ISO 14997:2003
(Main)Optics and optical instruments — Test methods for surface imperfections of optical elements
Optics and optical instruments — Test methods for surface imperfections of optical elements
ISO 14997:2003 establishes the physical principles and practical means for the implementation of two methods, specified in ISO 10110-7, for measuring surface imperfections. These methods are: Method l, the surface area obscured or affected by the defects, and, Method ll, the visibility of the imperfections. Both methods are suitable for prototype, small scale or large scale production of a wide variety of optical components. Imperfection appearance or functional tolerances related to a particular component can be determined by agreement between supplier and customer.
Optique et instruments d'optique — Méthodes d'essai applicables aux imperfections de surface des éléments optiques
L'ISO 14997:2002 décrit les principes physiques et les moyens pratiques de mise en oeuvre des deux méthodes de mesure des imperfections de surface spécifiées dans l'ISO 10110-7. Ces méthodes sont : Méthode I : Mesurage de la zone obscurcie ou affectée par les défauts, et Méthode II : Mesurage de la visibilité des imperfections. Les deux méthodes conviennent à la production d'une grande variété d'éléments optiques, que ce soit au niveau des prototypes ou des petites ou grandes séries. L'apparence des imperfections ou les tolérances fonctionnelles pour un composant particulier peuvent être déterminées par accord client-fournisseur.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 14997
First edition
2003-04-15
Optics and optical instruments — Test
methods for surface imperfections of
optical elements
Optique et instruments d'optique — Méthodes d'essai applicables aux
imperfections de surface des éléments optiques
Reference number
ISO 14997:2003(E)
©
ISO 2003
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ISO 14997:2003(E)
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Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope. 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions. 1
4 Physical principles. 2
5 Method I: Measurement of obscured or affected area . 3
5.1 General. 3
5.2 Requirements . 3
5.3 Calibration. 4
5.4 Procedure. 4
5.5 Test report. 5
6 Method ll: Measurement of visibility . 6
6.1 General. 6
6.2 Calibration. 6
6.3 Procedure. 6
6.4 Test report. 6
Annex A (informative) Component inspection for Method I. 8
Annex B (informative) Recommended dimensions of artefacts on a scale comparison plate for
Method I. 9
Annex C (informative) Description of the instrument used for measuring imperfections below
0,01 mm: Microscope image comparator (Method I). 10
Annex D (informative) Imperfection quality control. 13
Annex E (informative) Inspection station (Method II). 15
Bibliography . 20
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ISO 14997:2003(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 14997 was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and optical instruments, Subcommittee
SC 1, Fundamental standards.
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ISO 14997:2003(E)
Introduction
This International Standard was developed in response to worldwide demand for test methods for surface
imperfections which are objective and permit fast assessment of component quality. Existing standards have
been assessed [9] and found to be too variable in use to satisfy the current requirements of industry. Surface
imperfections, such as digs and scratches, arise from localized damage during or after manufacture. They
may be visible as a result of the light they scatter, giving rise to a false impression of poor quality. Alternatively,
this light may appear as unwanted veiling glare (stray radiation) in an image plane, or it may lead to a
degradation in signal quality at an image sensor. Imperfections can also provide centres of stress, eventually
leading to failure of components exposed to high laser radiation power/energy densities.
Since modern methods of surface examination are capable of atomic resolution, no surface is likely to be
found totally free of localized imperfections. Most surfaces produced are satisfactory for their intended
purpose, but a small proportion may have suffered obvious damage and shall be reworked or regarded as
unacceptable. This can leave some components which, although slightly damaged, may, when tested, still be
acceptable depending on the level of acceptability of surface imperfections requested by the customer and
specified on drawings in accordance with either of the two methods specified in ISO 10110-7. This
International Standard describes how these methods are implemented.
In Method l, the obscuration of imperfections larger than 10 µm can be judged visually by comparison of areas
with artefacts of known size on a comparison plate. The obscuration caused by imperfections equal to or less
than 10 µm across and yet still visible under dark-field illumination is either too small for accurate area
measurement or may transmit as well as scatter radiation. These need to be quantified by comparison of their
radiometric obscuration with totally absorbing artefacts of known size. Every imperfection detected is
measured and considered for summation to produce a level of grade for each surface.
In Method ll, all imperfections, independently of their width, length or number or whether on or between the
surfaces of a component, are observed simultaneously and the component is quickly rejected if one
imperfection exceeds a pre-set level of visibility under controlled conditions of illumination and viewing.
It should be noted that other light scattering defects, which also need to be measured, can arise as digs
distributed over the surface of an incompletely polished surface, and as bubbles and as striae within an optical
material. The measurement of laser damage thresholds also requires sensitive means for quantifying the level
of radiation scattered by damage in its early stages.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 14997:2003(E)
Optics and optical instruments — Test methods for surface
imperfections of optical elements
1 Scope
This International Standard establishes the physical principles and practical means for the implementation of
two methods, specified in ISO 10110-7, for measuring surface imperfections. These methods are: Method l,
the surface area obscured or affected by the defects, and, Method ll, the visibility of the imperfections.
Both methods are suitable for prototype, small scale or large scale production of a wide variety of optical
components. Imperfection appearance or functional tolerances related to a particular component can be
determined by agreement between supplier and customer.
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 10110-7:1996, Optics and optical instruments — Preparation of drawings for optical elements and
systems — Part 7: Surface imperfection tolerances
ISO 11145:2001, Optics and optical instruments — Lasers and laser-related equipment — Vocabulary and
symbols
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 10110-7 and ISO 11145 and the
following apply.
3.1
fully-developed imperfection
imperfection which scatters all radiation incident upon it
3.2
partially-developed imperfection
imperfection which transmits as well as scatters radiation incident upon it
3.3
line-equivalent width
LEW
width of a fully-developed scratch or absorbing line which obscures the same amount of radiation as a
partially-developed scratch
NOTE The LEW of a fully-developed scratch equals its geometrical width.
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3.4
spot-equivalent diameter
SED
diameter of a fully-developed dig or absorbing spot which obscures the same amount of radiation as a
partially-developed dig
NOTE The SED of a fully-developed dig equals its geometrical diameter, but its grade number is the square root of
its area.
3.5
imperfection threshold
total magnitude of imperfections on a surface quoted as a numerical term above which the component may be
rejected for a particular application
NOTE This value applies to Method l.
3.6
bright-field imperfection contrast
ratio of the difference between the background maximum and minimum intensities across an imperfection
image to the sum of these values
NOTE This value depends on whether the imperfection is viewed in transmission or reflection and on whether it is
viewed directly or through the component; it applies to Method I.
3.7
obscuration comparison
process of measuring the severity of an imperfection by comparing its peak contrast under bright-field
conditions with that of an obscuring artefact of known size
NOTE This value applies to Method I.
3.8
visual contrast threshold
smallest ratio of the brightness of an object to its background which can be seen by a particular observer
4 Physical principles
Precise metrology of small surface imperfections, which may be clearly visible under dark-field illumination,
has proved to be very difficult [9] under workshop conditions. The parametric methods described below
overcome this problem by equating imperfection severity with either the obscuration of the incident beam in
comparison with an absorbing artefact of known size or its visibility employing a calibrated observer eye under
controlled conditions of illumination and viewing.
In Method l, the obscuration of each imperfection of doubtful severity identified during inspection is measured
separately. A dig is usually fully developed and is quantified by measuring its encircled diameter and then
calculating its area and grade number in accordance with ISO 10110-7. The length and width of a scratch with
dimensions greater than 10 µm are measured with the aid of a comparison plate or low power measuring
microscope. Scratches equal to or less than 10 µm in width are measured from their LEW values. If different
values are found for actual width and LEW or the actual diameter of a dig and its SED, for these two
approaches the smaller number which allows for transmission of a partially-developed imperfection shall be
used when calculating the grade number.
NOTE Choice of the smaller value is likely to reduce over-specification and lead to increased yields and lower costs.
Method ll depends on imperfection visibility as viewed by a calibrated eye under controlled conditions of
illumination and viewing. Since the contrast threshold of the eye decreases progressively with background
luminance, this parameter can be fixed for different observers by each one adjusting the background
luminance when viewing a standard defect under conditions of limiting detection. Any number of imperfections
below an acceptance level of severity are then rendered invisible for certain classes of component by the use
of particular levels of sample illumination. The component is rejected if any imperfection is visible.
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The method chosen by the designer when specifying imperfection tolerances will be governed by the
application and the need for objective measurement of all imperfections (Method l) or the desire for a fast
overall assessment of component quality (Method ll). Due to radiometric differences between the two methods,
the quality assessments to which they give rise cannot be compared.
5 Method I: Measurement of obscured or affected area
5.1 General
Optical components shall first be cleaned and inspected, preferably in low angle scattered light by strong side-
illumination under dark-field conditions, to select the usually small proportion of doubtful components with
imperfections which require measurement. A typical arrangement for the routine inspection of optical elements
for imperfections seen in transmission is shown in Annex A. A mirror can be inspected by placing it close to
the back wall of the box and tilted so as to avoid reflected light entering the eye.
The affected areas of imperfections with dimensions greater than 10 µm on transmitting or reflecting
substrates can be determined with the aid of a scale comparison plate, such as that described in Annex B. A
simple magnifier or low power microscope may be used for this purpose.
For imperfections equal to or smaller than 10 µm, Figure 1a shows a schematic arrangement illustrating the
simplest configuration required for the measurement of LEW and SED when viewing in transmission. Light
from a distant source on the left illuminates the component. A comparison plate is placed close to the
component so that the eye can form a match between the contrast of the imperfection under bright-field
conditions and that of a line of known width on the plate or a spot of known diameter when quantifying a dig.
Imperfections on a reflecting substrate shall be viewed through a beam splitter to provide normally incident
illumination of the mirror. The same comparison plate operating again in transmission is used as shown
schematically in Figure 1b).
5.2 Requirements
The requirements for the measurement of LEW and SED for imperfections of size equal to or less than 10 µm
are summarized below.
a) The imperfection on the component under test and the comparator plate shall be illuminated and imaged
under the same conditions.
b) The illumination shall be substantially parallel and avoid speckle in the image plane.
c) The imaging system shall have a low numerical aperture — typically 0,01 — chosen to remove fine
structure from the imperfection image, but to leave sufficient radiation to enable comparison of the peak
contrasts of the imperfection and artefact images.
d) The image may be viewed directly, but remote viewing by television is preferred.
A variety of different designs of image comparator may be used to fulfil the above requirements, but the
preferred arrangement with a precision and sensitivity which exceeds that possible with unaided vision is a
microscope image comparator described in Annex C. If the LEW of a scratch varies along its length, its peak
value shall be taken when calculating its grade number.
The length of scratches required to calculate their grade number and the extent of edge chips from the
physical edge of the surface should be measured with the aid of the comparison plate or by low power
microscope.
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a) Viewing in transmission
b) Viewing in reflection
Key
1 source
2 comparison plate
3 test component
4 test mirror
5 beam splitter
Figure 1 — Schematic arrangement for Method I measurement
5.3 Calibration
The measurement of LEW and SED requires the use of a reference dig and scratch calibration plate which
may be of the form of that described in Annex B, extended to sub-micrometre values, if required. When testing
in transmission, this shall have opaque lines and spots on a transparent substrate. Testing in reflection, when
using the microscope image comparator, requires the negative of this plate with transparent slits and spots of
the same size on a reflecting substrate. The uncertainty of measurement of these artefacts shall be 5 % of the
measured dimension.
5.4 Procedure
The precise procedure for optical component inspection and measurement will vary between companies,
depending on past experience and customer needs. The approach described in Annex D is based largely on
existing practice.
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5.5 Test report
If a test report is requested on the drawing, the following information shall be provided for each face of
component tested.
a) General information:
1) name and address of workshop;
2) name of the inspector;
3) date of the measurement;
4) ISO document and/or test specification numbers.
b) Sample information:
1) component drawing number;
2) specifications relating to storage, cleaning and production date;
3) transmitting/reflecting component;
4) component diameter;
5) description of orientation and face marking;
6) operational mode: conformity/quality grade.
c) Test specification:
1) description of test equipment;
2) f/ratio of imaging lens or state if unaided eye is used for assessment;
3) number of imperfections of maximum size allowed and their grade numbers for general and specific
types of imperfection;
4) maximum allowable extent of a chip from the physical edge of the surface.
d) Results:
1) map showing positions and description of all types of imperfections in relation to the face examined
and their orientation within the effective aperture;
2) the number and SED values of digs above the minimum grade and the number and surface area of
coating blemishes;
3) the number, the length and the LEW values of scratches less than 2 mm long, with LEW values
above the minimum grade;
4) the number, the length and the LEW values of scratches greater than 2 mm long, with LEW values
above the minimum grade;
5) the grade number of edge chips;
6) the total number of imperfections;
7) the effective surface area obscured by imperfections;
8) assessment of imperfection concentrations;
9) uncertainty of measurement of effective surface area;
10) decision taken.
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ISO 14997:2003(E)
6 Method ll: Measurement of visibility
6.1 General
In this approach [11] [12], the processes of inspection and assessment are combined in one quality control
station described in Annex E for transmitting components and one for those which reflect light. Any
imperfection which scatters light, whether it is on a surface or within the component material, with severity
above a pre-set level can be seen and lead to component rejection independently of any number of smaller
imperfections which cannot be seen under the chosen conditions. The method provides a fast overall
assessment of component quality.
The extent of edge chips from the physical edge of the surface should be measured by a low power
microscope.
6.2 Calibration
Since the contrast discrimination of observers is variable, the amount of background light shall be adjusted
before using the instrument so that the standard sample imperfection is just on the limit of visibility with the
sample illumination set at 2 500 lx. This procedure for observer eye calibration shall be employed with both
the transmitting and reflecting quality control stations.
The standard imperfection given in E.5 takes the form of a calibrated opaque cross with limbs of width 7 µm.
6.3 Procedure
Having selected the appropriate visibility control station, depending on whether the component is to be
inspected in transmission or reflection, the visibility class number is set on the sample illumination control and
the operator's eye is calibrated, as indicated above. Components may now be inspected. Under these
controlled conditions, if any imperfection is seen anywhere within the effective aperture or on either side, the
component shall be rejected. Tables of visibility class designations are given in E.4. With this equipment, care
shall be taken to mask light outside the effective aperture of the component which shall always be viewed by
both eyes at the fixed distance of 300 mm.
It may be noted that, although not required in this International Standard, the equipment can also be used to
determine the quality grade of a component. In this case, the component is viewed with the pre-set
background level but with the component lighting at its lowest setting, that is class 5. If no imperfection is seen,
the component illumination should be increased to class 4. This process should be continued until at least one
imperfection is seen. Its grade is then recorded as the previous class number.
It should also be noted that the dynamic range of the equipment has been chosen to satisfy an average user
requirement.
6.4 Test report
If a test report is requested on the drawing, this shall contain the following information.
a) General information:
1) name and address of workshop;
2) name of the inspector;
3) date of the measurement;
4) ISO document number.
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ISO 14997:2003(E)
b) Sample information:
1) component drawing number;
2) specifications relating to storage, cleaning and production date;
3) transmitting/reflecting component;
4) component diameter;
5) operational mode: conformity/quality grade.
c) Test specification:
1) description of test equipment;
2) description and size of masking aperture;
3) the visibility class number (when in conformity mode);
4) grade size number for extent of edge chips.
d) Results:
1) duration of inspection session;
2) the number of components tested (when in conformity mode);
3) the grade levels measured for each component (when in quality grade mode);
4) grade numbers of edge chips;
5) number of conforming components;
6) the uncertainty of measurement (when in quality grade mode).
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ISO 14997:2003(E)
Annex A
(informative)
Component inspection for Method I
Figure A.1 gives the typical arrangement for the component inspection for Method I.
Key
1 twin fluorescent tubes
2 matt black finish
3 magnifier
4 component under test
5 viewing position
6 rotation and displacement of component
Figure A.1 — Typical arrangement for the routine inspection of
optical elements for imperfections seen in transmission
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ISO 14997:2003(E)
Annex B
(informative)
Recommended dimensions of artefacts on a scale comparison plate for
Method I
This annex gives recommended dimensions for circular and scratch-like artefacts, which may be used as a
means for size comparison during the inspection of optical elements.
For the size comparison of defects on transmissive surfaces, artefacts consisting of non-transmitting material
or glass are useful.
For the size comparison of defects on reflection surfaces, non-reflecting artefacts on a surface which is
otherwise reflecting may be useful.
In both cases, it is recommended that the scale comparison plates be made by depositing chrome onto glass
by evaporation.
Larger or smaller artefacts may also be useful for certain applications.
Table B.1 — Recommended dimensions of artefacts for size comparison
Dimension of “scratch”
Diameter of circular “defect”
Grade number
µm
µm × µm
Plate No. 1 0,004 4,5 1 × 16
0,006 7 1,6 × 25
0,010 11 2,5 × 40
0,016 18 4,0 × 63
0,025 28 6,3 × 100
0,040 45 10 × 160
Plate No. 2 0,040 45 10 × 160
0,060 70 16 × 225
0,100 110 25 × 400
0,160 180 40 × 630
0,250 280 63 × 1 000
0,400 450 100 × 1 600
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ISO 14997:2003(E)
Annex C
(informative)
Description of the instrument used for measuring imperfections
below 0,01 mm: Microscope image comparator (Method I)
C.1 Principle of operation
When an imperfection is fully developed with dimensions larger than 0,01 mm, its area of obscuration can be
obtained from its measured surface dimensions using a microscope with a micrometer eyepiece or by
comparison with a graticule having lines of varying width and spots of varying diameter.
Since a high proportion of naturally occuring small imperfections transmit as well as scatter, their dimensions
cannot be directly related to their obscuration of light. It is, however, possible to quantify the obscuration of an
imperfection by comparing the peak contrast of its image, formed by a small aperture lens under bright-field
conditions, with that of an opaque line or spot of known size. In this way, the amount of light removed from a
beam by an imperfection, by the process of scatter, is equated to the amount of light removed by an absorbing
artefact of known dimensions. Here, only the direct or undiffracted light is collected and the same low aperture
lens is used to image both the imperfection and the comparison artefact. Since the instrument required to
make the measurement of imperfection severity is in the form of a comparator, the following description can
be regarded as informative. A more detailed description of a microscope image comparator is given in [10], its
operation in support of a standard for surface damage is described in [13] and currently used thresholds for
imperfections are reviewed in [14].
C.2 Schematic representation of a comparator
Figure C.1 shows a schematic representation of a microscope image comparator capable of measuring LEW
and SED values of most imperfections likely to be met in practice on transmitting or reflecting surfaces.
Isolated defects within material can also be measured to a precision significantly better than can usually be
achieved by eye.
Light from a tungsten lamp, S, is focused by the condenser lens, L , onto the pinhole, P. After passage
1
through the polarizer, Z , the light fr
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 14997
Première édition
2003-04-15
Optique et instruments d'optique —
Méthodes d'essai applicables aux
imperfections de surface des éléments
optiques
Optics and optical instruments — Test methods for surface
imperfections of optical elements
Numéro de référence
ISO 14997:2003(F)
©
ISO 2003
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ISO 14997:2003(F)
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ii © ISO 2003 — Tous droits réservés
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Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives. 1
3 Termes et définitions . 1
4 Principes physiques . 2
5 Méthode I: Mesurage de la zone obscurcie ou affectée par les défauts . 3
5.1 Généralités. 3
5.2 Exigences. 3
5.3 Étalonnage. 4
5.4 Mode opératoire . 5
5.5 Rapport d'essai . 5
6 Méthode II: Mesurage de la visibilité des imperfections. 6
6.1 Généralités. 6
6.2 Étalonnage. 6
6.3 Mode opératoire . 6
6.4 Rapport d'essai . 7
Annexe A (informative) Contrôle des éléments selon la Méthode I . 8
Annexe B (informative) Dimensions recommandées des étalons sur un plateau de comparaison
gradué pour la Méthode I . 9
Annexe C (informative) Description de l'instrument de mesure des imperfections inférieures à
0,01 mm: Microscope comparateur d'images (Méthode I). 10
Annexe D (informative) Contrôle qualité des imperfections . 13
Annexe E (informative) Poste de contrôle (Méthode II) . 15
Bibliographie . 20
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ISO 14997:2003(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 14997 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 172, Optique et instruments d'optique,
sous-comité SC 1, Normes fondamentales.
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ISO 14997:2003(F)
Introduction
La présente Norme internationale a été élaborée en réponse à la demande internationale pour des méthodes
d'essai, applicables aux imperfections de surface, objectives et qui permettent une évaluation rapide de la
qualité des éléments. Après évaluation (voir référence [9]), les normes existantes se sont révélées trop
variables lors de leur utilisation pour satisfaire aux exigences actuelles de l'industrie. Les imperfections de
surface, telles que creux et rayures, sont dues à un dommage localisé pendant ou après la fabrication. Elles
peuvent se voir en raison de la dispersion lumineuse qu'elles causent, et ceci donne une fausse impression
de mauvaise qualité. Elles peuvent également provoquer un rayonnement parasite dans le plan image, ou
engendrer une dégradation de la qualité du signal au niveau d'un capteur d'images. Les imperfections
peuvent également engendrer des centres de contrainte susceptibles de conduire à une défaillance des
éléments exposés à des densités intenses de puissance/énergie de rayonnement laser.
Puisque les méthodes modernes d'examen des surfaces ont un pouvoir de résolution du niveau de l'atome, il
n'est plus possible de trouver de surface absolument exempte d'imperfections localisées. La plupart des
surfaces produites sont satisfaisantes pour leur utilisation prévue, mais une petite partie d'entre elles peut
avoir subi des dommages évidents et doit être reprise ou considérée inacceptable. Il n'en reste pas moins que
certains éléments, bien que légèrement endommagés, peuvent, lorsque soumis aux essais, demeurer
acceptables en fonction du niveau d'acceptabilité des imperfections de surface demandé par le client et
spécifié sur les dessins conformément à l'une des deux méthodes spécifiées dans l'ISO 10110-7. La présente
Norme internationale décrit la mise en œuvre de ces méthodes.
La Méthode I permet d'évaluer visuellement l'obscurcissement des imperfections supérieures à 10 µm en
comparant les zones à des défauts types de dimension connue sur un échantillon de comparaison.
L'obscurcissement dû aux imperfections dont le diamètre est inférieur ou égal à 10 µm et qui demeurent
visibles sous un éclairement à fond noir est soit trop faible pour permettre un mesurage précis des zones, soit
peut transmettre également un rayonnement diffusé. Ces imperfections doivent être quantifiées en comparant
leur obscurcissement radiométrique à celui de défauts types totalement absorbants de dimension connue.
Chaque imperfection détectée est mesurée et ajoutée aux autres imperfections pour obtenir un niveau de
classe pour chaque surface.
La Méthode II permet d'observer simultanément toutes les imperfections, indépendamment de leur largeur, de
leur longueur ou de leur nombre, ou indépendamment du fait qu'elles apparaissent sur ou entre les surfaces
d'un élément: l'élément est rapidement rejeté lorsqu'une imperfection dépasse un niveau de visibilité prédéfini
dans des conditions contrôlées d'éclairement et d'observation.
Il convient de noter que d'autres défauts de diffusion de la lumière, qui doivent également être mesurés,
peuvent provenir de creux répartis sur une surface incomplètement polie, de bulles et de stries à l'intérieur
d'un matériau optique. Le mesurage des seuils d'endommagement par laser nécessite également l'utilisation
de dispositifs sensibles pour quantifier le niveau de rayonnement diffracté par dommage dès son origine.
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NORME INTERNATIONALE ISO 14997:2003(F)
Optique et instruments d'optique — Méthodes d'essai
applicables aux imperfections de surface des éléments
optiques
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale décrit les principes physiques et les moyens pratiques de mise en œuvre
des deux méthodes de mesure des imperfections de surface spécifiées dans l'ISO 10110-7. Ces méthodes
sont: Méthode I, Mesurage de la zone obscurcie ou affectée par les défauts, et Méthode II, Mesurage de la
visibilité des imperfections.
Les deux méthodes conviennent à la production d'une grande variété d'éléments optiques, que ce soit au
niveau des prototypes ou des petites ou grandes séries. L'apparence des imperfections ou les tolérances
fonctionnelles pour un composant particulier peuvent être déterminées par accord client-fournisseur.
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 10110-7:1996, Optique et instruments d'optique ― Indications sur les dessins pour éléments et systèmes
optiques ― Partie 7: Tolérances d'imperfection de surface
ISO 11145:2001, Optique et instruments d'optique ― Lasers et équipements associés aux lasers ―
Vocabulaire et symboles
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 10110-7 et l'ISO 11145
ainsi que les suivants s'appliquent.
3.1
imperfection entièrement développée
imperfection qui diffuse l'ensemble du rayonnement incident
3.2
imperfection partiellement développée
imperfection qui à la fois transmet et diffuse le rayonnement incident
3.3
largeur de ligne équivalente
LEW
largeur d'une rayure entièrement développée ou d'une ligne absorbante qui obscurcit le même volume de
rayonnement qu'une rayure partiellement développée
NOTE La LEW d'une rayure entièrement développée est égale à sa largeur géométrique.
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3.4
diamètre de point équivalent
SED
diamètre d'un creux entièrement développé ou d'un point absorbant qui obscurcit la même quantité de
rayonnement qu'un creux partiellement développé
NOTE Le SED d'un creux entièrement développé est égal à son diamètre géométrique, mais sa référence de classe
est la racine carrée de sa superficie.
3.5
seuil d'imperfection
amplitude totale des imperfections présentes sur une surface, représentée par une valeur numérique au-
dessus de laquelle l'élément peut être rejeté pour une application particulière
NOTE Cette valeur s'applique à la Méthode I.
3.6
contraste des imperfections sur fond clair
rapport entre la différence des intensités de fond maximale et minimale sur une image d'imperfection et la
somme de ces valeurs
NOTE Cette valeur dépend du fait que l'imperfection est observée en transmission ou en réflexion, ou elle est
observée directement ou à travers le composant; elle s'applique à la Méthode I.
3.7
comparaison d'obscurcissement
procédé de mesure de la sévérité d'une imperfection par comparaison de son contraste de crête dans des
conditions de fond clair avec celui d'un défaut type obscurcissant de dimension connue
NOTE Cette valeur s'applique à la Méthode I.
3.8
seuil de contraste visuel
plus petit rapport entre la luminosité d'un objet et son arrière-fond, qui peut être observé par un observateur
spécifique
4 Principes physiques
Il est très difficile (voir référence [9]) de mesurer avec précision en atelier des imperfections de surface de
petite dimension, qui peuvent être clairement visibles sous un éclairement à fond noir. Les méthodes
paramétriques décrites ci-dessous surmontent cette difficulté en considérant que la sévérité des imperfections
est égale soit à l'obscurcissement du faisceau incident par rapport à un défaut type absorbant de dimension
connue, sur un faisceau incident, soit à leur visibilité par un observateur dont l'œil est étalonné dans des
conditions contrôlées d'éclairement et d'observation.
La Méthode I permet de mesurer séparément l'obscurcissement de chaque imperfection dont la sévérité a été
jugée incertaine lors du contrôle. Un creux est généralement entièrement développé et quantifié en mesurant
son diamètre circonscrit puis en calculant son aire et sa référence de classe conformément à l'ISO 10110-7.
La longueur et la largeur d'une rayure dont les dimensions sont supérieures à 10 µm sont mesurées à l'aide
d'un échantillon de comparaison ou d'un microscope à faible grossissement. Les rayures dont la largeur est
inférieure ou égale à 10 µm sont mesurées à partir de leurs valeurs LEW. Lorsque l'application de ces deux
méthodes donne des valeurs différentes pour la largeur réelle et la largeur de ligne équivalente d'une rayure
ou le diamètre réel d'un creux et son diamètre de faisceau équivalent, le calcul de la référence de classe se
fait à partir du nombre le plus petit permettant la transmission d'une imperfection partiellement développée.
NOTE Le choix de la plus petite valeur réduit généralement la sur-spécification et donne des rendements plus
importants et des coûts moins élevés.
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La Méthode II dépend de la visibilité des imperfections telles que les perçoit un œil étalonné dans des
conditions contrôlées d'éclairement et d'observation. Dans la mesure où le seuil de contraste de l'œil diminue
progressivement avec la luminance de fond, ce paramètre peut être fixé pour différents observateurs, par
réglage pour chacun de la luminance de fond lors de l'observation d'un défaut étalon dans des conditions de
détection limitée. Les imperfections de niveau inférieur à un niveau d'acceptation de gravité sont ensuite
rendues invisibles pour certaines classes d'éléments en utilisant des niveaux particuliers d'éclairement de
l'échantillon. L'élément est rejeté lorsqu'une imperfection est visible.
La méthode choisie par le concepteur lors de la spécification des tolérances d'imperfection dépend de
l'application et de la nécessité d'un mesurage objectif de toutes les imperfections (Méthode I) ou du souhait
d'une évaluation globale rapide de la qualité de l'élément (Méthode II). En raison des différences
radiométriques entre les deux méthodes, les évaluations de qualité qu'elles entraînent ne peuvent pas être
comparées.
5 Méthode I: Mesurage de la zone obscurcie ou affectée par les défauts
5.1 Généralités
Les éléments optiques doivent tout d'abord être nettoyés et contrôlés, de préférence sous angle faible de
lumière diffractée par un éclairement latéral puissant, et dans des conditions de fond noir, afin de sélectionner
la proportion généralement faible d'éléments incertains dont les imperfections nécessitent un mesurage. Un
dispositif type de contrôle de routine des imperfections des éléments optiques observées en transmission est
représenté à l'Annexe A. On peut examiner le miroir en le plaçant contre la paroi arrière de la boîte et en
l'inclinant pour éviter que la lumière réfléchie n'atteigne l'œil.
Un échantillon de comparaison du type de celui décrit à l'Annexe B permet de déterminer l'aire des
imperfections de dimension supérieure à 10 µm sur des substrats examinés en transmission ou en réflexion.
Une simple lentille grossissante ou un microscope à faible grossissement peut être utilisé à cet effet.
Pour les imperfections inférieures ou égales à 10 µm, la Figure 1a) représente le dispositif schématique qui
illustre la plus simple configuration requise pour mesurer LEW et SED lors de leur observation en
transmission. La lumière provenant d'une source éloignée sur la gauche éclaire l'élément. Un échantillon de
comparaison est placé à proximité de l'élément de sorte que l'œil puisse établir une correspondance entre le
contraste de l'imperfection dans des conditions de fond clair et celui d'une ligne de largeur donnée sur
l'échantillon pour la quantification d'une rayure ou d'un point d'un diamètre donné, pour la quantification du
creux.
Les imperfections décelées sur un substrat réfléchissant doivent être observées au travers d'un diviseur de
faisceaux afin de garantir l'éclairement incident normal du miroir. Le même échantillon de comparaison
fonctionnant cette fois en transmission est utilisé comme représenté de façon schématique à la Figure 1b).
5.2 Exigences
Les exigences relatives au mesurage de LEW et de SED pour les imperfections de dimension inférieure ou
égale à 10 µm sont résumées ci-dessous.
a) L'imperfection décelée sur l'élément soumis à l'essai et l'échantillon de comparaison doivent être éclairés
et représentés dans les mêmes conditions.
b) L'éclairement doit être quasi parallèle et ne pas donner une granulation cohérente du plan image.
c) Le système d'imagerie doit avoir une ouverture numérique faible ― généralement 0,01 ― choisie pour
éliminer la structure fine de l'image de l'imperfection mais pour conserver un rayonnement suffisant pour
permettre de comparer les contrastes de crête des images des imperfections et des défauts types.
d) L'image peut être observée directement mais une télésurveillance par caméra électronique est
recommandée.
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a) Essai en transmission
b) Essai en réflexion
Légende
1 source
2 plan de comparaison
3 composant d'essai
4 miroir d'essai
5 diviseur de faisceau
Figure 1 — Représentation schématique du mesurage selon la Méthode I
Une variété de modèles différents de comparateur d'images peut être utilisée pour satisfaire aux exigences
susmentionnées, mais le dispositif recommandé dont la fidélité et la sensibilité dépassent celles que l'on peut
avoir avec une vision naturelle est le microscope comparateur d'images décrit à l'Annexe C. Lorsque LEW
d'une rayure varie en fonction de sa longueur, sa valeur de crête doit être prise en compte pour le calcul de la
référence de classe.
Il convient de mesurer la longueur des rayures requise pour le calcul de la référence de classe et l'étendue
des égrenures à partir du bord physique de la surface à l'aide de l'échantillon de comparaison ou d'un
microscope à faible grossissement.
5.3 Étalonnage
Le mesurage de LEW et de SED requiert l'utilisation d'un échantillon de comparaison de creux et de rayure de
référence, qui peut avoir la forme comme décrit à l'Annexe B, élargie à des valeurs submicrométriques, si
nécessaire. Lors de l'essai en transmission, ce dispositif doit comporter des lignes et des points opaques sur
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un substrat transparent. L'essai en réflexion, s'il utilise le microscope comparateur d'images, requiert le négatif
de cet échantillon avec des fentes et des points de la même dimension, transparents sur un substrat
réfléchissant. L'incertitude de mesure de ces défauts types doit être égale à 5% de la dimension mesurée.
5.4 Mode opératoire
Le mode opératoire précis de contrôle et de mesurage des éléments optiques varie entre les entreprises en
fonction de l'expérience acquise et des besoins du client. La méthode décrite à l'Annexe D se fonde en
grande partie sur la pratique existante.
5.5 Rapport d'essai
Lorsqu'un rapport d'essai doit accompagner le dessin, les informations suivantes doivent être fournies pour
chaque face de l'élément soumis à l'essai.
a) Informations générales
1) le nom et l'adresse de l'usine;
2) le nom du contrôleur;
3) la date du mesurage;
4) les numéros de la Norme internationale et/ou de la spécification d'essai.
b) Informations relatives à l'échantillon
1) le numéro de dessin de l'élément;
2) les spécifications relatives au stockage, au nettoyage et à la date de fabrication;
3) l'élément de transmission/réflexion;
4) le diamètre de l'élément;
5) la description de l'orientation et du marquage des faces;
6) le mode opératoire: conformité/classe de qualité.
c) Spécification d'essai
1) la description de l'équipement d'essai;
2) le nombre f de la lentille d'imagerie ou l'indication si l'œil non corrigé est utilisé pour l'évaluation;
3) le nombre d'imperfections de dimension maximale autorisées et leurs numéros de classe pour les
types d'imperfection générale ou spécifique;
4) l'ampleur maximale admissible d'une égrenure physique de la surface.
d) Résultats
1) le plan indiquant les positions et la description de tous les types d'imperfections en fonction de la
face examinée et de l'orientation à l'intérieur de l'ouverture effective;
2) le nombre et les valeurs de SED des creux au-dessus de la classe minimale et le nombre et l'aire
des défauts de revêtement;
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3) le nombre, la longueur et les valeurs de LEW des rayures de longueur inférieure à 2 mm, avec les
valeurs de LEW au-dessus de la classe minimale;
4) le nombre, la longueur et les valeurs de LEW des rayures de longueur supérieure à 2 mm, avec les
valeurs de LEW au-dessus de la classe minimale;
5) le numéro de classe des égrenures;
6) le nombre total d'imperfections;
7) l'aire utile de la surface obscurcie par les imperfections;
8) l'évaluation des concentrations d'imperfections;
9) l'incertitude de mesure de l'aire utile de la surface;
10) la décision prise.
6 Méthode II: Mesurage de la visibilité des imperfections
6.1 Généralités
Avec cette méthode (voir références [11] et [12]), les processus de contrôle et d'évaluation sont combinés en
un poste de contrôle de la qualité décrit à l'Annexe E pour les éléments qui transmettent la lumière d'une part
et pour les éléments qui la reflètent d'autre part. Toute imperfection qui diffuse la lumière, qu'elle se trouve sur
une surface ou au sein du matériau de l'élément, et dont la sévérité est supérieure à un niveau prédéfini, peut
être décelée et entraîner le rejet de l'élément indépendamment du nombre d'imperfections plus petites qui ne
peuvent être décelées dans les conditions choisies. La méthode permet une évaluation globale rapide de la
qualité de l'élément.
Il convient de mesurer l'étendue des égrenures depuis le bord physique de la surface à l'aide d'un microscope
à faible grossissement.
6.2 Étalonnage
Dans la mesure où la discrimination des contrastes par les observateurs est variable, l'intensité du fond
lumineux doit être réglée, avant d'utiliser l'instrument, de sorte que l'imperfection de l'échantillon étalon se
trouve juste à la limite de visibilité, l'éclairement d'échantillon étant fixé à 2 500 lx. Cette méthode
d'étalonnage de l'œil de l'observateur doit être employée avec les postes de contrôle de la qualité, en
transmission comme en réflexion.
Le défaut étalon mentionné en E.5 revêt la forme d'une croix opaque étalonnée avec des branches de 7 µm
de largeur.
6.3 Mode opératoire
Une fois sélectionné le poste approprié de contrôle de la visibilité, selon que l'élément doit être contrôlé en
transmission ou en réflexion, le numéro de la classe de visibilité est réglé sur le poste de contrôle de
l'éclairement de l'échantillon et l'œil de l'opérateur est étalonné, comme indiqué ci-dessus. Les éléments
peuvent alors être contrôlés. Dans ces conditions de contrôle, si l'on observe une imperfection en n'importe
quel point à l'intérieur de l'ouverture utile et sur l'une des faces, l'élément doit être rejeté. Les tableaux des
désignations de classes de visibilité sont donnés en E.4. Avec cet équipement, il convient de veiller à
masquer la lumière à l'extérieur de l'ouverture effective de l'élément qui doit toujours être observé avec les
deux yeux à une distance fixe de 300 mm.
On peut noter que, bien que la présente Norme internationale ne l'exige pas, l'équipement peut également
être utilisé pour déterminer la classe de qualité d'un élément. Dans ce cas, l'élément est observé avec le
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niveau de fond prédéfini mais avec un éclairement de classe 5 (son réglage le plus bas). Lorsqu'aucune
imperfection n'est décelée, il convient de passer à la classe 4 d'éclairement de l'élément. Il est recommandé
de poursuivre ce procédé jusqu'à ce que l'on décèle au moins une imperfection. La classe consignée est alors
la référence de classe précédente.
Il y a également lieu de noter que la plage dynamique de l'équipement a été choisie pour satisfaire aux
exigences d'un utilisateur moyen.
6.4 Rapport d'essai
Lorsqu'un rapport d'essai doit accompagner le dessin, il doit contenir les informations suivantes.
a) Informations générales
1) les nom et adresse de l'usine;
2) le nom du contrôleur;
3) la date du mesurage;
4) le numéro de la Norme internationale.
b) Informations relatives à l'échantillon
1) le numéro de dessin de l'élément;
2) les spécifications relatives au stockage, au nettoyage et à la date de fabrication;
3) l'élément de transmission/réflexion;
4) le diamètre de l'élément;
5) le mode de fonctionnement: conformité/classe de qualité.
c) Spécification d'essai
1) la description de l'équipement d'essai;
2) les description et dimension de l'ouverture de masquage;
3) le numéro de la classe de visibilité (si le mode conformité est utilisé);
4) la référence de classe d'étendue des égrenures.
d) Résultats
1) la durée de la session de contrôle;
2) le nombre des éléments soumis à l'essai (si le mode conformité est utilisé);
3) les niveaux de classe mesurés pour chaque élément (si le mode classe de qualité est utilisé);
4) les références de classe des égrenures;
5) le numéro des éléments conformes;
6) l'incertitude de mesure (si le mode classe de qualité est utilisé).
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Annexe A
(informative)
Contrôle des éléments selon la Méthode I
La Figure A.1 montre un dispositif type de contrôle des éléments selon la Méthode I.
Légende
1 tubes fluorescents doubles
2 finition noir mat
3 amplificateur
4 élément soumis à l'essai
5 position d'observation
6 rotation et déplacement de l'élément
Figure A.1 — Dispositif type de contrôle de routine des imperfections des éléments optiques
observées en transmission
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Annexe B
(inform
...
Questions, Comments and Discussion
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