w , w
x y
half
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 14880-1
Deuxième édition
2016-04-01
Optique et photonique — Réseaux de
microlentilles —
Partie 1:
Vocabulaire et propriétés générales
Optics and photonics — Microlens arrays —
Part 1: Vocabulary and general properties
Numéro de référence
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ISO 2016
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l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Termes et définitions . 1
2.1 Définition de base de la microlentille et du réseau de microlentilles . 1
2.2 Termes et définitions générales . 1
2.3 Termes relatifs aux propriétés du réseau de microlentilles . 5
2.3.1 Propriétés géométriques . 5
2.3.2 Propriétés optiques . 7
3 Symboles et unités de mesure . 7
4 Système de coordonnées . 8
5 Propriétés des lentilles individuelles .10
Annexe A (informative) Applications des réseaux de microlentilles (1) — Télécommunications .11
Annexe B (informative) Applications des réseaux de microlentilles (2) — Réseaux de
capteurs d’image .12
Annexe C (informative) Applications des réseaux de microlentilles (3) — Panneau de
projection LCD .13
Annexe D (informative) Applications des réseaux de microlentilles (4) — Capteurs de
front d’onde .15
Annexe E (informative) Applications des réseaux de microlentilles (5) — Écrans stéréo .18
Annexe F (informative) Applications des réseaux de microlentilles (6) — Appareils photo
d’imagerie en 3D et à champs lumineux .19
Bibliographie .21
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à
l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes
de l’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos —
Informations supplémentaires.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 172, Optique et photonique, sous-
comité SC 9, Systèmes électro-optiques.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 14880-1:2001), qui a fait l’objet d’une
révision technique. Elle incorpore également les Rectificatifs techniques ISO 14880-1:2001/Cor 1:2003
et ISO 14880-1:2001/Cor 2:2005.
L’ISO 14880 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Optique et photonique —
Réseaux de microlentilles:
— Partie 1: Vocabulaire et propriétés générales
— Partie 2: Méthodes d’essai pour les aberrations du front d’onde
— Partie 3: Méthodes d’essai pour les propriétés optiques autres que les aberrations du front d’onde
— Partie 4: Méthodes d’essai pour les propriétés géométriques
— Partie 5: Lignes directrices pour essai
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Introduction
La présente partie de l’ISO 14880 a pour objet de clarifier les termes appartenant au domaine des
réseaux de microlentilles.
La micro-optique et les réseaux de microlentilles sont présents dans de nombreux dispositifs optiques
[1]
modernes . Ils sont utilisés comme optique de couplage dans les réseaux de détecteurs, l’appareil
photo numérique étant un exemple d’application sur le marché de masse. Ils servent à améliorer les
performances optiques des écrans à cristaux liquides, à coupler des réseaux de sources lumineuses et
à orienter l’éclairage, par exemple dans les écrans de télévisions en 2D et en 3D, de téléphones mobiles
et d’ordinateurs portables. Les réseaux de microlentilles sont utilisés dans les capteurs de front d’onde
en métrologie optique et en astronomie, dans les capteurs de champs lumineux dans le domaine de
la photographie et de la microscopie tridimensionnelles, ainsi que dans les éléments optiques des
processeurs parallèles.
Plusieurs réseaux de microlentilles peuvent être assemblés pour former des systèmes optiques, comme
[2][3]
les condenseurs optiques, les diffuseurs contrôlés et les superlentilles . Des réseaux d’éléments de
[4][5]
micro-optique, tels que les micro-prismes et les micro-miroirs, sont également utilisés .
L’expansion du marché des réseaux de microlentilles a créé un besoin de convenir des termes de base
et des définitions se rapportant aux réseaux de microlentilles et aux systèmes, et la présente partie de
l’ISO 14880 vise à répondre à ce besoin.
NORME INTERNATIONALE ISO 14880-1:2016(F)
Optique et photonique — Réseaux de microlentilles —
Partie 1:
Vocabulaire et propriétés générales
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 14880 définit les termes relatifs aux réseaux de microlentilles. Elle
s’applique aux réseaux de microlentilles constitués de très petites lentilles qui composent l’intérieur
ou une ou plusieurs surfaces d’un substrat commun, ainsi qu’aux systèmes. Le but de la présente partie
de l’ISO 14880 est d’améliorer la compatibilité et l’interchangeabilité des réseaux de lentilles provenant
de différents fournisseurs et d’accroître le développement de la technologie utilisant des réseaux de
microlentilles.
2 Termes et définitions
2.1 Définition de base de la microlentille et du réseau de microlentilles
2.1.1
microlentille
lentille d’une ouverture inférieure à quelques millimètres, constituant un élément d’un réseau
comprenant des lentilles qui travaillent par réfraction à la surface, par réfraction dans la masse du
substrat, par diffraction, ou une combinaison de ces dernières
Note 1 à l’article: La microlentille peut présenter différentes formes d’ouverture: circulaire, hexagonale ou
rectangulaire par exemple. La surface de la lentille peut être plate, convexe ou concave.
2.1.2
réseau de microlentilles
disposition régulière de microlentilles sur un substrat unique
Note 1 à l’article: Des réseaux irréguliers ou structurés sont parfois utilisés, par exemple pour la mise en forme
de faisceau, la diffusion et l’homogénéisation.
2.2 Termes et définitions générales
2.2.1
longueur focale frontale pratique
f
E,f
distance séparant le vertex de la microlentille de la position du foyer, donnée par le biais de la
détermination du maximum de la distribution de la densité de puissance lorsque le rayonnement
collimaté est incident à partir de l’arrière du substrat
Note 1 à l’article: La longueur focale frontale pratique peut différer de la longueur focale frontale paraxiale dans
le cas des lentilles avec aberrations.
Note 2 à l’article: La longueur focale frontale pratique est différente de la longueur focale pratique classique étant
donné qu’elle est mesurée à partir du vertex de la lentille.
2.2.2
longueur focale arrière pratique
f
E,b
distance séparant la surface arrière du substrat ou le vertex des microlentilles de la position du point
focal, lorsque le rayonnement collimaté est incident à partir du côté lentille du substrat
Note 1 à l’article: La longueur focale arrière pratique peut différer de la longueur focale arrière paraxiale dans le
cas des lentilles avec aberrations.
Note 2 à l’article: Dans le cas où la microlentille ou les microlentilles sont formées sur les deux côtés du substrat,
«la longueur focale arrière efficace» est définie du sommet de la microlentille à la position du point focal.
2.2.3
rayon de courbure
R
c
distance séparant le vertex de la microlentille du centre de courbure de la surface de la lentille
Note 1 à l’article: Le rayon de courbure est exprimé en millimètres.
2.2.4
aberration du front d’onde
Φ
rms
moyenne quadratique de l’écart du front d’onde par rapport à un front d’onde sphérique idéal ou autre
Note 1 à l’article: L’aberration du front d’onde est exprimée en parties de longueur d’onde, l.
a) Microlentille à gradient d’indice de réfraction
b) Microlentille réfractive à relief de surface
c) Microlentille de Fresnel
d) Microlentille hybride
2 © ISO 2016 – Tous droits réservés
e) Microlentille optique diffractive binaire
Figure 1 — Cinq types différents de microlentille
2.2.5.1
aberration chromatique
modification de la longueur focale avec la longueur d’onde
Note 1 à l’article: L’aberration chromatique est caractérisée par le nombre d’Abbe effectif, qui est donné par:
−
ffλλ
() ()
v =
eff
f λ
()
où les valeurs de λ , λ et λ sont spécifiées de façon à correspondre aux pratiques courantes dans la conception
1 2 3
de lentilles optiques. Unités: sans dimension.
Note 2 à l’article: Aux longueurs d’onde optiques, les lignes C, D, F sont généralement utilisées en tant que
l < l < l . Cependant, d’autres longueurs d’onde, telles que le spectre infrarouge, peuvent être utilisées le cas
1 2 3
échéant.
2.2.5.2
réseau de microlentilles achromatiques
réseau de microlentilles conçu pour limiter les effets de l’aberration chromatique
Note 1 à l’article: Les réseaux de microlentilles achromatiques sont généralement corrigés pour focaliser dans
le même plan le rayonnement de deux longueurs d’onde, par exemple la lumière rouge et la lumière bleue ou les
longueurs d’onde dans l’infrarouge, le cas échéant.
2.2.6.1
forme de l’ouverture
forme qui est spécifiée comme carrée, circulaire, hexagonale, à secteur circulaire ou toute autre forme
géométrique
Note 1 à l’article: Pour les formes non régulières, le vertex des ouvert
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.