ISO 9335:2012
(Main)Optics and photonics — Optical transfer function — Principles and procedures of measurement
Optics and photonics — Optical transfer function — Principles and procedures of measurement
ISO 9335:2012 gives general guidance for the construction and use of equipment for measurement of the optical transfer function (OTF) of imaging systems. It specifies important factors that can influence the measurement of the OTF, and gives general rules for equipment performance requirements and environmental controls. It specifies important precautions that should be taken to ensure accurate measurements and correction factors to be applied to the collected data.
Optique et photonique — Fonction de transfert optique — Principes et procédures de mesure
L'ISO 9335:2012 fournit des lignes directrices concernant la construction et l'utilisation d'équipements pour mesurer la fonction de transfert optique (OTF) de systèmes de formation d'image. L'ISO 9335:2012 spécifie les facteurs importants pouvant influencer le mesurage de I'OTF, et donne des règles générales concernant les exigences de performance de l'équipement et les conditions d'environnement. Elle spécifie les précautions majeures à prendre pour assurer l'exactitude des mesurages et indique les facteurs de correction à appliquer éventuellement aux données recueillies.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 9335
Second edition
2012-10-01
Optics and photonics — Optical transfer
function — Principles and procedures
of measurement
Optique et photonique — Fonction de transfert optique — Principes et
procédures de mesure
Reference number
©
ISO 2012
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Published in Switzerland
ii © ISO 2012 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Measuring equipment and environment . 1
4.1 General aspects . 1
4.2 Environment . 2
4.3 Measuring equipment . 2
4.4 System components . 3
5 Measurement procedures .10
5.1 General .10
5.2 Setting the measuring conditions .10
5.3 Additional considerations of measurement . 11
5.4 Particular measuring conditions .13
6 Corrections to measured data .14
6.1 Normalization .14
6.2 Correction of the frequency scale .14
6.3 Correction of the measured modulation .14
6.4 Auxiliary imaging systems .15
7 Presentation of OTF data .15
7.1 General .15
7.2 Statement of identification and measuring conditions .15
7.3 Graphical presentation of OTF data .16
7.4 Numerical presentation .17
8 Accuracy checks .17
Annex A (informative) Examples of the presentation of OTF data .19
Bibliography .24
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 9335 was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and photonics, Subcommittee SC 1,
Fundamental standards.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 9335:1995), of which it constitutes a minor
revision. It also incorporates the Technical Corrigendum ISO 9335:1995/Cor.1:2005.
iv © ISO 2012 – All rights reserved
Introduction
The optical transfer function is an important aid to objective evaluation of the image-forming capability of
optical, electro-optical and photographic systems.
In order that optical transfer function measurements achieved using different measuring principles or obtained
from measuring instruments in different laboratories can be compared, it is necessary to ensure equivalence
of measurement parameters such as focus setting and spatial frequency range. For this reason, an agreed
terminology has been defined in order for the measurement parameters used in this International Standard to
be understood by all users. This International Standard gives guidance for the construction and operation of
equipment for optical transfer function measurement.
The specifications in this International Standard form the basic requirements of measurement instrumentation
and procedures for guaranteeing a defined accuracy of measurement of the optical transfer function.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 9335:2012(E)
Optics and photonics — Optical transfer function — Principles
and procedures of measurement
1 Scope
This International Standard gives general guidance for the construction and use of equipment for measurement
of the optical transfer function (OTF) of imaging systems.
This International Standard specifies important factors that can influence the measurement of the OTF, and
gives general rules for equipment performance requirements and environmental controls. It specifies important
precautions that should be taken to ensure accurate measurements and correction factors to be applied to the
collected data.
The OTF measuring equipment described in this International Standard is restricted to that which analyses
the radiation distribution in the image plane of the optical imaging system under test. Interferometer-based
instruments are outside the scope of this International Standard.
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 9334, Optics and photonics — Optical transfer function — Definitions and mathematical relationships
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 9334 apply.
4 Measuring equipment and environment
4.1 General aspects
4.1.1 Measuring conditions
Any measured OTF depends on the imaging state (I-state) of the imaging system. Thus, before making
measurements, those parameters which form the I-state of the system shall be identified and the degree to which
the I-state depends on those parameters determined. The complete set of parameters that form the I-state shall
be set to fixed values. The fixed values represent a particular I-state and are called the measuring conditions.
4.1.2 Accuracy of measurement
The measuring equipment, and the environment in which it is used, shall allow the prescribed measuring
conditions to be set and maintained to a precision which is consistent with the required accuracy of measurement
(see ISO 11421, which describes the various parameters which have an impact on the accuracy of measurement).
The accuracy of an OTF measurement may be considered as the combination of measurement uncertainties
arising from the many separate parameters in the I-state. When a required accuracy of OTF measurement is
stated, it shall be apportioned among the known contributing parameters such that a tolerance can be set for
each parameter of the I-state. Thus, an overall requirement to an accuracy of measurement of ±0,05 of the
modulation transfer function (MTF) might require, among other factors, a temperature stability of the measuring
equipment of ±1 °C and focal plane setting to ±5 µm. The discussion of instrumental and environmental settings
in the following subclauses relates to tolerances apportioned from the required OTF measurement accuracy
in this manner.
4.2 Environment
4.2.1 General
The ambient conditions of the OTF equipment shall be kept sufficiently free from influences that can lead to
climatic, mechanical or electromagnetic disturbances. The measuring equipment and the atmosphere in the
measuring room shall be kept free from dust, moisture and smoke. All optical surfaces shall be protected from
the incidence of scratches and finger prints.
4.2.2 Temperature and humidity control
The temperature shall be kept constant within a stated tolerance and at a suitable value. Humidity shall also be
kept within acceptable limits. Both temperature and humidity shall be recorded. Air turbulence and stratification
may affect the measurement and shall be minimized through the use of shielding.
4.2.3 Vibration
Vibration shall be kept to a minimum and the use of basement space is recommended if vibration, caused for
example by machinery, cannot otherwise be avoided. The degree of vibration isolation for a given measuring
accuracy depends on the characteristics of the vibration, the measuring method, and the spatial frequency
range. If the method consists of measuring the line spread function, a suitable tolerance might be that the
movement of the image and the analyser caused by vibrations should not exceed, for example, 1/20 of the
width at half the maximum intensity of the test slit image.
4.2.4 Electromagnetic disturbances
For some systems, it can be necessary to monitor power supply vibrations and keep these to a tolerable
minimum. The influence of external electromagnetic fields and the level of ambient light shall be reduced until
they do not affect the measured OTF significantly.
4.3 Measuring equipment
4.3.1 Optical mounts
The basis of any measuring equipment shall be a sturdy optical bench or plate, to which mountings for the test
target unit, test specimen, image analyser and other auxiliary units can be attached and brought into position,
with respect to each other, to the required accuracy.
Depending on the imaging systems to be tested, different requirements can arise regarding the linearity of
adjustments and/or the parallelism of equipment slideways. Deviations from ideal linearity and parallelism
requirements shall not cause a greater change of the measured MTF than 1/3 of the permitted or specified
measurement accuracy.
4.3.2 Defocusing tolerance
For photographic lenses, the defocusing effects caused by bench misalignment result in errors in the measured
MTF which increase with rising spatial frequency or with decreasing f-number and reduced wavefront aberration.
Table 1 gives the defocusing tolerances of a diffraction-limited lens with circular pupil and incoherent illumination
that leads to a ±0,05 MTF change. The wavelength of the light is assumed to be 500 nm.
2 © ISO 2012 – All rights reserved
Table 1 — Defocusing tolerances
Dimensions in micrometres
Defocusing tolerance for spatial frequency
−1
f-number
mm
1 5 10 20 50 100
1 45 9 4,5 2,3 1,0 0,5
1,4 62 12,5 6,3 3,2 1,4 0,8
2 89 18 9 4,7 2,0 1,1
4 180 36,5 18,8 9,8 4,6 3
8 360 74 39 21,5 12 12,2
16 720 157 86 54 49 468
NOTE For a change of 0,10 in MTF, defocusing tolerances are twice those shown in this table.
4.3.3 Provision of measuring scales
The measuring equipment shall provide adequate means for determining the positions of test
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 9335
Deuxième édition
2012-10-01
Optique et photonique — Fonction
de transfert optique — Principes et
procédures de mesure
Optics and photonics — Optical transfer function — Principles and
procedures of measurement
Numéro de référence
©
ISO 2012
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Publié en Suisse
ii © ISO 2012 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction . v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Équipement de mesure et environnement . 1
4.1 Aspect général . 1
4.2 Environnement . 2
4.3 Équipement de mesure . 2
4.4 Composants du système . 3
5 Modes opératoires de mesure .10
5.1 Généralités .10
5.2 Établissement des conditions de mesure .10
5.3 Considérations supplémentaires relatives aux mesurages .12
5.4 Conditions particulières de mesure .14
6 Corrections à apporter aux résultats de mesure .15
6.1 Normalisation .15
6.2 Correction de l’échelle des fréquences spatiales .15
6.3 Correction de la modulation mesurée .15
6.4 Systèmes optiques auxiliaires .15
7 Présentation des données relatives à l’OTF .15
7.1 Généralités .15
7.2 Énoncé des conditions de mesure et d’identification .16
7.3 Présentation graphique des données d’OTF .16
7.4 Présentation numérique .17
8 Vérifications concernant l’exactitude .17
Annexe A (informative) Exemples de présentation des données relatives à l’OTF .19
Bibliographie .24
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 9335 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 172, Optique et photonique, sous-comité SC 1,
Normes fondamentales.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 9335:1995), qui a fait l’objet d’une révision
mineure. Elle incorpore également le Rectificatif technique ISO 9335:1995/Cor.1:2005.
iv © ISO 2012 – Tous droits réservés
Introduction
Pour les systèmes optiques, électro-optiques ou photographiques, la fonction de transfert optique permet
d’évaluer objectivement leur aptitude à former une image.
Pour que les mesures de fonction de transfert optique réalisées selon différents principes de mesure, ou obtenues
à l’aide d’instruments de mesure dans différents laboratoires, puissent être comparées, il est indispensable
qu’il y ait une équivalence des paramètres de mesure, tels que le réglage de focalisation et l’intervalle de
fréquence spatiale. De ce fait, une terminologie convenue a été définie pour que les paramètres de mesure,
pris en compte dans la présente Norme internationale, soient bien compris de tous les utilisateurs. La présente
Norme internationale donne des recommandations qui concernent la construction et le fonctionnement de
l’équipement destiné au mesurage de la fonction de transfert optique.
Les spécifications indiquées dans la présente Norme internationale constituent des exigences fondamentales
relatives à l’instrumentation et aux procédures de mesure, permettant de garantir une exactitude bien définie
du mesurage de la fonction de transfert optique.
NORME INTERNATIONALE ISO 9335:2012(F)
Optique et photonique — Fonction de transfert optique —
Principes et procédures de mesure
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale fournit des lignes directrices concernant la construction et l’utilisation
d’équipements pour mesurer la fonction de transfert optique (OTF) de systèmes de formation d’image.
La présente Norme internationale spécifie les facteurs importants pouvant influencer le mesurage de l’OTF,
et donne des règles générales concernant les exigences de performance de l’équipement et les conditions
d’environnement. Elle spécifie les précautions majeures à prendre pour assurer l’exactitude des mesurages et
indique les facteurs de correction à appliquer éventuellement aux données recueillies.
Le type d’équipement de mesure de la fonction de transfert optique décrit dans la présente Norme internationale
est limité à celui effectuant l’analyse de la répartition énergétique dans le plan de l’image du système optique
soumis à essai. Les instruments mettant en œuvre un interféromètre sont exclus.
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 9334, Optique et photonique — Fonction de transfert optique — Définitions et relations mathématiques
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 9334 s’appliquent.
4 Équipement de mesure et environnement
4.1 Aspect général
4.1.1 Conditions de mesure
Chaque fonction de transfert optique mesurée dépend de la «fonction d’imagerie» du système de formation
d’image. Ainsi, avant de procéder aux mesurages, les paramètres entrant dans la «fonction d’imagerie» du
système doivent être identifiés et la relation entre la qualité de l’image et ces paramètres doit être déterminée.
L’ensemble complet des paramètres qui forment la «fonction d’imagerie» doit être réglé à des valeurs fixes.
Ces valeurs représentent un état particulier de la «fonction d’imagerie» appelé «conditions de mesure».
4.1.2 Exactitude de mesure
L’équipement de mesure et l’environnement dans lequel il est utilisé doivent permettre de fixer les conditions de
mesure spécifiées et de conserver une exactitude répondant à l’exactitude de mesure requise (voir l’ISO 11421
qui décrit les divers paramètres influençant l’exactitude de mesure). L’exactitude d’un mesurage de fonction de
transfert optique peut être considérée comme une combinaison des incertitudes de mesure dues aux nombreux
paramètres individuels impliqués dans la «fonction d’imagerie». Lorsqu’une exactitude donnée de mesure de
l’OTF est stipulée, celle-ci doit être répartie entre les paramètres connus contribuant au mesurage, de manière
qu’une tolérance puisse être fixée pour chacun des paramètres de la «fonction d’imagerie». C’est pourquoi
l’exigence d’une exactitude de mesure globale de ±0,05 de la fonction de transfert de modulation (MTF) peut
nécessiter, parmi d’autres facteurs, une stabilité de température de l’équipement de mesure de ±1 °C et un
réglage du plan focal de ±5 μm. L’examen des données se rapportant à l’instrumentation et à l’environnement,
dans les paragraphes suivants, se réfère aux tolérances réparties de cette manière concernant l’exactitude
requise de mesure de la fonction de transfert optique.
4.2 Environnement
4.2.1 Généralités
Les conditions ambiantes de l’équipement de mesure de l’OTF doivent être suffisamment protégées des
influences pouvant conduire à des perturbations climatiques, mécaniques ou électromagnétiques. L’équipement
de mesure et l’atmosphère de la salle de mesure doivent être exempts de poussières, d’humidité et de fumées.
Toutes les surfaces optiques doivent être préservées d’empreintes de doigts ou de manipulations susceptibles
de les rayer.
4.2.2 Contrôle de la température et de l’humidité
La température doit être maintenue constante, dans des tolérances établies, et fixée à une valeur convenable.
L’humidité doit être également maintenue dans des limites acceptables. La température et l’humidité doivent
toutes deux être notées. Toute turbulence ou stratification de l’atmosphère pouvant affecter les mesurages doit
être réduite au minimum par l’interposition d’écrans.
4.2.3 Vibrations
Toute vibration doit être réduite au minimum et il est recommandé d’implanter l’équipement de mesure dans un local
en sous-sol si des vibrations, causées par exemple par des machines, ne peuvent être évitées autrement. Le degré
d’isolement des vibrations, pour une exactitude de mesure donnée, dépend des caractéristiques de la vibration, de
la méthode de mesure, de l’intervalle de fréquence spatiale et de façon générale des paramètres de la «fonction
d’imagerie» du système optique mesuré. Si la méthode consiste à mesurer la répartition des éclairements dans
l’image d’une fente, une tolérance admissible peut être que le mouvement de l’image sur l’analyseur causé par des
vibrations ne dépasse pas, par exemple, 1/20 de la largeur à mi-hauteur de l’image de la fente.
4.2.4 Perturbations électromagnétiques
Dans le cas de certains systèmes, il peut être nécessaire de surveiller les vibrations de la tension d’alimentation
et de maintenir celles-ci à un minimum acceptable. L’influence de champs électromagnétiques externes et le
niveau de lumière ambiante doivent être réduits jusqu’à ce que la fonction de transfert optique mesurée ne soit
plus affectée de façon significative.
4.3 Équipement de mesure
4.3.1 Montage optique
Le support de tout équipement de mesure doit être constitué d’un robuste banc d’optique ou d’un marbre sur
lesquels peuvent être fixés le bloc source, le système mesuré, l’analyseur d’image et d’autres accessoires, ces
unités pouvant être positionnées les unes par rapport aux autres avec l’exactitude requise.
Selon les systèmes soumis à essai, les exigences à satisfaire en matière d’alignement et/ou de parallélisme
des plans correspondants pourront varier. Les écarts par rapport à ces exigences d’alignement et/ou de
parallélisme ne doivent pas
...
Questions, Comments and Discussion
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