ISO 15368:2001
(Main)Optics and optical instruments — Measurement of reflectance of plane surfaces and transmittance of plane parallel elements
Optics and optical instruments — Measurement of reflectance of plane surfaces and transmittance of plane parallel elements
Optique et instruments d'optique — Méthode de mesurage de la réflectance des surfaces planes et de la transmittance des éléments à plan parallèle
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15368
First edition
2001-08-01
Optics and optical instruments —
Measurement of reflectance of plane
surfaces and transmittance of plane parallel
elements
Optique et instruments d'optique — Méthode de mesurage de la réflectance
des surfaces planes et de la transmittance des éléments à plan parallèle
Reference number
ISO 15368:2001(E)
© ISO 2001
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ISO 15368:2001(E)
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ISO 15368:2001(E)
Contents Page
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 2
4 Symbols and units . 2
5 Test specimen . 2
6 Measuring apparatus . 3
7 Test conditions . 4
8 Test procedure . 5
9 Main error factors . 7
10 Test report . 9
Annexes
A Spectrophotometers. 10
A.1 General . 10
A.2 Dispersion type spectrophotometer . 10
A.3 Fourier-transform type spectrometer . 11
B Refractive index of synthetic fused silica . 12
Bibliography. 13
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ISO 15368:2001(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 3.
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 International Standard may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard ISO 15368 was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and optical
instruments,SubcommitteeSC1, Fundamental standards.
Annexes A and B of this International Standard are for information only.
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ISO 15368:2001(E)
Introduction
Measurements of reflectance and transmittance using spectrophotometers are the most fundamental methods for
the characterization of optical components. Since the spectrophotometric methods are basic and normal, they are
extensively used and further give measurement data for a wide range of wavelengths.
This International Standard describes the measurement of reflectance and transmittance using spectrophotometers
which provides data with high reproducibility and repeatability.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 15368:2001(E)
Optics and optical instruments — Measurement of reflectance of
plane surfaces and transmittance of plane parallel elements
1 Scope
This International Standard gives rules for the measurement of the spectral reflectance of plane surfaces and
spectral transmittance of plane parallel elements using spectrophotometers over the spectral range 190 nm to
25m.
The transmittance and the reflectance of optical components are generally divided into two parts as follows:
= +
(1)
r d
= + (2)
r d
where
is the regular transmittance;
r
is the diffuse transmittance;
d
is the regular reflectance;
r
is the diffuse reflectance.
d
This International Standard applies only to measurements of the regular transmittance and the regular reflectance; it
does not apply to those of the diffuse transmittance and the diffuse reflectance.
This International Standard is applicable to test specimens which are coated or uncoated optical components without
optical power.
2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of
this International Standard. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these
publications do not apply. However, parties to agreements based on this International Standard are encouraged to
investigate the possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For
undated references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC
maintain registers of currently valid International Standards.
IEC 60050-845:1987, International Electrotechnical Vocabulary — Chapter 845: Lighting
ISO 31-6:1992, Quantities and units — Part 6: Light and related electromagnetic radiations
ISO 9211-1:1994, Optics and optical instruments — Optical coatings — Part 1: Definitions
ISO 9211-2:1994, Optics and optical instruments — Optical coatings — Part 2: Optical properties
ISO 10110-8:1997, Optics and optical instruments — Preparation of drawings for optical elements and systems —
Part 8: Surface texture
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ISO 15368:2001(E)
3 Terms and definitions
For the purposes of this International Standard, the terms and definitions given in ISO 31-6, ISO 9211-1 and the
following (which are given in IEC 60050-845) apply.
3.1
transmittance
�for incident radiation of given spectral composition, polarization and geometrical distribution� ratio of the transmitted
radiant or luminous flux to the incident flux in the given conditions
3.2
regular transmittance
ratio of the regularly transmitted part of the whole transmitted flux to the incident flux
3.3
internal transmittance
ratio of the radiation flux reaching the internal exit surface of the layer to the flux that enters into the layer after
crossing the entry surface
3.4
reflectance
�for incident radiation of given spectral composition, polarization and geometrical distribution� ratio of the reflected
radiant or luminous flux to the incident flux in the given conditions
3.5
regular reflectance
specular reflectance
ratio of the regularly reflected part of the whole reflected flux to the incident flux
4 Symbols and units
For the purposes of this International Standard, the following symbols and units apply.
wavelength, expressed in nanometres
i angle of incidence, expressed in degrees
p, s state of polarization
transmittance
regular transmittance
r
internal transmittance
i
reflectance
regular reflectance
r
5Testspecimen
Storage, cleaning and preparation of a test specimen shall be carried out in accordance with the instructions of the
manufacturer on the test specimen for normal use.
Wavelength, angle of incidence and state of polarization shall correspond to those specified by the manufacturer for
the use of the test specimen.
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ISO 15368:2001(E)
6 Measuring apparatus
For the measurement specified in this International Standard, a spectrophotometer is required. Figure 1 shows an
example of a double beam, dispersion type spectrophotometer. It consists of a light source, a monochromator, a
specimen compartment, a detector unit and a control unit.
Details of the apparatus are described in annex A.
Key
L Light source
FFilterbox
SSlit
D Dispersive element
M Monochromator
SC Specimen compartment
CO Collecting optics
BBaffle
PF Polarization filter
CM Chopper mirror
T Test beam
R Reference beam
DU Detector unit
CU Control unit
Figure 1 — Standard arrangement of a spectrophotometer
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ISO 15368:2001(E)
7 Test conditions
7.1 General
The light source, divergence of beam, beam diameter on the specimen, wavelength, spectral resolution, stepping
interval, incident angle, detector and numerical correction shall be selected and documented.
7.2 Light source
The temporal variation of the intensity of the light source shall be measured and documented. The state of
polarization (p or s) of the beam shall be selected and documented.
NOTE The state of polarization of the radiation reaching the detector may be affected by reflection on components in the
reference/sample paths. It is suggested to rotate the sample in its incidence plane to check for polarization effects.
The beam diameter on the specimen shall be larger than 1mm. On the surface of the specimen the beam profile
shall be smooth so that the local peak power density does not exceed the average power density by a factor of
greater than two. The beam diameter and the beam divergence (see also 9.9) shall be documented.
7.3 Monochromator
The type of dispersive element and its characteristics shall be documented.
Optics for blocking out higher order diffraction light shall be documented.
The spectral range and spectral resolution shall be selected in order to satisfy the specification of the measurement,
and be documented.
The type of spectrophotometer (single or double beam, dispersion or Fourier-transform) shall be documented.
7.4 Detection system
An appropriate detector for the measuring spectral region shall be selected and documented. In the case of a
dispersion type spectrophotometer, a lock-in detection technique is frequently used and a light chopper or a chopper
mirror is installed in the beam to modulate the output signal. The detection system shall have a dynamic range
4 −2
greater than 10 and a deviation from linearity less than 10 . Photometric linearity shall be calibrated by a double
aperture method that uses double apertures and neutral density filters [1].
When an integrating sphere or a diffuser is used, this shall be documented.
7.5 Numerical correction
Numerical correction can include spectral correction, averaging, smoothing, calibration of photometric linearity and
others.
Spectral correction can be made referring to an appropriate wavelength standard (see 9.2). Random noise can be
reduced by averaging or smoothing. Averaging can be made by repeating measurement or increasing sampling time.
Smoothing can be made by averaging data in the finite spectral bandwidth after measurement, although it reduces
spectral resolution. Sampling time and smoothing factors shall be documented.
For details on the calibration of photometric linearity, see 7.4.
Calibration of the spectrophotometer can be done by measuring the transmittance of a reference sample (standard)
using the method given in 8.2.1. A reference sample for the transmittance from ultraviolet to near infrared region shall
be an accurately parallel plate of fused silica with P2 grade surface specified in ISO 10110-8. Accuracy and
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repeatability of the transmittance of this reference sample is from� 0,02 % to� 0,5 % including photometric noise.
Other standard reference materials which are checked at an accredited laboratory may be used.
8 Test procedure
8.1 Measurement of reflectance
8.1.1 General
Either of the two types of measurements of reflectance, a direct method or a relative method, shall be chosen.
The incident angle shall be selected according to the manufacturer's instruction. Reflectance of normal incidence
� � �
cannot usually be measured and the incident angle from 5 to 15 instead of 0 , which shall be documented, is used.
�
In the case of an incident angle other than 0 , the reflectance depends on the state of polarization of the incident
�
light, so that in the case of an angle larger than 10 , the state (p or s) shall also be selected and documented.
8.1.2 Direct measurement of regular reflectance
Figure 2 shows two methods of the direct measurement of reflectance. In Figure 2 a), the reflected flux without a
1
specimen is measured, and then the reflected flux with the specimen is measured after changing the optical
2
arrangement as in Figure 2 b) and c). The regular reflectance of the specimen is given as
2
= (3)
r
1
[in the case of an arrangement as shown in Figure 2 b)]
r
2
= (4)
r
1
[in the case of an arrangement as shown in Figure 2 c)]
irrespective of the magnitudes of the reflectance of the reference mirror and other optics.
8.1.3 Relative measurement of regular reflectance
The relative measurement is easier than the direct measurement. An example of a reference sample for the
reflectance is an aluminum mirror or a fused silica plate with a wedge angle, polished smoothly and kept clean. The
successive measurements of the reflected flux of the reference sample and that of a specimen are made
ref s
using the arrangement of Figure 2 a). Then the regular reflectance of the specimen is given as
s
= � (5)
r ref
ref
where is the regular reflectance of the reference sample.
ref
The value
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 15368
Première édition
2001-08-01
Optique et instruments d'optique —
Méthode de mesurage de la réflectance des
surfaces planes et de la transmittance des
éléments à plan parallèle
Optics and optical instruments — Measurement of reflectance of plane
surfaces and transmittance of plane parallel elements
Numéro de référence
ISO 15368:2001(F)
© ISO 2001
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ISO 15368:2001(F)
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ISO 15368:2001(F)
Sommaire Page
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Symboles et unités . 2
5 Éprouvette . 2
6 Appareillage de mesure . 3
7 Conditions d'essai . 4
8 Procédure d'essai . 5
9 Principaux facteurs d'erreur . 7
10 Rapport d'essai . 9
Annexes
A Spectrophotomètres. 11
A.1 Généralités . 11
A.2 Spectrophotomètre de type dispersif . 11
A.3 Spectromètre à transformée de Fourier . 12
B Indice de réfraction de la silice fondue synthétique . 13
Bibliographie. 14
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ISO 15368:2001(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 3.
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 de la présente Norme internationale 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.
La Norme internationale ISO 15368 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 172, Optique et instruments
d'optique,sous-comité SC 1, Normes fondamentales.
Les annexes A et B de la présente Norme internationale sont données uniquement à titre d'information.
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ISO 15368:2001(F)
Introduction
Les mesurages de la réflectance et de la transmittance au moyen de spectrophotomètres représentent les méthodes
les plus fondamentales de caractérisation des composants optiques. Étant donné que les méthodes
spectrophotométriques sont élémentaires et courantes, elles sont largement utilisées et fournissent en outre des
données de mesurage pour un large domaine de longueurs d'onde.
La présente Norme internationale décrit le mesurage de la réflectance et de la transmittance au moyen de
spectrophotomètres, qui fournit des données présentant une reproductibilité et une répétabilité élevées.
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NORME INTERNATIONALE ISO 15368:2001(F)
Optique et instruments d'optique — Méthode de mesurage de la
réflectance des surfaces planes et de la transmittance des
éléments à plan parallèle
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale donne des règles pour le mesurage de la réflectance spectrale de surfaces planes
et de la transmittance spectrale d'éléments à plan parallèle au moyen de spectrophotomètres, sur le domaine
spectral de 190 nm à 25m.
La transmittance et la réflectance de composants optiques sont généralement divisées en deux parties de la
façon suivante:
= + (1)
r d
= + (2)
r d
où
est la transmittance régulière;
r
est la transmittance diffuse;
d
est la réflectance régulière;
r
est la réflectance diffuse.
d
La présente Norme internationale s'applique uniquement aux mesurages de la transmittance et de la réflectance
régulières; elle ne s'applique pas aux mesurages de la transmittance et de la réflectance diffuses.
La présente Norme internationale s'applique aux éprouvettes qui sont des composants optiques traités ou non
traités sans puissance optique.
2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente Norme internationale. Pour les références datées, les
amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s'appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes
aux accords fondés sur la présente Norme internationale sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les
éditions les plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la dernière
édition du document normatif en référence s'applique. Les membres de l'ISO et de la CEI possèdent le registre des
Normes internationales en vigueur.
CEI 60050-845:1987, Vocabulaire Électrotechnique International — Chapitre 845: Éclairage
ISO 31-6:1992, Grandeurs et unités — Partie 6: Lumière et rayonnements électromagnétiques connexes
ISO 9211-1:1994, Optique et instruments d'optique — Traitements optiques — Partie 1: Définitions
ISO 9211-2:1994, Optique et instruments d'optique — Traitements optiques — Partie 2: Propriétés optiques
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ISO 15368:2001(F)
ISO 10110-8:1997, Optique et instruments d'optique — Indications sur les dessins pour éléments et systèmes
optiques — Partie 8: État de surface
3 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les termes et définitions données dans l’ISO 31-6,
l’ISO 9211-1 ainsi que les suivants (donnés dans la CEI 60050-845) s'appliquent.
3.1
transmittance
�pour un rayonnement incident d'une composition spectrale, d'une polarisation et d'une distribution géométrique
données� rapport du flux énergétique ou lumineux transmis au flux incident dans les conditions données
3.2
transmittance régulière
rapport de la partie du flux global transmise régulièrement au flux incident
3.3
transmittance interne
rapport du flux énergétique atteignant la face interne de sortie de la couche au flux qui entre dans celle-ci après avoir
traversé la face d'entrée
3.4
réflectance
�pour un rayonnement incident d'une composition spectrale, d'une polarisation et d'une distribution géométrique
données� rapport du flux énergétique ou lumineux réfléchi au flux incident dans les conditions données
3.5
réflectance régulière
réflectance spéculaire
rapport de la partie du flux global réfléchie régulièrement au flux incident
4 Symboles et unités
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les symboles et unités suivants s'appliquent.
longueur d'onde, en nanomètres
i angle d'incidence, en degrés
p, s état de polarisation
transmittance
transmittance régulière
r
transmittance interne
i
réflectance
réflectance régulière
r
5 Éprouvette
Le stockage, le nettoyage et la préparation d'une éprouvette doivent être effectués conformément aux instructions du
fabricant relatives à l'éprouvette pour une utilisation normale.
La longueur d'onde, l'angle d'incidence et l'état de polarisation doivent correspondre à ceux spécifiés par le fabricant
pour l'utilisation de l'éprouvette.
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2 ISO 2001 – Tous droits réservés
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ISO 15368:2001(F)
6 Appareillage de mesure
Pour procéder au mesurage spécifié dans la présente Norme internationale, un spectrophotomètre est requis. La
Figure 1 présente un exemple de spectrophotomètre de type dispersif, bifaisceau. Il se compose d'une source
lumineuse, d'un monochromateur, d'un compartiment pour spécimen, d'une unité de détection et d'une unité de
commande.
Les détails de l'appareillage sont décrits dans l'annexe A.
Légende
L Source lumineuse
FBoîteàfiltre
SFente
D Élément dispersif
M Monochromateur
SC Compartiment à spécimen
CO Optique collectrice
B Déflecteur
PF Filtre de polarisation
CM Miroir hacheur
T Faisceau d’essai
R Faisceau de référence
DU Unité de détection
CU Unité de commande
Figure 1 — Disposition normalisée d’un spectrophotomètre
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ISO 15368:2001(F)
7 Conditions d'essai
7.1 Généralités
La source lumineuse, la divergence du faisceau, le diamètre du faisceau sur le spécimen, la longueur d'onde, la
résolution spectrale, l'intervalle de mesure, l'angle d'incidence, le détecteur et la correction numérique doivent être
sélectionnés et documentés.
7.2 Source lumineuse
La variation temporelle de l'intensité de la source lumineuse doit être mesurée et documentée. L'état de polarisation
(p ou s) du faisceau doit être sélectionné et documenté.
NOTE L'état de polarisation du rayonnement atteignant le détecteur peut être affecté par la réflexion sur les composants dans
les trajets référence/échantillon. Il est suggéré de faire une rotation de l'échantillon selon son plan incident pour vérifier les effets
de polarisation.
Le diamètre du faisceau sur le spécimen doit être supérieur à1mm. Sur la surface du spécimen, le profil du faisceau
doit être régulier afin que la densité de puissance de crête locale n'excède pas la densité de puissance moyenne
d'un facteur supérieur à deux. Le diamètre et la divergence du faisceau (voir aussi 9.9) doivent être documentés.
7.3 Monochromateur
Le type d'élément dispersif et ses caractéristiques doivent être documentés.
Les optiques destinées à empêcher une lumière de diffraction d'ordre supérieur de passer doivent être
documentées.
Le domaine et la résolution spectraux doivent être sélectionnés de façon à satisfaire à la spécification du mesurage,
et doivent être documentés.
Le type de spectrophotomètre (monofaisceau ou bifaisceau, de type dispersif ou à transformée de Fourier) doit être
documenté.
7.4 Système de détection
Un détecteur approprié au mesurage de la région spectrale doit être sélectionné et documenté. Dans le cas d'un
spectrophotomètre de type dispersif, une technique de détection par blocage est fréquemment utilisée et un hacheur
de lumière ou un miroir hacheur est installé sur la trajectoire du faisceau pour moduler le signal de sortie. Le système
4
de détection doit présenter une gamme dynamique supérieure à 10 et un écart par rapport à la linéarité inférieur à
−2
10 . La linéarité photométrique doit être étalonnée par une méthode à double ouverture qui utilise des ouvertures
doubles et des filtres gris à densité neutre [1].
L'utilisation d'une sphère intégrante ou d'un diffuseur doit être documentée.
7.5 Correction numérique
La correction numérique peut inclure la correction spectrale, le moyennage, le lissage, l'étalonnage de la linéarité
photométrique et autres.
La correction spectrale peut être effectuée par rapport à un étalon de longueur d'onde approprié (voir 9.2). Le bruit
aléatoire peut être réduit par le moyennage ou le lissage. Le moyennage peut être effectué par un mesurage répété
ou une durée d'échantillonnage accrue. Le lissage peut être effectué par le moyennage des données sur la largeur
de bande spectrale finie après le mesurage, bien qu'il réduise la résolution spectrale. La durée d'échantillonnage et
les facteurs de lissage doivent être documentés.
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4 ISO 2001 – Tous droits réservés
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ISO 15368:2001(F)
En ce qui concerne l'étalonnage de la linéarité photométrique, voir 7.4.
L'étalonnage du spectrophotomètre peut être effectué en mesurant la transmittance d'un échantillon de référence
(étalon) au moyen de la méthode donnée en 8.2.1. Un échantillon de référence pour la transmittance du domaine
ultraviolet au proche infrarouge doit être une plaque précisément parallèle de silice fondue avec une surface de
grade P2 spécifiée dans l'ISO 10110-8. La précision et la répétabilité de la transmittance de cet échantillon de
référence se situent entre� 0,02 % et� 0,5 % y compris le bruit photométrique. D'autres matériels de référence
normalisés, vérifiés par un laboratoire accrédité, peuvent être utilisés.
8 Procédure d'essai
8.1 Mesurage de la réflectance
8.1.1 Généralités
Un des deux types de mesurage de la réflectance, une méthode directe ou une méthode relative, doit être choisi.
L'angle d'incidence doit être sélectionné selon les instructions du fabricant. La réflectance de l'incidence normale ne
� � �
peut généralement pas être mesurée et l'angle d'incidence de 5 à 15 au lieu de 0 , qui doit être documenté, est
�
utilisé. Dans le cas d'un angle d'incidence autre que 0 , la réflectance dépend de l'état de polarisation de la lumière
�
incidente, de sorte que dans le cas d'un angle supérieur à 10 , l'état (p ou s) doit aussi être sélectionné et
documenté.
8.1.2 Mesurage direct de la réflectance régulière
La Figure 2 présente deux méthodes de mesurage direct de la réflectance. Dans la Figure 2 a), le flux réfléchi
1
sans spécimen est mesuré, puis le flux réfléchi avec l’éprouvette est mesuré après avoir modifié la disposition
2
optique comme dans la Figure 2 b) et c). La réflectance régulière du spécimen est donnée de la façon suivante:
2
= (3)
r
1
[dans le cas d'une disposition montrée à la Figure 2 b)]
r
2
= (4)
r
1
[dans le cas d'une disposition montrée à la Figure 2 c)]
sans tenir compte des grandeurs de la réflectance du miroir de référence et d'autres optiques.
8.1.3 Mesurage relatif de la réflectance régulière
Le mesurage relatif est plus aisé que le mesurage direct. Un exemple d'échantillon de référence pour la réflectance
est un miroir en aluminium ou une plaque de silice fondue taillée avec un angle avec une face polie finement et
maintenue propre. Les mesurages successifs du flux réfléchi de l'échantillon de référence et de celui de
ref
l’éprouvette sont effectués, en utilisant la disposition de la Figure 2 a). Puis la réflectance régulière du spécimen
s
est donnée de la façon suivante:
s
= � (5)
r ref
ref
où est la réflectance régulière de l'échantillon de référence.
ref
©
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ISO 15368:2001(F)
La valeur est étalonnée séparément par la méthode directe donnée au 8.1.2. Pour une éprouvette à faible
ref
réflectance tel qu'une plaque de verre avec ou sans traitement antiréfléchissant, le mesurage relatif est
recommandé. Dans ce cas, une plaque de silice fondue est utilisée en tant qu'échantillon de référence pour le
domaine allant de l'ultr
...
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