光譜應用 | 太陽鏡和有色玻璃的透射特性

2023-12-15 09:38:18 198閱讀次數

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盡管現代太陽鏡的興起可以追溯到20世紀20年代，但有證據表明，在此之前人們也曾嘗試過設計用于眼睛免受太陽傷害的眼鏡。汽車、住宅和建筑物的窗戶著色是Z近才出現的，大多數資料顯示其S次使用是在20世紀60年代末。

太陽鏡可以在鏡片中加入防紫外線功能，之后再加上反光涂層。然而，這些涂層在阻擋紫外線輻射方面幾乎沒有那么有效。另一方面，建筑物和汽車的窗戶著色(也就是我們在實驗中測量的)通常是以薄膜的形式使用，或者像某些汽車一樣在制造過程中添加燃料。

許多國家都對太陽鏡和車窗中紫外線、可見光-近紅外波長的透射做出了規定。太陽鏡的重點是鏡片吸收紫外線輻射的能力，因為紫外線輻射可能會傷害眼睛.由于大多數UVC輻射(100-280nm)被地球的臭氧層阻擋，所以重點放在波長為UVA(315-400nm)和UVB(280-315nm)紫外線波段。

此外，世界上不同地區都對汽車車窗著色進行了規定，不過這些規定并不是為了防紫外線，而是為了減少可見光的透射，這樣可以減少車內的熱量，但也會降低夜間的能見度。盡管如此，正如我們的實驗所顯示的那樣，即使是長期暴露在陽光下而退化的車窗著色也能提供一定的紫外線阻隔能力。

一、實驗條件

在眼鏡和車窗著色實驗中，我們使用了相同的 Ocean Insight 光譜儀和附件：

FLAME-S-XR1 擴展范圍光譜儀，用于表征紫外-可見-近紅外（200-1000 nm）范圍內的透過率；
DH-2000-BAL氘鎢鹵素光源，帶平衡濾光片，可提供寬范圍（~230-2500 nm）的照明；
QP-450-XSR 極耐日曬、直徑450μm光纖；
FOIS-1 積分球，用于測量通過樣品彎曲、不規則表面的透射率；
74-ACH 可調透鏡架，確保兩個光學元件；
環架和黑布。

在兩個實驗中，積分球為擰在74-ACH支架上的一個開口上。然后使用光纖將積分球與光譜儀耦合，以檢測通過樣品的光傳輸。

另一根光纖用于連接DH-2000-BAL光源擰入準直鏡頭74-ACH上的一個開口這有助于將準直透鏡對準積分球。光通過準直透鏡穿過樣品進入積分球，積分球與光譜儀耦合。

將樣品放置在積分球和準直透鏡之間的路徑中，樣品表面與積分球的端口接觸每個樣品都在三個不同的位置進行測量，三個樣品的平均值顯示在本文中發布的圖表中。

積分球用于檢測通過樣品的透射率，以確保眼鏡和車窗的曲面的可重復和準確的。如果樣品的反射率在不同的視角下發生變化，則積分球是一個很好的選擇。事實上，無論鏡片的曲率如何，我們的測量都具有很高的可重復性。

二、太陽鏡的透射率

為了評估一系列的眼鏡選擇，我們測試了6個樣品，從折扣店的太陽鏡到奢侈品牌的眼鏡：

表I-眼鏡樣本

將眼鏡的方向與眼鏡鏡頭的外部接觸積分球。我們觀察到，眼鏡的方向、與積分球的接近程度和測量位置對測量的一致性影響很小或沒有影響。

環形支架持有74-ACH，積分球端口指向向上，以方便放置和測量不同形狀的眼鏡鏡片。一塊黑色的布被用來防止頭頂上的照明進入球體。

無論鏡片的組成如何（玻璃或塑料，有或沒有不同的涂層以提供顏色和消除偏振），該眼鏡在UVB區域具有相似的光阻擋效率，在整個UVB范圍內具有非常低的透射率（約0.5%）（圖1）。這種水平的阻斷延伸到整個UVA區域高達~380 nm，其中實驗室安全性玻璃開始透射光（圖2）。這并不出乎意料，因為這些眼鏡的設計不是為了阻擋紫外線，而是為了保護佩戴者免受化學飛濺，破碎的玻璃或其他投射物的傷害。

無論鏡片的成分如何（玻璃或塑料，有或沒有不同的涂層來提供顏色和去除偏振），眼鏡在UVB區域具有相似的遮光效率，在整個UVB范圍內的傳輸率非常低（約0.5%）（圖1）。這種水平的阻斷延伸到整個UVA區域高達~380 nm，其中實驗室安全性玻璃開始透光（圖2）。這并不意外，因為這些眼鏡的設計不是為了阻擋紫外線，而是為了保護佩戴者免受化學飛濺、破碎玻璃或其他投射物的傷害。

圖1.無論鏡片成分如何，眼鏡都能有效阻擋UVB輻射（280-315 nm）。

圖2. 所有測試的眼鏡樣品均表現出有效阻擋高達380 nm的UVA波長（315-400 nm）。

其他所有眼鏡都具有從~400 nm開始的增加的光透射，具有通過Vis-NIR范圍的不同程度的阻擋（圖3）。有趣的是，對于所有測量的太陽鏡，在可見光范圍內的阻擋（Z低透射率）具有相似的輪廓，昂貴的太陽鏡這表明太陽鏡共享相似的涂層或材料以在可見光區域中提供更好的阻擋。

圖3.較昂貴的眼鏡選項的可見-近紅外阻擋效率非常高，但即使是Z便宜的眼鏡也表現得相當好。

根據我們的觀察，并與我們之前進行的類似透射實驗相一致，所有設計用于吸收UVA和UVB輻射的眼鏡都有效地吸收了UVA和UVB輻射，無論價格如何。此外，撇開美學不談，因為更昂貴的太陽鏡在過濾可見光波長方面是Z有效的，對于那些需要偏振并在明亮的陽光下花很多時間的人來說，額外的成本可能是有值得的。盡管如此，即使是便宜的太陽鏡在阻擋可見光方面也表現得相當不錯。

三、車窗著色的傳遞

為了評估一系列車窗著色方案，我們測試了來自同一輛車的三種類型的著色方案和來自另一輛車的未著色車窗。

表II-車窗樣本

為了評價車窗著色，將車窗打開一半，將74-ACH支架放置在打開的車窗上，積分球放在車窗的外面，對準車窗的外側。一塊黑布被用來防止環境光進入球體。

與主要用于在強光下保護眼睛和改善視力的眼鏡不同，汽車玻璃著色具有多種用途。我們為車窗著色可以保護隱私、保持車內涼爽，保護我們的皮膚和內飾免受紫外線的傷害。車窗著色可以降低白天和夜間的可見光透射率（VLT）。這也是一些國家規定 VLT 標準的原因之一。

各種玻璃著色材料材料在整個紫外可見-近紅外區域的阻光效果非常明顯。圖 4）。未著色的窗戶只能阻擋約 325nm的紫外線在 325nm以上的整個區域，未著色玻璃窗的透射率是所有樣品中Z高的。而在整個波長范圍內，工廠著色玻璃窗的透射率Z低（阻擋效果Z好），而貼膜玻璃窗在紫外線波長小于 325nm時，具有良好的阻擋效果。

圖4.與其他著色選項相比，車窗的工廠著色在過濾UV-Vis-NIR波長方面Z有效。

根據對眼鏡的觀察，未著色和著色的窗戶在UVA和UVB區域都提供了極好的光線阻擋，在兩個范圍內的透射率都非常低。

汽車玻璃著色的目的之一是保持車內涼爽，因此我們還研究了 780 nm以上近紅外區域的透射特性。工廠著色在該區域的阻隔效果Z好，其透射率約為未著色車窗一半（圖 5）。

圖5. 有效阻擋產生熱量的可見-近紅外輻射是車窗著色的關鍵功能之一。

有趣的是，貼有似乎已降解或損壞的著色膜的玻璃窗與未損壞的玻璃窗著色膜具有相似的透射特性。這種著色的損壞是通過窗戶觀察物體時會發現顏色發紫。窗外的物體呈現紫紅色。盡管透過受損的玻璃窗著色膜看到的圖像顏色不同，但透射光譜在整個波長范圍內非常相似。有必要進行更多的研究以確定造成這一結果的原因。

四、結論

在大多數情況下，所有太陽鏡都能在一定程度上抵御有害的紫外線輻射，即使是Z便宜的眼鏡也是在陽光下活動的人的可行選擇。此外，雖然玻璃著色可以在一定程度上抵御紫外線，但它的主要功能是降低可見光-近紅外波長的透光率，即使是Z劣質的樣品也能做到這一點，而且效率相當高。即使是降解Z嚴重的樣品，也能以合理的效率達到這一目的。

用于這些現場測量的模塊化光譜儀和附件，可輕松應用于類似的透射測量，使用74-ACH準直透鏡架等工具，用戶可以在設置中的多個位置安裝透鏡附加的光譜儀和附件可以替代這里描述的項目，并獲得可比的結果。

內容來源：編輯整理

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