ISO 14880-4:2006
(Main)Optics and photonics — Microlens arrays — Part 4: Test methods for geometrical properties
Optics and photonics — Microlens arrays — Part 4: Test methods for geometrical properties
ISO 14880-4:2006 specifies methods for testing geometrical properties of microlenses in microlens arrays. It is applicable to microlens arrays with very small lenses formed on one or more surfaces of a common substrate and to graded index microlenses.
Optique et photonique — Réseaux de microlentilles — Partie 4: Méthodes d'essai pour les propriétés géométriques
L'ISO 14880-4:2006 spécifie des méthodes d'essai pour les propriétés géométriques des microlentilles dans les réseaux de microlentilles. Elle s'applique aux réseaux de microlentilles avec de très petites lentilles qui composent une ou plusieurs surfaces d'un substrat commun et aux microlentilles à gradient d'indice.
General Information
Relations
Buy Standard
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 14880-4
First edition
2006-06-01
Optics and photonics — Microlens
arrays —
Part 4:
Test methods for geometrical properties
Optique et photonique — Réseaux de microlentilles —
Partie 4: Méthodes d'essai pour les propriétés géométriques
Reference number
ISO 14880-4:2006(E)
©
ISO 2006
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 14880-4:2006(E)
PDF disclaimer
This PDF file may contain embedded typefaces. In accordance with Adobe's licensing policy, this file may be printed or viewed but
shall not be edited unless the typefaces which are embedded are licensed to and installed on the computer performing the editing. In
downloading this file, parties accept therein the responsibility of not infringing Adobe's licensing policy. The ISO Central Secretariat
accepts no liability in this area.
Adobe is a trademark of Adobe Systems Incorporated.
Details of the software products used to create this PDF file can be found in the General Info relative to the file; the PDF-creation
parameters were optimized for printing. Every care has been taken to ensure that the file is suitable for use by ISO member bodies. In
the unlikely event that a problem relating to it is found, please inform the Central Secretariat at the address given below.
© ISO 2006
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means,
electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either ISO at the address below or
ISO's member body in the country of the requester.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2006 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 14880-4:2006(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions and symbols. 1
4 Coordinate system. 3
5 Test methods. 4
5.1 Pitch and surface modulation depth measurement . 4
5.2 Physical thickness. 9
5.3 Radius of curvature . 9
5.4 Surface preparation of microlens array for measurement . 12
6 Procedure . 13
6.1 Measurement of pitch and surface modulation depth (lens sag) . 13
6.2 Measurement of physical thickness . 13
6.3 Measurement of radius of curvature. 13
7 Results and uncertainties . 13
8 Test report . 14
Annex A (normative) Measurement with a Fizeau interferometer system . 16
Annex B (informative) Uniformity of array spacing . 19
Bibliography . 22
© ISO 2006 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 14880-4:2006(E)
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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
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.
ISO 14880-4 was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and photonics, Subcommittee SC 9,
Electro-optical systems.
ISO 14880 consists of the following parts, under the general title Optics and photonics — Microlens arrays:
⎯ Part 1: Vocabulary
⎯ 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
iv © ISO 2006 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 14880-4:2006(E)
Introduction
This part of ISO 14880 specifies methods for testing geometrical properties of microlens arrays. Examples of
applications for microlens arrays include three-dimensional displays, coupling optics associated with arrayed
light sources and photo-detectors, enhanced optics for liquid crystal displays, and optical parallel processor
elements.
The market in microlens arrays has generated a need for agreement on basic terminology and test methods.
Standard terminology and clear definitions are needed not only to promote applications but also to encourage
scientists and engineers to exchange ideas and new concepts based on common understanding.
This part of ISO 14880 contributes to the purpose of the series of ISO 14880 standards, which is to improve
the compatibility and interchangeability of lens arrays from different suppliers and to enhance development of
the technology using microlens arrays.
The measurement of physical characteristics of pitch and surface modulation depth can be made using a
stylus instrument and non-contact optical probe system. Physical thickness can be measured with a
micrometer. The measurement processes are described in the body of this part of ISO 14880.
© ISO 2006 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 14880-4:2006(E)
Optics and photonics — Microlens arrays —
Part 4:
Test methods for geometrical properties
1 Scope
This part of ISO 14880 specifies methods for testing geometrical properties of microlenses in microlens arrays.
It is applicable to microlens arrays with very small lenses formed on one or more surfaces of a common
substrate and to graded index microlenses.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 14880-1, Optics and photonics — Microlens arrays — Part 1. Vocabulary
3 Terms, definitions and symbols
For the purposes of this document, the terms, definitions given in ISO 14880-1 and the following apply.
NOTE 1 The symbols adopted for this part of ISO 14880 are chosen for clarity in this application to microlens arrays
but some may not be those commonly used for surface texture measurement.
NOTE 2 The parameters P , P and h are used in this part of ISO 14880 to describe geometrical parameters
x y
encountered in the measurement of surface texture. P , P are spacing parameters and are defined as the average value
x y
of the length of the mean line section containing a profile peak and adjacent valley. An amplitude parameter, h, is defined
as the average difference between peak of the lens profile and the rim. Figure 1 illustrates the geometrical properties of
microlens arrays which are to be measured.
3.1
pitch
P , P
x y
distance between the centres of adjacent lenses which may vary across and will vary with direction
See Figure 1.
NOTE 1 The pitch is expressed in millimetres.
[ISO 14880-1:2001, term 6.2.1.5]
NOTE 2 For a stylus instrument this will generally equate to the mean width of the profile elements calculated from the
roughness profile, RS (see 3.2.2 and 4.3.1 in ISO 4287:1997).
m
© ISO 2006 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 14880-4:2006(E)
3.2
surface modulation depth
h
peak-to-valley variation of the surface height
See Figure 1.
NOTE 1 For a purely refractive microlens, this will be the same as the lens sag.
NOTE 2 The surface modulation depth is expressed in millimetres.
[ISO 14880-1:2001, term 6.2.1.8]
NOTE 3 For stylus instruments this will generally equate to Rz (see 4.1.3 in ISO 4287:1997).
3.3
physical thickness
T
c
maximum local thickness of the array
See Figure 1.
NOTE The physical thickness is expressed in millimetres.
[ISO 14880-1:2001; term 6.2.1.9]
3.4
radius of curvature
R
c
distance from the vertex of the microlens to the centre of curvature of the lens surface
See Figure 1.
NOTE 1 The radius of curvature is expressed in millimetres.
[ISO 14880-1:2001; term 6.1.4]
NOTE 2 For rotationally invariant microlenses or cylindrical microlenses.
2 © ISO 2006 – All rights reserved
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 14880-4:2006(E)
Key
1 substrate
T physical thickness
c
R radius of curvature
c
P , P pitch
x y
h surface modulation depth (lens sag)
Figure 1 — Geometrical parameters of microlens arrays
4 Coordinate system
To measure the geometrical properties of a microlens array, a Cartesian coordinate system is used, as shown
in Figure 2. In a right-handed Cartesian set, the x- and y-axis lie in the substrate plane and the x-axis provides
the direction of trace. The z-axis is the outward direction from the material to the surrounding medium.
Key
1 substrate
2 microlens
3 light pass
Figure 2 — Microlens array with a Cartesian coordinate system
© ISO 2006 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 14880-4:2006(E)
5 Test methods
5.1 Pitch and surface modulation depth measurement
5.1.1 Use of stylus instrument
5.1.1.1 Principle
The basic principle using a stylus instrument is to obtain a profile of the surface of the array. Care shall be
taken to ensure that the profile passes through the centre of each lens and that the stylus remains in contact
with the surface throughout the measurement process. This enables the pitch and surface modulation depth to
be determined.
5.1.1.2 Set-up and preparation
The measurement of the geometrical characteristics of a microlens array is similar in principle to the
measurement of any surface using a stylus instrument. A typical stylus instrument consists of a stylus that
physically contacts the surface and a transducer to convert its vertical movement into an electrical signal.
Other components can be seen in Figure 3 and include the following: a pick-up, driven by a motor and
gearbox, which draws the stylus over the surface at a constant speed; an electronic amplifier to boost the
signal from the stylus transducer to a useful level; a device for recording the amplified signal or a computer
that automates the data collection.
The part of the stylus in contact with the surface of the array is usually a diamond tip with a carefully
manufactured profile. Owing to their finite shape, some styli on some arrays may not penetrate into valleys
and will give a distorted or filtered measurement of the surface. The effect of the stylus forces can have a
significant influence on the measurement results. Too high a force can cause damage to the surface of the
array. Too low a force and the stylus will not stay reliably in contact with the surface.
The stylus instrument shall be used in an environment that is as free as possible from dust, vibration and
direct sunlight in a location where the ambient temperature is maintained in the range 20 °C ± 5 °C (with a
condensation-free humidity below 70 % relative humidity). Remove any gross contamination from the surface
of the instrument preferably by blowing the surface with filtered air. Any oil or grease may be removed using a
suitable solvent.
Due consideration shall be given for testing under more adverse conditions.
4 © ISO 2006 – All rights reserved
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 14880-4:2006(E)
Key
1 base
2 fixture
3 microlens under test
4 stylus
5 probe (pick-up)
6 measurement loop
7 column
8 drive unit
Figure 3 — Elements of a typical stylus instrument
The electrical unit on the stylus instrument shall be switched on at least one hour before any measurements
take place. This will allow time for the instrument to stabilize (the manufacturer’s instructions will normally
specify a minimum stabilization time for a given instrument). Calibration of the instrument is essential prior to
measurement. Before calibration of the instrument takes place the stylus should be checked for signs of wear
or damage. A damaged stylus tip can lead to serious errors.
After measurement of the calibration artefact the indicated value shall be compared with the value attached to
the test object. If the measured value differs from the value that is shown on the calibration certificate then re-
calibration is required.
© ISO 2006 – All rights reserved 5
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 14880-4:2006(E)
5.1.1.3 Stylus size and shape
It is important that the dimension and shape of the stylus are chosen appropriately as this can affect the
accuracy of the traced profile in a number of ways. On arrays with deep, narrow valleys the stylus may not be
able to penetrate fully to the bottom because either the tip radius or the flank angle of the stylus is too large. In
such cases, the value of the surface modulation depth will be smaller than the true value. The ideal stylus
shape is a cone with a spherical tip. This usually has a cone angle of either 60° or 90° with a typical tip radius
of 1 µm, 2 µm, 5 µm or 10 µm.
5.1.2 Use of confocal microscope
5.1.2.1 Principle
The confocal principle can be used for the measurement of surface topography. Depth is discriminated by
moving the surface of the object through focus and measuring the reflected intensity using a detector and
confocal pinhole. When the object point lies at the focus, the maximum intensity is detected whereas the
signal is reduced when the object point is displaced from the focus. The principle has been established in the
scanning confocal microscope. By scanning an imaged light spot over the object an area is measured point by
point.
5.1.2.2 Set-up and preparation
The principle of the confocal microscope has been developed by generating an array of light spots on the
object using a multiple pinhole mask (Nipkow disc) which allows for parallel data acquisition of multiple object
points. The Nipkow disc can be replaced by a microlens array in order to improve the light efficiency, as
shown in Figure 4.
6 © ISO 2006 – All rights reserved
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 14880-4:2006(E)
Key
1 light source
2 beam splitter
3 rotating microlens disc (analogue to a Nipkow disc)
4 objective
5 sample
6 imaging lens
7 pinhole
8 detector
Figure 4 — Confocal microscope measurement System A
© ISO 2006 – All rights reserved 7
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 14880-4:2006(E)
Figure 5 shows another configuration of the confocal microscope using a microlens array and a pinhole array.
It will enhance the optical radiation collection efficiency and improve the scanning speed, which depends on
the pinhole array with parallel scanning. An example of a measurement is shown in Figure 6.
Key
1 light source
2 rotating microlens disc
3 beam splitter
4 pinhole array (Nipkow disc)
5 objective
6 sample
7 imaging lens
8 charge-coupled device (CCD) camera
Figure 5 — Confocal microscope measurement System B
8 © ISO 2006 – All rights reserved
---------------------- Page: 13 ----------------------
ISO 14880-4:2006(E)
Dimensions in micrometres
Figure 6 — Example of the microlens array surface structure
using a confocal microscope measurement system
5.2 Physical thickness
5.2.1 Principle
The two anvils of the micrometer contact the top and bottom surfaces of the array to measure the physical
thickness of the array at a given point. The anvils of the micrometer may be parallel or spherical.
5.2.2 Set-up and preparation
The micrometer shall be calibrated using a gauge block or a similar procedure prior to the measurement.
Thoroughly wipe the spindle and the measuring faces of the micrometer using clean lint free paper or cloth.
Leave the instrument and the microlens array long enough to adjust to room temperature (at least 1 h). Care
shall be taken to ensure that the micrometer is not subject to sudden temperature changes, direct sunlight,
radiant heat or air currents that may cause significant temperature variations.
5.3 Radius of curvature
5.3.1 Principle
The basic principle is to locate, by optical means as shown in Figure 7, the vertex of the microlens under test.
The displacement necessary to locate the focal position or the centre of curvature of the surface is then
measured. This enables the radius of curvature R to be determined respectively. Care shall be taken to avoid
c
incorrect settings b) and c) as shown in Figure 7.
NOTE It is only possible to locate the centre of curvature of the test surface using this method if the lens surface is
spherical. Otherwise light is not retroreflected to form a confocal image. If it is suspected that the test surface is not
spherical, the shape can be estimated from a zonal analysis using interferometry.
© ISO 2006 – All rights reserved 9
---------------------- Page: 14 ----------------------
ISO 14880-4:2006(E)
a) Example of correct setting
b) Example of incorrect setting
c) Example of incorrect setting
Key
1 substrate surface
2 optical probe
R radius of curvature
c
Figure 7 — Location of the centre of curvature and the spherical lens surface with an optical probe
10 © ISO 2006 – All rights reserved
---------------------- Page: 15 ----------------------
ISO 14880-4:2006(E)
5.3.2 Measurement arrangement and test equipment
5.3.2.1 General
The testing of microlenses is similar in principle to testing larger lenses. In many cases however, the
measurement of very small lenses presents practical problems, which make it difficult to use standard
equipment. In general, two optical techniques can be used. One is based on microscopy, the other is based
on interferometry.
a) The first technique uses a microscope fitted with a displacement transducer, suitable light source, test
object, microscope video camera, monitor and image analyser (line intensity scan). This microscope is
used to locate, by focusing, the vertex of the microlens. The radius of curvature is deduced from a
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 14880-4
Première édition
2006-06-01
Optique et photonique — Réseaux
de microlentilles —
Partie 4:
Méthodes d'essai pour les propriétés
géométriques
Optics and photonics — Microlens arrays —
Part 4: Test methods for geometrical properties
Numéro de référence
ISO 14880-4:2006(F)
©
ISO 2006
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 14880-4:2006(F)
PDF – Exonération de responsabilité
Le présent fichier PDF peut contenir des polices de caractères intégrées. Conformément aux conditions de licence d'Adobe, ce fichier
peut être imprimé ou visualisé, mais ne doit pas être modifié à moins que l'ordinateur employé à cet effet ne bénéficie d'une licence
autorisant l'utilisation de ces polices et que celles-ci y soient installées. Lors du téléchargement de ce fichier, les parties concernées
acceptent de fait la responsabilité de ne pas enfreindre les conditions de licence d'Adobe. Le Secrétariat central de l'ISO décline toute
responsabilité en la matière.
Adobe est une marque déposée d'Adobe Systems Incorporated.
Les détails relatifs aux produits logiciels utilisés pour la création du présent fichier PDF sont disponibles dans la rubrique General Info
du fichier; les paramètres de création PDF ont été optimisés pour l'impression. Toutes les mesures ont été prises pour garantir
l'exploitation de ce fichier par les comités membres de l'ISO. Dans le cas peu probable où surviendrait un problème d'utilisation,
veuillez en informer le Secrétariat central à l'adresse donnée ci-dessous.
© ISO 2006
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous
quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit
de l'ISO à l'adresse ci-après ou du comité membre de l'ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax. + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2006 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 14880-4:2006(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions. 1
4 Système de coordonnées . 3
5 Méthodes dessai. 4
5.1 Mesurage du pas et de la profondeur de modulation de surface. 4
5.2 Épaisseur physique. 9
5.3 Rayon de courbure . 9
5.4 Préparation de la surface du réseau de microlentilles pour le mesurage. 12
6 Mode opératoire . 13
6.1 Mesurage du pas et de la profondeur de modulation de surface (point bas) . 13
6.2 Mesurage de l'épaisseur physique . 13
6.3 Mesurage du rayon de courbure . 13
7 Résultats et incertitudes . 14
8 Rapport dessai . 14
Annexe A (normative) Mesurage avec un système d'interféromètre de Fizeau. 16
Annexe B (informative) Uniformité de l'espacement du réseau . 19
Bibliographie . 22
© ISO 2006 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 14880-4:2006(F)
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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
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.
L'ISO 14880-4 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 172, Optique et photonique, sous-comité SC 9,
Systèmes électro-optiques.
L'ISO 14880 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Optique et photonique —
Réseaux de microlentilles:
⎯ Partie 1: Vocabulaire
⎯ 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
iv © ISO 2006 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 14880-4:2006(F)
Introduction
La présente partie de l'ISO 14880 spécifie des méthodes d'essai pour les propriétés géométriques des
réseaux de microlentilles. Parmi les exemples d'applications pour les réseaux de microlentilles figurent les
affichages tridimensionnels, l'optique de couplage associée aux sources lumineuses en réseau et aux
photodétecteurs, l'optique améliorée pour les affichages à cristaux liquides, et les éléments optiques des
processeurs parallèles.
L'émergence du marché des réseaux de microlentilles a entraîné la nécessité de convenir d'une terminologie
de base et de méthodes d'essai. La détermination d'une terminologie standard et de définitions claires est
nécessaire non seulement pour promouvoir les applications mais également pour encourager les scientifiques
et ingénieurs à échanger des idées et de nouveaux concepts basés sur une compréhension commune.
La présente partie de l'ISO 14880 contribue à l'objectif de la série de normes de l'ISO 14880 qui est
d'améliorer la compatibilité et linterchangeabilité des réseaux de lentilles provenant de différents fournisseurs
et d'accroître le développement de la technologie utilisant des réseaux de microlentilles.
Le mesurage des caractéristiques physiques du pas et de la profondeur de modulation de surface peut être
réalisé en utilisant un instrument à palpeur et un système de palpage optique sans contact. L'épaisseur
physique peut être mesurée avec un micromètre. Les processus de mesurage sont décrits dans le corps de la
présente partie de l'ISO 14880.
© ISO 2006 – Tous droits réservés v
---------------------- Page: 5 ----------------------
NORME INTERNATIONALE ISO 14880-4:2006(F)
Optique et photonique — Réseaux de microlentilles —
Partie 4:
Méthodes d'essai pour les propriétés géométriques
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 14880 spécifie des méthodes d'essai pour les propriétés géométriques des
microlentilles dans les réseaux de microlentilles. Elle s'applique aux réseaux de microlentilles avec de très
petites lentilles qui composent une ou plusieurs surfaces d'un substrat commun et aux microlentilles à
gradient dindice.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 14880-1, Optique et photonique — Réseaux de microlentilles — Partie 1: Vocabulaire
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 14880-1 ainsi que les
suivants s'appliquent.
NOTE 1 Les symboles adoptés pour la présente partie de l'ISO 14880 ont été choisis pour garantir la clarté de
l'application aux réseaux de microlentilles, mais il se peut que certains ne soient pas habituellement utilisés pour le
mesurage de l'état de surface.
NOTE 2 Les paramètres P , P et h sont utilisés dans la présente partie de l'ISO 14880 pour décrire les paramètres
x y
géométriques rencontrés lors du mesurage de l'état de surface. P et P sont des paramètres d'espacement et sont définis
x y
comme la valeur moyenne de la longueur de la section de ligne moyenne contenant un pic de profil et une vallée
adjacente. Un paramètre d'amplitude, h, est défini comme la différence moyenne entre le pic du profil d'une lentille et le
bord. La Figure 1 illustre les propriétés géométriques des réseaux de microlentilles à mesurer.
3.1
pas
P , P
x y
distance entre les centres des lentilles adjacentes, qui peut varier d'une lentille à l'autre, et variera avec la
direction
Voir Figure 1.
NOTE 1 Le pas est exprimé en millimètres.
[ISO 14880-1:2001, terme 6.2.1.5]
© ISO 2006 – Tous droits réservés 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 14880-4:2006(F)
NOTE 2 Pour un instrument à palpeur, cela est généralement comparable à la largeur moyenne des éléments de profil
calculés à partir du profil de rugosité, RS (voir l'ISO 4287:1997, 3.2.2 et 4.3.1).
m
3.2
profondeur de modulation de surface
h
variation pic-vallée de la hauteur de la surface, exprimée en millimètres
Voir Figure 1.
NOTE 1 Pour une microlentille purement réfractive, il s'agit de léquivalent du point bas.
NOTE 2 La profondeur de modulation de surface est exprimée en millimètres.
[ISO 14880-1:2001, terme 6.2.1.8]
NOTE 3 Pour un instrument à palpeur, cela est généralement comparable à Rz (voir l'ISO 4287:1997, 4.1.3).
3.3
épaisseur physique
T
c
épaisseur locale maximale du réseau
Voir Figure 1.
NOTE L'épaisseur physique est exprimée en millimètres.
[ISO 14880-1:2001, terme 6.2.1.9]
3.4
rayon de courbure
R
c
distance séparant le vertex de la microlentille du centre de courbure de la surface de la lentille
NOTE 1 Le rayon de courbure est exprimé en millimètres.
[ISO 14880-1:2001, terme 6.1.4]
NOTE 2 Pour les microlentilles rotationnellement invariante ou cylindriques.
2 © ISO 2006 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 14880-4:2006(F)
Légende
1 substrat
T épaisseur physique
c
R rayon de courbure
c
P , P pas
x y
h profondeur de modulation de surface (point bas)
Figure 1 — Propriétés géométriques des réseaux de microlentilles
4 Système de coordonnées
Pour mesurer les propriétés géométriques d'un réseau de microlentilles, on utilise un système de
coordonnées cartésiennes, comme illustré à la Figure 2. Dans un système cartésien direct, l'axe des x fournit
la direction du tracé, l'axe des y s'étend essentiellement sur la surface réelle et l'axe des z indique la direction
vers l'extérieur, partant du matériau vers le milieu environnant.
Légende
1 substrat
2 microlentille
2 passage de la lumière
Figure 2 — Réseau de microlentilles avec un système de coordonnées cartésiennes
© ISO 2006 – Tous droits réservés 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 14880-4:2006(F)
5 Méthodes dessai
5.1 Mesurage du pas et de la profondeur de modulation de surface
5.1.1 Utilisation d'un instrument à palpeur
5.1.1.1 Principe
Le principe de base de l'utilisation d'un instrument à palpeur est d'obtenir un profil de la surface du réseau. Il
faut veiller à s'assurer que le profil passe par le centre de chaque lentille et que le palpeur reste en contact
avec la surface pendant le processus de mesure. Cela permet de déterminer le pas et la profondeur de
modulation de surface.
5.1.1.2 Installation et préparation
Le mesurage des caractéristiques géométriques d'un réseau de microlentilles est en principe identique au
mesurage de toute surface à l'aide d'un instrument à palpeur. Un instrument à palpeur type est constitué d'un
palpeur en contact physique avec la surface et d'un transducteur qui convertit son mouvement vertical en un
signal électrique. L'instrument peut comprendre d'autres composants, comme illustré à la Figure 3 et inclure
un capteur, entraîné par un moteur et un engrenage, qui tire le palpeur sur la surface à une vitesse constante,
un amplificateur électronique qui augmente l'intensité du signal émis par le transducteur du palpeur à un
niveau utile, un dispositif, également entraîné à une vitesse constante, pour enregistrer le signal amplifié ou
un ordinateur qui automatise la collecte des données.
La partie du palpeur en contact avec la surface du réseau est généralement une pointe en diamant au profil
soigneusement conçu. En raison de leur forme finie, certains palpeurs ne peuvent pas pénétrer dans les
vallées de certains réseaux et fournissent une mesure déformée ou filtrée de la surface. Les forces exercées
par le palpeur peuvent avoir une influence significative sur les résultats de la mesure. L'application d'une force
excessive peut endommager la surface du réseau. Inversement, si la force est trop faible, le contact entre le
palpeur et la surface n'est pas maintenu de manière fiable.
L'instrument à palpeur doit être utilisé dans un environnement exempt, dans toute la mesure du possible, de
poussière, de vibrations et à l'abri du rayonnement solaire direct. Il doit en outre être situé dans une pièce où
la température ambiante est maintenue à 20 °C ± 5 °C (avec une humidité relative inférieure à 70 % et
exempte de condensation). Enlever toute impureté macroscopique de la surface de l'instrument, de
préférence en soufflant de l'air comprimé filtré sur la surface. Les éventuelles traces d'huile ou de graisse
peuvent être retirées avec un solvant approprié.
Lorsque les essais sont réalisés dans des conditions plus défavorables, celles-ci doivent être prises dûment
en considération.
4 © ISO 2006 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 14880-4:2006(F)
Légende
1 socle
2 dispositif de fixation
3 microlentille en essai
4 palpeur
5 sonde (capteur)
6 boucle de mesurage
7 colonne
8 mécanisme d'entraînement
Figure 3 — Éléments d'un instrument à palpeur type
L'unité électrique de l'instrument à palpeur doit être mise sous tension au moins une heure avant d'effectuer
tout mesurage. Cela laisse le temps à l'instrument de se stabiliser (le temps de stabilisation minimal pour un
instrument donné est généralement fourni dans les instructions du fabricant). Il est essentiel d'étalonner
l'instrument avant de réaliser les mesurages. Avant d'étalonner l'instrument, il convient de vérifier que le
palpeur ne présente aucune marque d'usure ou d'endommagement. L'endommagement de la pointe d'un
palpeur peut générer de graves erreurs.
Après le mesurage de l'artefact d'étalonnage, la valeur affichée doit être comparée à celle associée à l'objet
d'essai. Si la valeur mesurée diffère de celle indiquée sur le certificat d'étalonnage, il est requis de procéder à
un nouvel étalonnage.
© ISO 2006 – Tous droits réservés 5
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 14880-4:2006(F)
5.1.1.3 Dimensions et forme du palpeur
Il est important de sélectionner correctement les dimensions et la forme du palpeur dans la mesure où elles
peuvent affecter l'exactitude du profil tracé de différentes manières. Sur un réseau présentant des vallées
profondes et étroites, il se peut que le palpeur ne puisse pas pénétrer entièrement jusqu'au fond des vallées
si le rayon de la pointe ou l'angle du côté du palpeur est trop grand. Dans ce cas, la valeur de la profondeur
de modulation de surface sera inférieure à la valeur vraie. La forme idéale d'un palpeur est conique avec une
pointe sphérique. En général, l'angle du cône est de 60° ou 90° et le rayon de la pointe est de 1 µm, 2 µm,
5 µm ou 10 µm.
5.1.2 Utilisation d'un microscope confocal
5.1.2.1 Principe
Le principe confocal peut être utilisé pour le mesurage de la topographie de surface. La profondeur est
déterminée en déplaçant la surface de l'objet à travers le foyer et en mesurant l'intensité réfléchie au moyen
d'un détecteur et d'un sténopé confocal. L'intensité maximale est détectée lorsque le point objet est situé au
foyer et le signal se réduit lorsque le point objet est éloigné du foyer. Ce principe a été établi au microscope
confocal à balayage. On mesure une zone point par point en balayant un point lumineux sur l'objet.
5.1.2.2 Installation et préparation
Le principe du microscope confocal a été développé en générant un réseau de points lumineux sur l'objet au
moyen d'un cache percé de sténopés multiples (disque de Nipkow) qui permet l'acquisition en parallèle de
données relatives à plusieurs points objets. Le disque de Nipkow peut être remplacé par un réseau de
microlentilles afin d'améliorer le rendement d'éclairage, comme illustré à la Figure 4.
6 © ISO 2006 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 14880-4:2006(F)
Légende
1 source lumineuse
2 séparateur de faisceau
3 disque de microlentilles rotatif (analogue à un disque de Nipkow)
4 objectif
5 échantillon
6 lentille d'imagerie
7 sténopé
8 détecteur
Figure 4 — Système de mesure A au microscope confocal
© ISO 2006 – Tous droits réservés 7
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 14880-4:2006(F)
La Figure 5 illustre une autre configuration du microscope confocal utilisant un réseau de microlentilles et un
réseau de sténopés. Cette configuration optimise la collecte des rayonnements optiques et accroît la vitesse
de balayage, laquelle dépend du réseau de sténopés à balayage parallèle. L'exemple d'un mesurage est
illustré à la Figure 6.
Légende
1 source lumineuse
2 disque de microlentilles rotatif
3 séparateur de faisceau
4 réseau de sténopés (disque de Nipkow)
5 objectif
6 échantillon
7 lentille d'imagerie
8 caméra CCD
Figure 5 — Système de mesure B au microscope confocal
8 © ISO 2006 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 13 ----------------------
ISO 14880-4:2006(F)
Dimensions en micromètres
Figure 6 — Exemple de structure de surface d'un réseau de microlentilles
utilisant un système de mesure au microscope confocal
5.2 Épaisseur physique
5.2.1 Principe
Les deux touches du micromètre sont en contact avec les surfaces supérieure et inférieure du réseau pour
mesurer l'épaisseur physique du réseau en un point donné. Les touches du micromètre peuvent être
parallèles ou sphériques.
5.2.2 Installation et préparation
Avant d'effectuer le mesurage, le micromètre doit être étalonné en utilisant une cale étalon ou un mode
opératoire similaire. Nettoyer soigneusement la touche mobile et les faces de mesure du micromètre en
utilisant un papier ou un chiffon propre non pelucheux. Laisser le temps à l'instrument et au réseau de
microlentilles d'atteindre la température ambiante (au moins 1 heure). Il faut veiller à s'assurer que le
micromètre n'est pas soumis à des variations brutales de température, au rayonnement solaire direct, à la
chaleur rayonnante ou aux courants d'air susceptibles de provoquer d'importantes variations de température.
5.3 Rayon de courbure
5.3.1 Principe
Le principe de base consiste à localiser, par des moyens optiques, comme illustré à la Figure 7, le vertex de
la microlentille soumise à essai. On mesure ensuite le déplacement nécessaire pour localiser la position
focale ou le centre de courbure de la surface. Cela permet de déterminer le rayon de courbure R. Il faut veiller
à éviter tout réglage incorrect, comme illustré à la Figure 7.
NOTE Cette méthode ne peut être utilisée pour localiser le centre de courbure d'une surface que si la surface de la
lentille soumise à essai est sphérique. Dans le cas contraire, la lumière n'est pas rétrofléchie pour former une image
confocale. En cas de doute concernant la sphéricité de la surface soumise à essai, la forme peut être évaluée à partir
d'une analyse par zones en utilisant l'interférométrie.
© ISO 2006 – Tous droits réservés 9
---------------------- Page: 14 ----------------------
ISO 14880-4:2006(F)
a) Exemple de réglage correct
b) Exemple de réglage incorrect
c) Exemple de réglage incorrect
Légende
1 surface du substrat
2 sonde optique
R rayon de courbure
c
Figure 7 — Localisation du centre de courbure et de la surface de la lentille sphérique
avec une sonde optique
10 © ISO 2006 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 15 ----------------------
ISO 14880-4:2006(F)
5.3.2 Disposition pour le mesurage et matériel d'essai
5.3.2.1 Généralités
Les essais sur les microlentilles sont en principe identiques aux essais sur des lentilles plus grandes. Dans de
nombreux cas cependant, le mesurage de très petites lentilles pose des problèmes pratiques rendant difficile
l'utilisation du matériel standard. En général, deux techniques optiques peuvent être utilisées. L'une repose
sur la microscopie, l'autre sur l'interférométrie.
a) La première technique a recours à un microscope équipé d'un capteur de déplacement, d'une source
lumineuse appropriée, d'un objet d'essai, d'une caméra vidéo pour microscope, d'un moniteur et d'un
analyseur d'image (balayage d'intensité de ligne). Ce microscope est utilisé pour localiser, par
focalisation, le vertex de la microlentille. Le rayon de courbure est déduit d'un mesurage du déplacement
nécessaire pour repositionner le microscope et localiser le centre de courbure de la surface, comme
illustré à la Figure 8.
Un dispositif de focalisation situé dans le microscope, tel qu'un réticule de focalisation à diviseur de
champ, permet de localiser plus aisément le vertex sans marques d'une microlentille lorsqu'elle est
observée avec une lumière réfléchie. L'emplacement du centre de courbure peut être localisé lorsque le
microscope est focalisé à proximité du centre car une image confocale se forme par rétroréflexion des
rayons sous une incidence quasi normale à la surface de la lentille. Les essais peuvent être réalisés avec
de la lumière blanche ou un éclairement monochromatique.
b) La seconde technique a recours à l'interférométrie pour générer des motifs d'interférence indiquant
l'emplacement de la surface d'essai ou du centre de courbure. L'interféromètre d'essai peut être
sélectionné parmi plusieurs types, par exemple interféromètre de Fizeau, interféromètre à décalage
latéral ou interféromètre de Twyman-Green. Une description plus complète de ces dispositifs est
disponible dans l'ISO 14880-2 et dans l'ISO/TR 14999-1. L'interférométrie présente l'avantage, pour les
lentilles avec une aberration importante, de pouvoir déduire aisément la variation du rayon de courbure et
le rayon d'ouverture à partir des motifs d'interférence. L'interférométrie est sensible aux faibles variations
de longueurs du parcours optique et il est généralement nécessaire de monter l'interféromètre sur une
table anti-vibrations et de minimiser les perturbations aériennes.
La technique du microscope est présentée de l'Article 5 à l'Article 8 et la technique de l'interférométrie est
décrite dans l'Annexe A.
Légende
1 source pour éclairer la surface de la lentille
2 objectif du microscope
3 microlentille en essai
4 séparateur de faisceau
5 caméra CCD
6 réglage latéral (x, y) pour centrer la microlentille
7 réglage axial (z) du microscope pour localiser le vertex de la lentille et le centre de courbure
Figure 8 — Microscope utilisé pour mesurer le rayon de courbure de la surface de la microlentille
© ISO 2006 – Tous droits réservés 11
---------------------- Page: 16 ----------------------
ISO 14880-4:2006(F)
5.3.2.2 Installation d'essai
5.3.2.2.1 Microscope
Un microscope équipé d'un dispositif de focalisation, tel qu'un télémètre à champ coupé, est utilisé pour
pouvoir régler le foyer sur des surfaces sans caractéristiques marquées et localiser le centre de courbure par
imagerie confocale. Le déplacement de la surface d'essai par rapport à l'objectif du microscope est mesuré au
moyen d'un capteur de déplacement étalonné.
À noter que la zone de la surface de la lentille échantillonnée pour le mesurage du rayon est limitée par
l'ouverture numérique (NA) de l'objectif du microscope.
5.3.2.2.2 Source lumineuse
Une source lumineuse émettant des rayonnements dans une grande bande de longueurs d'onde, telle qu'une
source incandescente, ou dans une longueur d'onde spécifique est appropriée pour cet essai.
5.3.2.2.3 Affichage de l'image
Si l'image générée par le microscope est retransmise par une caméra vidéo sur un écran de télévision, un
affichage d'intensité électronique peut être utilisé pour localiser plus aisément la meilleure position de foyer.
La résolution du système d'imagerie doit être suffisante afin de pouvoir identifier la meilleure image focalisée.
5.3.2.2.4 Surface sphérique étalon
Une surface sphérique présentant un rayon de courbure connu doit être utilisée comme artefact de référence
pour vérifier les performances du système de mesure. Une valeur type des écarts de sphéricité doit être
inférieure à l'écart quadratique moyen λ/2. Il convient que le rayon de l'artefact soit similaire au rayon de
l'objet d'essai.
5.3.2.3 Préparation
Pour obtenir des résultats cohérents, le matériel d'essai doit être maintenu dans un environnement à
température contrôlée, de préférence à 20 °C, et doit ne pas être exposé aux vibrations.
5.4 Préparation de la surface du réseau de microlentilles pour le mesurage
Les surfaces optiques soumises à essai doivent être propres. Les surfaces non revêtues peuvent être
nettoyées sans risque avec de lalcool et de la ouate. Il est recommandé que cette dernière soit imbibée d'une
très petite quantité de solvant avant le contact avec la surface et quelle essuie une seule fois la surface
optique. Cela minimise les risques de rayure de la surface. La poussière peut être ôtée à l'aide d'une brosse
propre en poil de chameau ou au moyen d'air comprimé filtré.
Il convient de traiter les surfaces optiques revêtues, telles que les surfaces antiréfléchissantes, avec
beaucoup de soin et de ne pas les nettoyer, sauf en cas d'absolue nécessité. La poussière peut être enlevée
au moyen d'air comprimé filtré.
Il convient de se renseigner sur l'utilisation adéquate des solvants et des produits de nettoyage.
12 © ISO 2006 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 17 ----------------------
ISO 14880-4:2006(F)
6 Mode opératoire
6.1 Mesurage du pas et de la profondeur de modulation de surface (point bas)
6.1.1 Mesurages préliminaires
[7], [8]
Les modes opératoires d'étalonnage de l'instrument étalon doivent être exécutés . Un axe du réseau de
lentilles doit être aligné sur la direction latérale de balayage (x, y) du palpeur de mesure et à l'intérieur de
l'étendue de mesure verticale de l'instrument. Il convient de réaliser un mesurage préliminaire du réseau afin
d'évaluer le profil de la surface. Les réglages de position et de niveau du réseau doivent être réalisés de sorte
à s'assurer que le palpeur balaye au centre de chaque lentille et soit situé dans l'étendue de mesure de
l'instrument. Il convient de noter que les mesurages ne peuvent pas être effectués si le niveau du réseau n'est
pas compris dans l'étendue de mesure de l'instrument. Il peut être nécessaire de procéder à plusieurs
mesurages sur la surface du réseau et d'effectuer des réglages micrométriques de sa position pour garantir
l'alignement adéquat du réseau.
Les paramètres de mesure (vitesse de la machine, fréquence, etc.) doivent être sélectionnés de manière
appropriée. Ceux-ci dépendent de l'instrument et il convient de se référer au manuel d'utilisation
correspondant. Il convient de ne pas utiliser de filtre de rugosité. La distance d'échant
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.