ISO 14880-4:2024
(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
This document 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
- Status
- Published
- Publication Date
- 12-Nov-2024
- Technical Committee
- ISO/TC 172/SC 9 - Laser and electro-optical systems
- Drafting Committee
- ISO/TC 172/SC 9 - Laser and electro-optical systems
- Current Stage
- 6060 - International Standard published
- Start Date
- 13-Nov-2024
- Due Date
- 20-Oct-2024
- Completion Date
- 13-Nov-2024
Relations
- Effective Date
- 05-Nov-2022
- Effective Date
- 06-Jun-2022
Overview
ISO 14880-4:2024 - "Optics and photonics - Microlens arrays - Part 4: Test methods for geometrical properties" specifies standardized methods for measuring the geometric characteristics of microlenses in microlens arrays. It applies to arrays of very small lenses formed on one or more surfaces of a common substrate and to graded‑index microlenses. The standard is part of the ISO 14880 series and focuses on metrology methods to ensure compatibility, interchangeability and reliable specification of microlens array components.
Key topics and requirements
- Measured parameters: pitch (Px, Py), surface modulation depth (h, also referred to as lens sag), physical thickness (Tc), and radius of curvature (Rc).
- Coordinate system: right‑handed Cartesian system with X and Y in the substrate plane and Z outward from the material.
- Primary test methods:
- Stylus profilometer: profile acquisition through lens centers; guidance on stylus tip geometry, contact force, environmental control, calibration and avoiding surface damage. Typical tip shapes suggested are conical with spherical tips (cone angles ~60° or 90°, tip radii 1 µm, 2 µm, 5 µm or 10 µm).
- Confocal microscopy: non‑contact surface topography by focus scanning and intensity detection for depth discrimination.
- Supporting methods / annexes:
- Annex A: measurement using a Fizeau interferometer system (informative).
- Annex B: analysis of array spacing uniformity (informative).
- Measurement conditions and preparation: environmental recommendations (approx. 20 °C ± 5 °C, humidity <70 %), surface cleaning, instrument warm‑up and calibration, and procedures for minimizing contamination and vibration.
- Procedure and reporting: stepwise measurement procedures, interpretation of results, uncertainty estimation and required content of the test report.
Applications and who uses this standard
ISO 14880-4 is intended for:
- Optical component manufacturers and suppliers of microlens arrays for quality control and product specification.
- Metrology and calibration laboratories performing traceable geometric measurements of microlenses.
- R&D teams designing microlens arrays for 3D displays, arrayed light sources/detectors, LCD enhancement, optical coupling and parallel photonic processors.
- System integrators and procurement professionals specifying acceptance criteria and verifying supplier claims.
Practical benefits include consistent measurement practice, reduced disputes over geometrical specs (pitch, sag, thickness, curvature), and improved interchangeability of microlens arrays across suppliers and applications.
Related standards
- ISO 14880-1 (vocabulary and characteristic parameters)
- ISO 14880-2, ISO 14880-3 (other parts of the microlens array series)
- ISO 21920-2:2021 (surface texture / roughness profile terminology referenced)
ISO 14880-4:2024 - Optics and photonics — Microlens arrays — Part 4: Test methods for geometrical properties Released:11/13/2024
ISO 14880-4:2024 - Optique et photonique — Réseaux de microlentilles — Partie 4: Méthodes d'essai pour les propriétés géométriques Released:11/13/2024
Frequently Asked Questions
ISO 14880-4:2024 is a standard published by the International Organization for Standardization (ISO). Its full title is "Optics and photonics - Microlens arrays - Part 4: Test methods for geometrical properties". This standard covers: This document 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.
This document 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.
ISO 14880-4:2024 is classified under the following ICS (International Classification for Standards) categories: 31.260 - Optoelectronics. Laser equipment. The ICS classification helps identify the subject area and facilitates finding related standards.
ISO 14880-4:2024 has the following relationships with other standards: It is inter standard links to ISO/ASTM 52924:2023, ISO 14880-4:2006. Understanding these relationships helps ensure you are using the most current and applicable version of the standard.
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Standards Content (Sample)
International
Standard
ISO 14880-4
Second edition
Optics and photonics — Microlens
2024-11
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 2024
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CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva
Phone: +41 22 749 01 11
Email: copyright@iso.org
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Coordinate system . 3
5 Test methods . 3
5.1 Pitch and surface modulation depth measurement .3
5.1.1 Use of stylus instrument .3
5.1.2 Use of confocal microscope .5
5.2 Physical thickness.8
5.2.1 Principle .8
5.2.2 Set-up and preparation .8
5.3 Radius of curvature.8
5.3.1 Principle .8
5.3.2 Measurement arrangement and test equipment .9
5.4 Surface preparation of microlens array for measurement .11
6 Procedure .11
6.1 Measurement of pitch and surface modulation depth (lens sag) .11
6.1.1 Preliminary measurements.11
6.2 Making measurements and interpreting the results .11
6.3 Measurement of physical thickness . 12
6.4 Measurement of radius of curvature . 12
7 Results and uncertainties .12
8 Test report .13
Annex A (informative) Measurement with a Fizeau interferometer system . 14
Annex B (informative) Uniformity of array spacing . 17
Bibliography .20
iii
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through
ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee
has been established has the right to be represented on that committee. International organizations,
governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely
with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described
in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the different types
of ISO document should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the
ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
ISO draws attention to the possibility that the implementation of this document may involve the use of (a)
patent(s). ISO takes no position concerning the evidence, validity or applicability of any claimed patent
rights in respect thereof. As of the date of publication of this document, ISO had not received notice of (a)
patent(s) which may be required to implement this document. However, implementers are cautioned that
this may not represent the latest information, which may be obtained from the patent database available at
www.iso.org/patents. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and expressions
related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World Trade
Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and Photonics, Subcommittee SC 9,
Laser and electro-optical systems, in collaboration with the European Committee for Standardization (CEN)
Technical Committee CEN/TC 123, Lasers and photonics, in accordance with the Agreement on technical
cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 14880-4:2006), which has been technically
revised.
The main changes are as follows:
— Introduction revised;
— Updated the references to terms defined in 14880-1;
— Figure 8 replaced;
— References updated.
A list of all parts in the ISO 14880 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
iv
Introduction
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 document 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.
Characteristic parameters are defined and examples of applications given in ISO 14880-1. It has been
completed by a set of three other International Standards, i.e. ISO 14880-2, ISO 14880-3 and ISO 14880-4.
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 document.
v
International Standard ISO 14880-4:2024(en)
Optics and photonics — Microlens arrays —
Part 4:
Test methods for geometrical properties
1 Scope
This document 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 documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content constitutes
requirements 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 and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 14880-1 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
NOTE 1 The symbols adopted for this document 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 document to describe geometrical parameters encountered in
x y
the measurement of surface texture. P , P are spacing parameters and are defined as the average value of the length
x y
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 the array and will vary with direction
Note 1 to entry: See Figure 1.
Note 2 to entry: The pitch is expressed in millimetres.
[SOURCE: ISO 14880-1:2019, 3.4.1.5]
Note 3 to entry: For a stylus instrument this will generally equate to the mean width of the profile elements, Rsm,
calculated from the roughness profile (see ISO 21920-2:2021, 3.1.14.3).
3.2
surface modulation depth
h
peak-to-valley variation of the surface height
Note 1 to entry: See Figure 1.
Note 2 to entry: For a purely refractive microlens, this will be the same as the lens sag.
Note 3 to entry: The surface modulation depth is expressed in millimetres.
[SOURCE: ISO 14880-1:2019, 3.4.1.8]
Note 4 to entry: For stylus instruments this will generally equate to Rz (see ISO 21920-2:2021, 3.1.14.3).
3.3
physical thickness
T
c
maximum local thickness of the array
Note 1 to entry: See Figure 1.
Note 2 to entry: The physical thickness is expressed in millimetres.
[SOURCE: ISO 14880-1:2019, 3.4.1.9]
3.4
radius of curvature
R
c
distance from the vertex of the microlens to the centre of curvature of the lens surface
Note 1 to entry: See Figure 1.
Note 2 to entry: The radius of curvature is expressed in millimetres.
[SOURCE: ISO 14880-1:2019, 3.3.3]
Note 3 to entry: For rotationally invariant microlenses or cylindrical microlenses.
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 (ISO 14880-1:2019, Figure 1). 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 paths
Figure 2 — Microlens array with a Cartesian coordinate system
5 Test methods
5.1 Pitch and surface modulation depth measurement
5.1.1 Use of stylus instrument
5.1.1.1 Principle
[1][2][3][4]
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.
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 recalibration is required.
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
[14]
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 enhanced by a microlens array in order to improve the light efficiency,
as shown in Figure 4.
Key
1 light source 5 microlens array
2 beam splitter 6 imaging lens
3 rotating microlens disc (enhanced Nipkow disc) 7 pinhole
4 objective 8 detector
Figure 4 — Confocal microscope measurement System A
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 5 objective
2 rotating microlens disc 6 sample
3 beam splitter 7 imaging lens
4 pinhole array (Nipkow disc) 8 charge-coupled device (CCD) camera
Figure 5 — Confocal microscope measurement System B
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 opti
...
Norme
internationale
ISO 14880-4
Deuxième édition
Optique et photonique — Réseaux
2024-11
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
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© ISO 2024
Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, 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, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
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 d’essai . 4
5.1 Mesurage du pas et de la profondeur de modulation de surface .4
5.1.1 Utilisation d'un instrument à palpeur .4
5.1.2 Utilisation d'un microscope confocal .6
5.2 Épaisseur physique .8
5.2.1 Principe.8
5.2.2 Installation et préparation .8
5.3 Rayon de courbure .8
5.3.1 Principe.8
5.3.2 Disposition pour le mesurage et matériel d'essai .9
5.4 Préparation de la surface du réseau de microlentilles pour le mesurage .11
6 Mode opératoire .11
6.1 Mesurage du pas et de la profondeur de modulation de surface (point bas) .11
6.1.1 Mesurages préliminaires .11
6.2 Réalisation des mesurages et interprétation des résultats . 12
6.3 Mesurage de l'épaisseur physique . 12
6.4 Mesurage du rayon de courbure . 12
7 Résultats et incertitudes .12
8 Rapport d’essai .13
Annexe A (informative) Mesurage avec un système d'interféromètre de Fizeau .15
Annexe B (informative) Uniformité de l'espacement du réseau .18
Bibliographie .21
iii
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux
de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général
confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire
partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a
été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir
www.iso.org/directives).
L’ISO attire l’attention sur le fait que la mise en application du présent document peut entraîner l’utilisation
d’un ou de plusieurs brevets. L’ISO ne prend pas position quant à la preuve, à la validité et à l’applicabilité de
tout droit de propriété revendiqué à cet égard. À la date de publication du présent document, l’ISO n'avait pas
reçu notification qu’un ou plusieurs brevets pouvaient être nécessaires à sa mise en application. Toutefois,
il y a lieu d’avertir les responsables de la mise en application du présent document que des informations
plus récentes sont susceptibles de figurer dans la base de données de brevets, disponible à l'adresse
www.iso.org/brevets. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas avoir identifié tout ou partie de
tels droits de propriété.
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données pour
information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion de
l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles techniques au
commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 172 Optique et photonique, sous-comité
SC 9, Lasers et systèmes électro-optiques, en collaboration avec le comité technique CEN/TC 123, Lasers et
photonique, du Comité européen de normalisation (CEN) conformément à l’Accord de coopération technique
entre l’ISO et le CEN (Accord de Vienne).
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 14880-4:2006) qui a fait l’objet d’une
révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:
— l’introduction a été révisée;
— les références aux termes définis dans le document 14880-1 ont été mis à jour;
— la Figure 8 a été remplacée;
— les références ont été mises à jour.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 14880 se trouve sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes se
trouve à l’adresse www.iso.org/members.html
iv
Introduction
Parmi les exemples d'applications des réseaux de microlentilles figurent les affichages tridimensionnels,
l'optique de couplage associée aux sources lumineuses en réseau et aux photo-détecteurs, l'optique améliorée
pour les affichages à cristaux liquides et les éléments optiques des processeurs parallèles.
Le marché des réseaux de microlentilles a créé un besoin d'accord sur la terminologie de base et sur les
méthodes. Une terminologie normalisée et des définitions claires sont nécessaires non seulement pour
promouvoir les applications mais également pour encourager les scientifiques et les ingénieurs à échanger
des idées et de nouveaux concepts basés sur une compréhension commune.
Le présent document contribue à l'objectif de la série de normes ISO 14880 qui est d'améliorer la compatibilité
et l'interchangeabilité des réseaux de lentilles provenant de différents fournisseurs et de renforcer le
développement de la technologie utilisant des réseaux de microlentilles.
Les paramètres caractéristiques sont définis et des exemples d’applications sont donnés dans l’ISO 14880-1.
Il a été complété par un jeu de trois Normes internationales, c’est-à-dire l’ISO 14880-2, l’ISO 14880-3 et
l’ISO 14880-4.
La mesurage des caractéristiques physiques du pas et de la profondeur de modulation de la surface peut être
effectué à l'aide d'un instrument à stylet et d'un système de sonde optique sans contact. L'épaisseur physique
peut être mesurée à l'aide d'un micromètre. Les processus de mesure sont décrits dans le corps du présent
document.
v
Norme internationale ISO 14880-4:2024(fr)
Optique et photonique — Réseaux de microlentilles —
Partie 4:
Méthodes d'essai pour les propriétés géométriques
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie des méthodes d'essai pour les propriétés géométriques des microlentilles
dans les réseaux de microlentilles. Il 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.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences 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 et les suivants
s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en normalisation,
consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse https:// www .electropedia .org/
NOTE 1 Les symboles adoptés pour le présent document 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 le présent document pour décrire les paramètres géométriques
x y
rencontrés lors du mesurage de l'état de surface. P , P sont des paramètres d'espacement et sont définis comme la
x y
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'un bout à l'autre du réseau, et variera
avec la direction
Note 1 à l'article: Voir Figure 1.
Note 2 à l'article: Le pas est exprimé en millimètres.
[SOURCE: ISO 14880-1:2019, 3.4.1.5]
Note 3 à l'article: Pour un instrument à palpeur, cela est généralement comparable à la largeur moyenne des éléments
de profil, Rsm, calculés à partir du profil de rugosité (voir ISO 21920-2:2021, 3.1.14.3).
3.2
profondeur de modulation de surface
h
variation pic-vallée de la hauteur de la surface
Note 1 à l'article: Voir Figure 1.
Note 2 à l'article: Pour une microlentille purement réfractive, il s'agit de l’équivalent du point bas.
Note 3 à l'article: La profondeur de modulation de surface est exprimée en millimètres.
[SOURCE: ISO 14880-1:2019, 3.4.1.8]
Note 4 à l'article: Pour un instrument à palpeur, cela est généralement comparable à Rz (voir ISO 21920-2:2021,
3.1.14.3).
3.3
épaisseur physique
T
c
épaisseur locale maximale du réseau
Note 1 à l'article: Voir Figure 1.
Note 2 à l'article: L’épaisseur physique est exprimée en millimètres.
[SOURCE: ISO 14880-1:2019, 3.4.1.9]
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 à l'article: Voir Figure 1.
Note 2 à l'article: Le rayon de courbure est exprimé en millimètres.
[SOURCE: ISO 14880-1:2019, 3.3.3]
Note 3 à l'article: Pour les microlentilles rotationnellement invariante ou cylindriques.
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 (ISO 14880-1:2019, Figure 1). Dans un système
cartésien direct, l'axe des X et des Y s'étend sur la surface réelle et l’axe des X fournit la direction du tracé.
L'axe des Z indique la direction vers l'extérieur de la matière vers le milieu environnant.
Légende
1 substrat
2 microlentille
3 passage de la lumière
Figure 2 — Réseau de microlentilles avec un système de coordonnées cartésiennes
5 Méthodes d’essai
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
[1]
Le principe de base de l'utilisation d'un instrument à palpeur est d'obtenir un profil de la surface du réseau
[2][3][4]
. 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.
Les essais dans des conditions plus défavorables doivent être dûment pris en considération.
Légende
1 socle
2 dispositif de fixation
3 microlentille soumise à l’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.
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
[14]
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 renforcé par un réseau de
microlentilles afin d'améliorer le rendement d'éclairage, comme illustré à la Figure 4.
Légende
1 source lumineuse 5 échantillon
2 séparateur de faisceau 6 lentille d'imagerie
3 disque de microlentilles rotatif (analogue à un disque de 7 sténopé
Nipkow)
4 objectif 8 détecteur
Figure 4 — Système de mesure A au microscope confocal
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 5 objectif
2 disque de microlentilles rotatif 6 échantillon
3 séparateur de faisceau 7 lentille d'imagerie
4 réseau de sténopés (disque de Nipkow) 8 caméra à dispositif à couplage de charge (CCD)
Figure 5 — Système de mesure B au microscope confocal
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 Rc respectivement. Il
faut veiller à éviter les réglages incorrects b) et c), 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 l
...
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