可变角度镜

防伪油墨作为一种防伪产品的基材，已经广泛应用于国家有价证券、证件证书、普通印刷品和商品包装等领域，其应用范围非常广泛。为了进一步规范防伪油墨的生产、使用及检测，保障国门安全、社会金融安全和产品监督管理的稳定性，爱色丽全力支持将于2023年12月实施的【光学可变防伪油墨】国家标准。这一标准的实施对于保障生产厂商、使用厂商和消费大众的合法权益，维护国家的安全和稳定，具有重要意义。爱色丽的参与和支持，旨在提升产品质量的稳定性和可控性，使得防伪油墨在多领域的应用更加规范和安全。一、测量参数光学可变防伪油墨通过光学原理，使印样随观察角度不同而呈现不同颜色。这一特定材料制作的油墨需要通过以下几个参数来进行测量和评估：外观色：使用单角度色差仪测量颜色差异。同角最大反射波长：标准和样品在波峰位置的匹配度。同角色差：标准和样品分别在30°和90°观察角度的颜色差异值。异角色差：同一试样在30°和90°观察角度的颜色差异值。二、防伪油墨标准制定具体方案参数：外观色试验步骤：1. 均匀取标样墨和试样墨，各自调适均匀，以相同条件用250目丝网版在无荧光印样纸上分别制作印样，墨层厚度为10μm~20m，干燥后待用。2. 将上述印样裁切成50mmX60mm的长方形，分别取标样1份，试样3份。3. 按GB/T19437-2004中4.1的规定进行仪器校准，检测标样色值，包括亮度L、绿色到红色的分量a、蓝色到黄色的分量b，作为颜色标准。在试样中选取避免透印干扰的测量点进行测量，得到ΔE，测量3次取平均值。测量设备：eXact系列色差仪。eXact系列色差仪是印刷和包装应用中用于测量色彩数据的行业标杆。其作为45:0便携式分光测色仪具有简单的用户界面和直观的触摸屏显示，因此是繁忙印刷车间的理想印刷机工具。通过无线操作以及不受限制的校准、规格和数据捕获，操作人员可以在车间内的任意地方使用eXact来测量和存储数据，无需电源。由于存储位于设备上，因此可以快速访问作业预设置和色彩库。参数：技术指标和耐性指标指标要求：- 技术指标：达到油墨的基本要求。- 耐性指标：符合各种耐受测试性能。测量参数：光谱和DE*。试验步骤（以耐性试验为例）：1. 均匀取标样墨和试样墨，各自调适均匀，以相同条件用250目丝网版在无荧光印样纸上分别制作印样，墨层厚度为10μm~20m，干燥后待用。2. 将上述印样裁切成50mmX60mm的长方形，抽取4份样品，其中1份作为标样，3份作为试样。3. 将试样和GB/T730-2008规定的1级蓝色羊毛标样用黑色板纸衬白色书写纸各遮盖一半，放入日晒仪中，根据所使用的日晒仪要求确定环境温度和环境相对湿度，进行暴晒。当1级蓝色羊毛标样的变化程度相当于GB/T250-2008中“评定变色用灰色样卡”的3级时停止暴晒，取出试样放入暗处30分钟后，使用多角度分光光度计，测量试样30°、90°观察角度下的色值L、a、b，与标样30°、90°观察角度下的色值进行对比，记录试样ΔE1、ΔE2及异角色差，计算3份试样平均值，记录试验结果。测量设备：MAT系列多角度色差仪。爱色丽MA-T系列多角度色差仪包含6、12个测量角度，而且该色差仪价格实惠，是一款适用于特殊效果涂料的汽车测色仪，兼具彩色成像和多角度测量，体现完整色彩、光亮和粗糙特性。EFX QC是爱色丽MA-T系列汽车测色仪中附带的一个软件包，基于云计算的软件简化了各个分布式供应链交流容差和测量的过程。新的可视化工具支持实时性能监控，并为故障排除提供可行性建议，从而减少浪费和返工。通过严格的检测和标准化流程，光学可变防伪油墨将更好地服务于各类防伪需求。爱色丽将继续在这一领域发挥重要作用，为维护国家和社会的安全与稳定贡献力量。三、关于爱色丽“爱色丽彩通 ”总部位于美国密歇根州，成立于1958年。作为全球知名的色彩趋势、科学和技术公司，爱色丽彩通提供服务和解决方案，帮助品牌、制造商和供应商管理从设计到最终产品的色彩。如果您需要更多信息，请关注官方微信公众号：爱色丽彩通

为了进一步提高红外变焦光学系统的性能，兼顾其空间分辨率和灵敏度的要求，基于可变冷光阑技术的制冷型变F数红外探测器需求迫切。相较于传统的红外变焦光学系统，变F数红外变焦光学系统可在大视场和小视场切换时保持分辨率和灵敏度的平衡，提高光学系统的孔径利用率，进而缩小光学系统的径向尺寸，有利于红外光学系统成像质量的提升和小型化设计。昆明物理研究所科研团队对变F数与变焦之间的关系进行研究，概述了国内外在可变冷光阑红外探测器技术领域的研究进展，并对主流技术路线的关键技术难点进行了分析。相关研究内容以“可变冷光阑红外探测器研究进展和关键技术分析”为题发表在《红外技术》期刊上。变焦和变F数的关系变焦光学系统的理论依据：光学系统的焦距是一项重要的设计指标，其关系到系统的视场角、空间分辨率等关键性能。变F数与变焦的关系：为了理清变焦与变F数的关系，首先对传统的红外变焦系统进行分析。传统变焦系统中，探测器的F数是固定不变的，而光学系统（为方便讨论，将冷屏作为光学系统的一部分）的F数则分以下几种情况：① 假设系统在最长焦距时入瞳尺寸与物镜尺寸相等：该种情况下，光学系统的F数由最长焦距和物镜尺寸的比值决定，此时冷屏开口即为系统的孔径光阑。在系统由最长焦距切换到短焦状态时，孔径光阑及其尺寸均保持不变，入瞳由原来占满整个物镜逐步等比例缩小。由F数的公式可知，此时光学系统的F数保持不变。如图1所示，探测器的F数固定不变，为F/3，在长焦窄视场时，通光孔径被完全利用，见图中浅蓝色部分；当系统切换至短焦大视场状态时，通光孔径大幅减小，见图1中深蓝色部分。图1 传统变焦红外光学系统的孔径利用率示意图② 假设系统在最短焦距时入瞳尺寸与物镜尺寸相等：该种情况下，系统的F数由最短焦距和物镜尺寸的比值决定。在系统由短焦向长焦切换时，由于物镜尺寸固定，孔径光阑不再是冷屏开口，物镜边框成为了新的孔径光阑，也就是说此时虽然焦距在变大，但是入瞳直径保持不变，使得光学系统的F数逐步增加，并大于探测器的F数，造成冷屏效率的下降。如图2所示，光学系统的F数为F/6，探测器的F数为F/3，光学系统的F数大于探测器，光学系统自身产生的红外辐射大量的进入焦平面，大幅增加系统的NETD，干扰成像。图2 25%冷屏效率系统的辐射示意图实际的变焦光学系统设计时，往往是上述两种情况的平衡，通常不会只考虑某一个状态的性能。而对于变F数光学系统来说，在设计时保证系统在各个焦距下的孔径光阑均为探测器冷光阑，则当系统由长焦变换到短焦时，通过等比例增大冷光阑尺寸，可保证入瞳尺寸保持不变，通光孔径被充分利用，如图3所示。图3 变F数红外光学系统的孔径利用率示意图当系统由短焦变为长焦时，变F数光学系统可以通过等比例减小探测器冷光阑开口尺寸，使得探测器的F数变大，从而保持100%的冷屏效率，避免系统自身的杂散辐射进入焦平面，如图4所示。图4 100%冷屏效率系统的辐射示意图变焦光学系统可兼顾大视场搜索目标和极小视场识别目标的需求，但是由于探测器的F数固定不变，因此要么不能充分利用通光孔径，要么引入大量杂散辐射，不能达到最佳的成像质量。而变F数光学系统则可以很好地解决上述问题。因此理论上，凡是红外变焦光学系统应用的场合，变F数光学系统均可应用，具有广泛的应用前景。可变冷光阑红外探测器的研究进展可变冷光阑的优势可变冷光阑红外探测器技术是目前实现变F数红外系统的重要技术路线。相对于温阑来说，其具有以下几个优势：F数调节范围大且可连续调节。为了解决温阑自身及反射的杂散辐射对成像的影响问题，通常做成球面温阑，这使得F数调节范围小，通常只有两个F数可以选择，或者只能在某两个接近的F数之间进行调节，而可变冷光阑红外探测器可实现系统F数的连续可调，且调节范围较大。可降低系统的复杂度。在传统变焦光学系统中增加温阑设计，将大幅增加光学系统的复杂度和成本。而采用可变冷光阑红外探测器，只需针对探测器杜瓦封装结构进行设计和装配，可大幅降低系统的复杂度。可提升系统的灵敏度。长春光机所的常松涛等人研究了球面温阑对中波640×512（15 μm）红外探测器的NETD的影响，假设球面温阑的温度为20℃，球面温阑的发射率为0.01，当温阑发生0.5℃的温度变化时，温阑引入的NETD达到3.6 mK，虽然引入的NETD很小，但也接近目前探测器本身的NETD。而采用可变冷光阑探测器的方法，引入的NETD可进一步降低。可变冷光阑红外探测器的研究进展国外研究进展：美国弹道导弹防御局（BMDO）在2000年为高空观测系统（HALO）进行更新时设计了一个双波段红外分光系统。如图5所示，该系统在中波和长波的焦平面前端分别设置滤光片转盘，每个转盘上可放置5片不同带通的滤光片以及一片用于背景测试的空白片。美国OKSI公司的Nahum Gat等人先后开发了两套中继光学系统，如图6所示。2013年Nahum Gat等人提出了与杜瓦集成封装的内置式可变冷光阑结构，该结构相较于外置可变冷光阑结构来说结构紧凑，如图7所示。2014年，雷神公司的Jeffrey和Eric等人在Nahum Gat的基础上改进了刀片虹膜式的可变冷光阑结构，其结构示意图如图8所示。雷神公司的第三代前视红外系统是可变冷光阑探测器技术的集大成者。其冷光阑结构如图9所示。此外，雷神公司将中长双波段探测器芯片、双F数可变冷光阑、制冷机、制冷机驱动电路、成像控制电路、冷光阑控制电路等均集成为一个前视红外系统，该系统的体积和重量相对于第二代长波标准先进杜瓦组件（SADA Ⅱ）来说反而更小。包含中长双波段探测器芯片、双F数可变冷光阑、制冷机、成像控制电路、冷光控制电路等均在内的第三代前视红外系统的组成以及实物如图10所示。图5 HALO的双色红外系统图6 带可变冷光阑的真空密封结构和外置可变光阑与滤光片转盘的集成结构图7 刀片虹膜式可变冷光阑图8 双稳态螺线管驱动的可变冷光阑示意图图9 雷神公司可变冷光阑杜瓦俯视图图10 第三代前视红外系统的主要组成部件及系统的实物图国内研究进展：国内对基于可变冷光阑的变F数红外探测器研究较少。上海技物所于2001年发明了一种带可变冷光阑功能的用于红外探测器芯片中测的杜瓦（如图11所示），上海技物所的可变冷光阑结构用于芯片的中测筛选，对结构的小型化以及制冷时间、制冷量的要求不高，因此不适合正式的红外探测器。2014年长春光机所发明了一种与滤光片转盘相似的可变光阑机构（如图12所示）。在光学系统设计方面，613所于2017年设计了可以匹配不同F数探测器的中波大视场光学系统；中电科11所于2022年设计了F/2和F/4可调的变F数光学系统。图11 用于中测杜瓦的可变冷光阑图12 可变式的固定光阑目前国内对于可变冷光阑红外探测器的研究较少，相关产品不够成熟；国外也只有美国雷神公司对该技术进行深入研究，目前产品已进行小批量试制。通过对国内外研究现状的对比，可以发现雷神公司采用的与杜瓦集成封装的内置式可变冷光阑是实现变F数红外探测器的可行的技术路线。该技术路线有如下几点优势：1）集成度高：针对640×480（20 μm）的芯片封装，雷神公司的探测器体积和重量甚至还略小于SADA II探测器；2）可靠性高：可变冷光阑在制冷状态下可进行1万次的开合运动，在非制冷状态下可进行10万次的开合运动；3）功耗低：由于可变冷光阑机构与杜瓦进行集成封装，无需单独为其再配备制冷机，因此功耗不大于75 W，且常温降温时间小于10 min；4）响应时间快：虽然雷神的报道中没有明确说明F数的切换时间，但是根据其使用的压电电机的特性，F数的切换时间可满足光学系统视场切换时间的要求。可变冷光阑红外探测器的关键技术采用刀片虹膜式的可变冷光阑结构，并将其与杜瓦进行集成封装，存在以下关键技术：1）可变冷光阑杜瓦的整体设计技术可变冷光阑杜瓦与传统的固定光阑杜瓦在设计上有很大的不同，需从整体设计上来保证功能的实现。主要需考虑整体结构设计、光阑片的设计、驱动方式的选择、结构的温度控制、整体装配集成、小型化以及可靠性等多方面的技术。2）可变冷光阑精密装配技术可变冷光阑涉及到光阑片的精密装调、驱动电机的隔热装配以及整体结构的精密封装等装配步骤，由于其结构比传统冷屏结构复杂得多，且存在运动部件，其装配更加困难。而光阑片的装配精度关系到运动机构的长期可靠性以及运动过程中的摩擦力，同时影响驱动功率的大小；而驱动电机的装配精度关系到光阑片的受力均匀性以及温控效果；整体结构的装配精度关系到成像的质量。因此需从设计和工艺等多方面进行综合考虑，保证其装配精度及长期可靠性。3）微型电机设计和制造技术对于可变冷光阑来说，压电陶瓷电机是一种比较适合的驱动方式。压电陶瓷电机单位体积下的力矩较大，没有电磁干扰，具有断电自锁功能。一方面，为了缩小可变冷光阑红外探测器的体积，压电陶瓷电机的体积必须很小，另一方面，光阑片的运动阻力要求压电电机的力矩不能过小。因此需通过电机结构设计优化、高性能压电陶瓷的制造、电机制造工艺的改进等多个方面实现小型化大力矩电机的研制，将杜瓦的体积控制在可接受的范围内。4）杜瓦热固耦合设计技术可变冷光阑由于引入了复杂的运动机构，冷头热质量大幅增加，因此，需从结构设计以及材料选择等多方面进行研究和考虑，减小杜瓦热质量，解决快速制冷的问题。此外，可变冷光阑通过电机与杜瓦外壳热连接，需通过结构设计减小杜瓦的漏热。最后，光阑片之间通过叠加的方式互相贴合，热阻很大，需减小光阑片之间以及光阑片与冷屏之间的热阻，从而使光阑片温度降低至不影响焦平面成像的水平。5）可变冷光阑运动控制技术探测器的F数由冷光阑的开口尺寸决定，因此需精确控制冷光阑的运动，从而精确控制探测器的F数。压电陶瓷电机具有断电自锁的功能，即电机断电后可变冷光阑将立即停止运动，停在断电瞬间的位置，因此在控制方面只需要考虑可变冷光阑运动的反馈问题即可，这关键在于选择合适的小型化位置传感器，并结合可变冷光阑的结构设计，将传感器安装固定在合适的位置。6）光阑片表面镀膜技术光阑片表面需进行镀膜处理，膜层需满足摩擦系数小、耐磨以及反射率低3个条件。摩擦系数小可以减小光阑片之间的摩擦力，减小压电电机的力矩需求，有利于电机的小型化；耐磨性高则有利于可变冷光阑机构的可靠性，防止出现膜层脱落干扰成像的现象；反射率低则可以防止芯片的冷反射。结论这项研究从变焦和变F数的关系出发，阐述了变F数光学系统的优势。与传统的变焦光学系统相比，具有可变F数功能的变焦光学系统可兼顾系统的空间分辨率和灵敏度需求，提高系统的孔径利用率，有利于成像质量的提升和系统的小型化。对可变冷光阑的研究进展进行了分析，发现雷神公司的内置刀片虹膜式可变冷光阑是可行性高、性能优异的技术路线，并对该技术路线的关键技术进行了详细分析。对可变冷光阑红外探测器的研究和应用提供了参考。论文信息：http://hwjs.nvir.cn/cn/article/id/7222d189-ab24-490d-9bd9-98f665c31ed1

随着智能穿戴设备、消费电子设备应用兴起，生物识别、物联网、自动驾驶、国防/安防等领域对光电镀膜材料的需求日益旺盛。不同行业根据使用场景，对光学镀膜的性能提出了更加多样化的需求，越来越多需要测试镀膜样品的变角度透射、变角度反射信号。传统变角度反射测试一般为相对反射率测试，需要通过参比镜进行数据传递，往往参比镜在不同角度下的绝对反射率曲线很难获取，给测试带来很大困难，同时在数据传递中也会增加误差的来源。 本文主要介绍采用珀金埃尔默紫外/可见/近红外光谱仪和Spectrum 3红外傅里叶变换红外光谱仪，配置TAMS等可变角度测试附件，测试样品不同角度下绝对反射率、透射率数据，实现175nm-50000nm透射率、反射率等光学性能的精确表征。TAMS附件为变角度绝对反射、变角度透射测试附件，如下图所示，检测器和样品台均可以360度旋转，通过样品台和检测器配合旋转，测试不同角度下透射和反射信号。 Lambda系列分光光度计 TAMS变角度透射反射附件光路图 图1 仪器外观图以下分别选取不同应用场景下的典型样品，对测试数据进行简要介绍。01样品变角度透射测试 采用TAMS附件可以方便快捷的测试样品不同角度下透射数据，自动测试样品不同角度下P光和S光下透射率曲线，一次设置即可完成所有角度在不同偏振态下透射率曲线测试，测试曲线如下图所示。 图2 样品不同角度和偏振态下透射率测试数据（点击查看大图）TAMS附件配套不同的偏振组件，可以自动测试样品不同波长下偏振信号，如下图测试石英样品在45度下偏振P光和S光反射数据： 图3 样品紫外波段P光和S光偏振测试（点击查看大图） 02样品变角度透射/反射曲线测试 通过软件设置，可一次性测试得到样品透射和反射率曲线，如下图，该样品在可见波长下反射率大于99.5%，透射率低于0.5%，可同时表征高透和减反性能。 图4 样品45度透射和反射曲线测试（点击查看大图）03NIST标准铝镜10度反射率曲线测试测试NIST标准铝镜10度下反射率数据，如下图所示，黑色曲线为TAMS测试曲线，红色为NIST标准值曲线，两条测试曲线完全重合，进一步证明测试系统的可靠性，可以准确测试样品的光学数据。 图5 NIST标准铝镜10度反射率曲线测试（红色为NIST标准曲线）04 样品变角度全波长反射曲线测试（200-2500nm） 软件设置不同的测试角度和偏振方向，自动测试样品不同角度下P光和S光偏振态下反射率曲线，如下图所示，200-2500nm整个波段下测试曲线均有优异信噪比，尤其是在紫外区（200-400nm）,可以完成各波长范围的反射性能测试。 图6 样品全波段（200-2500nm）变角度反射率测试（点击查看大图）05 不同膜系设计的镀膜样品性能验证 测试样品600-1400nm下45度反射率曲线，该样品在1200nm以上属于高反射率，反射率大于99.5%，同时需要关注600-1200nm范围各个吸收峰情况，该波段下吸收峰非常尖锐，同时吸收峰较多，需要仪器具备高分辨率，从而准确测试出每一个尖锐吸收峰信号。 图7 膜系设计验证样品45度反射率测试（点击查看大图） 06双向散射分布函数（BSDF）测试 除了测试常规变角度透射和反射曲线外，TAMS附件可以自动测试样品不同角度下透射和反射率信号，可以得出样品不同角度下的透射分布函数（BTDF）和反射分布函数（BRDF）信号，最终得到双向散射分布函数（BSDF）。采用该附件可方便测试样品双向散射分布函数（BSDF）、双向反射分布函数（BRDF）、双向透射分布函数（BTDF）等光学参数测试，测试结果如下图所示： 图8 BRDF和BTDF测试（点击查看大图）如下图所示，测试样品不同波长下BSDF分布函数曲线（BRDF + BTDF），从而可以得出样品随不同角度下透射和反射信号变化情况。 图9 样品不同波长下BSDF（BRDF+BTDF）测试（点击查看大图） 07窄带滤光片测试 Lambda系列光谱仪为双样品仓设计，TAMS附件可与标准检测器、积分球检测器自由更换。对于窄带滤光片样品，即需要准确测设带通区域的透过率、半峰宽，也需要准确测试截止区吸光度值（OD值），可直接切换标准检测器进行检测。 图10 用于激光雷达的镀膜镜片透射和OD值测试数据（点击查看大图）08红外波段区变角透射反射测试 珀金埃尔默傅里叶变换红外光谱仪，可广泛应用于上述红外材料光学性能测试，可测试样品在不同波段下红外透光率以及反射率，搭配变角透射及变角反射附件，可以实现不同角度下透射率及反射率测试，如下图为红外波段透射和反射测试曲线： 图11 用于Spectrum 3傅里叶红外的TAMS附件 图12 红外TAMS附件测试样品红外波段不同角度透射数据 Summary 综上，采用Lambda系列紫外/可见/近红外分光光度计以及傅里叶红外光谱仪，搭配TAMS、标准检测器、积分球等多种采样附件，可以组合出完备的材料光学性能测试平台，满足光学镀膜测试的多样化需求，更加准确便捷的得到样品的光学检测数据。 关注我们