DIN EN ISO 14880-3-2006 Optics and photonics - Microlens arrays - Part 3 Test methods for optical properties other than wavefront aberrations (ISO 14880-3 2006) English version of .pdf

1、August 2006DEUTSCHE NORM Normenausschuss Feinmechanik und Optik (NAFuO) im DINPreisgruppe 12DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 31.260!,iCp“9703277www.din.deDDIN

2、EN ISO 14880-3Optik und Photonik Mikrolinsenarrays Teil 3: Prfverfahren fr optische Eigenschaften auerWellenfrontaberrationen (ISO 14880-3:2006);Deutsche Fassung EN ISO 14880-3:2006Optics and photonics Microlens arrays Part 3: Test methods for optical properties other than wavefront aberrations(ISO

3、14880-3:2006);German version EN ISO 14880-3:2006Optique et photonique Rseaux de microlentilles Partie 3: Mthodes dessai pour les proprits optiques autres que les aberrations du frontdonde (ISO 14880-3:2006);Version allemande EN ISO 14880-3:2006Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772

4、Berlin www.beuth.deGesamtumfang 20 SeitenDIN EN ISO 14880-3:2006-08 2 Nationales Vorwort Dieses Dokument wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 123 Laser und Photonik“ (Sekretariat: DIN, Deutschland) aus der Arbeit des ISO/TC 172/SC 9 Elektro-optische Systeme“ (Sekretariat: DIN, Deutschland) bernommen

5、. Das zustndige deutsche Gremium ist der NA 027-01-21 AA Mikrooptik und integrierte Optik“ im Normenausschuss Feinmechanik und Optik (NAFuO). Fr die im Abschnitt 2 zitierten Internationalen Normen wird im Folgenden auf die entsprechenden Deutschen Normen hingewiesen: ISO 14880-1 siehe DIN EN ISO 148

6、80-1 ISO 10110-5 siehe DIN ISO 10110-5 Nationaler Anhang NA (informativ) Literaturhinweise DIN EN ISO 14880-1, Mikrolinsenarrays Teil 1: Begriffe DIN ISO 10110-5, Optik und optische Instrumente Erstellung von Zeichnungen fr optische Elemente und Systeme Teil 5: Passfehler EUROPISCHE NORM EUROPEAN ST

7、ANDARD NORME EUROPENNE EN ISO 14880-3 Juni 2006 ICS 31.260 Deutsche Fassung Optik und Photonik Mikrolinsenarrays Teil 3: Prfverfahren fr optische Eigenschaften auer Wellenfrontaberrationen (ISO 14880-3:2006) Optics and photonics Microlens arrays Part 3: Test methods for optical properties other than

8、 wavefront aberrations (ISO 14880-3:2006) Optique et photonique Rseaux de microlentilles Partie 3: Mthodes dessai pour les proprits optiques autres que les aberrations du front donde (ISO 14880-3:2006) Diese Europische Norm wurde vom CEN am 3. Mai 2006 angenommen. Die CEN-Mitglieder sind gehalten, d

9、ie CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listendieser nationalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind beim Manag

10、ement-Zentrum oder bei jedem CEN-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache,die von einem CEN-Mitglied in eigener Verantwortung durch bersetzung in seine Landessprache gemacht und

11、dem Management-Zentrum mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CEN-Mitglieder sind die nationalen Normungsinstitute von Belgien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland,Irland, Island, Italien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den N

12、iederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien,Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern.EUROPISCHES KOMITEE FR NORMUNG EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION COMIT EUROPEN DE NORMALISATIONManagement-

13、Zentrum: rue de Stassart, 36 B-1050 Brssel 2006 CEN Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den nationalen Mitgliedern von CEN vorbehalten.Ref. Nr. EN ISO 14880-3:2006 DEN ISO 14880-3:2006 (D) 2 Inhalt Seite Vorwort 3 Einleitung.4 1 Anwendungsbereic

14、h .5 2 Normative Verweisungen5 3 Begriffe .5 4 Substratprfung.5 5 Mikroskopisches Prfverfahren.5 5.1 Kurzbeschreibung des Verfahrens 5 5.2 Messanordnung und Prfgerte 5 5.3 Vorbereitung.8 6 Durchfhrung.8 6.1 Allgemeines8 6.2 Messung der effektiven hinteren oder vorderen Schnittweite8 6.3 Messung der

15、chromatischen Aberration.8 6.4 Messung der Gleichmigkeit der Brennpunktskoordinaten .9 7 Ergebnisse und Messunsicherheiten . 10 8 Koppelwirkungsgrad, Abbildungsqualitt . 10 9 Prfbericht. 10 Anhang A (informativ) Messungen mit Wellenfront-Messsystemen. 12 A.1 Kurzbeschreibung des Interferometer-Verfa

16、hrens . 12 A.2 Messanordnung und Prfgerte . 12 A.3 Messung der effektiven hinteren oder vorderen Schnittweite. 13 Anhang B (normativ) Konfokale Messung der effektiven hinteren oder vorderen Schnittweite des Linsenarrays 14 B.1 Kurzbeschreibung des Verfahrens . 14 B.2 Messsystem fr Mikrolinsenarrays.

17、 15 Anhang C (informativ) Koppelwirkungsgrad, Abbildungsqualitt 16 C.1 Koppelwirkungsgrad 16 C.2 Abbildungsqualitt . 16 Anhang D (normativ) Messung der Gleichmigkeit der Brennpunktskoordinaten eines Mikrolinsenarrays . 17 D.1 Messprinzip . 17 D.2 Messanordnung und Prfgerte . 17 D.3 Messung der Gleic

18、hmigkeit der Brennpunktskoordinaten 17 Literaturhinweise . 18 EN ISO 14880-3:2006 (D) 3 Vorwort Dieses Dokument (EN ISO 14880-3:2006) wurde vom Technischen Komitee ISO/TC 172 Optik und Photonik“ in Zusammenarbeit mit dem Technischen Komitee CEN/TC 123 Laser und Photonik“ erarbeitet, dessen Sekretari

19、at vom DIN gehalten wird. Diese Europische Norm muss den Status einer nationalen Norm erhalten, entweder durch Verffentlichung eines identischen Textes oder durch Anerkennung bis Dezember 2006, und etwaige entgegenstehende nationale Normen mssen bis Dezember 2006 zurckgezogen werden. Es wird auf die

20、 Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. CEN ist nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. EN ISO 14880 mit dem Haupttitel Optik und Photonik Mikrolinsenarrays“ besteht aus folgenden Teilen: Teil 1: Begri

21、ffe; Teil 2: Prfverfahren fr Wellenfrontaberrationen; Teil 3: Prfverfahren fr optische Eigenschaften auer Wellenfrontaberrationen; Teil 4: Prfverfahren fr geometrische Eigenschaften. Entsprechend der CEN/CENELEC-Geschftsordnung sind die nationalen Normungsinstitute der folgenden Lnder gehalten, dies

22、e Europische Norm zu bernehmen: Belgien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, Niederlande, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, Schweiz, Slowakei, Slowenien, Spanien, Tschechische Republik

23、, Ungarn, Vereinigtes Knigreich und Zypern. Anerkennungsnotiz Der Text von ISO 14880-3:2006 wurde vom CEN als EN ISO 14880-3:2006 ohne irgendeine Abnderung genehmigt. EN ISO 14880-3:2006 (D) 4 Einleitung Dieser Teil der ISO 14880 legt Prfverfahren fr optische Eigenschaften von Mikrolinsenarrays auer

24、 fr Wellenfrontaberrationen fest. Beispiele fr Anwendungen von Mikrolinsenarrays schlieen dreidimensionale Displays, Koppeloptiken fr Lichtquellen- und Photoempfnger-Arrays, Optiken zur Steigerung der Lichtausbeute von Flssigkristalldisplays und Elemente fr die optische Parallelverarbeitung ein. Das

25、 Prfen von Mikrolinsen ist im Prinzip hnlich dem Prfen anderer Linsen. Dieselben Parameter werden gemessen und die gleichen Verfahren genutzt. In vielen Fllen ist jedoch die Messung sehr kleiner Linsen mit praktischen Problemen verbunden, die die Verwendung der zum Prfen von konventionellen Linsen z

26、ur Verfgung stehenden Standardausrstung schwierig machen. Der Markt fr Mikrolinsenarrays hat eine Vereinbarung ber die grundlegende Terminologie und die grundlegenden Prfverfahren notwendig gemacht. Eine genormte Terminologie und eine eindeutige Begriffsdefinition werden nicht nur fr die Frderung de

27、r Anwendungen bentigt, sondern auch, um Wissenschaftler und Ingenieure zum Austausch von Ideen und neuen Konzepten auf Grundlage eines gemeinsamen Verstndnisses anzuregen. Dieser Teil der ISO 14880 dient dem Zweck der ISO 14880-Normenreihe, die Vergleichbarkeit und Austauschbarkeit von Linsenarrays

28、von verschiedenen Herstellern zu verbessern und die Entwicklung von Technologien, die Mikrolinsenarrays nutzen, voranzutreiben. Die Messung der Schnittweite ist im Hauptteil und die Anwendung eines alternativen Verfahrens, der Interferometrie, ist in Anhang A dieses Teiles der ISO 14880 beschrieben.

29、 Die Messung der Schnittweite eines Mikrolinsenarrays mit einem konfokalen Verfahren ist in Anhang B beschrieben. Koppelwirkungsgrad und Abbildungsqualitt werden in Anhang C behandelt. Die parallele Vermessung der Brennpunktskoordinaten eines Mikrolinsenarrays mit Hilfe der Shack-Hartmann-Methode wi

30、rd in Anhang D beschrieben. EN ISO 14880-3:2006 (D) 5 1 Anwendungsbereich Dieser Teil der ISO 14880 legt Prfverfahren fr die Messung optischer Eigenschaften von Mikrolinsen in Mikrolinsenarrays fest, mit Ausnahme von Wellenfrontaberrationen. Die Norm gilt fr Mikrolinsenarrays mit sehr kleinen Linsen

31、, die auf einer oder mehreren Oberflchen eines gemeinsamen Substrats angeordnet sind, und fr Gradientenindex-Mikrolinsen. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe

32、. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). ISO 14880-1, Optics and photonics Microlens arrays Part 1: Vocabulary ISO 10110-5, Optics and optical instruments Preparation of drawings for optical elements and systems Part 5:

33、 Surface form tolerances 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die Begriffe nach ISO 14880-1. 4 Substratprfung Die optische Qualitt des Substrats trgt zur Qualitt der durch die Mikrolinsen definierten Brennpunktlagen bei und muss nach ISO 10110-5 quantitativ bestimmt werden. 5 Mikrosko

34、pisches Prfverfahren 5.1 Kurzbeschreibung des Verfahrens Das Grundprinzip ist die Lokalisierung der Oberflche der untersuchten Mikrolinse durch optische Mittel. Die effektive hintere (vordere) Schnittweite wird durch Messen der axialen Verschiebung zwischen Oberflche und Position des Brennpunktes be

35、stimmt. 5.2 Messanordnung und Prfgerte 5.2.1 Allgemeines Das Prfen von Mikrolinsen ist hnlich dem Prfprinzip fr grere Linsen. In vielen Fllen ist die Messung sehr kleiner Linsen jedoch mit praktischen Problemen verbunden, die die Verwendung der zum Prfen von Linsen normaler Gre zur Verfgung stehende

36、n Standardausrstung schwierig machen. Im Allgemeinen knnen zwei optische Verfahren angewendet werden. Ein Verfahren beruht auf der Mikroskopie, ein anderes auf der Interferometrie. Das erste Verfahren nutzt ein Mikroskop, um (zunchst) durch Fokussieren den Scheitel der Mikrolinse zu lokalisieren. Di

37、e effektive hintere (vordere) Schnittweite wird aus der Messung der zum Nachfokussieren des Mikroskops auf das Bild einer fernen Quelle notwendigen Verschiebung, wie in Bild 1 gezeigt, abgeleitet. EN ISO 14880-3:2006 (D) 6 Eine Fokussierhilfe im Mikroskop, z. B. ein Schnittbild-Fokussierraster, ermg

38、licht bei Betrachtung mit reflek-tiertem Licht die leichtere Lokalisierung des strukturlosen Scheitels der Mikrolinse. Fr die Schnittweiten-messungen kann die entfernte Punktlichtquelle das Austrittsende einer optischen Faser oder ein beleuchtetes Prfraster sein. Die Prfungen drfen unter Beleuchtung

39、 mit weiem oder monochromatischem Licht durch-gefhrt werden. Das zweite Verfahren nutzt die Wellenfrontbestimmung, um die Lage der Prfoberflche oder den Mittelpunkt der Krmmung (der Wellenfront) zu lokalisieren. Die Bestimmung dieser Positionen kann mit Hilfe eines der folgenden Gerte vorgenommen we

40、rden: Fizeau-Interferometer, Twyman-Green-Interferometer, laterales Shearing-Interferometer oder ein Shack-Hartmann-Sensor. Diese sind in ISO 14880-2 und ISO/TR 14999-1 ausfhrlicher beschrieben. Ein Vorteil der Interferometrie ist, dass bei stark bildfehlerbehafteten Linsen die nderung der Schnittwe

41、ite in Abhngigkeit vom Radius der Apertur bereits aus den Interferenzfiguren abgeleitet werden kann. Ein Nachteil ist die Einschrnkung der Prfungen auf die Wellenlnge der Lichtquelle des Interferometers. Die Abschnitte 5 bis 9 konzentrieren sich auf das Mikroskopverfahren, whrend das interferometris

42、che Verfahren in Anhang A und das Shack-Hartmann-Verfahren in Anhang D beschrieben sind. Die konfokale Messung der effektiven Schnittweiten von Linsenarrays ist in Anhang B dargestellt. Legende 1 entfernte Punktlichtquelle 2 Substrat und Mikrolinsen, die den Fokus erzeugen 3 Mikroskopobjektiv 4 axia

43、le Verschiebung des Mikroskops zur Bestimmung der Lage der Linsenoberflche und des Brennpunktes 5 Strahlteiler 6 Lichtquelle zur Erzeugung eines Brennfleckes auf der Linsenoberflche 7 CCD-Kamera Bild 1 Kollimierte Lichtquelle und Mikroskop zur Bestimmung der effektiven hinteren oder vorderen Schnitt

44、weite einer Mikrolinse EN ISO 14880-3:2006 (D) 7 5.2.2 Prfsystem 5.2.2.1 Allgemeines Das Prfsystem besteht aus einem Mikroskop, das mit einem Wegsensor, einer geeigneten Lichtquelle und einer Videokamera mit Monitor und einer Bildauswertung (Linienabtastung) ausgerstet ist, sowie dem Prfling. 5.2.2.

45、2 Mikroskop Es ist ein Mikroskop mit einer Fokussierhilfe, z. B. einem Schnittbildentfernungsmesser, erforderlich, um die Einstellung des Brennpunktes auch auf einer strukturlosen Oberflche wie dem Scheitel der Mikrolinse vorzu-nehmen zu knnen. Das mechanische Design muss die Anordnung der entfernte

46、n Punktlichtquelle oder des Prfrasters unterhalb des den Prfling tragenden Tisches zulassen. Idealerweise sollte der Prfling ohne zustzliche optische Bauelemente, wie z. B. eine Glasplatte zwischen Prfling und der fernen Punktlichtquelle oder dem fernen Prfraster, aufgesetzt werden. Die Verschiebung

47、 der Prfoberflche relativ zum Mikroskopobjektiv wird mit einem kalibrierten Wegsensor gemessen. Die numerische Apertur (NA) des Mikroskopobjektivs muss grer als die numerische Apertur des Prflings am Brennpunkt sein. 5.2.2.3 Lichtquelle Es muss eine Lichtquelle verwendet werden, die entsprechend den

48、 Prfanforderungen Strahlung in einem Wellenlngenband oder mit einer bestimmten Wellenlnge aussendet. Die Eigenschaften der Lichtquelle mssen im Prfbericht angegeben werden. Weies Licht kann mit einer Quarz-Halogenlampe in Kombination mit einer geeigneten Aperturblende erzeugt werden. Wenn ein einges

49、chrnkter Wellenlngenbereich gefordert ist, knnen Schmalbandfilter verwendet werden. Fr monochromatische Beleuchtung und hhere Intensitten kann ein Laser verwendet werden. 5.2.2.4 Prfobjekte Die Punktlichtquelle kann durch die Stirnflche einer optischen Faser angenhert werden. Dabei muss die Punktlichtquelle auf der Linsenachse und in