ISO 12123:2018
(Main)Optics and photonics — Specification of raw optical glass
Optics and photonics — Specification of raw optical glass
This document gives rules for the specification of raw optical glass. It serves as a complement to the ISO 10110 series, which provides rules specifying finished optical elements. Since raw optical glass can be quite different in shape and size from the optical elements, its specification also differs from that of optical elements. This document provides guidelines for the essential specification characteristics of raw optical glass in order to improve communication between glass suppliers and optical element manufacturers. For specific applications (e.g. lasers, the infrared spectral range), specifications based on this document need supplements. While the intent of this document is to address the specific needs of raw optical glass, many of the parameters and characteristics are common to other optical materials, which are not necessarily glass. While this document can be used for non-glass materials, the user is informed that only optical glass has been considered in the development of this document, and other materials can have issues, which have not been taken into consideration. NOTE Additional information on how to translate optical element specifications into raw optical glass specifications is given in Annex A.
Optique et photonique — Spécification d'un verre d'optique brut
Le présent document fixe les règles de spécification d'un verre d'optique brut. Il vient en complément de la série ISO 10110, qui fixe les règles spécifiant des éléments optiques finis. Étant donné que la forme et les dimensions du verre d'optique brut peuvent être assez différentes de celles des éléments optiques, la spécification d'un verre d'optique brut diffère également de celle des éléments optiques. Le présent document fournit des lignes directrices pour les caractéristiques essentielles de spécification d'un verre d'optique brut afin d'améliorer la communication entre les fournisseurs de verre et les fabricants d'éléments optiques. Pour des applications spécifiques (par exemple les lasers ou le domaine spectral infrarouge), les spécifications basées sur le présent document ont besoin d'être complétées. Bien que l'intention du présent document soit de traiter des besoins spécifiques du verre d'optique brut, de nombreux paramètres et caractéristiques sont communs à d'autres matériaux optiques qui ne sont pas nécessairement du verre. Bien que le présent document peut être utilisé pour des matériaux autres que le verre, l'utilisateur est informé que seul le verre optique a été pris en considération lors de l'élaboration du présent document et que d'autres matériaux peuvent soulever des problèmes qui n'ont pas été pris en compte. NOTE L'Annexe A donne des informations supplémentaires sur la manière de traduire les spécifications d'éléments optiques en spécifications de verre d'optique brut.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 12123
Third edition
2018-12
Optics and photonics — Specification
of raw optical glass
Optique et photonique — Spécification d'un verre d'optique brut
Reference number
©
ISO 2018
© ISO 2018
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Published in Switzerland
ii © ISO 2018 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Tolerances . 4
4.1 Principal refractive index . 4
4.2 Refractive index variation. 5
4.3 Abbe number . 5
4.4 Spectral internal transmittance . 5
4.5 UV cut-off edge and colour code . 6
4.5.1 General. 6
4.5.2 UV cut-off edge . 6
4.5.3 Colour code . 6
4.6 Optical homogeneity . 6
4.7 Striae . 7
4.8 Bubbles and inclusions . 7
4.9 Stress birefringence . 8
5 Deviation of the relative partial dispersion from the normal line — Definition of the
normal lines. 8
6 Indications for ordering raw glass parts .10
Annex A (informative) Recommendation for the specification of raw optical glass for a
given optical element specification .13
Bibliography .21
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 of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso
.org/iso/foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and photonics, Subcommittee
SC 3, Optical materials and components.
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 12123:2010), which has been technically
revised.
The main changes compared to the previous edition are as follows:
a) definition of relative partial dispersion and its deviation from normal line and definition of internal
transmittance have been added;
b) grade abbreviations at all tolerances in Clause 4 have been added;
c) all abbreviations have been written with two capital letters with relation to characteristics’ names;
d) in 4.6, an indication for required minimum aperture has been added;
e) in 4.7, striae indication for two and three perpendicular inspection directions has been added;
f) for partial dispersion and its deviation from normal line, the following has been added: dispersion
data for standard crown and flint glass for normal environment, general formula for normal lines
for the relative partial dispersions for any wavelength pairs, examples for six specific line pairs in
Clause 5 and a calculation method and data for calculating dispersion data at temperatures other
than 20 °C (see A.3);
g) in Clause 6, Example 1 for specification of optical raw glass with tolerances grades has been
introduced and extended by adding a second case;
h) in Clause 6, Example 2 has been added and illustrates lens element specification from element over
pressing to raw glass specification;
i) Tables have been renumbered.
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Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
Introduction
Raw optical glass comes as strip glass, pressings block glass or large castings. Its characteristics
are widely the same as those for optical elements such as lenses and prisms. However, the tolerance
limits and their applicability are not the same. This comes from the fact that as a rule the raw optical
glass delivery forms are much larger than the optical elements which will be made out of them. A
glass strip of 280 mm length, 160 mm width and 40 mm thickness renders hundreds of small lenses.
Simply transferring the glass requirements on the single lens to the total strip will lead to confusion
or to severe over-specification. Required complete absence of bubbles and inclusions in a lens cannot
mean the same requirement on the strip. A high homogeneity requirement for a small lens extended
to the total strip without restricting it to the intended lens diameter will result in a uselessly narrow
tolerance. It is even detrimental since it will lead to unnecessary high costs or even inability of the glass
manufacturer to deliver the material requested.
The absolute refractive index and the Abbe number as a measure of dispersion apply for the raw
optical glass formats as well as for the optical elements to be made out of them. Two variations of the
refractive index have to be distinguished clearly: the first is the variation among different pieces of a
common delivery lot and the second is the limited variation within a single piece, which is called optical
homogeneity. The variation within a delivery lot is a symmetric tolerance with the test certificate value
of the refractive index as reference. The optical homogeneity has no such practically determinable
reference value. It is given as a span width (peak-to-valley) tolerance.
Refering to the size of the optical elements to be made out of the raw glass items will expedite offers and
delivery. This holds especially for all homogeneity characteristics (refractive index variation: optical
homogeneity, short-range refractive index variation: striae, material contiguity: bubbles and inclusions
and refractive index polarization homogeneity: stress birefringence). In general, homogeneity
tolerances increase requirements on quality strongly.
This edition introduces grade denominations for tolerance limits for the main properties of optical raw
glass. The characteristics colour code and UV cut-off edge are different possibilities to describe position
and slope of the UV-transmission edge of optical glasses.
Furthermore, this edition introduces definitions, reference formulae and data needed for calculating
the deviation of the relative partial dispersion from the normal line. This quantity serves to value the
suitability of optical glasses for colour aberration correction beyond achromatic correction of only two
colours. The key element is the definition of two reference dispersion curves, one of a standard crown
and one of a standard flint glass. Based on these curves normal line parameters can be derived for
partial dispersions of any two wavelengths between 365 nm and 1 014 nm. In order to support the
main target of improving comparison of glass types from different vendors examples for normal lines
are given for six wavelength pairs covering the spectral range as specified above. The dispersion data
of the reference glass types are valid for the temperature 20 °C. The annex contains the method for
calculating the dispersion data for temperatures different from 20 °C.
The Annex of the document gives some explanations and recommendations for applying the document
in ways which avoid over-specification and its unfavourable consequences.
This document was prepared in coordination with the preparation of ISO 10110-18, which provides a
notation for the material tolerances of finished optical elements.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 12123:2018(E)
Optics and photonics — Specification of raw optical glass
1 Scope
This document gives rules for the specification of raw optical glass. It serves as a complement to the
ISO 10110 series, which provides rules specifying finished optical elements. Since raw optical glass can
be quite different in shape and size from the optical elements, its specification also differs from that of
optical elements.
This document provides guidelines for the essential specification characteristics of raw optical glass
in order to improve communication between glass suppliers and optical element manufacturers. For
specific applications (e.g. lasers, the infrared spectral range), specifications based on this document
need supplements.
While the intent of this document is to address the specific needs of raw optical glass, many of the
parameters and characteristics are common to other optical materials, which are not necessarily glass.
While this document can be used for non-glass materials, the user is informed that only optical glass
has been considered in the development of this document, and other materials can have issues, which
have not been taken into consideration.
NOTE Additional information on how to translate optical element specifications into raw optical glass
specifications is given in Annex A.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
3.1
refractive index
n
ratio of the velocity of the electromagnetic waves at a specific wavelength in a vacuum to the velocity of
the waves in the medium
Note 1 to entry: See ISO 7944.
Note 2 to entry: For practical reasons, this document refers to the refractive index in air.
3.2
principal refractive index
refractive index in the middle range of the visible spectrum commonly used to characterize an
optical glass
Note 1 to entry: This principal refractive index is usually denoted as n , the refractive index at the wavelength
d
587,56 nm, or n , the refractive index at the wavelength 546,07 nm.
e
Note 2 to entry: The specific values for different glass types refer to standard environmental conditions (20 °C
[1]
and 1 013 hPa according to ISO 1 ). For all other temperatures and pressures, the specific temperature and
pressure of interest shall be indicated.
3.3
refractive index variation
maximum difference of refractive index between samples of optical glasses
3.4
dispersion
measure of the change of the refractive index with wavelength
3.5
partial dispersion
difference of refractive index n − n between two wavelengths λ and λ
λ1 λ2 1 2
EXAMPLE n − n ; n ′ − n ′
F C F C
n and n are the refractive indices at wavelengths 486,13 nm and 656,27 nm;
F C
and n ′ and n ′ are the refractive indices at wavelengths 479,99 nm and 643,85 nm.
F C
n – n frequently serving as reference it is often called principal partial dispersion.
F C
3.6
relative partial dispersion
difference of refractive index n – n between two wavelengths λ and λ related to another partial
λ1 λ2 1 2
dispersion n – n between two other wavelengths λ and λ
λ3 λ4 3 4
P = (n – n ) / (n – n )
λ1,λ2,λ3,λ4 λ1 λ2 λ3 λ4
EXAMPLE P = (n – n ) / (n – n ) = P
g,F,F,C g F F C g,F
n is the refractive index at wavelength 435,83 nm.
g
If related to the principal partial dispersion, n – n indices for λ and λ are usually omitted.
F C 1 2
3.7
Abbe number
most common characterization of the dispersion of optical glasses
EXAMPLE 1 The Abbe number for the d-line is defined as
n −1
()
d
v =
d
nn−
()
FC
where
n is the refractive index at wavelength 486,13 nm;
F
n is the refractive index at wavelength 656,27 nm.
C
EXAMPLE 2 The Abbe number for the e-line is defined as
n −1
()
e
v =
e
nn−
()
′′
FC
where
n ′ is the refractive index at wavelength 479,99 nm;
F
n ′ is the refractive index at wavelength 643,85 nm.
C
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3.8
glass type
letter/number designation used in the manufacturer's catalogue to designate or characterize the
glasses offered
Note 1 to entry: An alphanumeric designation is the manufacturer's option and is usually a proprietary
trade name, and therefore indeterminate. For example, borosilicate crown glass is designated N-BK by one
manufacturer, but S-BSL and BSC by others.
Note 2 to entry: An alternative way to specify a glass type is the glass code. It is a six-digit number and refers to
the optical position of the individual glass types. The first three digits refer to the refractive index n , the second
d
three digits to the Abbe number v . For N-BK7 e.g. it is 517642. This glass code, however, does not denominate a
d
glass type unequivocally. The same glass code can be valid for glass types of very different chemical compositions
and hence other properties can differ also very significantly.
3.9
deviation of the relative partial dispersion
glass type specific distance of the relative partial dispersion P (glass type) from that of the normal
λ1,λ2
line P (normal line)
λ1,λ2
ΔP (glass type) = P (glass type) − P (normal line)
λ1,λ2 λ1,λ2 λ1,λ2
ΔP (glass type) = P (glass type) − (a + b · v )
λ1,λ2 λ1,λ2 λ1,λ2 λ1,λ2 d
The line parameters a and b define the normal line
λ1,λ2 λ1,λ2
ΔP (normal line) = a + b · v
λ1,λ2 λ1,λ2 λ1,λ2 d
for each partial dispersion.
Note 1 to entry: They are calculated from the partial dispersion/Abbe number combinations of a standard crown
and a standard flint glass type.
Note 2 to entry: The deviation of the relative partial dispersion is a measure how suitable a glass type is for the
correction of colour aberrations in imaging.
3.10
transmittance
ratio of the transmitted radiant flux to the incident radiant flux of a collimated, monochromatic beam
that passes, at normal incidence, through a plane parallel polished plate
3.11
spectral transmittance
measure of the variation of the transmittance with wavelength
3.12
internal transmittance
ratio of the radiant flux to the incident radiant flux of a collimated beam that passes, at normal incidence,
through a plane parallel polished plate, excluding reflection losses at the surfaces
3.13
spectral internal transmittance
measure of the variation of the internal transmittance with wavelength
3.14
UV cut-off edge
UVC 80/10
position and the slope of the transmittance cut-off edge in the short wavelength range and given by the
wavelengths at 80 % and 10 % internal transmittance
3.15
colour code
CC
position and slope of the transmittance cut-off edge in the short wavelength range, given by the
wavelengths at 80 % and 5 % transmittance including reflection losses
3.16
optical homogeneity
gradual refractive index variation within a single piece of optical glass given by the difference between
the maximum and minimum values of the refractive index within the optical glass
Note 1 to entry: Interferometric inspection records only lateral relative refractive index changes within the
measured aperture accumulated over the glass thickness and with higher order than linear. For changes along
the sight axis and linear changes across the aperture it is insensitive. Such inspection is not fully in accordance
with the definition of optical homogeneity but suitable for almost all applications except for very thick or large
glass pieces.
3.17
striae
short spatial range variation of refractive index in glass with typical spatial extent from below one
millimetre up to several millimetres
3.18
inclusion
localized bulk material imperfections
EXAMPLE Bubbles, striae knots, small stones, sand and crystals.
3.19
bubble
gaseous void in the bulk optical material, of generally circular cross section
Note 1 to entry: Bubbles and solid inclusions are treated the same in assessing the quality of optical glass.
3.20
stress birefringence
birefringence caused by residual stresses within the glass, generally as a result of different cooling
histories of different partial volumes of a given piece of glass during the forming and/or annealing
process, and producing an optical path difference between the ordinary and extraordinary rays for
plane polarized light passing through the glass
Note 1 to entry: The optical path length difference is proportional to the magnitude of mechanical stress.
4 Tolerances
4.1 Principal refractive index
The preferred tolerance ranges for the principal refractive index (Grade denomination NP) are given in
Table 1.
4 © ISO 2018 – All rights reserved
Table 1 — Tolerances for principal refractive index
Grade Principal refractive index tolerance limits
−5
NP200 ±200 × 10
−5
NP100 ±100 × 10
−5
NP050 ±50 × 10
−5
NP030 ±30 × 10
−5
NP020 ±20 × 10
−5
NP010 ±10 × 10
4.2 Refractive index variation
Fine annealed raw glasses will be arranged in delivery lots based on the refractive index variation.
Therefore, the refractive index variation shall also be specified (Grade denomination NV). All parts of a
delivery lot shall meet the tolerances for refractive index given in Table 2.
Table 2 — Tolerances for refractive index variation within a delivery lot
Grade Refractive index variation tolerance limits
−5
NV30 ±30 × 10
−5
NV20 ±20 × 10
−5
NV10 ±10 × 10
−5
NV05 ±5 × 10
−5
NV02 ±2 × 10
4.3 Abbe number
The tolerances for the Abbe number (Grade denomination AN) are given in Table 3.
Table 3 — Tolerances for Abbe number
Grade Abbe number tolerance limits
AN8 ±0,8 %
AN5 ±0,5 %
AN3 ±0,3 %
AN2 ±0,2 %
AN1 ±0,1 %
Alternative indication of absolute Abbe number tolerance limits based on the grades of Table 3 is also
acceptable.
4.4 Spectral internal transmittance
Spectral internal transmittance data shall be reported for thicknesses of 10 mm, and optionally 3 mm,
5 mm or 25 mm thicknesses. The reference thickness shall be listed in the manufacturer's catalogue or
data sheet. The data shall be the typical spectral internal transmittance for a given glass type. It can be
the median value of several different melts. If the buyer's requirement for melt data or minimum values
for spectral internal transmittance are critical, the requirement shall be specified on the drawing or in
the purchase order.
4.5 UV cut-off edge and colour code
4.5.1 General
For the description of the UV transmittance cut-off edge the so-called colour code is used. Its advantage
is that it can be measured easily and cost-effectively. On the other hand, especially high index glass
types hardly reach the 80 % transmittance level because of their high reflection losses. Therefore, their
quality is not described very distinctly and adequately to their application as coated elements in any
case. The 5 % limit can lead to ambiguous results with glass types showing fluorescence in the UV-
region. Such problems can be avoided by use of the UV cut-off edge UVC 80/10.
4.5.2 UV cut-off edge
The UV cut-off edge lists the wavelengths λ and λ , in which the spectral internal transmittance
80 10
(excluding reflection losses) is 0,80 and 0,10 at 10 mm thickness. The reflection losses can be calculated
using catalogue refractive index data. A UVC 80/10 measurement result, for example, can be quoted as
332/303 indicating the internal transmittances of 80 % at λ = 332 nm and of 10 % at λ = 303 nm.
80 10
4.5.3 Colour code
The colour code lists the wavelengths λ and λ , at which the spectral transmittance (including
80 5
reflection losses) is 0,80 and 0,05 at 10 mm thickness in units of 10 nm. The values are rounded to 10 nm
and are written by eliminating the last digit. For example, colour code 33/30 indicates λ = 330 nm and
λ = 300 nm. For glass types with refractive index n higher than 1,84, the reflection losses prevent
5 d
transmission from exceeding 80 %. In this case the wavelength corresponding to 70 % is given instead.
This is indicated by an asterisk (*) for example as 42*/38.
4.6 Optical homogeneity
The refractive index homogeneity that is achievable from a given glass type depends on the volume and
the form of the individual glass pieces. Therefore, if it is necessary to specify the optical homogeneity
of the raw glass, then this should be done with respect to the final dimensions of the optical elements
to be manufactured out of the raw glass parts. In general the optical homogeneity values specified are
peak-to-valley values and contain all aberrations. In many cases it is acceptable to subtract certain
aberration terms that are of no importance or can easily be corrected (e.g. focal terms). This should be
specified in advance.
Table 4 gives the preferred homogeneity tolerances (Grade denomination NH). Lower homogeneity
grades are already covered by the variation tolerances.
Table 4 — Tolerances for the homogeneity of optical raw glass
Grade Homogeneity tolerance limits Generally applicable for
(peak-to-valley)
−6
NH100 100 × 10
common application sizes
−6
NH040 40 × 10
−6
NH010 10 × 10
partial volumes of the raw glass
−6
NH004 4 × 10
−6
NH002 2 × 10
partial volumes of the raw glass
−6 but not for all glass types
NH001 1 × 10
The minimum contingent aperture, for which the homogeneity tolerances shall be valid, should be
added in brackets as diameter in mm, e.g. (50 mm). For rectangular and square apertures, e.g. for use as
prisms, the edge lengths should be added in brackets, e.g. (30 mm × 50 mm) or (80 mm × 80 mm).
6 © ISO 2018 – All rights reserved
4.7 Striae
Striae tolerances of optical raw glasses are defined in terms of wavefront deviations.
Striae are generally detected by means of the shadowgraph method using comparison standards. The
wavefront deviation of the comparison standard is certified in advance using an interferometer set-up.
Table 5 gives the striae wavefront deviation tolerance limits (Grade denomination SW).
Table 5 — Striae wavefront deviation tolerances
Grade Traditional Striae wavefront deviation tolerance limit Generally applicable for
striae grades per 50 mm path length
nm
SW60 D ≤60
raw glass
SW30 C ≤30
SW15 B ≤15
partial volumes of the raw glass
SW10 A ≤10
NOTE The traditional striae grades are not simply synonyms for the SW grades. The traditional striae grades apply to
an entire piece of glass of any size. They are equivalent to the SW grades only when the path length through the piece is
exactly 50 mm.
Striae are highly directionally dependent. If striae are perceived during a test, they are usually no
longer detectable if inspected in a direction perpendicular to the original test direction.
Striae in optical raw glasses are in general band-like, therefore the striae wavefront deviation is
dependent on the sampling thickness to a certain extent. In general the raw glass parts are inspected
through the total thickness. The thickness of the finished parts is in most cases only a fraction of the
initial thickness, therefore the striae wavefront deviation will also be much lower. A reference thickness
of 50 mm is therefore introduced to specify striae quality of general purpose raw glass.
For extremely low striae content glass pieces, it is necessary to know the optical path length and
direction for the final application in order to perform adequate inspection.
In exceptional cases striae inspection can be performed for multiple orthogonal directions.
This shall be indicated by appending ⊥ 2 for two orthogonal directions or ⊥ 3 for three orthogonal
directions.
4.8 Bubbles and inclusions
Inclusions in glass, such as stones or crystals are treated as bubbles of equivalent cross sectional area.
The characterization of the bubble content of a glass is performed by reporting the total cross section
2 3
in mm of a 100 cm glass volume, calculated as the sum of the detected cross sections of bubbles.
Additionally, the maximum permissible number per 100 cm and the size-dependent diameter of
bubbles are defined for each cross section. The evaluation includes all bubbles and inclusions with
dimensions ≥0,03 mm equivalent diameter.
Standard permissible quantities of bubbles and inclusions in raw optical glass are given in Table 6
(Grade denomination IC for inclusion cross section and IN for inclusion number). The rows of the table
define different bubble and inclusion quality grades of optical glass combining the maximum permitted
cross section and number per glass volume. It is acceptable to specify any combination of cross section
and number per volume.
Bubbles and inclusions can be distributed. Instead of one bubble or inclusion with a prescribed size, a
larger number of bubbles or inclusions of smaller dimensions is permissible.
The inclusion quality will be assessed by visual inspection. In critical cases measurements will be
performed.
Table 6 — Permissible bubbles and inclusions within optical raw glass
(any combinations are possible)
Maximum permissible cross section
of any bubbles and inclusions
Maximum allowable number
Grade Grade
in a given glass volume
per 100 cm
2 3
mm per 100 cm
IC50 0,5 IN140 140
IC25 0,25 IN070 70
IC10 0,1 IN030 30
IC03 0,03 IN010 10
4.9 Stress birefringence
The size and distribution of permanent internal stresses in glasses depend on the annealing conditions
(e.g. annealing rate and temperature distribution around the glass being annealed), the glass type and
the dimensions. The stresses cause birefringence that is dependent on the glass type.
Stress birefringence is measured as optical path length difference using the de Sénarmont and Friedel
method and is stated in nanometres per centimetre based on the test thickness. A detailed description
of the measurement method is given in ISO 11455.
The preferred tolerance limits (Grade denomination SB) are given in Ta
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 12123
Troisième édition
2018-12
Optique et photonique — Spécification
d'un verre d'optique brut
Optics and photonics — Specification of raw optical glass
Numéro de référence
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ISO 2018
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Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Tolérances . 5
4.1 Indice de réfraction principal . 5
4.2 Variation d'indice de réfraction . 5
4.3 Nombre d'Abbe . 5
4.4 Facteur de transmission interne spectral . 6
4.5 Bord de coupure UV et code couleur . 6
4.5.1 Généralités . 6
4.5.2 Bord de coupure UV . 6
4.5.3 Code couleur . 6
4.6 Homogénéité optique . 6
4.7 Stries . 7
4.8 Bulles et inclusions . 8
4.9 Biréfringence induite par les contraintes . 8
5 Écart de la dispersion partielle relative par rapport à la raie normale – Définition
des raies normales . 9
6 Indications pour commander des pièces de verre brut .11
Annexe A (informative) Recommandation pour la spécification d'un verre d'optique brut
pour une spécification donnée d'élément optique .13
Bibliographie .22
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 attirée 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 nature volontaire des normes, 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’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/iso/fr/avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 172, Optique et photonique, sous-
comité SC 3, Matériaux et composants optiques.
Cette troisième édition annule et remplace la seconde édition (ISO 12123:2010), qui a fait l'objet d'une
révision technique.
Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:
a) la définition de la dispersion partielle relative et de son écart par rapport à la raie normale ainsi
que la définition du facteur de transmission interne ont été ajoutées;
b) les abréviations des classes pour toutes les tolérances de l'Article 4 ont été ajoutées;
c) toutes les abréviations ont été écrites avec deux lettres majuscules en rapport avec les
dénominations des caractéristiques;
d) en 4.6, une indication de l'ouverture minimale requise a été ajoutée;
e) en 4.7, une indication de stries pour deux et trois directions de contrôle perpendiculaires a été
ajoutée;
f) pour la dispersion partielle et son écart par rapport à la raie normale, ce qui suit a été ajouté:
données de dispersion pour le verre crown et le verre flint standard pour un environnement
normal, formule générale des raies normales pour les dispersions partielles relatives pour toute
paire de longueurs d'onde, exemples de six paires de raies spécifiques dans l'Article 5 et méthode
de calcul et données pour le calcul des données de dispersion à des températures autres que 20 °C
(voir A.3);
iv © ISO 2018 – Tous droits réservés
g) dans l’Article 6, Exemple 1 de spécification d'un verre d’optique brut avec classes de tolérances a
été introduit et étendu par l'ajout d'un deuxième cas;
h) dans l’Article 6, l’Exemple 2 a été ajouté et illustre la spécification de lentille de l'élément jusqu'à la
pièce pressée et à la spécification du verre brut;
i) les tableaux ont été renumérotés.
Il convient d’envoyer toutes remarques ou questions sur le présent document à l’organisme national de
normalisation de l’utilisateur. Une liste complète de ces organismes peut être trouvé à l’adresse www
.iso .org/members .html.
Introduction
Le verre d'optique brut se présente sous forme de verre en bande, de verre en bloc pour pièces pressées
ou de grandes pièces moulées. Ses caractéristiques sont largement similaires à celles d'éléments
optiques tels que les lentilles et les prismes. Toutefois, les limites de tolérance et leur applicabilité ne
sont pas les mêmes. Cela vient du fait qu'en règle générale, les formes de livraison du verre d'optique
brut ont des dimensions beaucoup plus grandes que les éléments optiques qui seront fabriqués à partir
de ces formes. Une bande de verre de 280 mm de longueur, 160 mm de largeur et 40 mm d'épaisseur
permet de fabriquer des centaines de petites lentilles. Le simple transfert des exigences relatives
au verre d'une seule lentille à la totalité de la bande prêtera à confusion ou à une sur-spécification
importante. L'absence totale de bulles et d'inclusions requise dans une lentille ne peut pas signifier
la même exigence pour la bande. L'extension de l'exigence d'une homogénéité élevée pour une petite
lentille à la totalité de la bande sans la limiter au diamètre de lentille prévu aboutira à une tolérance
inutilement étroite. Elle est même préjudiciable car elle engendrera des coûts élevés inutiles, voire
même une incapacité du fabricant de verres à livrer le matériau requis.
L'indice de réfraction absolu et le nombre d'Abbe en tant que mesure de la dispersion s'appliquent aux
formes de verre d'optique brut ainsi qu'aux éléments optiques fabriqués à partir de ces formes. Deux
variations de l'indice de réfraction doivent être clairement distinguées: la première est la variation
entre les différentes pièces d'un lot de livraison commun et la deuxième est la variation limitée dans une
seule pièce, qui est appelée homogénéité optique. La variation dans un lot de livraison est une tolérance
symétrique, avec comme référence la valeur de l'indice de réfraction indiquée dans le certificat d'essai.
L'homogénéité optique n'est pas associée à une telle valeur de référence pouvant être déterminée dans
la pratique. Elle est donnée sous forme d'une tolérance d'étendue (de crête à creux).
Se référer aux dimensions des éléments optiques devant être fabriqués à partir des éléments de verre
brut facilitera les offres et la livraison. Cela est particulièrement vrai pour toutes les caractéristiques
d'homogénéité (variation d'indice de réfraction = homogénéité optique, variation d'indice de réfraction
de courte portée = stries, contiguïté des matériaux = bulles et inclusions et homogénéité de polarisation
de l'indice de réfraction = biréfringence induite). En général les tolérances d'homogénéité augmentent
fortement les exigences de qualité.
Le présent document introduit des dénominations de classes pour des limites de tolérance pour
les principales propriétés du verre d'optique brut. Les caractéristiques « code couleur » et « bord de
coupure UV » sont des possibilités différentes de décrire la position et la pente du bord de coupure de la
transmission des UV des verres optiques.
De plus le présent document introduit des définitions, des formules de référence et les données
nécessaires pour calculer l'écart de la dispersion partielle relative par rapport à la raie normale.
Cette grandeur sert à évaluer l'adéquation des verres optiques pour une correction de l'aberration
chromatique au-delà de la correction achromatique de seulement deux couleurs. L'élément clé est la
définition de deux courbes de dispersion de référence, une pour le verre crown standard et l'autre pour
le verre flint standard. En se basant sur ces courbes, il est possible de calculer les paramètres de la raie
normale pour des dispersions partielles de deux longueurs d'onde quelconques comprises entre 365 nm
et 1 014 nm. Pour soutenir l'objectif principal qui est d'améliorer la comparaison des types de verre
provenant de différents fournisseurs, des exemples de raies normales sont données pour six paires de
longueurs d'onde couvrant le domaine spectral spécifié ci-dessus. Les données de dispersion des types
de verre de référence sont valides pour une température de 20 °C. L'annexe contient la méthode de
calcul des données de dispersion pour des températures différentes de 20 °C.
L'annexe du document donne des explications et des recommandations pour appliquer le document de
manière à éviter une sur-spécification et ses conséquences défavorables.
Le présent document a été élaboré conjointement à la préparation de l’ISO 10110-18, qui fournit une
notation pour les tolérances de matériau des éléments optiques finis.
vi © ISO 2018 – Tous droits réservés
NORME INTERNATIONALE ISO 12123:2018(F)
Optique et photonique — Spécification d'un verre
d'optique brut
1 Domaine d'application
Le présent document fixe les règles de spécification d'un verre d'optique brut. Il vient en complément de
la série ISO 10110, qui fixe les règles spécifiant des éléments optiques finis. Étant donné que la forme et
les dimensions du verre d'optique brut peuvent être assez différentes de celles des éléments optiques, la
spécification d'un verre d'optique brut diffère également de celle des éléments optiques.
Le présent document fournit des lignes directrices pour les caractéristiques essentielles de spécification
d'un verre d'optique brut afin d'améliorer la communication entre les fournisseurs de verre et les
fabricants d'éléments optiques. Pour des applications spécifiques (par exemple les lasers ou le domaine
spectral infrarouge), les spécifications basées sur le présent document ont besoin d’être complétées.
Bien que l'intention du présent document soit de traiter des besoins spécifiques du verre d'optique
brut, de nombreux paramètres et caractéristiques sont communs à d'autres matériaux optiques qui ne
sont pas nécessairement du verre. Bien que le présent document peut être utilisé pour des matériaux
autres que le verre, l'utilisateur est informé que seul le verre optique a été pris en considération lors de
l'élaboration du présent document et que d'autres matériaux peuvent soulever des problèmes qui n'ont
pas été pris en compte.
NOTE L'Annexe A donne des informations supplémentaires sur la manière de traduire les spécifications
d'éléments optiques en spécifications de verre d'optique brut.
2 Références normatives
Il n’y a pas de référence normative dans le présent document.
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse https: //www .electropedia .org/
3.1
indice de réfraction
n
rapport de la vitesse des ondes électromagnétiques à une longueur d'onde spécifique dans le vide à la
vitesse des ondes dans le milieu
Note 1 à l'article: Voir l’ISO 7944.
Note 2 à l'article: Pour des raisons pratiques, le présent document se rapporte à l'indice de réfraction dans l'air.
3.2
indice de réfraction principal
indice de réfraction dans la partie médiane du spectre visible, couramment utilisé pour caractériser un
verre optique
Note 1 à l'article: Cet indice de réfraction principal est souvent désigné par n , qui est l'indice de réfraction à la
d
longueur d'onde 587,56 nm, ou par n , qui est l'indice de réfraction à la longueur d'onde 546,07 nm.
e
Note 2 à l'article: Les valeurs spécifiques pour différents types de verre se rapportent à des conditions
[1]
environnementales normalisées (20 °C et 1 013 hPa conformément à l'ISO 1 ). Pour toutes les autres
températures et pressions, la température et la pression spécifiques considérées doivent être indiquées.
3.3
variation d'indice de réfraction
différence maximale d'indice de réfraction entre des échantillons de verres optiques
3.4
dispersion
mesure de la variation d'indice de réfraction en fonction de la longueur d'onde
3.5
dispersion partielle
différence d'indice de réfraction, n – n , entre deux longueurs d'onde, λ et λ
λ1 λ2 1 2
EXEMPLE n − n ; n ′ − n ′
F C F C
n et n sont les indices de réfraction aux longueurs d'onde 486,13 nm et 656,27 nm;
F C
et n ’ et n ’ sont les indices de réfraction aux longueurs d'onde 479,99 nm et 643,85 nm.
F C
n – n servant fréquemment de référence, on l'appelle souvent dispersion partielle principale.
F C
3.6
dispersion partielle relative
différence d'indice de réfraction, n – n , entre deux longueurs d'onde, λ et λ , rapportée à une autre
λ1 λ2 1 2
dispersion partielle, n – n , entre deux autres longueurs d'onde, λ et λ
λ3 λ4 3 4
P = (n – n ) / (n – n )
λ1,λ2,λ3,λ4 λ1 λ2 λ3 λ4
EXEMPLE P = (n – n ) / (n – n ) = P
g,F,F,C g F F C g,F
n est l'indice de réfraction à la longueur d'onde 435,83 nm.
g
S'il est rapporté à la dispersion partielle principale n – n , les indices pour λ et λ sont
F C 1 2
généralement omis.
3.7
nombre d'Abbe
caractérisation la plus courante de la dispersion des verres optiques
EXEMPLE 1 Pour la raie d, le nombre d'Abbe est défini par
n −1
()
d
v =
d
nn−
()
FC
où
n est l'indice de réfraction à la longueur d'onde 486,13 nm;
F
n est l'indice de réfraction à la longueur d'onde 656,27 nm.
C
EXEMPLE 2 Pour la raie e, le nombre d'Abbe est défini par
2 © ISO 2018 – Tous droits réservés
n −1
()
e
v =
e
nn−
()
′′
FC
où
n est l'indice de réfraction à la longueur d'onde 479,99 nm;
F'
n est l'indice de réfraction à la longueur d'onde 643,85 nm.
C'
3.8
type de verre
désignation alphabétique/numérique utilisée dans le catalogue du fabricant pour désigner ou
caractériser les verres proposés
Note 1 à l'article: Une désignation alphanumérique est laissée au choix du fabricant et est généralement une
marque commerciale exclusive, qui est donc indéterminée. Par exemple, un verre crown borosilicate est désigné
N-BK par un fabricant, mais S-BSL et BSC par d'autres.
Note 2 à l'article: Une autre manière de spécifier un type de verre est le code verre. C’est un nombre à six chiffres
qui se rapporte à la position optique des types de verre individuels. Les trois premiers chiffres se rapportent à
l'indice de réfraction, n , et les trois derniers chiffres au nombre d'Abbe, v . Pour N-BK7 par exemple c’est 517642.
d d
Néanmoins, ce code verre ne désigne pas un type de verre de façon univoque. Le même code verre peut être
valable pour des types de verre ayant des compositions chimiques très différentes et, par conséquent, d'autres
propriétés peuvent aussi différer de manière très significative.
3.9
écart de dispersion partielle relative
distance spécifique au type de verre de la dispersion partielle relative P (type de verre) par rapport
λ1,λ2
à celle de la raie normale P (raie normale)
λ1,λ2
ΔP (glass type) = P (glass type) − P (raie normale)
λ1,λ2 λ1,λ2 λ1,λ2
ΔP (glass type) = P (glass type) − (a + b · v )
λ1,λ2 λ1,λ2 λ1,λ2 λ1,λ2 d
Les paramètres de raie a et b définissent la raie normale
λ1, λ2 λ1, λ2
ΔP (raie normale) = a + b · v
λ1,λ2 λ1,λ2 λ1,λ2 d
pour chaque dispersion partielle.
Note 1 à l'article: Ils sont calculés sur la base des combinaisons dispersion partielle/nombre d'Abbe d'un verre
standard de type crown et d'un verre standard de type flint.
Note 2 à l'article: L'écart de la dispersion partielle relative est une mesure de l'adéquation du type de verre pour
la correction d'aberrations chromatiques en imagerie.
3.10
facteur de transmission
rapport du flux énergétique transmis au flux énergétique incident d'un faisceau monochromatique
collimaté qui traverse, à une incidence normale, une lame polie à faces parallèles
3.11
facteur de transmission spectral
mesure de la variation du facteur de transmission en fonction de la longueur d'onde
3.12
facteur de transmission interne
rapport du flux énergétique transmis au flux énergétique incident d'un faisceau collimaté qui traverse, à
une incidence normale, une lame polie à faces parallèles, à l'exclusion des pertes par réflexion au niveau
des surfaces
3.13
facteur de transmission interne spectral
mesure de la variation de la transmission interne avec longueur d'onde
3.14
bord de coupure UV
UVC 80/10
position et la pente du bord de coupure de la transmission dans la plage des longueurs d'onde courtes et
donné par des longueurs d'ondes à facteur de transmission interne de 80 % et 10 %
3.15
code couleur
CC
position et pente du bord de coupure de la transmission dans la plage des courtes longueurs d'onde,
donné par les longueurs d'ondes à un facteur de transmission de 80 % et 5 %, y compris les pertes par
réflexion
3.16
homogénéité optique
variation progressive d'indice de réfraction dans une seule pièce de verre optique, donnée par la
différence entre les valeurs maximale et minimale d'indice de réfraction dans le verre optique
Note 1 à l'article: Le contrôle par interférométrie enregistre uniquement les variations latérales d'indice de
réfraction relatif dans l'ouverture mesurée, cumulées sur l'épaisseur du verre et avec un ordre supérieur au
linéaire. Ils sont insensibles aux variations le long de la ligne de visée et aux changements linéaires à travers
l'ouverture. Un tel contrôle n'est pas totalement en accord avec la définition de l'homogénéité optique, mais
approprié pour presque toutes les applications, à l'exception des pièces de verre très épaisses ou larges.
3.17
stries
variation de courte plage spatiale d'indice de réfraction dans le verre, avec une étendue spatiale
caractéristique de moins de un millimètre à plusieurs millimètres
3.18
inclusion
imperfections localisées d'un matériau sous forme de blocEXEMPLE Bulles, stries, larmes, petites
pierres, sable et cristaux.
3.19
bulle
cavité remplie de gaz, de section transversale généralement circulaire, dans le matériau optique sous
forme de bloc
Note 1 à l'article: Les bulles et les inclusions solides sont traitées de la même manière lors de l'évaluation de la
qualité d'un verre optique.
3.20
biréfringence induite par les contraintes
biréfringence causée par les contraintes résiduelles dans le verre, résultant généralement de différents
historiques de refroidissement de différents volumes partiels d'une pièce de verre donnée pendant le
procédé de formage et/ou de recuit, et produisant une différence de longueur de trajet optique entre les
rayons ordinaires et extraordinaires pour une lumière polarisée dans un plan traversant le verre
Note 1 à l'article: La différence de longueur de trajet optique est proportionnelle à l'intensité des contraintes
mécaniques.
4 © ISO 2018 – Tous droits réservés
4 Tolérances
4.1 Indice de réfraction principal
Les plages de tolérance préférées pour l'indice de réfraction principal (dénomination de classe RI) sont
indiquées dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Tolérances relatives à l'indice de réfraction principal
Classe Limites de tolérance relatives à l'indice de réfrac-
tion principal
−5
NP200 ±200 × 10
−5
NP100 ±100 × 10
−5
NP050 ±50 × 10
−5
NP030 ±30 × 10
−5
NP020 ±20 × 10
−5
NP010 ±10 × 10
4.2 Variation d'indice de réfraction
Les verres bruts fins recuits seront organisés en lots de livraison en se basant sur la variation
d'indice de réfraction. Par conséquent, la variation d'indice de réfraction doit également être spécifiée
(dénomination de classe RV). Toutes les pièces d'un lot de livraison doivent satisfaire aux tolérances
relatives à l'indice de réfraction indiquées dans le Tableau 2.
Tableau 2 — Tolérances relatives à la variation d'indice de réfraction dans un lot de livraison
Classe Limites de tolérance relatives à la variation
d'indice de réfraction
−5
NV30 ±30 × 10
−5
NV20 ±20 × 10
−5
NV10 ±10 × 10
−5
NV05 ±5 × 10
−5
NV02 ±2 × 10
4.3 Nombre d'Abbe
Les tolérances relatives au nombre d'Abbe (dénomination de classe AN) sont indiquées dans le Tableau 3.
Tableau 3 — Tolérances relatives au nombre d'Abbe
Classe Limites de tolérance relatives au nombre d'Abbe
AN8 ±0,8 %
AN5 ±0,5 %
AN3 ±0,3 %
AN2 ±0,2 %
AN1 ±0,1 %
Une autre indication des limites de tolérance absolues relatives au nombre d'Abbe fondée sur les classes
du Tableau 3 est également acceptable.
4.4 Facteur de transmission interne spectral
Les données relatives au facteur de transmission interne spectral doivent être rapportées pour des
épaisseurs de 10 mm, et éventuellement pour des épaisseurs de 3 mm, de 5 mm ou de 25 mm. L'épaisseur
de référence doit être indiquée dans le catalogue ou la fiche technique du fabricant. Les données doivent
être le facteur de transmission interne spectral caractéristique pour un type de verre donné. Il peut
s'agir de la valeur moyenne de plusieurs fontes différentes. Si les exigences de l'acheteur relatives aux
données de fonte ou aux valeurs minimales du facteur de transmission interne spectral sont critiques,
elles doivent être spécifiées sur le dessin ou dans le bon de commande.
4.5 Bord de coupure UV et code couleur
4.5.1 Généralités
Pour la description du bord de coupure de la transmission des UV, le code couleur est utilisé. Il
offre l'avantage de pouvoir être mesuré facilement et à moindre frais. Par contre, les types de verre
présentant un indice particulièrement élevé atteignent difficilement le niveau de transmission de 80 %
en raison de leurs pertes élevées par réflexion. La description de leur qualité en tant qu'éléments à
couche, dans tous les cas, n'est donc pas très nette ni adaptée à leur application. La limite de 5 % peut
conduire à des résultats ambigus pour les types de verre présentant une fluorescence dans le domaine
UV. De tels problèmes peuvent être évités en utilisant le bord de coupure UV UVC 80/10.
4.5.2 Bord de coupure UV
Le bord de coupure UV indique les longueurs d'onde λ et λ , auxquelles le facteur de transmission
80 10
interne spectral (à l'exclusion des pertes par réflexion) est égal à 0,80 et 0,10 pour une épaisseur de
10 mm. Les pertes par réflexion peuvent être calculées en utilisant les valeurs d'indice de réfraction
indiquées dans le catalogue. Le résultat d'une mesure UVC 80/10 peut, par exemple, être donné sous
la forme 332/303, indiquant que le facteur de transmission interne est égal à 80 % à λ = 332 nm et
à 10 % à λ = 303 nm.
4.5.3 Code couleur
Le code couleur indique les longueurs d'onde λ et λ , auxquelles le facteur de transmission spectral
80 5
(en incluant les pertes par réflexion) est égal à 0,80 et 0,05 pour une épaisseur de 10 mm en unités de
10 nm. Les valeurs sont arrondies à 10 nm et rapportées en supprimant le dernier chiffre. Par exemple,
le code couleur 33/30 signifie que λ = 330 nm et λ = 300 nm. Pour des types de verre ayant un indice
80 5
de réfraction n supérieur à 1,84, les pertes par réflexion empêchent la transmission de dépasser 80 %.
d
Dans ce cas, la longueur d'onde correspondant à 70 % est donnée à la place. Ceci est indiqué par un
astérisque (*), par exemple 42*/38.
4.6 Homogénéité optique
L'homogénéité d'indice de réfraction pouvant être obtenue avec un type de verre donné dépend du
volume et de la forme des pièces de verre individuelles. Par conséquent, s'il est nécessaire de spécifier
l'homogénéité optique du verre brut, il convient de le faire par rapport aux dimensions finales des
éléments optiques à fabriquer à partir des pièces de verre brut. En général, les valeurs d'homogénéité
optique spécifiées sont des valeurs de crête à creux et elles englobent toutes les aberrations. Dans bien
des cas, il est acceptable de soustraire certains termes d'aberration sans importance ou qui peuvent être
facilement corrigés (par exemple les termes relatifs au foyer). Il convient de le spécifier préalablement.
Le Tableau 4 indique les tolérances d'homogénéité recommandées (dénomination de classe NH). Les
classes d'homogénéité inférieures sont déjà couvertes par les tolérances de variation.
6 © ISO 2018 – Tous droits réservés
Tableau 4 — Tolérances relatives à l'homogénéité d'un verre d'optique brut
Classe Limites de tolérance d'homogé- Généralement applicable pour
néité
(crête à creux)
−6
NH100 100 × 10
dimensions d'applications courantes
−6
NH040 40 × 10
−6
NH010 10 × 10
volumes partiels du verre brut
−6
NH004 4 × 10
−6
NH002 2 × 10
volumes partiels du verre brut,
−6 mais pas pour tous les types de verre
NH001 1 × 10
Il convient que l'ouverture minimale conditionnelle, pour laquelle les tolérances d'homogénéité
doivent être valables, soient ajoutées entre parenthèses sous forme de diamètre en mm, par exemple
(50 mm). Pour des ouvertures rectangulaires et carrées, par exemple pour une utilisation en tant que
prismes, il convient d'ajouter les longueurs d'arête entre parenthèses, par exemple (30 mm × 50 mm) ou
(80 mm × 80 mm).
4.7 Stries
Les tolérances relatives aux stries des verres d'optique bruts sont définies en écarts de front d'onde.
Les stries sont généralement détectées par ombroscopie en utilisant des étalons comparatifs. L'écart du
front d'onde de l'étalon comparatif est préalablement certifié en utilisant un montage interférométrique.
Le Tableau 5 donne les limites de tolérance relatives à l'écart de front d'onde des stries (dénomination
de classe SW).
Tableau 5 — Tolérances sur l'écart de front d'onde des stries
Classe Classes de stries Limite de tolérance relative à l'écart de front Généralement appli-
traditionnelles d'onde des stries pour une longueur de trajet cable pour
de 50 mm
(nm)
SW60 D ≤60
verre brut
SW30 C ≤30
SW15 B ≤15
volumes partiels du
verre brut
SW10 A ≤10
NOTE Les classes de strie traditionnelles ne sont pas seulement synonymes de classes SW. Les classes de strie
traditionnelles s'appliquent à une pièce entière de verre de taille quelconque. Elles sont équivalentes aux classes SW
seulement lorsque la longueur de trajet à travers la pièce est exactement de 50 mm.
Les stries dépendent fortement de la direction. Si des stries sont détectées au cours d'un essai, elles ne
sont généralement plus détectables lorsqu'elles sont observées dans une direction perpendiculaire à la
direction initiale d'essai.
Dans les verres d'optique bruts, les stries ont généralement la forme de bandes. Par conséquent, l'écart
de front d'onde des stries dépend dans une certaine mesure de l'épaisseur de l'échantillon. En général,
les pièces de verre brut sont inspectées sur toute leur épaisseur. L'épaisseur des pièces finies n'est, dans
la plupart des cas, qu'une fraction de l'épaisseur initiale; par conséquent, l'écart de front d'onde des
stries sera aussi beaucoup plus faible. Une épaisseur de référence de 50 mm est donc introduite pour
spécifier la qualité des stries dans un verre brut d'usage général.
Pour des pièces de verre contenant des stries extrêmement réduites, il est nécessaire de connaître la
longueur et la direction du trajet optique de l'application finale pour effectuer un contrôle adéquat.
Dans des cas exceptionnels, le contrôle des stries peut être effectué dans plusieurs directions
orthogonales.
Cela doit être indiqué en ajoutant ⊥ 2 pour deux directions orthogonales ou ⊥ 3 pour trois directions
orthogonales.
4.8 Bulles et inclusions
Les inclusions dans le verre, telles que les pierres ou les cristaux, sont traitées comme des bulles de
surface équivalente.
La caractérisation de la teneur en bulles d'un verre est effectuée en indiquant la section transversale
2 3
totale en mm d'un volume de verre de 100 cm , calculée par la somme des sections transversales
détectées des bulles. De plus, le nombre maximal admissible de bulles par 100 cm et le diamètre des
bulles en fonction de la taille sont définis pour chaque section transversale. L'évaluation inclut toutes
les bulles et inclusions de dimensions ≥0,03 mm en diamètre équivalent.
La quantité admissible de bulles et d'inclusions dans un verre d'optique brut est indiquée dans le
Tableau 6 (dénomination de classe IC pour la section transversale des inclusions et IN pour le nombre
d'inclusions). Les rangées du tableau définissent différentes classes de qualité de bulles et d'inclusions
dans un verre optique combinant la section transversale maximale admise et le nombre par volume de
verre. Il est acceptable de spécifier toute combinaison de classes de section transversale et de nombre
par volume.
Les bulles et les inclusions peuvent être distribuées. Au lieu d'une seule bulle ou inclusion d'une dimension
prescrite, un plus grand nombre de bulles ou d'inclusions de plus faibles dimensions est admis.
La qualité d'une inclusion sera évaluée par un contrôle visuel. Dans les cas critiques, des mesurages
seront effectués.
Tableau 6 — Bulles et inclusions admissibles dans un verre d'optique brut
(toutes les combinaisons sont possibles)
Section transversale maximale admis-
sible de bulles et d'inclusions
Nombre maximal admissible
Classe Classe
dans un volume de verre donné
par 100 cm
2 3
mm par 100 cm
IC50 0,5 IN140 140
IC25 0,25 IN070 70
IC10 0,1 IN030 30
IC03 0,03 IN010 10
4.9 Biréfringence induite par les contraintes
L'intensité et la distribution des contraintes internes permanentes dans les verres dépendent des
conditions de recuit (par exemple vitesse de recuit et distribution des températures autour du verre
recuit), du type de verre et des dimensions. Les contraintes engendrent une biréfringence qui dépend
du type de verre.
La biréfringence induite par les contraintes est mesurée par une différence de longueur de trajet optique
en utilisant la méthode de Sénarmont et Friedel; elle est exprimée en nanomètres par centimètre en
se basant sur l'épaisseur d'essai. Une description détaillée de la méthode de mesure est donnée dans
l'ISO 11455.
Les limites de tolérance préférées (dénomination de classe SB) sont indiquées dans le Tableau 7.
La biréfringence induite par les contraintes dans des pièces de verre d'optique brut est, dans la plupart
des cas, plus élevée que dans le produit final.
Dans un verre brut destiné à être traité à chaud, des contraintes plus élevées sont admises tant qu'elles
ne limitent pas le traitement mécanique.
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Tableau 7 — Limites de tolérance préférées relatives à la biréfringence induite par les
contraintes dans un verre d'optique brut
Classe Limites de tolérance préférées relatives à la Généralement applicable pour
biréfringence induite par les contraintes
nm/cm
— ≥20
SB20 <20
SB12 ≤12 verre brut
SB06 ≤6
SB04 ≤4
SB02 ≤2 pièces découpées dans le verre brut
5 Écart de la dispersion partielle relative par rapport à la raie normale –
Définition des raies normales
Calculer les écarts de la dispersion partielle relative par rapport à la raie normale pour un type de verre
donné exige des raies normales standards définies par des valeurs d'indice de réfraction de deux types
de verre, d'un verre standard de type crown et d'un verre standard de type flint. La référence pour des
raies normales pour toute dispersion partielle relative P avec des combinaisons de longueurs d'onde
λ1,λ2
dans la plage 365 nm (raie i) < λ , λ < 1 014 nm (raie t) doit être déterminée à partir des courbes de
1 2
dispersion de type Sellmeier de deux types de verre standard de type crown et standard de type flint:
2 2 2
2
B λ B λ B λ
1 2 3
n λ = + + +1
()
2 2 2
λ −C λ −C λ −C
1 2 3
où
n est l'indice de réfraction;
λ est la longueur d'onde, en µm;
B , B , B et C , C , C sont les constantes spécifiques pour les types de verre.
1 2 3 1 2 3
Le Tableau 8 fournit les constantes Sellmeier nominales pour le verre standard de type crown et de type
flint pour calculer des valeurs d'indice de réfraction dans la longueur d'onde de 0,365 µm à 1,014 µm.
De plus il fournit une liste de valeurs données à titre d'exemple pour des lignes spectrales, des nombres
d'Abbe et des dispersions partielles sélectionnés utilisés fréquemment.
Tableau 8 — Données des verres optiques servant de référence
pour la définition des raies normales
Longueur d'onde
Verre crown standard Verre flint standard
µm
B 1,127 355 50E+00 1,345 333 59E+00
B 1,244 123 03E-01 2,090 731 76E-01
B 8,271 005 31E-01 9,373 571 62E-01
C 7,203 417 07E-03 9,977 438 71E-03
C 2,698 359 16E-02 4,704 507 67E-02
C 1,003 845 88E+02 1,118 867 64E+02
n 0,587 562 1 1,511 120 9 1,620 040 1
d
n − n 0,008 461 6 0,017 050 1
F C
ν 60,405 36,366
d
Tableau 8 (suite)
Longueur d'onde
Verre crown standard Verre flint standard
µm
n 0,546 075 0 1,513 138 7 1,624 080 3
e
ν 60,151 36,108
e
n 0,365 015 8 1,531 893 5 1,666 225 1
i
n 0,404 656 5 1,525 397 2 1,650 637 8
h
n 0,435 833 5 1,521 590 3 1,642 018 1
g
n 0,479 991 2 1,517 483 1 1,633 100 7
F′
n 0,486 133 3 1,517 002 2 1,632 081 4
F
n 0,546 075 0 1,513 138 7 1,624 080 3
e
n 0,587 562 1 1,511 120 9 1,620 040 1
d
n 0,643 847 0 1,508 952 2 1,615 817 1
C′
n 0,656 279 0 1,508 540 6 1,615 031 3
C
n 0,706 519 0 1,507 067 0 1,612 265 5
r
n 0,768 193 2 1,505 579 5 1,609 560 6
A′
n 0,852 113 2 1,503 941 4 1,606 708 7
s
n 1,013 975 0 1,501 504 7 1,602 785 8
t
P 1,217 66 1,419 76
i,g
P 0,542 23 0,582 80
g,F
P 0,456 59 0,469 27
F,e
P 0,543 41 0,530 73
e,C
P 0,543 54 0,488 13
C,s
P 0,831 51 0,718 21
C,t
Toutes les valeurs d'indice de réfraction, nombres d'Abbe et dispersions partielles du Tableau 8
résultent des paramètres B à C utilisés dans l'équation de dispersion de Sellmeier donnée ci-dessus.
1 3
Les longueurs d'onde (Source: Voir Référence [9] dans la Bibliographie) sont arrondies à 7 chiffres. Les
valeurs d'indice de réfraction et de dispersion sont données avec une précision suffisante pour éviter
les erreurs d'arrondi. Elles sont valables pour une température de 20 °C et une pression atmosphérique
de 1 013,25 hPa.
Ces courbes de dispersion de référence permettent de calculer les raies normales pour les dispersions
partielles relatives pour toute paire de longueurs d'onde λ , λ conformément à la formule générale:
1 2
nn−
λλ
ΔP = −−ab ⋅ν
()
λλ,,λλ λλ, d
21 21 21
nn−
FC
avec les paramètres de raie spécifiques pour la paire a et b .
λ2,λ1 λ2,λ1
EXEMPLE 1 Les raies normales pour des dispersions partielles relatives P , P , P , P , P and P dans
i,g g,F F,e e,C C,s C,t
des conditions environnementales normales de 20 °C et 1 013,25 hPa sont:
nn−
ig
ΔP = −−1,725 80,008 441⋅ν
()
i,g d
nn−
FC
nn−
gF
ΔP = −−0,644 20,001 692⋅ν
()
g,F d
nn−
FC
nn−
Fe
ΔP = −−0,488 50,000 533⋅ν
()
F,e d
nn−
FC
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nn−
eC
ΔP = −+()0,511 50,000 533⋅ν
e,C d
nn−
FC
nn−
Cs
ΔP = −+()0,404 40,002 289⋅ν
C,s d
nn−
FC
nn−
Ct
ΔP = −+()0,547 00,004 681⋅ν
C,t d
nn−
FC
EXEMPLE 2 Pour référence le Tableau 9 fournit une liste de valeurs données à titre d'exemple en utilisant les
formules pour ΔP et ΔP .
g,F C,s
Tableau 9 — Résultats de calcul pour des types de verre sélectionnés
Code n n n n n
g F d C s
804465 1,825 946 1,816 296 1,804 200 1,799 002 1,790 011
607568 1,620 697 1,614 834 1,607 379 1,604 144 1,598 494
497816 1,504 504 1,501 229 1,497 000 1,495 139 1,491 840
Code ν P ΔP P ΔP
d g,F g,F C,s C,s
804465 46,501 7 0,557 97 −0,007 74 0,519 92 0,008 44
607568 56,815 0 0,548 39 0,000 09 0,528 54 −0,006 72
497816 81,608 7 0,537 66 0,031 22 0,541 70 −0,050 71
NOTE Les exemples sont calculés à l'aide des formules données ci-dessus.
Pour calculer les raies normales pour des températures différentes de 20 °C, voir A.3.
6 Indications pour commander des pièces de verre brut
Il convient que le bon de commande de pièces de verre brut contienne au moins les informations
suivantes:
a) fabricant du verre et type de verre;
b) indice de réfraction et tolérance sur l'indice de réfraction;
c) nombre d'Abbe et tolérance sur le nombre d'Abbe.
Pour la plupart des applications, l'homogénéité d'indice de réfraction, la teneur en stries, bulles et
inclusions, et la biréfringence induite par les contraintes n'ont pas besoin d'être spécifiées explicitement.
La qualité normale est suffisante.
Lorsque des tolérances plus étroites sont requises en matière de variation d'indice de réfraction,
d'homogénéité, de stries et bulles et d'inclusions, il convient que le client indique les tolérances
nécessaires pour les pièces finales ainsi que leurs dimensions dans le bon de commande. Le fournisseur
choisira un verre brut répondant aux tolérances souhaitées dans les volumes partiels nécessaires.
On peut éventuellement spécifier la tolérance sur la transmission et le bord de coupure UV ou le code
couleur.
EXEMPLE 1 Pour référence le Tableau 10 fournit une liste de valeurs données à titre d'exemple pour une
spécification de verre d'optique brut avec tolérances et classes.
Tableau 10 — Spécification de verre d'optique brut avec tolérances et classes
Verre de type 516642 verre Verre de type 522595 verre
Spécification du
en bloc Classes en bande Classes
verre
190 mm × 180 mm × 140 mm 300 mm × 150 mm × 40 mm
Variation d'indice de 1,516 80 ± 0,001 0 NP010 1,522 49 ± 0,003 0 NP030
–5 –5
réfraction n du lot ±10 × 10 NV010 ± 30 × 10 NV030
d
Nombre d'Abbe ν 64,17 ± 0,5 % AN5 59,8 ± 0,3 % AN 3
d
Nombre de sec-
2 3 2 3
0,1 mm /100 cm IC10 0,25 mm /100 cm IC25
tion transversale
3 3
30/100 cm IN030 70/100 cm IN 070
d'inclusions
–6 –6
Homogénéité optique 4 × 10 (pv) NH004 10 × 10 (pv) NH010
en toute zone de 50 mm × 30 mm (50 × 30) ∅50 mm (50)
Directions perpendi- 15 nm 30 nm
SW15 SW30
culaires aux stries 1 1
Biréfringence
induite par les 6 nm/cm SB06 4 nm/cm SB04
contraintes
EXEMPLE 2 Pour référence le Tableau 11 fournit une liste de valeurs données à titre d'exemple pour une
spécification d'élément de lentille de l'élément pressé à la spécification du verre brut.
Tableau 11 — Spécification d'élé
...
Questions, Comments and Discussion
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