ISO 13653:1996
(Main)Optics and optical instruments — General optical test methods — Measurement of relative irradiance in the image field
Optics and optical instruments — General optical test methods — Measurement of relative irradiance in the image field
Applies to optical imaging systems in the optical spectral region from 100 nm to 1 m. Telescopic systems are also included. The standard refers to the relative irradiance in the image field, but it is also applicable to determination of the relative radiant power.
Optique et instruments d'optique — Méthodes générales d'essai optique — Méthode de mesurage de l'éclairement énergétique relatif dans le champ image
La présente Norme internationale s'applique aux systèmes d'imagerie situés dans le domaine spectral optique allant de lambda =100 nm à lambda = 1 µm. Les réflexions théoriques et la comparaison avec le calcul ne doivent s'appliquer qu'aux systèmes optiques. Toutefois, il n'est pas nécessaire que ceux-ci soient à symétrie de révolution; les systèmes anamorphosés, par exemple, sont inclus.Les systèmes afocaux sont également inclus. Le titre de la présente Norme internationale se rapporte à l'éclairement énergétique relatif dans un champ image; toutefois, la présente norme s'applique également à une méthode permettant de déterminer le flux énergétique relatif.NOTE - Dans le cas des systèmes afocaux, il conviendra de n'indiquer que le flux énergétique; pour la plupart des systèmes d'imagerie, la conversion du flux énergétique en éclairement énergétique s'effectue facilement.En ce qui concerne les mesurages, la présente Norme internationale peut également s'appliquer aux systèmes électro-optiques.Les deux méthodes mentionnées diffèrent, particulièrement en ce qui concerne l'influence de l'éblouissement.
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INTERNATIONAL IS0
STANDARD 13653
First edition
1996-l 2-01
Optics and optical instruments - General
optical test methods - Measurement of
relative irradiance in the image field
Optique et instruments d ’optique - Mkthodes g&&ales d ’essai optique -
M&hode de mesurage de klairement tinergktique relatif dans le champ
image
Reference number
IS0 13653: 1996(E)
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IS0 13653:1996(E)
Contents
1
1 Scope .
......................................... 1
2 Quantities, symbols and units
2
3 Definitions .
2
4 Designation .
procedures . 3
5 Description of measurement
6 Measurement of relative irradiance . 5
7 Measurement of radiant power . 8
11
8 Presentation of results .
12
9 Test report .
13
10 Examples .
0 IS0 1996
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Printed in Switzerland
ii
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@ IS0 IS0 13653: 1996(E)
Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a
worldwide federation of national standards bodies (IS0
member bodies). The work of preparing International
Standards is normally carried out through IS0 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. IS0 collaborates closely
with the International Electrotechnical Commission (IEC) on
all matters of electrotechnical standardization.
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.
International Standard IS0 13653 was prepared by Technical
Committee lSO/TC 172, Optics and optical instruments, Sub-
committee SC 1, Fundamental standards.
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IS0 13653:1996(E)
Introduction
In every image projected by an optical or electro-optical system, the irradiance varies from the
centre to the edge independently of the object structures. It generally decreases, i.e. even an
object surface of uniform radiance will be imaged with an irradiance which decreases from the
image centre to the edge. In special cases, it can, however, increase. In optical systems which
are rotationally symmetric, the variation will not always be rotationally symmetric, for example if
limiting apertures are not rotationally symmetric.
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INTERNATIONAL STANDARD @ IS0 IS0 13653:1996(E)
General optical tests -
Optics and optical instruments -
IMeasurement of relative irradiance in the image field
1 Scope
This International Standard is applicable to optical imaging systems in the optical spectral
region from 9~ = 100 nm to h = 1 pm. Theoretical reflections and the comparison with the
calculation apply only to optical systems. These need not, however, be rotationally symmetric;
anamorphic systems, for example, are included.
Telescopic systems are also included. The title of this International Standard refers to the
relative irradiance in the image field, but this standard is also applicable to determination of the
relative radiant power.
NOTE - For telescopic systems it will be suitable to state only the radiant power; for most imaging systems, the
conversion from radiant power to irradiance will be easy.
As far as measurements are concerned, this lnternational Standard can also be applied to
electro-optical systems.
The two methods described differ particularly in the influence of veiling glare.
2 Quantities, symbols and units
Table 1 - Quantities, symbols and units
Quantity Symbol Unit
Relative irradiance
Erel (%)
Function for natural fall-off in brightness
hat (ql>
Function for relative pupil surface
Fp (op)
Function for vignetting
F ’cl (op)
Function for relative transmission
T
F”’ (op)
Influence function of distortion
Fver (q3)
0
Relative distortion V / 0
r
Image coordinates u’ mm
\/
mm
Object height (one dimensional) h mm
I
1 Image height (one dimensional)
mm
Ih I I
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3 Definitions
For the purposes of this International Standard, the following definitions apply.
3.1 relative irradiance
quotient of radiant power and surface area.
NOTES
1 When a surface element of the object is imaged, the irradiance in the image is a function
- of the object-space pupil field angle c+;
- of the radiant power which originates from the object element and passes through the lens (and possibly -
also through the electro-optical imaging element);
- of the size of the image surface element which is struck by the radiant power.
2 Radiant power and surface area are functions of the object-space pupil field angle oP or of the image position
(l-6 0
3 The relative irradiance is related to the axial surface element.
3.2 object-space pupil field angle, oP
angle formed by the optical axis and the line joining the centre of the entrance pupil and the
object point.
3.3 image-space pupil field angle, &I
angle formed by the optical axis and the line joining the centre of the exit pupil and the image
point.
4 Designation
Two measurement procedures are specified, the first of which has two variants. They will be
distinguished by symbols.
Table 2 - Symbols for the measurement procedures
Symbol Measurement procedure
Al measurement of the relative irradiance at finite image distance
A2 measurement of the relative irradiance at infinite image distance
B measurement of the relative radiant Dower
2
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IS0 13653: 1996(E)
@ IS0
Example: designation of a measurement of relative irradiance according to measurement
procedure Al:
Measurement of relative irradiance IS0 13653 - Al
5 Description of measurement procedures
5.1 Factors influencing the relative irradiance
5.1 .I General
The angular dependence of the relative irradiance is due to several factors which are
independent of one another. In the various measurement and calculation procedures, they will
be allowed for in different ways. It is therefore important to know the individual influence factors.
The provisions of 5.1.2 to 51.7 are based on the assumption that the object surface is radiant
kambertian and the optical system has a flat entrance pupil.
5.1.2 Natural fall-off in brightness, Fnat = cos4 q, (cos4 law)
This cos4 law shall always apply if the pupil boundary is flat and perpendicular to the axis, the
aperture of the test specimen small and the detector area a plane perpendicular to the axis.
5.1.3 Relative pupil surface, FP (op)
Due to pupil aberrations, the surface of the entrance pupil as an image formed by the aperture
stop is a function of the pupil field angle if lens elements are arranged between the object and
the aperture stop. The relative surface shall be related to the pupil surface for mP = 0.
5.1.4 Vignetting, Fvig (03p)
With increasing pupil field angle, rims in front of and behind the aperture stop and other stops
can limit (vignette) the aperture.
5.1.5 Influence of the transmission, F+(q)
Any change of the incident angle on the surfaces of the optical components (lenses, prisms)
can result in a change of the reflectivity. The net transmission can change because the paths
in glass are a function of the pupil field angle.
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IS0 13653:1996(E)
5.1.6 Change in size of the image surface element due to distortion
At the image scale /T = 0
1
Fverbpj =
sino, l cost, &I
V V
.-
- .
l+ 1-k L+
10; 100 100 dw ’,
( Jr 1
At a finite image scale:
5.1.7 Resulting relative irradiance
For the resulting relative irradiance in the image field as a function of the pupil field angle, the
following relationship is valid:
heI (op) = cos40, l Fp(q3) l h&p) l Fr(o;rP) l b&Q
The first four factors are related to a change in radiant power, whereas the last value
characterizes the variation in size of the image surface element.
When making irradiance measurements, the radiant power shall pass through the optical
system in the same direction that is experienced in normal operation because the influence of
distortion and veiling glare will change when the direction of beam travel is reversed.
5.2 Classification of the measurement procedures
Two different measurement procedures are generally acceptable: irradiance measurement and
radiant power measurement.
In the case of imaging systems, the procedure for irradiance measurements will directly take all
five factors in the equation in 5.1.7 into account, and shall, therefore, be given preference.
The procedure of radiant power measurement will neglect the effect of distortion on the size of
the image surface element. If the value is known, it can be taken into account by calculation. In
a great number of cases, the factor is, however, to be neglected because the distortion is small
(< 2 %). Even for medium levels of distortion it can, however, assume distinct values.
The result of the measurement shall be multiplied by the factor cos3 up so that the relative
irradiance is obtained from the relative radiant power.
4
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IS0 13653:1996(E)
@ IS0
As compared with the method of irradiance measurement, this procedure offers the advantage
that the result is generally influenced to a lesser extent by veiling glare.
According to this International Standard, telescopic systems shall be measured solely by the
method of radiant power measurement.
5.3 Brief description of the irradiance measurement
The relative irradiance shall be determined as a function of the image height This
measurement presupposes that there is a uniformly radiating surface in the object space, which
behaves as a Lambertian emitter and as a uniform radiance. It need not, however, be situated
in the object surface but can also be arranged directly in front of the entrance pupil.
A small reference surface with photoelectric detector shall be displaced by a measurable
amount in the image plane; the irradiance shall be measured in arbitrary units as a function of
the image height h ’, and the measured value shall be related to the axial value (procedure Al,
see figure 1).
In systems with an infinitely great image distance (e.g. projection lenses), the diaphragm can
be arranged at the focus of an auxiliary optical system (telescope optics) which is turned to a
measurable degree about the exit pupil of the object (procedure A2, see fi$ure 2). The
it-radiance rated by the radiation detector shall be determined according to the cos law.
5.4 Brief description of the radiant power measurement
To measure the relative radiant power, the test specimen shall be irradiated with a collimated
bundle of rays. The axes of collimator and test specimen can be swung in relation to one
another.
In the image space, the passing radiant power shall be measured relative to the axial value as a
function of the object-space pupil field angle q, using an integrating sphere and a photoelectric
detector (procedure B, see figure 3).
6 Measurement of relative irradiance
6.1 Description of the measuring set-up
6.1.1 Source of radiation
To represent a Lambertian radiation characteristic, it will be advantageous to insert a diffusing
screen into the aperture of an integrating sphere according to figure 1. In the spectral region in
which the specimen is used, the inside surface of the integrating sphere shall be non-selective,
and the diffusing screen shall ensure uniform radiance over that part of its surface which is
made use of.
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IS0 13653:1996(E) @ IS0
The source of radiation shall emit radiation into the test specimen at least from the useful range
of the pupil field angle. Within this range, the constancy of the radiance shall be better than
0
2/ 0.
6.1.2 Test specimen holder
The test specimen shall be held so that the front edge of its mount abuts almost directly on the
diffusing screen or extends so far to the aperture of the integrating sphere that irradiation from
the entire useful range of the pupil field angle is ensured.
The test specimen holder may be of the rigid type. To measure in different azimuths test
specimens whose mechanical design is not rotationally symmetric shall, however, be rotatable
about their own axes.
6.1.3 Measuring system
6.1.3.1 General
The measuring system shall consist of the diaphragm, a filter frame and a radiation detector. It
shall be possible to axially displace the measuring system so that it can be adjusted to the
respective image plane. To adjust the image point, the system shall be displaceable in the
image plane by a measurable amount. An auxiliary device is necessary for focussing.
To measure test specimens with an infinitely great image distance, the measuring system shall
be arranged in the axial image point of an auxiliary optical system (telescope lens). It shall be
possible to horizontally swing the auxiliary optical system, together with the measuring system,
to a measurable degree abou the exit pupil of the test specimen.
6.1.3.2 Analysing aperture
The analysing aperture has i n opening whose size should not exceed 2 % of the maximum
image height h ’. If this value is exceeded, this is to be stated. The material thickness at its edge
and the cone angle at which the opening is chamfered shall be selected so that diaphragm
vignetting is less than 1 % even at the greatest image-space pupil field angle o ’,loccurring.
The following formula shall apply to circular diaphragms:
f. tan $,I < 0,Ol d
where
t is the wall thickness of the diaphragm;
d is the diameter of the diaphragm.
6.1.3.3 Filter
The filter serves to adapt the spectral selectivity. If necessary, the angular dependence of the
spectral transmission shall be taken into account.
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IS0 13653: 1996(E)
@ IS0
6.1.3.4 Radiation detector
The responsivity of the radiation detector shall be linear and constant in space. Linearity and
in the case of errors exceeding this
...
ISO
NORME
13653
INTERNATIONALE
Première édition
1996-l 2-01
Optique et instruments d’optique -
Méthodes générales d’essai optique -
Méthode de mesurage de l’éclairement
énergétique relatif dans le champ image
Optics and optical instruments - General optical test methods -
Measurement of relative irradiante in the image field
Numéro de référence
ISO 13653: 1996(F)
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ISO 13653: 1996(F)
Sommaire
Page
1 . 1
Domaine d’application
........................................................ 1
2 Grandeurs, symboles et unités
........................................................................................ 2
3 Définitions
2
4 Désignation .
.............................................. 3
5 Description des modes de mesurage
.................................
6 Mesurage de l’éclairement énergétique relatif 5
......................................................... 7
7 Mesurage du flux énergétique
9
8 Présentation des résultats .
................................................................................ 10
9 Rapport d’essai
11
10 Exemples .
0 ISO 1997
Droits de reproduction réserves. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publi-
cation ne peut être reproduite ni utilisee sous quelque forme que ce soit et par aucun pro-
cede, Electronique ou mkanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord
ecrit de Mditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 l CH-121 1 Genève 20 l Suisse
central @ iso.ch
Internet
x.400 c=ch; a=400net; p=iso; o=isocs; s=central
Version française tiree en 1997
Imprime en Suisse
ii
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@ ISO ISO 13653: 1996(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de
I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de I’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 I’ISO participent également aux travaux. L’ISO collabore
étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en
ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
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.
La Norme internationale ISO 13653 a été élaborée par le comité technique
ISO/TC 172, Optique et instruments d’optique, sous-comité SC 1, Normes
fondamentales.
. . .
III
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ISO 13653:1996(F)
@ ISO
Introduction
Dans chaque image projetée par un système optique ou électro-optique,
l’éclairement énergétique varie du centre au bord, quelles que soient les
structures de l’objet. Cet éclairement énergétique décroît en général, c’est-
à-dire que même la surface d’un objet de luminance énergétique uniforme
se projette avec un éclairement énergétique allant en décroissant du centre
au bord de l’image. Toutefois, dans certains cas particuliers, cet
éclairement énergétique peut augmenter. Dans les systèmes optiques qui,
en tant que tels, sont à symétrie de révolution, la variation n’est pas
toujours symétrique, par exemple, si les ouvertures limites ne sont pas à
symétrie de révolution.
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ISO 13653:1996(F)
NORME INTERNATIONALE @ ISO
Optique et instruments d’optique - Méthodes générales d’essai
optique - Méthode de mesurage de l’éclairement énergétique
relatif dans le champ image
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale s’applique aux systèmes d’imagerie situés dans leY domaine spectral optique
allant de A= 100 nm à A = 1 um. Les réflexions théoriques et la comparaison avec le calcul ne doivent s’appliquer
qu’aux systèmes optiques. Toutefois, il n’est pas nécessaire que ceux-ci soient à symétrie de révolution; les
systèmes anamorphosés, par exemple, sont inclus.
Les systèmes afocaux sont également inclus. Le titre de la présente Norme internationale se rapporte à
l’éclairement énergétique relatif dans un champ image; toutefois, la présente norme s’applique également à une
méthode permettant de déterminer le flux énergétique relatif.
NOTE - Dans le cas des systèmes afocaux, il conviendra de n’indiquer que le flux énergétique; pour la plupart des systèmes
d’imagerie, la conversion du flux énergétique en éclairement énergétique s’effectue facilement.
En ce qui concerne les mesurages, la présente Norme internationale peut également s’appliquer aux systèmes
électro-optiques.
Les deux méthodes mentionnées diffèrent, particulièrement en ce qui concerne l’influence de l’éblouissement.
2 Grandeurs, symboles et unités
Tableau 1 - Grandeurs, symboles et unités
Grandeur Symbole Unité
Éclairement énergétique relatif
Ere1 bp)
Fonction de diminution naturelle de luminosité
F,at bp)
Fonction de la surface relative de la pupille
Fp bp)
Fonction de vignetage
Fvig bp)
Fonction de transmission relative
FT (UP)
Fonction d’influente de la distorsion
F”er bp)
Distorsion relative %
vr
Coordonnées de l’image l-i mm
V’ mm
Hauteur de l’objet (unidimensionnelle) h mm
Hauteur de l’image (unidimensionnelle)
h’ mm
Angle de champ espace-objet vu de la pupille
radian, degré
@P
Angle de champ espace-image vu de la pupille Wlp’ radian, degré
Azimut de l’objet à mesurer a
radian, degré
Épaisseur de l’ouverture d’analyse
t mm
Diamètre de l’ouverture d’analyse
ci mm
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ISO 13653: 1996(F)
3 Définitions
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les définitions suivantes s’appliquent.
31
éclairement énergétique relatif
rapport du flux énergétique à la surface
NOTES
1 Lorsque l’image d’un élément de surface d’un objet est formée, l’éclairement énergétique de l’image est fonction
- de l’angle de champ wP espace-objet vu de la pupille;
du flux énergétique provenant de l’élément de l’objet et passant par le système optique (et si possible par l’élément
-
d’imagerie électro-optique);
- de la taille de l’élément de surface de l’image soumis au flux énergétique.
2 Le flux énergétique et la surface sont fonction de l’angle de champ wP espace-objet vu de la pupille ou de la position de
l’image (u’, v').
3 L’éclairement énergétique relatif se rapporte à l’élément de surface axial.
32
aigle de champ espace-objet wP vu de la pupille
angle formé par l’axe optique et la ligne joignant le centre de la pupille d’entrée et le point objet
33
akgle de champ espace-image ~“~1 vu de la pupille
angle formé par l’axe optique et la ligne joignant le centre de la pupille de sortie et le point image
4 Désignation
Deux méthodes de mesurage sont définies; la première comporte deux variantes. Elles sont différenciées par des
symboles.
Tableau 2 - Symboles relatifs aux méthodes de mesurage
Symbole Méthode de mesurage
I
Al Mesurage de l’éclairement énergétique relatif, pour une distance d’image finie
A2
Mesurage de l’éclairement énergétique relatif, pour une distance d’image infinie
B Mesurage du flux énergétique relatif
Exemple de désignation du mesurage de l’éclairement énergétique relatif conformément à la méthode de
mesurage Al :
Mesurage de l’éclairement énergétique ISO 13653-Al
5 Description des méthodes de mesurage
5.1 Facteurs d’influente de l’éclairement énergétique relatif
5.1 .l Généralités
La dépendance angulaire de l’éclairement énergétique relatif est due à divers facteurs indépendants les uns des
autres. Dans les diverses méthodes de mesurage et de calcul, ces facteurs sont pris en compte de différentes
manières. II est donc important de connaître chaque facteur d’influente. Les dispositions énoncées de 51.2 à 5.1.7
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ISO 13653: 1996(F)
se basent sur l’hypothèse selon laquelle la surface de l’objet émet un rayonnement conforme à la loi de Lambert et
le système optique comporte une pupille d’entrée plane.
5.1.2 Réduction naturelle de luminosité, F,,t = COS~ oP (loi COS~)
La loi COS~ doit toujours s’appliquer si la limite de la pupille est plane et perpendiculaire à l’axe, si l’ouverture de
l’éprouvette est étroite et si la surface du détecteur est un plan perpendiculaire à l’axe.
5.1.3 Surface relative de la pupille, FP (CI+,)
En raison des aberrations de pupille, la surface de la pupille d’entrée, en tant qu’image formée par la limite
d’ouverture, est fonction de l’angle de champ de la pupille si les éléments du système optique sont disposés entre
l’objet et la limite d’ouverture. La surface relative doit être fonction de la surface de la pupille pour wp = 0.
5.1.4 Vignetage, F,i, (wp)
Si l’angle de champ de la pupille augmente, les bords situés devant et derrière la limite d’ouverture ainsi que les
autres limites peuvent entraver (vigneter) l’ouverture.
5.1.5 Influence de la transmission, FT (wp)
Toute modification de l’angle incident sur les surfaces des composants optiques (lentilles, prismes) peut entraîner
un changement de réflectivité. La transmission nette peut être modifiée car les trajectoires dans le verre sont
fonction de l’angle de champ de la pupille.
5.1.6 Modification de la taille de l’élément de surface de l’image due à une distorsion
Pour l’échelle d’image p’ = 0
Il
sin wp
V
l ‘SWp dV,
.-
l+ '+
1~00 100 dw
P
:pur une &chekle d”knage finie:
F
wf
“‘=(,+-K).(,+i&+&.!E)
5.1.7 Éclairement énergétique relatif résultant
Pour l’éclairement énergétique relatif résultant dans le champ d’image, qui est fonction de l’angle de champ vu de la
pupille, la relation suivante s’applique:
Gel (OpI = COS4 ap l Fp (0~) l Fvig bp) l FT (0~) ’ Fver bp)
Les quatre premiers facteurs dépendent d’une modification de flux énergétique, tandis que la dernière valeur
caractérise la variation de la taille de l’élément de surface de l’image.
Dans le cadre des mesurages relatifs à l’éclairement énergétique, le flux énergétique doit traverser le système
optique dans le même sens que dans des conditions de mise en œuvre normale, car l’influence de la distorsion et
de l’éblouissement est modifiée en cas d’inversion de la direction du faisceau.
5.2 Classification des méthodes de mesurage
Deux méthodes différentes de mesurage sont généralement acceptables: le mesurage de l’éclairement énergétique
et le mesurage du flux énergétique.
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@ ISO
ISO 13653:1996(F)
Dans le cas des systèmes d’imagerie, la méthode relative aux mesurages de l’éclairement énergétique prend
directement en compte les cinq facteurs de l’équation mentionnée en 5.1.7, elle doit donc être utilisée de façon
privilégiée.
La méthode de mesurage du flux énergétique ne tient pas compte de l’effet de distorsion sur la taille de l’élément de
surface de l’image. Si la valeur est connue, elle peut être prise en compte par calcul. Dans un grand nombre de
cas, ce facteur est toutefois négligeable car la distorsion est faible (< 2 %). Pour des distorsions de niveau moyen,
il peut toutefois prendre des valeurs distinctes
Le résultat du mesurage doit être multiplié par le facteur COS~ op afin d’obtenir, à partir du flux énergétique relatif,
l’éclairement énergétique relatif.
En comparaison avec la méthode de mesurage de l’éclairement énergétique, l’avantage de cette méthode est que
le résultat n’est en général influencé que dans une moindre mesure par l’éblouissement. Conformément à la
présente Norme internationale, les systèmes afocaux ne doivent être mesurés qu’au moyen de la méthode de
mesurage du flux énergétique.
5.3 Brève description du mesurage de l’éclairement énergétique
L’éclairement énergétique relatif doit être déterminé comme fonction de la hauteur de l’image. Ce mesurage
présuppose qu’il existe une surface rayonnant uniformément dans l’espace objet qui se comporte comme émetteur
de Lambert et possède une luminance énergétique uniforme. II n’est pas nécessaire cependant qu’elle se trouve sur
la surface de l’objet, mais elle peut également être disposée directement devant la pupille d’entrée.
Une petite surface de référence comprenant un détecteur photoélectrique doit être déplacée de manière
quantifiable dans le plan de l’image; l’éclairement énergétique doit être mesuré en unités arbitraires comme fonction
de la hauteur d’image h’, et la valeur mesurée doit se rapporter à la valeur axiale (méthode A.1, voir figure 1).
Dans les systèmes où la distance de l’image est infiniment grande (par exemple les systèmes optiques de
projection), le diaphragme peut être disposé au foyer d’un système optique auxiliaire (optique de télescope), tourné
de manière quantifiable devant la pupille de sortie de l’objet (méthode A.2, voir figure 2). II est nécessaire de
s’assurer que l’éclairement énergétique mesuré par le détecteur de rayonnement est déterminé selon la loi COS~.
Brève description du mesurage du flux énergétique
5.4
Pour mesurer le flux énergétique relatif, l’éprouvette doit être éclairée par un faisceau de rayons collimaté. Les axes
du collimateur et de l’éprouvette peuvent pivoter l’un par rapport à l’autre.
Le flux énergétique qui traverse l’espace de l’image doit être mesuré par rapport à la valeur axiale en fonction de
l’angle de champ espace-objet q vu de la pupille, en utilisant une sphère intégrante et un détecteur photoélectrique
(méthode B, voir figure 3).
6 Mesurage de l’éclairement énergétique relatif
6.1 Description de la configuration de mesurage
6.1.1 Source de rayonnement
II est possible pour obtenir un rayonnement de Lambert de glisser un écran diffusant dans l’ouverture d’une sphère
intégrante, conformément à la figure 1. Dans le domaine spectral où est utilisé l’échantillon, la surface interne de la
sphère intégrante doit être non sélective, et l’écran diffusant doit assurer une luminance énergétique uniforme pour
la partie de sa surface qui est utilisée.
La source de rayonnement doit émettre un rayonnement vers l’éprouvette sur au moins le domaine utile de l’angle
de champ de la pupille. Dans ce domaine, la constance de la luminance doit être supérieure à 2 %.
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@ ISO
ISO 13653: 1996(F)
6.1.2 Support de l’éprouvette
L’éprouvette doit être maintenue de telle sorte que le bord antérieur de son support soit presque en contact avec
l’écran diffusant, ou qu’il soit si proche de l’ouverture de la sphère intégrante que l’éclairement de l’angle de champ
vu de la pupille à la portée utile maximale soit assuré. Le support de l’éprouvette doit être de type rigide.
Afin d’effectuer des mesurages dans différents azimuts, les éprouvettes dont la conception mécanique n’est pas à
symétrie de révolution doivent toutefois pouvoir tourner autour de leur propre axe.
6.1.3 Système de mesurage
6.1.3.1 Généralités
Le système de mesurage doit comprendre un diaphragme, un cadre filtrant et un détecteur de rayonnement. On
doit pouvoir déplacer le système de mesurage sur son axe afin de l’ajuster avec le plan image respectif. Afin de
régler le point image, le système doit pouvoir être déplacé dans le plan image de manière quantifiable. Un système
auxiliaire sera nécessaire à la mise au point.
Afin de mesurer les éprouvettes possédant une distance d’image infinie, le système de mesurage doit pouvoir être
placé au point image axial d’un système optique auxiliaire (collimateur). II doit être possible de faire pivoter
horizontalement le système optique auxiliaire, en même temps que le système de mesurage, d’un angle mesurable,
à proximité de la pupille de sortie de l’éprouvette.
6.1.3.2 Ouverture d’analyse
II convient que l’ouverture pour analyse n’excède pas 2 % de la hauteur maximale de l’image h’. Si cette valeur est
dépassée, cela doit être signalé. L’épaisseur du matériau sur son bord, ainsi que l’angle du cône du chanfrein
d’entrée, doivent être choisis de façon à ce que le vignetage du diaphragme soit inférieur à 1 %, même au plus
grand angle du champ espace-image wpt pouvant se présenter.
La formule suivante s’applique aux diaphragmes circulaires:
t l tan ~‘~1 < 0,Ol d
où
t est l’épaisseur du diaphragme;
d est le diamètre du diaphragme.
6.1.3.3 Filtre
Le filtre servi ra à régler I a sélectiv lité du spectre. Si nécessai re, la dépendance angulaire de la transmission
spectrale
...
ISO
NORME
13653
INTERNATIONALE
Première édition
1996-l 2-01
Optique et instruments d’optique -
Méthodes générales d’essai optique -
Méthode de mesurage de l’éclairement
énergétique relatif dans le champ image
Optics and optical instruments - General optical test methods -
Measurement of relative irradiante in the image field
Numéro de référence
ISO 13653: 1996(F)
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ISO 13653: 1996(F)
Sommaire
Page
1 . 1
Domaine d’application
........................................................ 1
2 Grandeurs, symboles et unités
........................................................................................ 2
3 Définitions
2
4 Désignation .
.............................................. 3
5 Description des modes de mesurage
.................................
6 Mesurage de l’éclairement énergétique relatif 5
......................................................... 7
7 Mesurage du flux énergétique
9
8 Présentation des résultats .
................................................................................ 10
9 Rapport d’essai
11
10 Exemples .
0 ISO 1997
Droits de reproduction réserves. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publi-
cation ne peut être reproduite ni utilisee sous quelque forme que ce soit et par aucun pro-
cede, Electronique ou mkanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord
ecrit de Mditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 l CH-121 1 Genève 20 l Suisse
central @ iso.ch
Internet
x.400 c=ch; a=400net; p=iso; o=isocs; s=central
Version française tiree en 1997
Imprime en Suisse
ii
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@ ISO ISO 13653: 1996(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de
I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de I’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 I’ISO participent également aux travaux. L’ISO collabore
étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en
ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
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.
La Norme internationale ISO 13653 a été élaborée par le comité technique
ISO/TC 172, Optique et instruments d’optique, sous-comité SC 1, Normes
fondamentales.
. . .
III
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ISO 13653:1996(F)
@ ISO
Introduction
Dans chaque image projetée par un système optique ou électro-optique,
l’éclairement énergétique varie du centre au bord, quelles que soient les
structures de l’objet. Cet éclairement énergétique décroît en général, c’est-
à-dire que même la surface d’un objet de luminance énergétique uniforme
se projette avec un éclairement énergétique allant en décroissant du centre
au bord de l’image. Toutefois, dans certains cas particuliers, cet
éclairement énergétique peut augmenter. Dans les systèmes optiques qui,
en tant que tels, sont à symétrie de révolution, la variation n’est pas
toujours symétrique, par exemple, si les ouvertures limites ne sont pas à
symétrie de révolution.
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ISO 13653:1996(F)
NORME INTERNATIONALE @ ISO
Optique et instruments d’optique - Méthodes générales d’essai
optique - Méthode de mesurage de l’éclairement énergétique
relatif dans le champ image
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale s’applique aux systèmes d’imagerie situés dans leY domaine spectral optique
allant de A= 100 nm à A = 1 um. Les réflexions théoriques et la comparaison avec le calcul ne doivent s’appliquer
qu’aux systèmes optiques. Toutefois, il n’est pas nécessaire que ceux-ci soient à symétrie de révolution; les
systèmes anamorphosés, par exemple, sont inclus.
Les systèmes afocaux sont également inclus. Le titre de la présente Norme internationale se rapporte à
l’éclairement énergétique relatif dans un champ image; toutefois, la présente norme s’applique également à une
méthode permettant de déterminer le flux énergétique relatif.
NOTE - Dans le cas des systèmes afocaux, il conviendra de n’indiquer que le flux énergétique; pour la plupart des systèmes
d’imagerie, la conversion du flux énergétique en éclairement énergétique s’effectue facilement.
En ce qui concerne les mesurages, la présente Norme internationale peut également s’appliquer aux systèmes
électro-optiques.
Les deux méthodes mentionnées diffèrent, particulièrement en ce qui concerne l’influence de l’éblouissement.
2 Grandeurs, symboles et unités
Tableau 1 - Grandeurs, symboles et unités
Grandeur Symbole Unité
Éclairement énergétique relatif
Ere1 bp)
Fonction de diminution naturelle de luminosité
F,at bp)
Fonction de la surface relative de la pupille
Fp bp)
Fonction de vignetage
Fvig bp)
Fonction de transmission relative
FT (UP)
Fonction d’influente de la distorsion
F”er bp)
Distorsion relative %
vr
Coordonnées de l’image l-i mm
V’ mm
Hauteur de l’objet (unidimensionnelle) h mm
Hauteur de l’image (unidimensionnelle)
h’ mm
Angle de champ espace-objet vu de la pupille
radian, degré
@P
Angle de champ espace-image vu de la pupille Wlp’ radian, degré
Azimut de l’objet à mesurer a
radian, degré
Épaisseur de l’ouverture d’analyse
t mm
Diamètre de l’ouverture d’analyse
ci mm
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3 Définitions
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les définitions suivantes s’appliquent.
31
éclairement énergétique relatif
rapport du flux énergétique à la surface
NOTES
1 Lorsque l’image d’un élément de surface d’un objet est formée, l’éclairement énergétique de l’image est fonction
- de l’angle de champ wP espace-objet vu de la pupille;
du flux énergétique provenant de l’élément de l’objet et passant par le système optique (et si possible par l’élément
-
d’imagerie électro-optique);
- de la taille de l’élément de surface de l’image soumis au flux énergétique.
2 Le flux énergétique et la surface sont fonction de l’angle de champ wP espace-objet vu de la pupille ou de la position de
l’image (u’, v').
3 L’éclairement énergétique relatif se rapporte à l’élément de surface axial.
32
aigle de champ espace-objet wP vu de la pupille
angle formé par l’axe optique et la ligne joignant le centre de la pupille d’entrée et le point objet
33
akgle de champ espace-image ~“~1 vu de la pupille
angle formé par l’axe optique et la ligne joignant le centre de la pupille de sortie et le point image
4 Désignation
Deux méthodes de mesurage sont définies; la première comporte deux variantes. Elles sont différenciées par des
symboles.
Tableau 2 - Symboles relatifs aux méthodes de mesurage
Symbole Méthode de mesurage
I
Al Mesurage de l’éclairement énergétique relatif, pour une distance d’image finie
A2
Mesurage de l’éclairement énergétique relatif, pour une distance d’image infinie
B Mesurage du flux énergétique relatif
Exemple de désignation du mesurage de l’éclairement énergétique relatif conformément à la méthode de
mesurage Al :
Mesurage de l’éclairement énergétique ISO 13653-Al
5 Description des méthodes de mesurage
5.1 Facteurs d’influente de l’éclairement énergétique relatif
5.1 .l Généralités
La dépendance angulaire de l’éclairement énergétique relatif est due à divers facteurs indépendants les uns des
autres. Dans les diverses méthodes de mesurage et de calcul, ces facteurs sont pris en compte de différentes
manières. II est donc important de connaître chaque facteur d’influente. Les dispositions énoncées de 51.2 à 5.1.7
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ISO 13653: 1996(F)
se basent sur l’hypothèse selon laquelle la surface de l’objet émet un rayonnement conforme à la loi de Lambert et
le système optique comporte une pupille d’entrée plane.
5.1.2 Réduction naturelle de luminosité, F,,t = COS~ oP (loi COS~)
La loi COS~ doit toujours s’appliquer si la limite de la pupille est plane et perpendiculaire à l’axe, si l’ouverture de
l’éprouvette est étroite et si la surface du détecteur est un plan perpendiculaire à l’axe.
5.1.3 Surface relative de la pupille, FP (CI+,)
En raison des aberrations de pupille, la surface de la pupille d’entrée, en tant qu’image formée par la limite
d’ouverture, est fonction de l’angle de champ de la pupille si les éléments du système optique sont disposés entre
l’objet et la limite d’ouverture. La surface relative doit être fonction de la surface de la pupille pour wp = 0.
5.1.4 Vignetage, F,i, (wp)
Si l’angle de champ de la pupille augmente, les bords situés devant et derrière la limite d’ouverture ainsi que les
autres limites peuvent entraver (vigneter) l’ouverture.
5.1.5 Influence de la transmission, FT (wp)
Toute modification de l’angle incident sur les surfaces des composants optiques (lentilles, prismes) peut entraîner
un changement de réflectivité. La transmission nette peut être modifiée car les trajectoires dans le verre sont
fonction de l’angle de champ de la pupille.
5.1.6 Modification de la taille de l’élément de surface de l’image due à une distorsion
Pour l’échelle d’image p’ = 0
Il
sin wp
V
l ‘SWp dV,
.-
l+ '+
1~00 100 dw
P
:pur une &chekle d”knage finie:
F
wf
“‘=(,+-K).(,+i&+&.!E)
5.1.7 Éclairement énergétique relatif résultant
Pour l’éclairement énergétique relatif résultant dans le champ d’image, qui est fonction de l’angle de champ vu de la
pupille, la relation suivante s’applique:
Gel (OpI = COS4 ap l Fp (0~) l Fvig bp) l FT (0~) ’ Fver bp)
Les quatre premiers facteurs dépendent d’une modification de flux énergétique, tandis que la dernière valeur
caractérise la variation de la taille de l’élément de surface de l’image.
Dans le cadre des mesurages relatifs à l’éclairement énergétique, le flux énergétique doit traverser le système
optique dans le même sens que dans des conditions de mise en œuvre normale, car l’influence de la distorsion et
de l’éblouissement est modifiée en cas d’inversion de la direction du faisceau.
5.2 Classification des méthodes de mesurage
Deux méthodes différentes de mesurage sont généralement acceptables: le mesurage de l’éclairement énergétique
et le mesurage du flux énergétique.
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@ ISO
ISO 13653:1996(F)
Dans le cas des systèmes d’imagerie, la méthode relative aux mesurages de l’éclairement énergétique prend
directement en compte les cinq facteurs de l’équation mentionnée en 5.1.7, elle doit donc être utilisée de façon
privilégiée.
La méthode de mesurage du flux énergétique ne tient pas compte de l’effet de distorsion sur la taille de l’élément de
surface de l’image. Si la valeur est connue, elle peut être prise en compte par calcul. Dans un grand nombre de
cas, ce facteur est toutefois négligeable car la distorsion est faible (< 2 %). Pour des distorsions de niveau moyen,
il peut toutefois prendre des valeurs distinctes
Le résultat du mesurage doit être multiplié par le facteur COS~ op afin d’obtenir, à partir du flux énergétique relatif,
l’éclairement énergétique relatif.
En comparaison avec la méthode de mesurage de l’éclairement énergétique, l’avantage de cette méthode est que
le résultat n’est en général influencé que dans une moindre mesure par l’éblouissement. Conformément à la
présente Norme internationale, les systèmes afocaux ne doivent être mesurés qu’au moyen de la méthode de
mesurage du flux énergétique.
5.3 Brève description du mesurage de l’éclairement énergétique
L’éclairement énergétique relatif doit être déterminé comme fonction de la hauteur de l’image. Ce mesurage
présuppose qu’il existe une surface rayonnant uniformément dans l’espace objet qui se comporte comme émetteur
de Lambert et possède une luminance énergétique uniforme. II n’est pas nécessaire cependant qu’elle se trouve sur
la surface de l’objet, mais elle peut également être disposée directement devant la pupille d’entrée.
Une petite surface de référence comprenant un détecteur photoélectrique doit être déplacée de manière
quantifiable dans le plan de l’image; l’éclairement énergétique doit être mesuré en unités arbitraires comme fonction
de la hauteur d’image h’, et la valeur mesurée doit se rapporter à la valeur axiale (méthode A.1, voir figure 1).
Dans les systèmes où la distance de l’image est infiniment grande (par exemple les systèmes optiques de
projection), le diaphragme peut être disposé au foyer d’un système optique auxiliaire (optique de télescope), tourné
de manière quantifiable devant la pupille de sortie de l’objet (méthode A.2, voir figure 2). II est nécessaire de
s’assurer que l’éclairement énergétique mesuré par le détecteur de rayonnement est déterminé selon la loi COS~.
Brève description du mesurage du flux énergétique
5.4
Pour mesurer le flux énergétique relatif, l’éprouvette doit être éclairée par un faisceau de rayons collimaté. Les axes
du collimateur et de l’éprouvette peuvent pivoter l’un par rapport à l’autre.
Le flux énergétique qui traverse l’espace de l’image doit être mesuré par rapport à la valeur axiale en fonction de
l’angle de champ espace-objet q vu de la pupille, en utilisant une sphère intégrante et un détecteur photoélectrique
(méthode B, voir figure 3).
6 Mesurage de l’éclairement énergétique relatif
6.1 Description de la configuration de mesurage
6.1.1 Source de rayonnement
II est possible pour obtenir un rayonnement de Lambert de glisser un écran diffusant dans l’ouverture d’une sphère
intégrante, conformément à la figure 1. Dans le domaine spectral où est utilisé l’échantillon, la surface interne de la
sphère intégrante doit être non sélective, et l’écran diffusant doit assurer une luminance énergétique uniforme pour
la partie de sa surface qui est utilisée.
La source de rayonnement doit émettre un rayonnement vers l’éprouvette sur au moins le domaine utile de l’angle
de champ de la pupille. Dans ce domaine, la constance de la luminance doit être supérieure à 2 %.
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ISO 13653: 1996(F)
6.1.2 Support de l’éprouvette
L’éprouvette doit être maintenue de telle sorte que le bord antérieur de son support soit presque en contact avec
l’écran diffusant, ou qu’il soit si proche de l’ouverture de la sphère intégrante que l’éclairement de l’angle de champ
vu de la pupille à la portée utile maximale soit assuré. Le support de l’éprouvette doit être de type rigide.
Afin d’effectuer des mesurages dans différents azimuts, les éprouvettes dont la conception mécanique n’est pas à
symétrie de révolution doivent toutefois pouvoir tourner autour de leur propre axe.
6.1.3 Système de mesurage
6.1.3.1 Généralités
Le système de mesurage doit comprendre un diaphragme, un cadre filtrant et un détecteur de rayonnement. On
doit pouvoir déplacer le système de mesurage sur son axe afin de l’ajuster avec le plan image respectif. Afin de
régler le point image, le système doit pouvoir être déplacé dans le plan image de manière quantifiable. Un système
auxiliaire sera nécessaire à la mise au point.
Afin de mesurer les éprouvettes possédant une distance d’image infinie, le système de mesurage doit pouvoir être
placé au point image axial d’un système optique auxiliaire (collimateur). II doit être possible de faire pivoter
horizontalement le système optique auxiliaire, en même temps que le système de mesurage, d’un angle mesurable,
à proximité de la pupille de sortie de l’éprouvette.
6.1.3.2 Ouverture d’analyse
II convient que l’ouverture pour analyse n’excède pas 2 % de la hauteur maximale de l’image h’. Si cette valeur est
dépassée, cela doit être signalé. L’épaisseur du matériau sur son bord, ainsi que l’angle du cône du chanfrein
d’entrée, doivent être choisis de façon à ce que le vignetage du diaphragme soit inférieur à 1 %, même au plus
grand angle du champ espace-image wpt pouvant se présenter.
La formule suivante s’applique aux diaphragmes circulaires:
t l tan ~‘~1 < 0,Ol d
où
t est l’épaisseur du diaphragme;
d est le diamètre du diaphragme.
6.1.3.3 Filtre
Le filtre servi ra à régler I a sélectiv lité du spectre. Si nécessai re, la dépendance angulaire de la transmission
spectrale
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.