工程师约稿：手机镜头等光学元件如何测？紫外分光光度法应用详解

近年来，随着5g时代的到来，整个光学产业链步入发展快车道，相关各种新产品新技术在各个应用场景中不断跟新迭代。如手机市场领域，接连上演“镜头大战”，大底面、高像素、多镜头手机层出不穷。而在光学产品技术极大丰富的背后，如何保证好光学元件的光学性能至关重要。在诸多测试方法中，紫外分光光度计能够测定相关光学元件的透过率和反射率并确定实际效果，这对评价其光学传输特性和进行质量控制有着重要意义。

以下，仪器信息网邀请日立高新（上海）国际贸易有限公司北京分公司技术工程师曹亚南，为大家分享紫外分光光度法在光学元件测试中的应用案例、检测器选择、以及测试配件的选择。

1. 概要

在我们日常生活中，眼镜、建筑物和车辆的窗玻璃、手机显示面板、液晶面板表面、涂膜、遥控接收器类似的玻璃、薄膜等光学元件随处可见（如图1），而紫外分光光度计能够测定这些光学元件的透过率和反射率并确定实际效果，这对评价其光学传输特性和进行质量控制至关重要。

图1 常见光学元件

在光学元件的评价中，为了确保获得精确的测定结果，一方面要考虑分光光度计本身的性能参数，另一方面还要选用合适的配件，根据样品尺寸大小和测量目的，使用正确的附件。下文以日立紫外可见近红外分光光度计UH4150为例（如图2），介绍如何选择合适的配件来测量不同的光学元件。

图2 多种测量配件

2. 配件的选择

2.1 检测器的选择

紫外可见分光光度计通常有两类检测器，直射光检测器（如图3）和积分球检测器（如图4）。直射光检测器一般用于液体样品或非扩散性平板样品的测量，而对长棒形样品、透镜和扩散性样品，其透射光束的形状受折射和散射的影响。若使用直射光检测器，样品测定时的光束形状会与基线测定的不同，从而无法获得准确结果。这种情况下，我们需要选用积分球检测器，让入射光在积分球内部进行漫反射，然后将其导入到检测器中消除检测器的局域性。

图3 直射光检测系统示意图

图4 积分球检测器

积分球检测器通常分为两类，直径60 mm和直径150 mm的积分球。Φ60 mm积分球因其多功能性和卓越的基线平坦度和噪音水平而应用广泛。

对于不同的测量目的，Φ60 mm积分球的开口数和开口倾角的选择也不同。对于常规透过率的测量，几乎可使用所有类型的积分球。但是若测试透镜和厚样品时，透射光会发散，如果使用四口积分球（如图5），入射光将从副白板溢出，积分球内表面材料和副白板材料之间反射特性的差异可能引起测量误差，此时应选用没有此类测量误差的两口全积分球（如图6）。

图5 四口积分球的基线校正和透镜测定

图6 两口积分球的基线校正和透镜测定

若测定全反射率，需要将样品放在积分球后。使用后端开口倾角是8°或10°的积分球，可测定包括镜面反射在内的全反射率，如图7。

而测定漫反射率要使用后端开口倾角是0°的积分球，样品的镜面反射光通过入射口射出，积分球只测定样品的漫反射率，如图8。

图7 全反射率测定

图8 漫反射率测定

2.2测量附件的选择

紫外可见分光光度计附件选择很多（如表1、表2），应根据具体样品特征和测量目的，选取相应的附件，部分附件如下表所示。

表1 部分常用附件

表2 自动附件

以上是列举的在紫外分光光度计检测中的部分测量附件，若测定样品为玻璃、薄膜等，需要先判定入射角是否是0度测定，再判定样品是否对光有扩散性，一般有扩散性的样品透射，需要选择紧密附着的透射支架和积分球。

3. 光学元件测量案例

3.1智能手机相关测定

成像质量是人们选购手机时的关注点之一，而镜片是手机镜头中的光学元件，尺寸微小，一般直径为3 mm，为确保其透过率的准确测定，需要选用微小样品测定附件。

图9为使用微小样品测定附件测量两种手机镜头的透过率。微小样品透过率附件中设置有聚光镜和掩膜，能够缩小仪器光斑，使入射光束完全照射在微小样品内。

图9 两种手机镜头的透过率

图10为使用微小棱镜测定附件测量潜望镜式手机镜头中的直角棱镜的反射率。

图10 微小棱镜的反射率

图11为使用角度可变透射附件测量防窥膜的透过率。

图11 手机防窥膜不同角度的透过率

图12为使用微小5˚镜面反射附件测量手机中红外截止滤光片的反射率。

图12 红外截止滤光片的反射光谱

3.2 汽车相关测定

随着汽车传感器、显示器分辨率的不断提升，内外装饰材料也在追求高附加值化，因此光学特性的评价需求也越来越多。只有正确选择合适的附件评价汽车零部件的光学特性，才能最有效地保障每一次安全出行。

图13为使用直射光检测器和滤光片支架测定紫外-可见-近红外区域的双带通滤光片。

图13 LIDAR中双带通滤光片的透过光谱

图14为使用微小自动角度可变附件测定微小平面镜不同角度下的反射率。

图14 LIDAR中微小平面镜不同入射角的反射率

图15为使用标准Φ60 mm积分球和选配程序包测量车身涂料的太阳光反射率。

图15 隔热涂料的全反射光谱

从以上智能手机和汽车的相关测量案例中可以看出，无论是不同入射光角度的样品测量还是微小样品测定，通过正确使用变角度、自动化附件等，都可以高效率获取低噪声的光谱数据。

4. 总结

光学元件性能的准确评价离不开附件的正确选择，日立紫外可见近红外分光光度计UH4150是光学元件测量的领先者，具有优质平行光束性能技术和大型样品仓，可以安装多种附件。

日立凭借优异的光栅技术和丰富经验，具有多种紫外可见分光光度计产品，不仅如此，日立高新技术集团产品涵盖半导体制造、生命科学、电子零配件、液晶制造及工业电子材料，未来，日立将丰富完善产品线，不断实现技术创新。

图片来源：日立高新（上海）国际贸易有限公司北京分公司

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