光谱应用 | 太阳镜和有色玻璃的透射特性

尽管现代太阳镜的兴起可以追溯到20世纪20年代，但有证据表明，在此之前人们也曾尝试过设计用于眼睛免受太阳伤害的眼镜。汽车、住宅和建筑物的窗户着色是最近才出现的，大多数资料显示其首次使用是在20世纪60年代末。

太阳镜可以在镜片中加入防紫外线功能，之后再加上反光涂层。然而，这些涂层在阻挡紫外线辐射方面几乎没有那么有效。另一方面，建筑物和汽车的窗户着色(也就是我们在实验中测量的)通常是以薄膜的形式使用，或者像某些汽车一样在制造过程中添加燃料。

许多国家都对太阳镜和车窗中紫外线、可见光-近红外波长的透射做出了规定。太阳镜的重点是镜片吸收紫外线辐射的能力，因为紫外线辐射可能会伤害眼睛.由于大多数UVC辐射(100-280nm)被地球的臭氧层阻挡，所以重点放在波长为UVA(315-400nm)和UVB(280-315nm)紫外线波段。

此外，世界上不同地区都对汽车车窗着色进行了规定，不过这些规定并不是为了防紫外线，而是为了减少可见光的透射，这样可以减少车内的热量，但也会降低夜间的能见度。尽管如此，正如我们的实验所显示的那样，即使是长期暴露在阳光下而退化的车窗着色也能提供一定的紫外线阻隔能力。

一、实验条件

在眼镜和车窗着色实验中，我们使用了相同的 Ocean Insight 光谱仪和附件：

FLAME-S-XR1 扩展范围光谱仪，用于表征紫外-可见-近红外（200-1000 nm）范围内的透过率；

DH-2000-BAL氘钨卤素光源，带平衡滤光片，可提供宽范围（~230-2500 nm）的照明；

QP-450-XSR 极耐日晒、直径450μm光纤；

FOIS-1 积分球，用于测量通过样品弯曲、不规则表面的透射率；

74-ACH 可调透镜架，确保两个光学元件；

环架和黑布。

在两个实验中，积分球为拧在74-ACH支架上的一个开口上。然后使用光纤将积分球与光谱仪耦合，以检测通过样品的光传输。

另一根光纤用于连接DH-2000-BAL光源拧入准直镜头74-ACH上的一个开口这有助于将准直透镜对准积分球。光通过准直透镜穿过样品进入积分球，积分球与光谱仪耦合。

将样品放置在积分球和准直透镜之间的路径中，样品表面与积分球的端口接触每个样品都在三个不同的位置进行测量，三个样品的平均值显示在本文中发布的图表中。

积分球用于检测通过样品的透射率，以确保眼镜和车窗的曲面的可重复和准确的。如果样品的反射率在不同的视角下发生变化，则积分球是一个很好的选择。事实上，无论镜片的曲率如何，我们的测量都具有很高的可重复性。

二、太阳镜的透射率

为了评估一系列的眼镜选择，我们测试了6个样品，从折扣店的太阳镜到奢侈品牌的眼镜：

表I-眼镜样本

将眼镜的方向与眼镜镜头的外部接触积分球。我们观察到，眼镜的方向、与积分球的接近程度和测量位置对测量的一致性影响很小或没有影响。

环形支架持有74-ACH，积分球端口指向向上，以方便放置和测量不同形状的眼镜镜片。一块黑色的布被用来防止头顶上的照明进入球体。

无论镜片的组成如何（玻璃或塑料，有或没有不同的涂层以提供颜色和消除偏振），该眼镜在UVB区域具有相似的光阻挡效率，在整个UVB范围内具有非常低的透射率（约0.5%）（图1）。这种水平的阻断延伸到整个UVA区域高达~380 nm，其中实验室安全性玻璃开始透射光（图2）。这并不出乎意料，因为这些眼镜的设计不是为了阻挡紫外线，而是为了保护佩戴者免受化学飞溅，破碎的玻璃或其他投射物的伤害。

无论镜片的成分如何（玻璃或塑料，有或没有不同的涂层来提供颜色和去除偏振），眼镜在UVB区域具有相似的遮光效率，在整个UVB范围内的传输率非常低（约0.5%）（图1）。这种水平的阻断延伸到整个UVA区域高达~380 nm，其中实验室安全性玻璃开始透光（图2）。这并不意外，因为这些眼镜的设计不是为了阻挡紫外线，而是为了保护佩戴者免受化学飞溅、破碎玻璃或其他投射物的伤害。

图1.无论镜片成分如何，眼镜都能有效阻挡UVB辐射（280-315 nm）。

图2. 所有测试的眼镜样品均表现出有效阻挡高达380 nm的UVA波长（315-400 nm）。

其他所有眼镜都具有从~400 nm开始的增加的光透射，具有通过Vis-NIR范围的不同程度的阻挡（图3）。有趣的是，对于所有测量的太阳镜，在可见光范围内的阻挡（最低透射率）具有相似的轮廓，昂贵的太阳镜这表明太阳镜共享相似的涂层或材料以在可见光区域中提供更好的阻挡。

图3.较昂贵的眼镜选项的可见-近红外阻挡效率非常高，但即使是最便宜的眼镜也表现得相当好。

根据我们的观察，并与我们之前进行的类似透射实验相一致，所有设计用于吸收UVA和UVB辐射的眼镜都有效地吸收了UVA和UVB辐射，无论价格如何。此外，撇开美学不谈，因为更昂贵的太阳镜在过滤可见光波长方面是最有效的，对于那些需要偏振并在明亮的阳光下花很多时间的人来说，额外的成本可能是有值得的。尽管如此，即使是便宜的太阳镜在阻挡可见光方面也表现得相当不错。

三、车窗着色的传递

为了评估一系列车窗着色方案，我们测试了来自同一辆车的三种类型的着色方案和来自另一辆车的未着色车窗。

表II-车窗样本

为了评价车窗着色，将车窗打开一半，将74-ACH支架放置在打开的车窗上，积分球放在车窗的外面，对准车窗的外侧。一块黑布被用来防止环境光进入球体。

与主要用于在强光下保护眼睛和改善视力的眼镜不同，汽车玻璃着色具有多种用途。我们为车窗着色可以保护隐私、保持车内凉爽，保护我们的皮肤和内饰免受紫外线的伤害。车窗着色可以降低白天和夜间的可见光透射率（VLT）。这也是一些国家规定 VLT 标准的原因之一。

各种玻璃着色材料  材料在整个紫外可见-近红外区域的阻光效果非常明显。图 4）。未着色的窗户只能阻挡约 325nm的紫外线 在 325nm以上的整个区域，未着色玻璃窗的透射率是所有样品中最高的。而在整个波长范围内，工厂着色玻璃窗的透射率最低（阻挡效果最好），而贴膜玻璃窗在紫外线波长小于 325nm时，具有良好的阻挡效果。

图4.与其他着色选项相比，车窗的工厂着色在过滤UV-Vis-NIR波长方面最有效。

根据对眼镜的观察，未着色和着色的窗户在UVA和UVB区域都提供了极好的光线阻挡，在两个范围内的透射率都非常低。

汽车玻璃着色的目的之一是保持车内凉爽，因此我们还研究了 780 nm以上近红外区域的透射特性。工厂着色在该区域的阻隔效果最好，其透射率约为未着色车窗一半（图 5）。

图5. 有效阻挡产生热量的可见-近红外辐射是车窗着色的关键功能之一。

有趣的是，贴有似乎已降解或损坏的着色膜的玻璃窗与未损坏的玻璃窗着色膜具有相似的透射特性。这种着色的损坏是通过窗户观察物体时会发现颜色发紫。窗外的物体呈现紫红色。尽管透过受损的玻璃窗着色膜看到的图像颜色不同，但透射光谱在整个波长范围内非常相似。有必要进行更多的研究以确定造成这一结果的原因。

四、结    论

在大多数情况下，所有太阳镜都能在一定程度上抵御有害的紫外线辐射，即使是最便宜的眼镜也是在阳光下活动的人的可行选择。此外，虽然玻璃着色可以在一定程度上抵御紫外线，但它的主要功能是降低可见光-近红外波长的透光率，即使是最劣质的样品也能做到这一点，而且效率相当高。 即使是降解最严重的样品，也能以合理的效率达到这一目的。

用于这些现场测量的模块化光谱仪和附件，可轻松应用于类似的透射测量，使用74-ACH准直透镜架等工具，用户可以在设置中的多个位置安装透镜附加的光谱仪和附件可以替代这里描述的项目，并获得可比的结果。

内容来源：爱蛙科技编辑整理

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