ISO 14880-3:2024

Optics and photonics - Microlens arrays - Part 3: Test methods for optical properties other than wavefront aberrations

This document specifies methods for testing optical properties, other than wavefront aberrations[1] of microlenses in microlens arrays. It is applicable to microlens arrays with very small lenses formed on one or more surfaces of a common substrate and to graded-index microlenses.

Optique et photonique — Réseaux de microlentilles — Partie 3: Méthodes d'essai pour les propriétés optiques autres que les aberrations du front d'onde

Le présent document spécifie les méthodes d'essai des propriétés optiques, autres que les aberrations du front d'onde[1] des microlentilles dans les réseaux de microlentilles. Il s'applique aux réseaux de microlentilles avec de très petites lentilles qui composent une ou plusieurs surfaces d'un substrat commun et aux microlentilles à gradient d'indice.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 12-Nov-2024
• ICS: 31.260 - Optoelectronics. Laser equipment
• Technical Committee: ISO/TC 172/SC 9 - Laser and electro-optical systems
• Drafting Committee: ISO/TC 172/SC 9 - Laser and electro-optical systems
• Current Stage: 6060 - International Standard published
• Start Date: 13-Nov-2024
• Due Date: 20-Oct-2024
• Completion Date: 13-Nov-2024

Relations

• Revises: ISO 14880-3:2006 - Optics and photonics - Microlens arrays - Part 3: Test methods for optical properties other than wavefront aberrations
• Effective Date: 06-Jun-2022

Overview - ISO 14880-3:2024 (Microlens arrays test methods)

ISO 14880-3:2024 specifies standardized test methods for the optical properties (other than wavefront aberrations) of microlenses in microlens arrays, including very small surface-relief lenses and graded‑index microlenses. The standard focuses on measurable quantities such as effective back/front focal length, chromatic behaviour, focal-spot uniformity, coupling efficiency and imaging quality. It complements ISO 14880-1 (vocabulary) and works with other parts of the series that address wavefront and non‑optical characteristics.

Key topics and technical requirements

• Scope and applicability: Applies to microlens arrays formed on one or more surfaces of a common substrate and to graded‑index microlenses.
• Substrate test: Optical substrate quality contributes to focal‑position accuracy and shall be quantified per ISO 10110-5.
• Microscope technique (primary method):
  • Principle: locate lens surface/vertex optically and determine effective back/front focal length from axial displacement to focus on an image of a distant source.
  • Test system: microscope with focusing aid (e.g., split‑field), calibrated displacement transducer, suitable light source, test graticule or illuminated fibre, video camera and image analyser.
  • Requirement: microscope objective NA must exceed the microlens NA at the focal point.
  • Environmental/control: temperature‑controlled, vibration‑free conditions (recommended ~20 °C); clean optical surfaces.
• Interferometry and wavefront‑sensing alternatives: Annex A covers interferometric techniques (e.g., Fizeau, Twyman‑Green) and Annex D describes Shack‑Hartmann methods for focal‑spot mapping.
• Additional methods: Annex B describes confocal measurement of focal length; Annex C discusses coupling efficiency and imaging quality evaluation.
• Calibration and reporting: Use calibration artefacts (known microlens focal length, step‑height standards); report light source properties, measurement uncertainties and test conditions.

Practical applications and users

Who benefits:

• Optical engineers and metrology laboratories validating microlens performance
• Manufacturers of microlens arrays (quality control, acceptance testing)
• System integrators in displays, imaging, 3D displays, VCSEL and detector coupling, and optical parallel processors
• R&D teams developing graded‑index or micro‑optical components

Why use it:

• Ensures repeatable, comparable measurements of focal length, chromatic behavior, focal‑spot uniformity, coupling efficiency and imaging quality
• Improves interchangeability between suppliers and confidence for integration into photonics systems

Related standards

• ISO 14880-1 - Vocabulary and characteristic parameters
• ISO 14880-2 - Wavefront aberrations (related optical properties)
• ISO 14880-4 / ISO/TR 14880-5 - Other series parts addressing complementary topics
• ISO 10110-5 - Surface form tolerances (substrate testing)

Standards Content (Sample)

International
Standard
ISO 14880-3
Second edition
Optics and photonics — Microlens
2024-11
arrays —
Part 3:
Test methods for optical properties
other than wavefront aberrations
Optique et photonique — Réseaux de microlentilles —
Partie 3: Méthodes d'essai pour les propriétés optiques autres que
les aberrations du front d'onde
Reference number
© ISO 2024
All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may
be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on
the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address below
or ISO’s member body in the country of the requester.
ISO copyright office
CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva
Phone: [phone]
Email: [e-mail]
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Substrate test . 1
5 Microscope test method . 1
5.1 Principle .1
5.2 Measurement arrangement and test equipment .2
5.2.1 General .2
5.2.2 Test system .3
6 Procedure . 4
6.1 General .4
6.2 Measurement of effective back or front focal length .4
6.3 Measurement of chromatic aberration .4
6.4 Measurement of the uniformity of the focal spot positions .5
7 Results and uncertainties . 5
8 Coupling efficiency, imaging quality. 6
9 Test report . 6
Annex A (informative) Measurements with wavefront measuring systems . 8
Annex B (informative) Confocal measurement of effective back or front focal length of lens
array .10
Annex C (informative) Coupling efficiency, imaging quality .12
Annex D (informative) Measurement of the uniformity of the focal spot positions of a microlens
array .13
Bibliography . 14

iii
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through
ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee
has been established has the right to be represented on that committee. International organizations,
governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely
with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described
in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the different types
of ISO document should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the
ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
ISO draws attention to the possibility that the implementation of this document may involve the use of (a)
patent(s). ISO takes no position concerning the evidence, validity or applicability of any claimed patent
rights in respect thereof. As of the date of publication of this document, ISO had not received notice of (a)
patent(s) which may be required to implement this document. However, implementers are cautioned that
this may not represent the latest information, which may be obtained from the patent database available at
www.iso.org/patents. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and expressions
related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World Trade
Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and Photonics, Subcommittee SC 9,
Laser and electro-optical systems, in collaboration with the European Committee for Standardization (CEN)
Technical Committee CEN/TC 123, Lasers and photonics, in accordance with the Agreement on technical
cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 14880-3:2006), which has been technically
revised.
The main changes are as follows:
— Introduction revised;
— Reference documents and numbering updated.
A list of all parts in the ISO 14880 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.

iv
Introduction
This document specifies methods of testing optical properties, other than wavefront aberrations, of
microlens arrays. Examples of applications for microlens arrays include three-dimensional displays,
coupling optics associated with arrayed light sources and photo-detectors, enhanced optics for liquid crystal
[12][13][15][16]
displays, and optical parallel processor elements .
The testing of microlenses is in principle similar to testing any other lens. The same parameters need to
be measured and similar techniques used. However, in many cases the measurement of very small lenses
presents practical problems which make it difficult to use the standard equipment that is available for
[15][16]
testing normal size lenses .
The market in microlens arrays has generated a need for agreement on basic terminology and test methods.
Standard terminology and clear definitions are needed not only to promote applications but also to
encourage scientists and engineers to exchange ideas and new concepts based on common understanding.
This document contributes to the purpose of the series of ISO 14880 standards which is to improve the
compatibility and interchangeability of lens arrays from different suppliers and to enhance development of
the technology using microlens arrays.
Characteristic parameters are defined and examples of applications given in ISO 14880-1. It has been
completed by a set of three other International Standards, i.e. ISO 14880-2, ISO 14880-3 and ISO 14880-4.
This document describes the measurement of 1) focal length, 2) coupling efficiency, 3) imaging quality and
4) focal spot positions.
The focal length of the microlens is defined more precisely in 14880-1 as effective back (front) focal length.
The measurement of effective back (front) focal length is described in the body of this part of ISO 14880 and
the use of an alternative technique, interferometry, is described in Annex A.
Measurement of the focal length of an array of microlenses, using a confocal technique, is described in the
main body and Annex B.
Coupling efficiency and imaging quality are discussed in Annex C.
Measurement of the focal spot positions of an array of microlenses in parallel, using the Shack-Hartmann
technique, is described in Annex D.
Wavefront aberrations and characteristics other than optical properties are specified in ISO 14880-2 and
ISO 14880-4 and ISO/TR 14880-5.

v
International Standard ISO 14880-3:2024(en)
Optics and photonics — Microlens arrays —
Part 3:
Test methods for optical properties other than wavefront
aberrations
1 Scope
[1]
This document specifies methods for testing optical properties, other than wavefront aberrations of
microlenses in microlens arrays. It is applicable to microlens arrays with very small lenses formed on one or
more surfaces of a common substrate and to graded-index microlenses.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content constitutes
requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references,
the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 14880-1, Optics and photonics — Microlens arrays — Part 1: Vocabulary
ISO 10110-5, Optics and photonics — Preparation of drawings for optical elements and systems — Part 5:
Surface form tolerances
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 14880-1 apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
4 Substrate test
The optical quality of the substrate contributes to the quality of the focal positions defined by the microlenses
and shall be quantified in accordance with ISO 10110-5.
5 Microscope test method
5.1 Principle
The basic principle is to locate, by optical means, the surface of the microlens under test. The effective back
(front) focal length is determined by measuring the axial displacement necessary to locate the focal position.

5.2 Measurement arrangement and test equipment
5.2.1 General
The testing of microlenses is similar in principle to testing larger lenses. In many cases however, the
measurement of very small lenses presents practical problems which make it difficult to use standard
equipment. In general, two optical techniques can be used. One is based on microscopy, the other is based on
[2]
interferometry .
The first technique uses a microscope to locate, by focusing, the vertex of the microlens. The effective back
(front) focal length is deduced from a measurement of the displacement necessary to refocus the microscope
on the image of a distant source as shown in Figure 1.
A focusing aid in the microscope such as a split-field focusing graticule enables the featureless vertex of a
microlens to be more readily located when viewing with reflected light. For focal length measurements the
distant point source may be the end face of an illuminated optical fibre or an illuminated test graticule. Tests
may be performed with white light or monochromatic illumination.
The second technique uses wavefront sensing to locate the test surface or the centre of curvature. The
location test may be carried out with the help of one of the following devices:
— Fizeau interferometer,
— Twyman-Green interferometer,
— lateral shearing interferometer, or
— Shack-Hartmann device.
[1][2]
These are more fully described in ISO 14880-2 and ISO/TR 14999-1 . One advantage of interferometry
is that for strongly aberrated lenses, the variation in focal length with aperture radius can be readily
deduced from the interference patterns. A disadvantage is that tests are restricted to the wavelength of the
interferometer light source.
Key
1 distant point source
2 substrate and microlens producing focused spot
3 microscope objective
4 axial adjustment of microscope to locate lens surface and focus
5 beamsplitter
6 source for focus location on lens surface
7 imaging array
Figure 1 — Collimated source and microscope used to measure the effective back or front focal
length of a microlens
Clauses 5 to 9 concentrate on the microscope technique while an interferometric technique is described in
Annex A and a Shack-Hartmann technique in Annex D.

The confocal measurement of the effective focal lengths of lens arrays is described in Annex B.
5.2.2 Test system
5.2.2.1 General
The test system consists of a microscope fitted with displacement transducers, suitable light source, test
object, microscope video camera, monitor and image analyser (line intensity scan).
5.2.2.2 Microscope
A microscope fitted with a focusing aid such as a split-image rangefinder is required to enable focus settings
to be made on a featureless surface such as the vertex of the microlens surface. The mechanical design shall
allow the distant point source or test graticule to be placed below the stage carrying the test lens. Ideally,
the test lens should be supported with no additional optical component such as a glass plate between it and
the distant point source or test graticule. The displacement of the test surface relative to the microscope
objective is measured with a calibrated displacement transducer.
The numerical aperture (NA) of the microscope objective shall be larger than the numerical aperture of the
test lens at the focal point.
5.2.2.3 Light source
A light source emitting radiation in the band of wavelengths or at a specific wavelength required for the test
shall be used. The properties of the light source shall be described in the test report.
White light can be provided by a quartz-halogen lamp in combination with a suitable aperture stop. Narrow
band filters can be used where a restricted range of wavelengths is required. A laser or LED can be used for
monochromatic illumination and higher intensities.
5.2.2.4 Test object (test graticule)
The distant point source can be approximated using the end face of an illuminated optical fibre. The distant
point source shall be placed on axis with the lens and at an effectively large distance to enable the focal
length to be determined.
Alternatively, the object may be a graticule. This enables the optical properties at particular spatial
frequencies and field angles to be studied.
The detection of the focus spot may be susceptible to under-sampling by the detector array.
The distant point source or test graticule used shall be described in the documentation of the test report.
5.2.2.5 Image display
If the image generated by the microscope is relayed by a video camera to a video display, an electronic
intensity display can be used to assist in locating the position of best focus. The intensity of the image at the
detector shall be adjusted to maintain a linear response from the detector system.
5.2.2.6 Standard surfaces
A microlens of known focal length at a defined wavelength shall be used as a calibration artefact to verify
the performance of the measurement system.
A step height artefact, for example two thin glass plates held together in optical contact to provide a step of
known height, shall be used to verify the performance of the displacement measurement system.

5.2.2.7 Preparation
For consistent results the test equipment shall be maintained in a temperature-controlled environment,
preferably at 20 °C and not exposed to vibration.
The optical surfaces to be tested shall be clean. Uncoated glass surfaces may be safely cleaned with alcohol
and cotton wool. The cotton wool should be soaked in a very small amount of solvent before touching the
surface and wiped only once across the optical surface before being discarded. This minimizes the chances
of scratching the surface. Dust may be removed using a clean camel-hair brush or filtered compressed air.
Coated optical surfaces such as antireflection surfaces should be treated with great care and no
...

Norme
internationale
ISO 14880-3
Deuxième édition
Optique et photonique — Réseaux
2024-11
de microlentilles —
Partie 3:
Méthodes d'essai pour les
propriétés optiques autres que les
aberrations du front d'onde
Optics and photonics — Microlens arrays —
Part 3: Test methods for optical properties other than wavefront
aberrations
Numéro de référence
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
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Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: [phone]
E-mail: [e-mail]
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Essai du substrat . 1
5 Méthode d'essai au microscope. 1
5.1 Principe .1
5.2 Disposition pour le mesurage et matériel d'essai .2
5.2.1 Généralités .2
5.2.2 Système d'essai .3
6 Mode opératoire . 4
6.1 Généralités .4
6.2 Mesurage de la longueur focale arrière ou frontale effective .4
6.3 Mesurage de l'aberration chromatique . .4
6.4 Mesurage de l'uniformité des positions du foyer .5
7 Résultats et incertitudes . 5
8 Rendement de couplage, qualité d'imagerie . 6
9 Rapport d'essai . 6
Annexe A (informative) Mesurages avec des systèmes de mesure du front d'onde . 8
Annexe B (informative) Mesurage confocal de la longueur focale arrière ou frontale effective
d'un réseau de lentilles .10
Annexe C (informative) Rendement de couplage, qualité d'imagerie .12
Annexe D (informative) Mesurage de l'uniformité des positions de foyer d'un réseau de
microlentilles .13
Bibliographie . 14

iii
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux
de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général
confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire
partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a
été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir
www.iso.org/directives).
L’ISO attire l’attention sur le fait que la mise en application du présent document peut entraîner l’utilisation
d’un ou de plusieurs brevets. L’ISO ne prend pas position quant à la preuve, à la validité et à l’applicabilité de
tout droit de propriété revendiqué à cet égard. À la date de publication du présent document, l’ISO n'avait pas
reçu notification qu’un ou plusieurs brevets pouvaient être nécessaires à sa mise en application. Toutefois,
il y a lieu d’avertir les responsables de la mise en application du présent document que des informations
plus récentes sont susceptibles de figurer dans la base de données de brevets, disponible à l'adresse
www.iso.org/brevets. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas avoir identifié tout ou partie de
tels droits de propriété.
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données pour
information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion de
l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles techniques au
commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 172 Optique et photonique, sous-comité
SC 9, Lasers et systèmes électro-optiques, en collaboration avec le comité technique CEN/TC 123, Lasers et
photonique, du Comité européen de normalisation (CEN) conformément à l’Accord de coopération technique
entre l’ISO et le CEN (Accord de Vienne).
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 14880-3:2006) qui a fait l’objet d’une
révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:
— l’introduction a été révisée;
— les références et la numérotation ont été mises à jour.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 14880 se trouve sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes se
trouve à l’adresse www.iso.org/members.html.

iv
Introduction
Le présent document spécifie les méthodes d'essai des propriétés optiques, autres que les aberrations du
front d'onde, des réseaux de microlentilles. Parmi les exemples d'applications des réseaux de microlentilles
figurent les affichages tridimensionnels, l'optique de couplage associée aux sources lumineuses et aux
photo-détecteurs, l'optique améliorée pour les affichages à cristaux liquides et les éléments optiques des
[12][13][15][16]
processeurs parallèles .
Les essais sur les microlentilles sont en principe similaires à ceux sur n'importe quelle autre lentille. Les
paramètres à mesurer et des techniques utilisées sont similaires. Cependant, dans de nombreux cas, le
mesurage de très petites lentilles pose des problèmes pratiques qui rendent difficile l'utilisation du matériel
[15][16]
standard disponible pour réaliser des essais sur des lentilles de taille normale .
Le marché des réseaux de microlentilles a créé un besoin d'accord sur la terminologie de base et sur les
méthodes d'essai. Une terminologie normalisée et des définitions claires sont nécessaires non seulement
pour promouvoir les applications mais également pour encourager les scientifiques et les ingénieurs à
échanger des idées et de nouveaux concepts basés sur une compréhension commune.
Le présent document contribue à l'objectif de la série de normes ISO 14880 qui est d'améliorer la compatibilité
et l'interchangeabilité des réseaux de lentilles provenant de différents fournisseurs et de renforcer le
développement de la technologie utilisant des réseaux de microlentilles.
Les paramètres caractéristiques sont définis et des exemples d’applications sont donnés dans l’ISO 14880-1.
Il a été complété par un jeu de trois Normes internationales, c’est-à-dire l’ISO 14880-2, l’ISO 14880-3 et
l’ISO 14880-4.
Ce document décrit la mesure de 1) la longueur focale, 2) l'efficacité du couplage, 3) la qualité de l'image et
4) la position des foyers focaux.
La longueur focale de la microlentille est définie plus précisément dans le document 14880-1 comme étant la
longueur focale arrière (frontale) effective.
Le mesurage de la longueur focale arrière (frontale) effective est décrite dans le corps la présente partie de
l'ISO 14880 et l'utilisation d'une technique alternative, l'interférométrie, est décrite à l'Annexe A.
Le mesurage de la longueur focale d'un réseau de microlentilles, utilisant une technique confocale, est
décrite dans le corps principal et à l'Annexe B.
Le rendement de couplage et la qualité d'imagerie sont examinés à l'Annexe C.
Le mesurage des positions du foyer des réseaux de microlentilles en parallèle, à l'aide de la technique Shack-
Hartmann est décrite à l'Annexe D.
Les caractéristiques autres que les aberrations du front d'onde sont spécifiées dans l'ISO 14880-2, dans
l'ISO 14880-4 et dans l’ISO/TR 14880-5.

v
Norme internationale ISO 14880-3:2024(fr)
Optique et photonique — Réseaux de microlentilles —
Partie 3:
Méthodes d'essai pour les propriétés optiques autres que les
aberrations du front d'onde
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie les méthodes d'essai des propriétés optiques, autres que les aberrations
[1]
du front d'onde des microlentilles dans les réseaux de microlentilles. Il s'applique aux réseaux de
microlentilles avec de très petites lentilles qui composent une ou plusieurs surfaces d'un substrat commun
et aux microlentilles à gradient d'indice.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour
les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 14880-1, Optique et photonique — Réseaux de microlentilles — Partie 1: Vocabulaire
ISO 10110-5, Optique et photonique — Indications sur les dessins pour éléments et systèmes optiques — Partie
5: Tolérances de forme de surface
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 14880-1 s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en normalisation,
consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse https:// www .electropedia .org/
4 Essai du substrat
La qualité optique du substrat contribue à la qualité des positions focales définies par les microlentilles et
doit être quantifiée conformément à l'ISO 10110-5.
5 Méthode d'essai au microscope
5.1 Principe
Le principe de base consiste à localiser, par des moyens optiques, la surface de la microlentille soumise à
essai. La longueur focale arrière (frontale) effective est déterminée en mesurant le déplacement axial
nécessaire pour localiser la position focale.

5.2 Disposition pour le mesurage et matériel d'essai
5.2.1 Généralités
Les essais sur les microlentilles sont en principe identiques aux essais sur des lentilles plus grandes. Dans de
nombreux cas cependant, le mesurage de très petites lentilles pose des problèmes pratiques rendant difficile
l'utilisation du matériel standard. En général, deux techniques optiques peuvent être utilisées. L'une repose
[2]
sur la microscopie, l'autre sur l'interférométrie .
La première technique a recours à un microscope pour localiser, par focalisation, le vertex de la microlentille.
La longueur focale arrière (frontale) effective est déduite en mesurant le déplacement nécessaire pour régler
de nouveau le microscope sur l'image d'une source éloignée, comme illustré à la Figure 1.
Un dispositif de focalisation situé dans le microscope, tel qu'un réticule de focalisation à diviseur de champ,
permet de localiser plus aisément le vertex sans marques caractéristiques d'une microlentille lorsqu'elle est
observée avec une lumière réfléchie. Pour le mesurage de la longueur focale, la source ponctuelle éloignée
peut être l'extrémité émettrice d'une fibre optique ou un réticule d'essai lumineux. Les essais peuvent être
réalisés avec de la lumière blanche ou un éclairement monochromatique.
La deuxième technique a recours à l'interférométrie pour générer des motifs indiquant l'emplacement de
la surface d'essai ou le centre de la courbure. L'essai de localisation peut être réalisé au moyen de l'un des
dispositifs suivants:
— interféromètre de Fizeau,
— interféromètre de Twyman-Green,
— interféromètre à décalage latéral, ou
— dispositif de Shack-Hartmann.
[1]
Une description plus complète de ces dispositifs est disponible dans l'ISO 14880-2 et dans l'ISO/TR 14999-1
[2]
. L'interférométrie présente l'avantage, pour les lentilles présentant une aberration importante, de
pouvoir déduire aisément la variation de la longueur focale avec le rayon d'ouverture à partir des motifs
d'interférence. En revanche, les essais de ce type sont limités à la longueur d'onde de la source lumineuse de
l'interféromètre.
Légende
1 source ponctuelle éloignée
2 substrat et microlentilles produisant le point focalisé
3 objectif du microscope
4 réglage axial du microscope pour localiser la surface de la lentille et le foyer
5 séparateur de faisceau
6 source pour localisation du foyer sur la surface de la lentille
7 réseau d'imagerie
Figure 1 — Source collimatée et microscope utilisés pour mesurer la longueur focale arrière
ou frontale effective d'une microlentille

Les Articles 5 à 9 se concentrent sur la technique du microscope, tandis qu’une technique de l'interférométrie
est décrite dans l'Annexe A et celle de Shack-Hartmann dans l'Annexe D.
Le mesurage confocal de la longueur focale arrière ou frontale effective d'un réseau de lentilles est décrit
dans l'Annexe B.
5.2.2 Système d'essai
5.2.2.1 Généralités
Le système d'essai est constitué d'un microscope équipé de capteurs de déplacement, d'une source lumineuse
appropriée, d'un objet d'essai, d'une caméra vidéo pour microscope, d'un moniteur et d'un analyseur d'image
(balayage d'intensité de ligne).
5.2.2.2 Microscope
Un microscope équipé d'un dispositif de focalisation, tel qu'un télémètre à champ coupé, est requis afin
de pouvoir régler le foyer sur une surface sans caractéristiques marquées, telle que le vertex de la surface
d'une microlentille. La conception mécanique doit permettre de positionner le point éloigné de la source ou
le réticule d'essai en dessous de la platine portant la lentille soumise à essai. Dans l'idéal, il convient que la
lentille d'essai ne soit soutenue par aucun composant optique supplémentaire tel qu'une plaque en verre
placée entre la lentille et la source ponctuelle éloignée ou le réticule d'essai. Le déplacement de la surface
d'essai par rapport à l'objectif du microscope est mesuré au moyen d'un capteur de déplacement étalonné.
L'ouverture numérique (NA) de l'objectif du microscope doit être supérieure à l'ouverture numérique de la
lentille d'essai au niveau du point focal.
5.2.2.3 Source lumineuse
Une source lumineuse émettant des rayonnements dans la bande des longueurs d'onde ou à une longueur
d'onde spécifique requise pour l'essai doit être utilisée. Les propriétés de la source lumineuse doivent être
décrites dans le rapport des résultats d'essai.
La lumière blanche peut provenir d'une lampe quartz-halogène associée à un diaphragme approprié. Il est
possible d'utiliser un filtrage à bande étroite lorsque la gamme de longueurs d'onde requise est limitée. Un
laser ou LED peut être utilisé pour générer un éclairement monochromatique et des intensités supérieures.
5.2.2.4 Objets d'essai (graticule d’essai)
La source ponctuelle éloignée peut être approchée en utilisant l'extrémité d'une fibre optique. La source
ponctuelle éloignée doit être placée sur le même axe que la lentille et à une distance suffisamment grande
pour pouvoir déterminer la longueur focale.
L'objet d'essai peut également être un graticule. Cette variante permet d'étudier les propriétés optiques à
des fréquences spatiales et des angles de champ spécifiques.
La détection du point focal peut être sensible au sous-échantillonnage par le réseau de détecteurs.
La source ponctuelle éloignée ou le graticule d'essai utilisé doit être décrit dans la documentation du rapport
d'essai.
5.2.2.5 Affichage de l'image
Si l'image générée par le microscope est retransmise par une caméra sur un écran vidéo, il est possible
d'utiliser un affichage d'intensité électronique pour localiser plus aisément la meilleure position de foyer.
L'intensité de l'image au niveau du détecteur doit être réglée pour que la réponse provenant du système de
détection reste linéaire.
5.2.2.6 Surfaces étalons
Une microlentille présentant une longueur focale connue à une longueur d'onde définie doit être utilisée
comme artefact d'étalonnage pour vérifier les performances du système de mesure.
Un artefact étagé, par exemple deux fines plaques de verre collées ensemble pour fournir un palier de
hauteur connue, doit être utilisé pour vérifier les performances du système de mesure du déplacement.
5.2.2.7 Préparation
Pour obtenir des résultats cohérents, le matériel d'essai doit être maintenu dans un environnement à
température contrôlée, de préférence à 20 °C et ne pas être exposé aux vibrations.
Les surfaces optiques soumises à essai doivent être propres. Les côtés opposés à la couche peuvent être
nettoyés en toute sécurité avec de l'alcool et de la ouate. Il convient de tremper la ouate dans une très petite
quantité de solvant puis de la mettre en contact avec la surface et d'essuyer une seule fois la surface optique.
La ouate est ensuite mise au rebut. Les risques de rayer la surface sont ainsi minimisés. La poussière peut
être enlevée à l'aide d'une brosse en poils de chameau ou d'air comprimé filtré.
Il convient de traiter les surfaces optiques revêtues, telles que les surfaces antiréfléchissantes avec beaucoup
de soin et de ne pas les nettoyer, sauf en cas de nécessité absolue. La poussière peut être enlevée au moyen
d'air comprimé filtré.
Il convient de se renseigner sur l'utilisation adéquate des solvants et des produits de nettoyage.
6 Mode opératoire
6.1 Généralités
Nettoyer la surface de la lentille et le substrat soumis à essai.
6.2 Mesurage de la longueur focale arriè
...