ISO 10110-14:2003
(Main)Optics and optical instruments — Preparation of drawings for optical elements and systems — Part 14: Wavefront deformation tolerance
Optics and optical instruments — Preparation of drawings for optical elements and systems — Part 14: Wavefront deformation tolerance
International Standard ISO 10110 applies to the presentation of design and functional requirements for optical elements and assemblies in technical drawings used for manufacturing and inspection. ISO 10110-14:2003 provides rules for the indication of the allowable deformation of a wavefront transmitted through or, in the case of reflective optics, reflected from an optical element or assembly. The deformation of the wavefront refers to its departure from the desired shape ("Nominal theoretical wavefront"). The tilt of the wavefront with respect to a given reference surface is excluded from the scope. There is no requirement that a tolerance for wavefront deformation be indicated. If such a tolerance is specified, it does not take precedence over a tolerance for the surface deformation according to ISO 10110-5. If tolerances for both the surface deformation and the wavefront deformation are given, they must both be upheld.
Optique et instruments d'optique — Indication sur les dessins pour éléments et systèmes optiques — Partie 14: Tolérance de déformation des fronts d'onde
La Norme internationale ISO 10110 s'applique à la représentation des exigences de conception et des exigences fonctionnelles des éléments et sous-ensembles optiques dans les dessins techniques utilisés pour la fabrication et le contrôle. L'ISO 10110-14:2003 fournit des règles pour indiquer la tolérance de déformation d'un front d'onde transmis à travers ou, dans le cas des systèmes optiques réfléchissants, réfléchi sur un élément ou un sous-ensemble optique. La déformation du front d'onde se réfère à sa déviation par rapport à la forme souhaitée («Front d'onde théorique nominal»). L'inclinaison du front d'onde par rapport à une surface de référence donnée est exclue du domaine d'application. Il n'y a pas d'exigence d'indication de la tolérance de déformation du front d'onde. Si une telle tolérance est spécifiée, elle ne prend pas le pas sur une tolérance de déformation de la surface, conformément à l'ISO 10110-5. Si des tolérances sont indiquées à la fois pour la déformation de surface et pour la déformation du front d'onde, elles doivent toutes les deux être respectées.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 10110-14
First edition
2003-04-01
Optics and optical instruments —
Preparation of drawings for optical
elements and systems —
Part 14:
Wavefront deformation tolerance
Optique et instruments d'optique — Indication sur les dessins pour
éléments et systèmes optiques —
Partie 14: Tolérance de déformation des fronts d'onde
Reference number
ISO 10110-14:2003(E)
©
ISO 2003
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ISO 10110-14:2003(E)
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ISO 10110-14:2003(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope. 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions. 1
4 Tolerances for wavefront deformation . 5
5 Non-circular test areas . 5
6 Specification of tolerances for wavefront deformation . 6
6.1 General. 6
6.2 Units . 6
6.3 Wavelength . 6
6.4 Target aberrations. 6
6.5 Cemented (or optically contacted) elements . 6
7 Indication in drawings . 6
7.1 General. 6
7.2 Code number . 7
7.3 Form of the indication . 8
7.4 Location . 9
7.5 Indication of type of illumination. 10
7.6 Specification of the image-point location.10
7.7 Indication of target aberrations . 11
8 Examples of tolerance indications. 11
Annex A (informative) Method for the analysis of wavefronts using digital interferogram analysis . 13
Annex B (informative) Visual interferogram analysis . 19
© ISO 2003 — All rights reserved iii
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ISO 10110-14:2003(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 10110-14 was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and optical instruments,
Subcommittee SC 1, Fundamental standards.
ISO 10110 consists of the following parts, under the general title Optics and optical instruments — Preparation
of drawings for optical elements and systems:
Part 1: General
Part 2: Material imperfections — Stress birefringence
Part 3: Material imperfections — Bubbles and inclusions
Part 4: Material imperfections — Inhomogeneity and striae
Part 5: Surface form tolerances
Part 6: Centring tolerances
Part 7: Surface imperfection tolerances
Part 8: Surface texture
Part 9: Surface treatment and coating
Part 10: Table representing data of optical elements and cemented assemblies
Part 11: Non-toleranced data
Part 12: Aspheric surfaces
Part 14: Wavefront deformation tolerance
Part 16: Aspheric diffractive surfaces
Part 17: Laser irradiation damage threshold
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ISO 10110-14:2003(E)
Introduction
This part of ISO 10110 makes it possible to specify a functional tolerance for the performance (expressed in
wavelengths of single-pass wavefront deformation) for an optical system. This tolerance therefore includes the
effect of surface deformations, inhomogeneities, and possible interactions among the various individual errors.
The quality of an optical system depends not only on the quality of the surfaces, but also on several other
factors, such as the homogeneity of the optical material and how the optical surfaces of the system interact
with each other. Because of this effect, the selection of tolerances for individual degradations (such as
surfaces and inhomogeneity) may be difficult. For instance, the effect of glass inhomogeneities upon the
optical quality of a prism depends greatly upon the form and orientation of the inhomogeneities; this is
particularly true when light passes through the glass in more than one direction, as in the case of a penta-
prism. In the case of a thin optical element, it often happens that the deformations of the rear surface
correspond closely to those of the front surface, due to bending of the system during fabrication.
Unfortunately, it is usually not known in advance that this will be the case, and for this reason, in the absence
of a wavefront deformation tolerance, the tolerances for the individual surfaces of a system must often be very
tight to guard against the possibility that the deformations might add to each other rather than cancel one
another.
It should be noted that it is possible to specify a tolerance on the wavefront deformation only, without
specifying tolerances on the individual surfaces. In this case, the manufacturer must ensure that the wavefront
satisfies the specified tolerance, but is not bound by tolerances on the individual surfaces of the element, and
is free, for instance, to allow the surface deformations to be large provided they cancel each other.
It is also possible to supply a tolerance for the wavefront deformation, according to this part of ISO 10110, in
addition to tolerances on the individual surfaces and/or inhomogeneity (according to ISO 10110-5 and
ISO 10110-4, respectively). In this case, the manufacturer must ensure that all of the individual tolerances
(surface deformations and inhomogeneity) are upheld, as well as ensuring that the wavefront is of the
specified quality.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 10110-14:2003(E)
Optics and optical instruments — Preparation of drawings for
optical elements and systems —
Part 14:
Wavefront deformation tolerance
1 Scope
International Standard ISO 10110 applies to the presentation of design and functional requirements for optical
elements and assemblies in technical drawings used for manufacturing and inspection.
This part of ISO 10110 provides rules for the indication of the allowable deformation of a wavefront transmitted
through or, in the case of reflective optics, reflected from an optical element or assembly.
The deformation of the wavefront refers to its departure from the desired shape (“Nominal theoretical
wavefront”). The tilt of the wavefront with respect to a given reference surface is excluded from the scope of
this part of ISO 10110.
There is no requirement that a tolerance for wavefront deformation be indicated. If such a tolerance is
specified, it does not take precedence over a tolerance for the surface deformation according to ISO 10110-5.
If tolerances for both the surface deformation and the wavefront deformation are given, they must both be
upheld.
NOTE In this part of ISO 10110, the term “wavefront” used alone stands for either “transmitted wavefront” or
“reflected wavefront”, according to the type of system to be specified.
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 7944:1998, Optics and optical instruments — Reference wavelengths
ISO 10110-1:1996, Optics and optical instruments — Preparation of drawings for optical elements and
systems — Part 1: General
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
wavefront deformation
distance between a wavefront transmitted and/or reflected once through, or in the case of reflective optics,
reflected once from, the optical element or assembly under test and the nominal theoretical wavefront,
measured normal to the nominal theoretical wavefront
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ISO 10110-14:2003(E)
NOTE 1 See also 3.13.
NOTE 2 The illuminating wavefront may be specified to be planar, convergent or divergent. See 7.5 and 7.6.
3.2
peak-to-valley difference between two wavefronts
PV difference between two wavefronts
maximum distance minus the minimum distance between the wavefronts
NOTE It is possible that the wavefronts cross, in which case the minimum distance between the wavefronts is a
negative number; the sign must be taken into account in computing the PV difference.
3.3
total wavefront deformation function
theoretical surface defined by the difference between the wavefront transmitted and/or reflected once through
the optical system under test and the nominal theoretical wavefront, measured normal to the nominal
theoretical wavefront
See Figure 1a).
3.4
approximating spherical wavefront
theoretical spherical wavefront tangent to the exit pupil of the system under test for which the root-mean-
square difference to the wavefront transmitted and/or reflected once through the optical system under test is a
minimum
See Figure 1b).
NOTE 1 For the purpose of this definition, “spherical wavefronts” include the “planar wavefront”. (The planar wavefront
is considered to be a particular case of the spherical wavefront.)
NOTE 2 See Clause 5 in the case of non-circular test areas.
3.5
wavefront sagitta error
peak-to-valley difference between the approximating spherical wavefront and the reference sphere
NOTE 1 The wavefront sagitta error represents the extent to which the radius of curvature of the approximating
wavefront departs from that of the nominal theoretical wavefront.
NOTE 2 If no restrictions are specified on the location of the image of the optical system under test, the reference
sphere is identical to the approximating spherical wavefront, and the wavefront sagitta error is defined to be zero.
3.6
wavefront irregularity function
theoretical surface defined by the difference between the total wavefront deformation function and the
approximating spherical wavefront
See Figure 1c).
3.7
wavefront irregularity
peak-to-valley difference between the wavefront irregularity function and the plane which best approximates it
NOTE The wavefront irregularity represents the departure of the wavefront from sphericity.
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3.8
approximating aspheric wavefront
rotationally symmetric aspheric wavefront for which the root-mean-square difference to the wavefront
irregularity function is a minimum
See Figure 1d).
NOTE See Clause 5 in the case of non-circular test areas.
Figure 1 — Example of a measured wavefront and its decomposition into wavefront deformation types
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ISO 10110-14:2003(E)
3.9
rotationally symmetric wavefront irregularity
peak-to-valley difference between the approximating aspheric wavefront and the plane which best
approximates it
NOTE The rotationally symmetric wavefront irregularity is the rotationally symmetric irregularity of the wavefront
irregularity function. Its value cannot exceed that of the wavefront irregularity function.
3.10
total rms wavefront deformation
RMSt
root-mean-square difference between the wavefront transmitted once through, and/or reflected once from, the
optical system under test and the nominal theoretical wavefront, which includes any specified target
aberrations
3.11
rms wavefront irregularity
RMSi
root-mean-square value of the wavefront irregularity function defined in 3.6
3.12
rms wavefront asymmetry
RMSa
root-mean-square value of the difference between the wavefront irregularity function and the approximating
aspheric wavefront
See Figure 1e).
3.13
single-pass
testing arrangement in which the light beam passes once through, or in the case of reflective optics, is
reflected once by, the element under test
NOTE 1 For corner-cubes, roof prisms, “cat's eyes”, and other types of retroreflectors, a single retroreflection from the
element constitutes a “single-pass” configuration, even though the light actually passes through much of the element
twice.
NOTE 2 Although the wavefront deformation as defined in 3.1 refers to a “single-pass” measurement, many types of
optical systems are commonly tested in a “double-pass” configuration, in which the light passes through or reflects from
the element twice. In many cases, when an element is tested in a double-pass configuration, the observed deformation of
the wavefront is approximately twice the wavefront deformation as defined in 3.1. Regardless of how the system is actually
to be tested or used, the tolerance for wavefront deformation always refers to the “wavefront deformation” as defined in
3.1, that is, as if used in a single-pass configuration.
NOTE 3 When an element of poor optical quality is tested in a double-pass configuration, it is possible that the rays of
the test beam are disturbed sufficiently (for example, made divergent or convergent) so that they do not pass through the
same positions of the test element on the second transmission. In this case, the wavefront deformation is not equal to one-
half the observed deformation, and a precise determination of the (single-pass) wavefront deformation is difficult.
NOTE 4 In some cases, the double-pass wavefront deformation is not even approximately equal to twice the single-
pass wavefront deformation. For instance, an optical system containing a wedged prism will convert a test beam of circular
cross-section into one having an elliptical cross-section. When converting between single-pass and double-pass results, it
is necessary to take such effects into account.
3.14
target aberrations
aspheric deformations of the wavefront which have been specified for inclusion in the nominal theoretical
wavefront
3.15
nominal theoretical wavefront
theoretical wavefront equal to the reference sphere plus any target aberrations which may be specified
NOTE This is the “Desired shape” of the wavefront mentioned in Clause 1.
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ISO 10110-14:2003(E)
3.16
reference sphere
the theoretical spherical wavefront tangent to the exit pupil of the system under test, for which the root-mean-
square difference to the wavefront transmitted once through and/or reflected once from the optical system
under test is a minimum, and consistent with any restrictions which may be specified for the location of the
image of the system
NOTE 1 See Clause 5 in the case of non-circular test areas.
NOTE 2 If no restrictions are specified on the image position, the reference sphere is identical to the approximating
spherical surface.
4 Tolerances for wavefront deformation
The tolerances for wavefront deformation are indicated by specifying the maximum permissible values of the
wavefront sagitta error (3.5), wavefront irregularity (3.7), and/or rotationally symmetric wavefront irregularity
(3.9). In addition, tolerances for three root-mean-square (rms) measures of wavefront deformation may be
specified (see 3.10, 3.11 and 3.12). These rms measures of the wavefront deformation represent the rms
value of the function remaining after the subtraction of various types of wavefront deformation.
The wavefront sagitta error is meaningful only when the location of the image is specified. If the location of the
image is left unspecified, the wavefront sagitta error, as defined in 3.5, is defined to be zero, and shall not be
specified.
NOTE 1 A method for determining the amount of wavefront sagitta error, wavefront irregularity, and rotationally
symmetric wavefront irregularity of a given wavefront using digital interferogram analysis is described in Annex A. Methods
by which these quantities can be estimated using visual interpretation of interferograms are described in Annex B.
NOTE 2 A method for calculating the total rms wavefront deformation, the rms wavefront irregularity, and the rms
wavefront asymmetry is described in Annex A. These rms measures of wavefront deformation cannot be estimated
visually.
5 Non-circular test areas
The peak-to-valley (PV) and root-mean-square (RMS) wavefront deformation types given in Clause 3 refer to
values calculated within the actual test area. In the case of non-circular test areas, these error types shall be
calculated only over the actual test area.
The approximating spherical wavefront (3.4) is the spherical wavefront which best approximates the
wavefront. If the test area is non-circular, it is important that this approximation be made by a wavefront that is
spherical. In particular, the spherical part of an aspheric approximating function shall not be substituted for the
approximating spherical wavefront.
The approximating aspheric wavefront (see 3.8) is the rotationally symmetric wavefront which best
approximates the wavefront irregularity function. If the test area is non-circular, it is important that this
approximation be made by a wavefront that is rotationally symmetric. In particular, the rotationally symmetric
part of a non-symmetric approximating wavefront shall not be substituted for the approximating aspheric
wavefront (see 3.8).
NOTE 1 If the test area is non-circular, the various wavefront deformation types defined in Clause 3 are not
mathematically orthogonal. Nevertheless, these wavefront deformation types are well-defined (not ambiguous) provided
the above restrictions are upheld.
NOTE 2 Annex A describes a method for calculating the amounts of the various types of wavefront deformation,
regardless of whether or not the test area is circular.
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ISO 10110-14:2003(E)
6 Specification of tolerances for wavefront deformation
6.1 General
For the specification of tolerances for wavefront deformation, the stipulations given in 6.2 to 6.5 apply.
NOTE It is not necessary that tolerances be specified for all types of wavefront deformation.
6.2 Units
The maximum permissible values for wavefront sagitta error, wavefront irregularity, rotationally symmetric
wavefront irregularity and, if applicable, any target aberrations (3.14) shall be specified in units of
wavelengths.
These quantities are defined with reference to a wavefront passing once through the element under test
(single-pass). See the appropriate definitions given in Clause 3.
If a specification is to be given for one or more rms wavefront deformation types, the specification shall also
be in units of wavelengths (single-pass).
6.3 Wavelength
Unless otherwise specified, the wavelength is that of the green spectral line of mercury (e-Iine),
λ = 546,07 nm, according to ISO 7944.
If other than λ = 546,07 nm, the wavelength in which the wavefront deformation is specified shall be indicated
on the drawing. See Example 2 in Figure 2. See Clause 7.
6.4 Target aberrations
Frequently, the nominal theoretical wavefront is spherical or planar. In some cases, to allow for the presence
of small amounts of residual aberration in the design of an optical system, non-zero target values may be
specified for the polynomial aberration types defined in Annex A.
6.5 Cemented (or optically contacted) elements
If two or more optical elements are to be cemented (or optically contacted), the wavefront deformation
tolerances given for the individual elements also apply for the elements after assembly, i.e. after cementing (or
optically contacting), unless otherwise specified. See ISO 10110-1:1996, 4.8.3.
7 Indication in drawings
7.1 General
In all cases in which a tolerance for wavefront deformation is to be indicated, the optical axis of the element
shall be indicated on the drawing according to ISO 10110-1:1996, 4.2.
The location of the stop surface or pupil shall be indicated according to ISO 10110-1:1996, 5.3. See Figure 2.
The tolerance for wavefront deformation shall be indicated by a code number (see 7.2) and the indications of
the tolerances for wavefront sagitta error, wavefront irregularity, rotationally symmetric wavefront irregularity
and rms deformation types, as appropriate (see 7.3).
For any type of wavefront deformation indicated on the drawing, the specified wavelength shall be indicated in
accordance with 6.3.
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ISO 10110-14:2003(E)
No provision is given for the specification of a PV-tolerance for the total wavefront deformation (that is,
including both the wavefront sagitta error and the wavefront irregularity). If such a specification is necessary,
this information shall be given in a note on the drawing, for example: “Total wavefront deformation shall not
exceed 0,25 wavelength.”
See Clause 8 for examples of tolerance indications.
7.2 Code number
The code number for wavefront deformation is 13/.
a) Example 1
b) Example 2
Figure 2 — Examples of an indication of a tolerance for wavefront deformation,
with planar illumination
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ISO 10110-14:2003(E)
7.3 Form of the indication
The indication shall have one of the following three forms:
13/A (B/C); λ = E
or
13/A (B/C) RMSx < D; λ = E (where x is one of the Ietters t, i or a)
or
13/ — RMSx < D; λ = E (where x is one of the letters t, i, or a).
The indication “; λ = E” (last element of the three forms of indication specified above) may be omitted provided
the specified wavelength is λ = 546,07 nm (see 7.1).
NOTE More than one RMSx value may be specified.
The quantity A is either
the maximum permissible (single-pass) wavefront sagitta error, as defined in 3.5, expressed in wave-
lengths, or
a dash (—) indicating that no explicit tolerance for wavefront sagitta error is given.
The quantity B is either
the permissible PV value of (single-pass) wavefront irregularity, as defined in 3.7, expressed in wave-
lengths, or
a dash (—) indicating that no explicit tolerance for wavefront irregularity is given.
The quantity C is the permissible value of the (single-pass) rotationally symmetric wavefront irregularity, as
defined in 3.9, expressed in wavelengths. If no tolerance is given, the slash (/) is replaced by the final
parenthesis, i.e. 13/A(B).
If no tolerance is given for the all three deformation types, then A, B, C, the divisor line (/) and the parenthesis
are replaced by a single dash (—), i.e. 13/—.
The quantity D is the maximum permissible value of the rms quantity of the type specified by x, where x is one
of the Ietters t, i or a. These quantities are defined in 3.10 to 3.12. The specification of more than one type of
rms deviation is allowed. These specifications shall be separated by a semicolon, as shown in Clause 8,
Example 7.
The quantity E is the wavelength, in nanometres, in which the wavefront deformation is specified.
The wavefront deformation tolerance indicated applies to the optically effective area, except when the
indication is to apply to a smaller test field for all possible positions within the optically effective area. In this
case, the diameter of the test field shall be appended to the tolerance indication as follows:
13/A (B/C) RMSx < D (all ∅.); λ = E
See Clause 8, Examples 4a) and 4b).
8 © ISO 2003 — All rights reserved
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ISO 10110-14:2003(E)
7.4 Location
The indication shall be entered near the optical element to which it refers. If necessary, the indication may be
connected to the optical axis by a leader, as shown in Figure 2.
In cases where the optical axis is not normal to the surfaces of the element, it may be necessary to indicate
the test area for wavefront deformation in a cross-section perpendicular to the optical axis. In this case, the
indication of wavefront deformation shall be associated with the test area (see Figure 3).
For elements requiring indications for wavefront deformation along multiple test paths, the various test paths
shall be indicated with reference letters, as shown in Figure 4. The indications for wavefront deformation shall
be associated with the Ietters of the input and output test paths, as shown in Figure 4.
a) Example 1
b) Example 2
Figure 3 — Examples of indication of the wavefront quality specification
referencing an indicated test area
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ISO 10110-14:2003(E)
CE: 13/3 (1) (∞)
CF: 13/1 (0,2) (∞)
DE: 13/3 (1) (∞)
DF: 13/1 (0,2) (∞)
Figure 4 — Indication of the wavefront quality specification for an element having multiple test paths
7.5 Indication of type of illumination
For collimated (planar wavefront) illumination, the infinity symbol (∞) shall be appended between parentheses
to the
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 10110-14
Première édition
2003-04-01
Optique et instruments d'optique —
Indication sur les dessins pour éléments
et systèmes optiques —
Partie 14:
Tolérance de déformation des fronts
d'onde
Optics and optical instruments — Preparation of drawings for optical
elements and systems —
Part 14: Wavefront deformation tolerance
Numéro de référence
ISO 10110-14:2003(F)
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ISO 2003
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ISO 10110-14:2003(F)
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ISO 10110-14:2003(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions. 2
4 Tolérances de déformation du front d'onde. 5
5 Zones d'essai non circulaires. 5
6 Spécification des tolérances de déformation du front d'onde. 6
6.1 Généralités. 6
6.2 Unités . 6
6.3 Longueurs d’onde. 6
6.4 Aberrations cibles. 6
6.5 Éléments collés (ou en contact optique). 6
7 Indication sur les dessins . 6
7.1 Généralités. 6
7.2 Numéro de code. 7
7.3 Forme de l’indication. 8
7.4 Position de l'indication. 9
7.5 Indication du type d'éclairage. 10
7.6 Spécification de la position du point image. 10
7.7 Indication des aberrations cibles. 11
8 Exemples d'indications de tolérances.11
Annexe A (informative) Méthode d’analyse des fronts d’onde par analyse numérique des
interférogrammes. 13
Annexe B (informative) Analyse visuelle des interférogrammes . 19
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ISO 10110-14:2003(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 10110-14 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 172, Optique et instruments d'optique,
sous-comité SC 1, Normes fondamentales.
L'ISO 10110 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Optique et instruments
d'optique — Indication sur les dessins pour éléments et systèmes optiques:
Partie 1: Généralités
Partie 2: Imperfections des matériaux — Biréfringence sous contrainte
Partie 3: Imperfections des matériaux — Bulles et inclusions
Partie 4: Imperfections des matériaux — Hétérogénéités et stries
Partie 5: Tolérances de forme de surface
Partie 6: Tolérances de centrage
Partie 7: Tolérances d'imperfection de surface
Partie 8: État de surface
Partie 9: Traitement de surface et revêtement
Partie 10: Tableau représentant les données d'un élément ou d'un assemblage collé
Partie 11: Données non tolérancées
Partie 12: Surfaces asphériques
Partie 14: Tolérance de déformation des fronts d'onde
Partie 16: Surfaces asphéro-diffractives
Partie 17: Seuil de dommage au rayonnement laser
iv © ISO 2003 — Tous droits réservés
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ISO 10110-14:2003(F)
Introduction
La présente partie de l’ISO 10110 permet de spécifier une tolérance fonctionnelle pour la performance
(exprimée en longueurs d’onde de déformation du front d’onde en simple passe) d’un système optique.
Cette tolérance comprend donc l'effet des déformations de surface, les hétérogénéités et les interactions
possibles entre les différentes erreurs individuelles.
La qualité d'un élément optique dépend non seulement de la qualité des surfaces, mais également de
plusieurs autres facteurs, comme l'homogénéité des matériaux optiques et la façon dont les surfaces
optiques d'un système réagissent entre elles. À cause de ces effets, la sélection des tolérances pour des
dégradations spécifiques (comme les surfaces et l'hétérogénéité) peut s'avérer difficile. Par exemple l'effet
des hétérogénéités du verre sur la qualité optique d'un prisme dépend en grande partie de la forme et de
l'orientation des hétérogénéités; ceci est particulièrement vrai lorsque la lumière passe à travers le verre
dans plusieurs directions, comme c'est le cas avec un prisme pentagonal. Dans le cas d'un élément optique
mince, il arrive souvent que les déformations de la surface arrière correspondent étroitement à celles de la
surface avant, en raison du cintrage de l'élément pendant la fabrication. Malheureusement, on ne sait pas à
l'avance si ce sera le cas, et pour cette raison, en l’absence d’une tolérance de déformation du front d’onde,
les tolérances des surfaces individuelles d'un système doivent être très strictes afin de se prémunir contre la
possibilité que les déformations s'additionnent les unes aux autres au lieu de s'annuler.
Il convient de noter qu’il est possible de spécifier une tolérance de déformation du front d'onde uniquement,
sans avoir à spécifier les tolérances de chaque surface. Dans ce cas, le fabricant doit s'assurer que le front
d'onde satisfait à la tolérance spécifiée, sans être lié par les tolérances de chaque surface de l'élément et en
ayant la latitude, par exemple, de tolérer de fortes déformations de surface pourvu qu'elles s'annulent
mutuellement.
Il est également possible d'indiquer une tolérance de déformation du front d'onde, conformément à la
présente partie de l'ISO 10110, en plus des tolérances des surfaces individuelles et/ou de l'hétérogénéité
(conformément à l’ISO 10110-5 et à l’ISO 10110-4 respectivement). Dans ce cas, le fabricant doit s'assurer
que toutes les tolérances individuelles (déformations de surface et hétérogénéité) sont satisfaites et
également que le front d'onde possède la qualité spécifiée.
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NORME INTERNATIONALE ISO 10110-14:2003(F)
Optique et instruments d'optique — Indication sur les dessins
pour éléments et systèmes optiques —
Partie 14:
Tolérance de déformation des fronts d'onde
1 Domaine d'application
La Norme internationale ISO 10110 s'applique à la représentation des exigences de conception et des
exigences fonctionnelles des éléments et sous-ensembles optiques dans les dessins techniques utilisés pour
la fabrication et le contrôle.
La présente partie de l'ISO 10110 fournit des règles pour indiquer la tolérance de déformation d'un front
d'onde transmis à travers ou, dans le cas des systèmes optiques réfléchissants, réfléchi sur un élément ou un
sous-ensemble optique.
La déformation du front d'onde se réfère à sa déviation par rapport à la forme souhaitée («Front d’onde
théorique nominal»). L'inclinaison du front d'onde par rapport à une surface de référence donnée est exclue
du domaine d'application de la présente partie de l'ISO 10110.
Il n'y a pas d'exigence d'indication de la tolérance de déformation du front d'onde. Si une telle tolérance est
indiquée, elle ne prend pas le pas sur une tolérance de déformation de la surface, conformément à
l’ISO 10110-5. Si des tolérances sont indiquées à la fois pour la déformation de surface et pour la déformation
du front d'onde, elles doivent toutes les deux être respectées.
NOTE Dans la présente partie de l’ISO 10110, le terme «front d’onde» sans qualificatif signifie soit «front d’onde
transmis», soit «front d’onde réfléchi», selon le type de système spécifié.
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 7944:1998, Optique et instruments d'optique — Longueurs d'onde de référence
ISO 10110-1:1996, Optique et instruments d'optique — Indications sur les dessins pour éléments et systèmes
optiques — Partie 1: Généralités
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ISO 10110-14:2003(F)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
déformation du front d'onde
distance entre un front d'onde transmis et/ou réfléchi une fois à travers ou, dans le cas des systèmes optiques
réfléchissants, réfléchi une fois sur, l'élément optique ou l’ensemble soumis à l’essai et le front d'onde
théorique nominal, mesurée orthogonalement au front d’onde théorique nominal
NOTE 1 Voir également 3.13.
NOTE 2 Il est utile d’indiquer si le front d’onde éclairant est plan, convergent ou divergent. Voir 7.5 et 7.6.
3.2
différence des maximums et minimums entre deux fronts d'onde
différence PV entre deux fronts d'onde
distance maximale moins distance minimale entre les fronts d'onde
NOTE Il est possible que les fronts d'onde se croisent, auquel cas la distance minimale entre les fronts d'onde est un
nombre négatif dont il faut tenir compte du signe dans le calcul de la différence PV.
3.3
fonction de déformation totale du front d'onde
surface théorique définie par la différence entre le front d'onde transmis et/ou réfléchi une fois à travers le
système optique soumis à l’essai et le front d'onde théorique nominal, mesurée orthogonalement au front
d’onde théorique nominal
Voir la Figure 1a).
3.4
front d'onde sphérique approchant
front d'onde sphérique théorique tangent à la pupille de sortie du système soumis à l’essai, pour lequel la
différence moyenne quadratique par rapport au front d'onde transmis et/ou réfléchi une fois à travers le
système optique soumis à l’essai est au minimum
Voir la Figure 1b).
NOTE 1 Pour les besoins de la présente définition, la classe des «fronts d’onde sphériques» comprend le «front
d’onde plan». (Le plan est traité dans cette définition comme un simple cas particulier de la sphère.)
NOTE 2 Voir l'Article 5 à propos des zones d'essai non circulaires.
3.5
erreur sagittale du front d'onde
différence des maximums et minimums entre le front d'onde sphérique approchant et la sphère de référence
NOTE 1 L'erreur sagittale du front d'onde représente la mesure dans laquelle le rayon de courbure du front d’onde
approchant s’écarte de celui du front d’onde théorique nominal.
NOTE 2 Si aucune restriction n’est spécifiée quant à l’emplacement de l’image du système optique soumis à l’essai, la
sphère de référence est identique au front d’onde sphérique approchant, et l’erreur sagittale du front d’onde est égale à
zéro par définition.
3.6
fonction d'irrégularité du front d'onde
surface théorique définie par la différence entre la fonction de déformation totale du front d'onde et le front
d'onde sphérique approchant
Voir la Figure 1c).
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ISO 10110-14:2003(F)
3.7
irrégularité du front d'onde
différence des maximums et minimums entre la fonction d'irrégularité du front d'onde et le plan qui s'en
approche le plus
NOTE L'irrégularité du front d'onde représente l'écart du front d'onde expérimental par rapport à la sphéricité.
3.8
front d'onde asphérique approchant
front d'onde asphérique à symétrie de révolution pour lequel la différence moyenne quadratique par rapport à
la fonction d'irrégularité du front d'onde est au minimum
Voir la Figure 1d).
NOTE Voir l'Article 5 à propos des zones d'essai non circulaires.
Figure 1 — Exemple de mesure d’un front d’onde
et de sa décomposition en types de déformation du front d’onde
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ISO 10110-14:2003(F)
3.9
irrégularité à symétrie de révolution du front d'onde
différence des maximums et minimums entre le front d'onde asphérique approchant et le plan qui s'en
approche le plus
NOTE L'irrégularité à symétrie de révolution du front d'onde est la partie à symétrie de révolution de la fonction
d'irrégularité du front d'onde. Sa valeur ne peut pas dépasser celle de la fonction d'irrégularité du front d'onde.
3.10
déformation moyenne quadratique totale du front d'onde
RMSt
différence moyenne quadratique entre le front d'onde transmis une fois à travers, et/ou réfléchi une fois sur, le
système optique soumis à l’essai et le front d'onde théorique nominal, incluant toute aberration cible spécifiée
3.11
irrégularité moyenne quadratique du front d'onde
RMSi
valeur moyenne quadratique de la fonction d'irrégularité du front d'onde telle que définie en 3.6
3.12
asymétrie moyenne quadratique du front d'onde
RMSa
valeur moyenne quadratique de la différence entre la fonction d'irrégularité du front d'onde et le front d'onde
asphérique approchant
Voir la Figure 1e).
3.13
simple passe
configuration de l'essai telle que le faisceau de lumière passe une fois à travers ou, dans le cas des systèmes
optiques réfléchissants, est réfléchi une fois par, l'élément soumis à l’essai
NOTE 1 Pour les «coins de cubes», prismes en toit, systèmes «œil-de-chat» et autres types de rétroréflecteurs, une
rétroréflexion unique issue de l'élément constitue une configuration en «simple passe», même si la lumière passe en fait
deux fois à travers la plus grande partie de l'élément.
NOTE 2 Bien que la déformation du front d'onde, telle que définie en 3.1, se réfère à un mesurage en «simple passe»,
de nombreux types de systèmes optiques sont couramment soumis à l’essai dans une configuration en «double passe»,
dans laquelle la lumière passe à travers l'élément, ou s'y réfléchit, deux fois. Dans de nombreux cas, lorsqu'un élément
est soumis à l’essai dans une configuration en double passe, la déformation observée du front d'onde est environ le
double de la déformation du front d'onde telle que définie en 3.1. Quelle que soit la façon dont le système est soumis à
l’essai ou utilisé dans la réalité, la tolérance de déformation du front d'onde se réfère toujours à la définition de 3.1;
c'est-à-dire comme s'il était utilisé dans une configuration en simple passe.
NOTE 3 Lorsqu’un élément de qualité optique médiocre est soumis à l’essai dans une configuration en double passe, il
est possible que les rayons constituant le faisceau optique d'essai soient suffisamment perturbés (par exemple rendus
divergents ou convergents) pour qu'ils ne passent pas à travers les mêmes positions de l'élément d'essai lors du second
passage. Dans ce cas, la déformation du front d'onde n'est pas égale à la moitié de la déformation observée et une
détermination précise de la déformation du front d’onde (en simple passe) est difficile.
NOTE 4 Parfois, la déformation du front d’onde en double passe n’est même pas approximativement égale au double
de la déformation du front d’onde en simple passe. Par exemple, un système optique contenant un prisme transformera le
faisceau d’essai d’une coupe transversale circulaire en un faisceau présentant une coupe transversale elliptique. Lors de
la conversion des résultats entre simple passe et double passe, il est nécessaire de tenir compte de tels effets.
3.14
aberrations cibles
déformations asphériques du front d’onde ajoutées, suivant spécifications, au front d’onde théorique nominal
3.15
front d’onde théorique nominal
front d’onde théorique égal à la sphère de référence, plus toute aberration cible éventuellement spécifiée
NOTE Ceci est la «forme souhaitée» pour le front d’onde mentionnée dans l'Article 1.
4 © ISO 2003 — Tous droits réservés
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3.16
sphère de référence
front d’onde sphérique théorique tangent à la pupille de sortie du système soumis à l’essai, pour lequel la
différence moyenne quadratique par rapport au front d’onde transmis une fois à travers et/ou réfléchi sur le
système optique soumis à l’essai est, au minimum en accord avec toute restriction susceptible d’être indiquée
pour l’emplacement de l’image du système
NOTE 1 Voir l’Article 5 à propos des zones d’essai non circulaires.
NOTE 2 Si aucune restriction n’est spécifiée quant à la position de l’image, la sphère de référence est identique à la
surface sphérique approchante.
4 Tolérances de déformation du front d'onde
Les tolérances de déformation du front d'onde s'indiquent en spécifiant les valeurs maximales admises de
l'erreur sagittale du front d'onde (3.5), l'irrégularité du front d'onde (3.7) et/ou l'irrégularité à symétrie de
révolution du front d'onde (3.9). De plus, il est possible de spécifier les tolérances pour les trois mesures des
moyennes quadratiques de la déformation du front d'onde (voir 3.10, 3.11 et 3.12). Ces mesures des
moyennes quadratiques de la déformation du front d'onde représentent la valeur moyenne quadratique de la
fonction restant après soustraction des différents types de déformation du front d'onde.
L’erreur sagittale du front d’onde n’a de sens que lorsque l’emplacement de l’image est spécifié. Si
l’emplacement n’est pas spécifié, l’erreur sagittale du front d’onde, telle que définie en 3.5, est égale à zéro
par définition, et ne doit pas être spécifiée.
NOTE 1 Une méthode de calcul de l’importance de l’erreur sagittale du front d’onde, de l’irrégularité du front d’onde et
de l’irrégularité à symétrie de révolution du front d’onde pour un front d’onde donné, en utilisant une analyse numérique
d’interférogramme, est décrite à l’Annexe A. Les méthodes grâce auxquelles cette importance peut être estimée, en
utilisant une interprétation visuelle des interférogrammes, sont décrites à l’Annexe B.
NOTE 2 Une méthode de calcul de la déformation moyenne quadratique totale du front d'onde, de l'irrégularité
moyenne quadratique du front d'onde et de l’asymétrie moyenne quadratique du front d’onde est décrite à l’Annexe A. Ces
mesures de moyennes quadratiques de déformation du front d’onde ne peuvent pas être estimées visuellement.
5 Zones d'essai non circulaires
Les valeurs des maximums et minimums (PV) et les valeurs des moyennes quadratiques (RMS) des types de
déformation du front d’onde cités à l'Article 3 sont calculées dans la zone d'essai utile. Dans le cas de zones
d’essai non circulaires, ces types d’erreurs doivent être calculés uniquement sur une zone d’essai utile.
Le front d’onde sphérique approchant (3.4) est le front d’onde sphérique qui se rapproche le plus du front
d’onde. Si la zone d’essai n’est pas circulaire, il est important que cette approximation soit effectuée par un
front d’onde sphérique. En particulier, la partie sphérique d’une fonction approchante asphérique ne doit pas
remplacer le front d’onde sphérique approchant.
Le front d’onde asphérique approchant (voir 3.8) est le front d’onde à symétrie de révolution qui se rapproche
le plus de la fonction d’irrégularité du front d’onde. Si la zone d’essai est non circulaire, il est important que
cette approximation soit faite par un front d’onde à symétrie de révolution. En particulier, la partie à symétrie
de révolution d’un front d’onde approchant non symétrique ne doit pas remplacer le front d’onde asphérique
approchant (voir 3.8).
NOTE 1 Si la zone d’essai est non circulaire, les différents types de déformation du front d’onde définis dans l’Article 3
ne sont pas mathématiquement orthogonaux. Néanmoins, ces types de déformation du front d’onde sont bien définis (non
ambigus) à condition que les restrictions ci-dessus soient respectées.
NOTE 2 L'Annexe A décrit une méthode de calcul de l'importance des différents types de déformation du front d'onde,
que la zone d'essai soit circulaire ou non.
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6 Spécification des tolérances de déformation du front d'onde
6.1 Généralités
Pour la spécification des tolérances de déformation du front d'onde, les prescriptions données de 6.2 à 6.5
s'appliquent.
NOTE Il n'est pas nécessaire de spécifier les tolérances pour tous les types de déformation du front d'onde.
6.2 Unités
Les valeurs maximales admises pour l'erreur sagittale du front d'onde, l'irrégularité du front d'onde et
l'irrégularité à symétrie de révolution du front d'onde et, le cas échéant, pour les aberrations cibles (3.14)
doivent être spécifiées en unités de longueurs d'onde.
Ces quantités sont définies par référence à un front d'onde passant une fois à travers l'élément soumis à
l’essai (simple passe). Voir les définitions appropriées de l’Article 3.
Si une spécification doit être fournie pour un ou plusieurs type(s) de déformation moyenne quadratique du
front d'onde, la spécification doit également être donnée en unités de longueurs d'onde (simple passe).
6.3 Longueurs d’onde
Sauf indication contraire, la longueur d'onde est celle de la raie spectrale verte du mercure (raie e),
λ = 546,07 nm, selon l'ISO 7944.
Si une autre longueur d’onde que λ = 546,07 nm est utilisée, la longueur d’onde dans laquelle la déformation
du front d’onde est spécifiée doit être indiquée sur le dessin. Voir l'Exemple 2 de la Figure 2. Voir l’Article 7.
6.4 Aberrations cibles
Fréquemment, le front d’onde théorique nominal est sphérique ou plan. Dans certains cas, pour permettre la
présence de petites quantités d’aberration résiduelle dans la conception d’un système optique, des valeurs
cibles non nulles peuvent être spécifiées pour les types d’aberration polynomiale définis à l’Annexe A.
6.5 Éléments collés (ou en contact optique)
Si deux ou plusieurs éléments doivent être collés (ou être en contact optique), les tolérances de déformation
du front d'onde données pour chaque élément s'appliquent également aux éléments après assemblage, c’est-
à-dire après collage (ou contact optique), sauf indication contraire. Voir l'ISO 10110-1:1996, 4.8.3.
7 Indication sur les dessins
7.1 Généralités
Dans tous les cas où il est nécessaire d’indiquer une tolérance de déformation du front d'onde, l'axe optique
de l'élément doit être indiqué sur le dessin conformément à l'ISO 10110-1:1996, 4.2.
La position de la surface du diaphragme ou de la pupille doit être indiquée conformément à
l’ISO 10110-1:1996, 5.3. Voir la Figure 2.
6 © ISO 2003 — Tous droits réservés
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ISO 10110-14:2003(F)
a) Exemple 1
b) Exemple 2
Figure 2 — Exemples d'une indication de la tolérance de
déformation du front d'onde, avec un éclairage plan
La tolérance de déformation du front d'onde doit être indiquée par un numéro de code (voir 7.2) et par les
indications de tolérance de l'erreur sagittale du front d'onde, de l'irrégularité du front d'onde, de l'irrégularité à
symétrie de révolution du front d'onde et les types de déformations moyennes quadratiques, selon le cas (voir
7.3).
Quel que soit le type de déformation du front d’onde indiquée sur le dessin, la longueur d’onde spécifiée doit
être indiquée conformément à 6.3.
Aucune prescription n'est définie pour la spécification de la tolérance des maximums et minimums de la
déformation totale du front d'onde (c'est-à-dire incluant à la fois l'erreur sagittale du front d'onde et l'irrégularité
du front d'onde). Si ce type de spécification est nécessaire, cette information doit être indiquée dans une note
sur le dessin, par exemple: «Déformation totale du front d'onde obligatoirement inférieure à 0,25 longueur
d'onde».
Voir l’Article 8 pour des exemples d’indications de tolérances.
7.2 Numéro de code
Le numéro de code de la déformation du front d’onde est 13/.
© ISO 2003 — Tous droits réservés 7
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ISO 10110-14:2003(F)
7.3 Forme de l’indication
L'indication doit avoir l'une des trois formes suivantes:
13/A(B/C); λ = E
ou
13/A(B/C) RMSx < D; λ = E (où x est une des lettres t, i ou a)
ou
13/— RMSx < D; λ = E (où x est une des lettres t, i ou a).
L’indication «; λ = E» (l’élément dernier des trois formes de l’indication spécifiées ci-dessus) n’est pas
nécessaire si la longueur d’onde spécifiée est λ = 546,07 nm (voir 7.1).
NOTE Plusieurs valeurs RMSx peuvent être spécifiées.
La quantité A est
soit l'erreur sagittale maximale admise du front d'onde (simple passe), telle que définie en 3.5, exprimée
en longueurs d'onde,
soit un tiret (—) indiquant qu'aucune tolérance explicite d'erreur sagittale du front d'onde n'est donnée.
La quantité B est
soit la valeur des maximums et minimums admise de l'irr
...
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