Optics and photonics -- General optical test methods -- Measurement of relative irradiance in the image field

This document specifies general optical test methods for the measurement of the relative irradiance in the image field. This document is applicable to optical imaging systems in the optical spectral region from λ = 100 nm to λ = 1 μm. Theoretical reflections and the comparison with the calculation apply only to optical systems. This document is applicable to rotationally invariant and rotationally variant systems; anamorphic systems, for example, are included. Telescopic systems are also included. The title of this document refers to the relative irradiance in the image field, but this document is also applicable to determination of the relative radiant power. NOTE For telescopic systems, it is suitable to state only the radiant power; for most imaging systems, the conversion from radiant power to irradiance is easy. As far as measurements are concerned, this document is also applicable to electro-optical systems. The two methods described differ particularly in the influence of veiling glare.

Optique et photonique -- Méthodes générales d'essai optique -- Méthode de mesure de l'éclairement énergétique relatif dans le champ image

Le présent document spécifie les méthodes générales d'essai optique pour le mesurage de l'éclairement énergétique relatif dans le champ image. Le présent document s'applique aux systčmes d'imagerie situés dans le domaine spectral optique allant de λ = 100 nm ŕ λ = 1 µm. Les réflexions théoriques et la comparaison avec le calcul ne doivent s'appliquer qu'aux systčmes optiques. Le présent document s'applique aux systčmes variants et invariants de révolution; les systčmes anamorphosés, par exemple, sont inclus. Les systčmes afocaux sont également inclus. Le titre du présent document se rapporte ŕ l'éclairement énergétique relatif dans un champ image; toutefois, le présent document s'applique également ŕ une méthode permettant de déterminer le flux énergétique relatif. NOTE Dans le cas des systčmes afocaux, il conviendra de n'indiquer que le flux énergétique; pour la plupart des systčmes d'imagerie, la conversion du flux énergétique en éclairement énergétique s'effectue facilement. En ce qui concerne les mesurages, le présent document peut également s'appliquer aux systčmes électro‑optiques. Les deux méthodes mentionnées diffčrent, particuličrement en ce qui concerne l'influence de l'éblouissement.

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Status
Published
Publication Date
13-May-2019
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
07-Apr-2019
Completion Date
14-May-2019
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ISO 13653:2019 - Optics and photonics -- General optical test methods -- Measurement of relative irradiance in the image field
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ISO 13653:2019 - Optique et photonique -- Méthodes générales d'essai optique -- Méthode de mesure de l'éclairement énergétique relatif dans le champ image
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 13653
Second edition
2019-05
Optics and photonics — General
optical test methods — Measurement
of relative irradiance in the image field
Optique et photonique — Méthodes générales d'essai optique —
Méthode de mesure de l'éclairement énergétique relatif dans le
champ image
Reference number
ISO 13653:2019(E)
ISO 2019
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 13653:2019(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2019

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Fax: +41 22 749 09 47
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Published in Switzerland
ii © ISO 2019 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 13653:2019(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Quantities, symbols and units ................................................................................................................................................................ 2

5 Designation ................................................................................................................................................................................................................ 2

6 Description of measurement procedures................................................................................................................................... 3

6.1 Factors influencing the relative irradiance ..................................................................................................................... 3

6.1.1 General...................................................................................................................................................................................... 3

4 4

6.1.2 Natural fall-off in brightness, F = cos ω (cos law) .................................................................. 3

nat p

6.1.3 Relative pupil surface, F (ω ) ............................................................................................................................. 3

p p

6.1.4 Vignetting, F (ω ) ...................................................................................................................................................... 3

vig p

6.1.5 Influence of the transmission, F (ω ) .......................................................................................................... 3

T p

6.1.6 Change in size of the image surface element due to distortion ............................................... 3

6.1.7 Resulting relative irradiance ................................................................................................................................. 4

6.2 Classification of the measurement procedures .......................................................................................................... 4

6.3 Brief description of the irradiance measurement .................................................................................................... 4

6.4 Brief description of the radiant power measurement .......................................................................................... 4

7 Measurement of relative irradiance ................................................................................................................................................. 5

7.1 Description of the measuring set-up.................................................................................................................................... 5

7.1.1 Source of radiation ......................................................................................................................................................... 5

7.1.2 Test specimen holder ................................................................................................................................................... 5

7.1.3 Measuring system ........................................................................................................................................................... 5

7.2 Measurement ............................................................................................................................................................................................ 6

7.2.1 Adjustment of the measuring set-up .............................................................................................................. 6

7.2.2 Spectral region ................................................................................................................................................................... 6

7.2.3 Determination of measurement value .......................................................................................................... 6

7.2.4 Selection of image heights and image-space pupil field angles ............................................... 7

8 Measurement of radiant power............................................................................................................................................................. 7

8.1 Description of the measuring set-up.................................................................................................................................... 7

8.1.1 Source of radiation ......................................................................................................................................................... 7

8.1.2 Adjusting elements ........................................................................................................................................................ 7

8.1.3 Measuring system ........................................................................................................................................................... 8

8.2 Measurement ............................................................................................................................................................................................ 8

8.2.1 Adjustment of the measuring set-up .............................................................................................................. 8

8.2.2 Spectral region ................................................................................................................................................................... 9

8.2.3 Determination of the measurement value ................................................................................................. 9

8.2.4 Selection of the object-space pupil field angles .................................................................................... 9

9 Presentation of results ................................................................................................................................................................................... 9

9.1 Tabular form.............................................................................................................................................................................................. 9

9.2 Graphical representation ............................................................................................................................................................10

9.2.1 Curves of measured values ..................................................................................................................................10

9.2.2 Curves of equal relative irradiance ...............................................................................................................10

10 Test report ................................................................................................................................................................................................................10

11 Examples ....................................................................................................................................................................................................................11

11.1 Measurement of relative irradiance by procedure A1 (see Figure 4, Table 4) ..............................11

11.2 Example of the representation of curves of equal relative irradiance against the

image field (see Figure 5) ...........................................................................................................................................................11

© ISO 2019 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 13653:2019(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

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 documents 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).

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. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).

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 1, Fundamental standards.

This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 13653:1996), which has been technically

revised.
The main changes compared to the previous edition are as follows:

— A second option for measurement, which does not require a rotation of the specimen but allows to

measure along an image diameter, has been included in 7.2.3.

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 © ISO 2019 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 13653:2019(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 invariant, the

variation will not always be rotationally invariant, for example if limiting apertures are not rotationally

invariant.
© ISO 2019 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 13653:2019(E)
Optics and photonics — General optical test methods —
Measurement of relative irradiance in the image field
1 Scope

This document specifies general optical test methods for the measurement of the relative irradiance in

the image field.

This document is applicable to optical imaging systems in the optical spectral region from λ = 100 nm to

λ = 1 μm. Theoretical reflections and the comparison with the calculation apply only to optical systems.

This document is applicable to rotationally invariant and rotationally variant systems; anamorphic

systems, for example, are included.

Telescopic systems are also included. The title of this document refers to the relative irradiance in the

image field, but this document is also applicable to determination of the relative radiant power.

NOTE For telescopic systems, it is suitable to state only the radiant power; for most imaging systems, the

conversion from radiant power to irradiance is easy.

As far as measurements are concerned, this document is also applicable to electro-optical systems.

The two methods described differ particularly in the influence of veiling glare.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
3.1
relative irradiance
quotient of radiant power and surface area

Note 1 to entry: When a surface element of the object is imaged, the irradiance in the image is a function

— of the object-space pupil field angle ω ;

— 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.

Note 2 to entry: Radiant power and surface area are functions of the object-space pupil field angle ω or of the

image position (u’,v’).

Note 3 to entry: The relative irradiance is related to the axial surface element.

© ISO 2019 – All rights reserved 1
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ISO 13653:2019(E)
3.2
object-space pupil field angle

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

angle formed by the optical axis and the line joining the centre of the exit pupil and the image point

4 Quantities, symbols and units
See Table 1.
Table 1 — Quantities, symbols and units
Quantity Symbol Unit
Relative irradiance E (ω ) %
rel p
Function for natural fall-off in brightness F (ω )
nat p
Function for relative pupil surface F (ω )
p p
Function for vignetting F (ω )
vig p
Function for relative transmission F (ω )
T p
Influence function of distortion F (ω )
ver p
Relative distortion V %
Image coordinates u’ mm
v’ mm
Object height (one dimensional) h mm
Image height (one dimensional) h’ mm
Pupil field angle, object-space ω rad, degree
Pupil field angle, image-space ω' rad, degree
Azimuth of object to be measured Φ rad, degree
Wall thickness of the analysing aperture t mm
Diameter of the analysing aperture d mm
5 Designation

Two measurement procedures are specified, the first of which has two variants. They are distinguished

by symbols. See Table 2.
Table 2 — Symbols for the measurement procedures
Symbol Measurement procedure
A1 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 power

EXAMPLE Designation of a measurement of relative irradiance according to measurement procedure A1:

Measurement of relative irradiance ISO 13653 – A1
2 © ISO 2019 – All rights reserved
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ISO 13653:2019(E)
6 Description of measurement procedures
6.1 Factors influencing the relative irradiance
6.1.1 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 are allowed in different

ways. It is therefore important to know the individual influence factors. The provisions of 6.1.2 to 6.1.7

are based on the assumption that the object surface is radiant Lambertian and the optical system has a

flat entrance pupil.
4 4
6.1.2 Natural fall-off in brightness, F = cos ω (cos law)
nat p

This cos 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.

6.1.3 Relative pupil surface, F (ω )
p p

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 ω = 0.
6.1.4 Vignetting, F (ω )
vig p

With increasing pupil field angle, rims in front of and behind the aperture stop and other stops can limit

(vignette) the aperture.
6.1.5 Influence of the transmission, F (ω )
T p

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.
6.1.6 Change in size of the image surface element due to distortion
At the image scale β′ = 0
F ω =
verp
 sincωω⋅ os 
VV dV
  pp
rr r
1+ ⋅+1 +⋅ 
 
 
100 100 100 dω
  p
 
at finite image scale:
F h =
ver
 VV  h dV 
rr r
1+ ⋅+1 +⋅
   
100 100 100 dh
   
© ISO 2019 – All rights reserved 3
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ISO 13653:2019(E)
6.1.7 Resulting relative irradiance

For the resulting relative irradiance in the image field as a function of the pupil field angle, the following

formula is valid:
EFωω=⋅cos ωω⋅FF⋅ ωω⋅F
() () () () ()
relp pp pvig pT pver p

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.
6.2 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 directly takes all five

factors in the formula in 6.1.7 into account, and shall, therefore, be given preference.

The procedure of radiant power measurement neglects 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.

NOTE For higher accuracy measurements it can be necessary to account for the distortion by calculation.

For lower accuracy measurements, it can be neglected. For example at ω = 25°, V = 1 %, quadratic dependence:

F = 0,961.
ver

The result of the measurement shall be multiplied by the factor cos ω so that the relative irradiance is

obtained from the relative radiant power.
As compared
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 13653
Deuxième édition
2019-05
Optique et photonique — Méthodes
générales d'essai optique —
Méthode de mesure de l'éclairement
énergétique relatif dans le champ
image
Optics and photonics — General optical test methods — Measurement
of relative irradiance in the image field
Numéro de référence
ISO 13653:2019(F)
ISO 2019
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 13653:2019(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2019

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.

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Tél.: +41 22 749 01 11
Fax: +41 22 749 09 47
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Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2019 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 13653:2019(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d'application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Grandeurs, symboles et unités ............................................................................................................................................................... 2

5 Désignation ................................................................................................................................................................................................................ 2

6 Description des méthodes de mesure ............................................................................................................................................ 3

6.1 Facteurs d'influence de l'éclairement énergétique relatif ................................................................................. 3

6.1.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 3

4 4

6.1.2 Réduction naturelle de luminosité, F = cos ω (loi cos ) ...................................................... 3

nat p

6.1.3 Surface relative de la pupille, F (ω ) .............................................................................................................. 3

p p

6.1.4 Vignetage, F (ω ) ......................................................................................................................................................... 3

vig p

6.1.5 Influence de la transmission, F (ω ) .............................................................................................................. 3

T p

6.1.6 Modification de la taille de l'élément de surface de l'image due à une distorsion.. 3

6.1.7 Éclairement énergétique relatif résultant .................................................................................................. 4

6.2 Classification des méthodes de mesure............................................................................................................................. 4

6.3 Brève description du mesurage de l'éclairement énergétique ...................................................................... 4

6.4 Brève description du mesurage du flux énergétique ............................................................................................. 5

7 Mesurage de l'éclairement énergétique relatif .................................................................................................................... 5

7.1 Description de la configuration de mesure .................................................................................................................... 5

7.1.1 Source de rayonnement ............................................................................................................................................. 5

7.1.2 Support de l'éprouvette ............................................................................................................................................. 5

7.1.3 Système de mesure ........................................................................................................................................................ 5

7.2 Mise en œuvre du mesurage ....................................................................................................................................................... 6

7.2.1 Réglage de la configuration de mesure ......................................................................................................... 6

7.2.2 Domaine spectral ............................................................................................................................................................. 6

7.2.3 Détermination de la valeur de mesure ......................................................................................................... 6

7.2.4 Sélection de la hauteur d'image et des angles de champ image-espace vus

de la pupille .......................................................................................................................................................................... 7

8 Mesurage du flux énergétique ................................................................................................................................................................ 7

8.1 Description de la configuration de mesure .................................................................................................................... 7

8.1.1 Source de rayonnement ............................................................................................................................................. 7

8.1.2 Dtispositifs de réglage ................................................................................................................................................. 8

8.1.3 Système de mesure ........................................................................................................................................................ 8

8.2 Mesurage ...................................................................................................................................................................................................... 8

8.2.1 Réglage de la configuration de mesure ......................................................................................................... 8

8.2.2 Domaine spectral ............................................................................................................................................................. 9

8.2.3 Détermination de la valeur de mesure ......................................................................................................... 9

8.2.4 Sélection des angles de champ objet-espace vus de la pupille ................................................ 9

9 Présentation des résultats ......................................................................................................................................................................10

9.1 Tableau ........................................................................................................................................................................................................10

9.2 Représentation graphique .........................................................................................................................................................10

9.2.1 Courbes des valeurs mesurées .........................................................................................................................10

9.2.2 Courbes d'éclairement énergétique relatif isométrique ............................................................10

10 Rapport d’essai ....................................................................................................................................................................................................11

11 Exemples ....................................................................................................................................................................................................................11

© ISO 2019 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 13653:2019(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.

L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (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'attention est attirée 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. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/brevets).

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 1, Normes fondamentales.

Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 13653:1996), qui a fait l’objet d’une

révision technique.

Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:

— Une deuxième option de mesure qui ne nécessite pas de rotation de l'échantillon mais permet de

mesurer le long d'un diamètre d'image a été incluse en 7.2.3.

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/fr/members .html.
iv © ISO 2019 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 13653:2019(F)
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 invariants de révolution, la variation n'est pas toujours invariante de révolution,

par exemple, si les ouvertures limites ne sont pas invariantes de révolution.
© ISO 2019 – Tous droits réservés v
---------------------- Page: 5 ----------------------
NORME INTERNATIONALE ISO 13653:2019(F)
Optique et photonique — Méthodes générales d'essai
optique — Méthode de mesure de l'éclairement
énergétique relatif dans le champ image
1 Domaine d'application

Le présent document spécifie les méthodes générales d'essai optique pour le mesurage de l'éclairement

énergétique relatif dans le champ image.

Le présent document s'applique aux systèmes d'imagerie situés dans le domaine spectral optique allant

de λ = 100 nm à λ = 1 µm. Les réflexions théoriques et la comparaison avec le calcul ne doivent s'appliquer

qu'aux systèmes optiques. Le présent document s’applique aux systèmes variants et invariants de

révolution; les systèmes anamorphosés, par exemple, sont inclus.

Les systèmes afocaux sont également inclus. Le titre du présent document se rapporte à l'éclairement

énergétique relatif dans un champ image; toutefois, le présent document 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, le présent document peut également s'appliquer aux systèmes

électro-optiques.

Les deux méthodes mentionnées diffèrent, particulièrement en ce qui concerne l'influence de

l'éblouissement.
2 Références normatives
Il n'y a pas de référence normative dans le présent document.
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants 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:

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3.1
éclairement énergétique relatif
rapport du flux énergétique à la surface

Note 1 à l'article: 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 espace-objet vu de la pupille ω ;

— 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.
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Note 2 à l'article: Le flux énergétique et la surface sont fonction de l'angle de champ espace-objet vu de la pupille

ω ou de la position de l'image (u', v').

Note 3 à l'article: L'éclairement énergétique relatif se rapporte à l'élément de surface axial.

3.2
angle de champ espace-objet 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

3.3
angle de champ espace-image 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 Grandeurs, symboles et unités
Voir le Tableau 1.
Tableau 1 — Grandeurs, symboles et unités
Grandeur Symbole Unité
Éclairement énergétique relatif E (ω ) %
rel p
Fonction de diminution naturelle de luminosité F (ω )
nat p
Fonction de la surface relative de la pupille F (ω )
p p
Fonction de vignetage F (ω )
vig p
Fonction de transmission relative F (ω )
T p
Fonction d'influence de la distorsion F (ω )
ver p
Distorsion relative V %
u’ mm
Coordonnées de l'image
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 ω radian, degré
Angle de champ espace-image vu de la pupille ω' radian, degré
Azimut de l'objet à mesurer Φ radian, degré
Épaisseur de l'ouverture d'analyse t mm
Diamètre de l'ouverture d'analyse d mm
5 Désignation

Deux méthodes de mesure sont définies; la première comporte deux variantes. Elles sont différenciées

par des symboles. Voir le Tableau 2.
Tableau 2 — Symboles relatifs aux méthodes de mesure
Symbole Méthode de mesure

A1 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 Désignation du mesurage de l'éclairement énergétique relatif conformément à la méthode de

mesure A1:
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Mesurage de l'éclairement énergétique ISO 13653 – A1
6 Description des méthodes de mesure
6.1 Facteurs d'influence de l'éclairement énergétique relatif
6.1.1 Généralités

La dépendance angulaire de l'éclairement énergétique relatif est due à divers facteurs indépendants les

uns des autres. Dans les diverses méthodes de mesure et de calcul, ces facteurs sont pris en compte de

différentes manières. Il est donc important de connaître chaque facteur d'influence. Les dispositions

énoncées de 6.1.2 à 6.1.7 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.

4 4
6.1.2 Réduction naturelle de luminosité, F = cos ω (loi cos )
nat p

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.

6.1.3 Surface relative de la pupille, F (ω )
p p

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 ω = 0.
6.1.4 Vignetage, F (ω )
vig p

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.
6.1.5 Influence de la transmission, F (ω )
T p

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.

6.1.6 Modification de la taille de l'élément de surface de l'image due à une distorsion

Pour l'échelle d'image β′ = 0
F ω =
verp
 sincωω⋅ os 
VV dV
  pp
rr r
1+ ⋅+1 + ⋅ 
 
 
100 100 100 dω
  p
 
pour une échelle d'image finie:
F h =
ver
 VV  h dV 
rr r
1+ ⋅+1 +⋅
   
100 100 100 dh
   
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6.1.7 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 formule suivante s'applique:
EFωω=⋅cos ωω⋅FF⋅ ωω⋅F
() () () () ()
relp pp pvig pT pver p

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.

6.2 Classification des méthodes de mesure

Deux méthodes différentes de mesure sont généralement acceptables: le mesurage de l'éclairement

énergétique et le mesurage du flux énergétique.

Dans le cas des systèmes d'imagerie, la méthode relative aux mesurages de l'éclairement énergétique

prend directement en compte les cinq facteurs de la formule mentionnée en 6.1.7, elle doit donc être

utilisée de façon privilégiée.

La méthode de mesure 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.

NOTE Pour des mesurages plus précis, il peut être nécessaire de tenir compte de la distorsion par calcul.

Pour des mesurages de moindre précision, cela peut être négligé. Par exemple à ω = 25°, V = 1 %, dépendance

quadratique: F = 0,961.
ver

Le résultat du mesurage doit être multiplié par le facteur cos ω afin d'obtenir, à partir du flux

énergétique relatif, l'éclairement énergétique relatif.

En comparaison avec la méthode de mesure 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 au présent document, les systèmes afocaux ne doivent être mesurés qu'au moyen de la

méthode de mesure du flux énergétique.
6.3 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. Il 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 A1, voir la 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 A2, voir

la Figure 2). Il est nécessaire de s'assurer que l'éclairement énergétique mesuré par le détecteur de

rayonnement est déterminé selon la loi cos .
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6.4 Brève description du mesurage du flux énergétique

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 ω vu de la pupille, en utilisant une sphère intégrante et un

détecteur photoélectrique (méthode B, voir la Figure 3).
7 Mesurage de l'éclairement énergétique relatif
7.1 Description de la configuration de mesure
7.1.1 Source de rayonnement

Il 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 %.
7.1.2 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 invariante de révolution doivent toutefois pouvoir tourner autour de leur propre axe.

7.1.3 Système de mesure
7.1.3.1 Généralités

Le système de mesure doit comprendre un diaphragme, un cadre filtrant et un détecteur de

rayonnement. On doit pouvoir déplacer le système de mesure 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 mesure doit

pouvoir être placé au point image axial d'un système optique auxiliaire (collimateur). Il doit être

possible de faire pivoter horizontalement le système optique auxiliaire, en même temps que le système

de mesure, d'un angle mesurable, à proximité de la pupille de sortie de l'éprouvette.

7.1.3.2 Ouverture d'analyse

Il 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 ω' pouvant se présenter.
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La formule suivante s'applique aux diaphragmes circulaires:
td⋅ t est l'épaisseur du diaphragme;
d est le diamètre du diaphragme.
7.1.3.3 Filtre

Le filtre servira à régler la sélectivité du spectre. Si nécessaire, la dépendance angulaire de la

transmission spectrale doit être prise en compte.
7.1.3.4 Détecteur de rayonnement

La réponse du détecteur de rayonnement doit être linéaire et constante dans l'espace. Des erreurs de

linéarité et de constance dans l'espace allant jusqu'à 1 % doivent être admises; pour des erreurs plus

importantes, il est nécessaire d'appliquer des corrections. La taille du détecteur de rayonnement doit

être suffisante pour lui permettre de capter l'intégralité du rayonnement transmis par le diaphragme.

Si nécessaire, on peut insérer une lentille de champ.

L'ouverture du détecteur de rayonnement, c'est-à-dire son angle d'acceptation maximal, doit être plus

grande que celle de l'éprouvette plus le champ espace-image ω' de la pupille, sauf si l'on fait pivoter

horizontalement le détecteur de rayonnement devant le diaphragme.
7.1.3.5 Auxiliaires

Il doit être possible de régler le diaphragme sur le plan image désiré. Pour cela, des systèmes auxiliaires

sont nécessaires.

Le réglage peut s'effectuer de façon mécanique, par exemple au moyen de graduations adaptées sur les

dispositifs de mesure ou en réglant la distance entre l'éprouvette et le diaphragme à l'aide d'étalons de

longueur. Pour le réglage optique, la source de rayonnement doit être remplacée par un repère axial à

la distance objet-lentille, par exemple un collimateur. Dans l'espace-image, le détecteur de rayonnement

peut être remplacé par une lentille grossissante ou un microscope qui peut être mis au point sur le bord

du diaphragme.
7.2 Mise en œuvre du mesurage
7.2.1 Réglage de la configuration de mesure

L'éprouvette doit être placée dans le support et tournée de telle sorte que le repère de référence soit

orienté dans la direction de l'azimut spécifié. Les systèmes auxiliaires doivent servir à l'alignement

axial et à la mise au point du diaphragme.
7.2.2 Domaine spectral

Le domaine spectral doit être adapté à l'application spécifique en jouant sur la combinaison de la source

de rayonnement, du détecteur et du filtre.
7.2.3 Détermination de la valeur de mesure

En fonction du déplacement du diaphragme dans le plan image jusqu'à la hauteur d'image désirée,

d'abord, le flux énergétique traversant le diaphragme doit être mesuré en valeur relative, et par rapport

à la valeur mesurée lorsque le diaphragme est en position axiale.
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Il y a deux options pour effectuer ce mesurage:
a) Le mesurage doit être effectué en faisant pivoter l'éprouvette de 360°
...

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