一種用分光光度計測量光柱鐳射紙光柵參數的方法

2023-05-29 03:50:51 1

一種用分光光度計測量光柱鐳射紙光柵參數的方法
【專利摘要】本發明涉及一種用分光光度計測量光柱鐳射紙光柵參數的方法。首先根據光柵方程，繪製不同衍射角和衍射級數下的光柵常數和波長分布關係圖；使用多角度式分光光度計採集光柱鐳射紙在沿光柱方向和垂直於光柱方向不同測量區域的光譜數據，繪製不同探測角度下的光譜能量曲線分布圖；結合不同衍射角和衍射級數下的光柵常數和波長分布關係，分析測得的光譜數據的變化規律，推算光柵條紋的光柵常數；固定多角度分光光度計光孔與鐳射紙的相對位置，將光柱鐳射紙平面旋轉90°，測量同一位置的光譜信息，推導光柱鐳射紙光柵條紋的刻劃方向。本發明在一定程度上解決了困擾科學界和工業界難以準確測量鐳射紙的難題，具有操作方便、簡單快捷的特點。
【專利說明】一種用分光光度計測量光柱鐳射紙光柵參數的方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及到一種用分光光度計測量光柱鐳射紙光柵參數的方法，通過使用X-Rite MA68 II多角度分光光度計測量光柱鐳射紙上不同位置的光譜信息，結合不同光柵常數的光柵條紋對應不同衍射級數的衍射主波長與衍射角度的變化關係，提出一種可以用X-Rite MA68 II多角度分光光度計測量光柱鐳射紙光柵參數的方法。

【背景技術】
[0002]鐳射膜及鐳射轉移紙具有特殊的亮彩虹效果，同時具有一定的防偽性能，深受包裝印刷企業的喜愛。但是包裝印刷企業一般對鐳射膜及鐳射轉移紙的加工工藝並不了解，在鐳射紙基上進行圖文印刷，往往會出現印刷工藝參數一致但產品顏色外觀不一致的問題。這主要是由於鐳射紙基本身的顏色差異造成的，當光照射到鐳射紙基上時，除了產生光的漫反射外，還存在光的鏡面反射、衍射和幹涉。影響鐳射紙不同呈色效果的主要原因是鐳射膜或者鐳射轉移紙內部光柵條紋的光柵參數不同，其主要包括:光柵條紋的光柵常數以及光柵條紋的刻劃方向和刻痕深度。光柵常數和光柵條紋的刻劃方向主要影響鐳射紙基在不同觀察角度呈現顏色的主波長，而光柵條紋的刻痕深度主要影響光譜能量，即顏色的明暗。


【發明內容】

[0003]本發明的目的在於提出一種用分光光度計測量光柱基鐳射紙光柵參數的方法，通過分光光度計採集光柱基鐳射紙上不同位置的光譜信息，達到測量光柱基鐳射紙光柵參數的目的。解決了光柱基鐳射紙微觀結構測量需要藉助高倍數放大鏡的問題，直接用分光光度計可完成光柵微觀參數的測量，該方法適合於所有外觀為光柱鐳射紙的微觀參數測量和顏色質量評測。
[0004]為實現上述目的，本發明採取以下技術方案:
[0005]一種用分光光度計測量光柱鐳射紙光柵參數的方法，包括如下步驟:
[0006](I)根據光柵方程，得到對應於不同衍射角度，在入射角為固定值時，不同衍射級數下的光柵常數和波長的對應關係，並繪製不同衍射角和衍射級數下的光柵常數和波長分布關係圖；
[0007](2)以光柱鐳射紙相鄰兩條彩虹帶為基準，將光柱鐳射紙在沿光柱方向和垂直於光柱方向劃分成不同的測量區域，以χ-y標記，其中X表不沿光柱方向，I表不垂直於光柱方向；
[0008](3)使用多角度式分光光度計採集光柱鐳射紙上沿彩虹帶方向(X方向)和垂直於彩虹帶方向(y方向)不同位置的光譜數據，繪製不同探測角度(接收方向與鏡面反射光夾角)下的光譜能量曲線分布圖；
[0009](4)分析在光柱鐳射紙上沿光柱方向和垂直於光柱方向不同位置不同探測角度下採集到的光譜數據分布規律；
[0010](5)結合步驟(I)得出的不同衍射角和衍射級數下的光柵常數和波長分布關係，分析步驟(3)測得的光譜數據的變化規律，推算光柵條紋的光柵常數；
[0011](6)固定多角度分光光度計光孔與鐳射紙的相對位置，將光柱鐳射紙平面旋轉90°，測量同一位置的光譜信息，重複步驟(3)-(5)，推導光柱鐳射紙光柵條紋的刻劃方向。
[0012]上述方法可進一步應用於檢驗單張光柱鐳射紙表面光柵條紋刻劃的均勻性和批量光柱鐳射紙光柵條紋刻劃的一致性。
[0013]步驟(I)中，所述的光柵方程為:d(sini+sinj)=ia，式中，d是光柵常數，i和j分別是入射角和衍射角，k是衍射級數，λ是波長；波長λ在可見光範圍內(380?780nm)取值，衍射級數k為1-4級，光柵常數d在0.5?2之間取值，在入射角一定的情況下(如入射角i=45° )，得到對應於不同衍射角度，在入射角為i時，不同衍射級數k下的光柵常數d和波長λ的對應關係，並繪製不同衍射角和衍射級數下的光柵常數和波長分布關係圖。在入射角一定的情況下，可根據不同衍射角處探測到的光譜能量峰值分布，推算出光柵條紋的光柵常數d。
[0014]步驟(3)中，使用X-Rite MA68 II分光光度計，對光柱基鐳射紙進行光譜信息採集，在保證分光光度計與鐳射紙的平面夾角不變的前提下，測量光譜範圍為400?700nm，波長間隔為10nm，X-Rite MA68 II多角度分光光度計的光源照明入射角為45°，探測角度(接收方向與鏡面反射光夾角)分別為15°、25°、45°、75。和110°，繪製多角度的光譜能量分布圖。
[0015]步驟(3)中，採集數據時，依次固定鐳射紙不同採樣點和分光光度計的位置(保持刻劃光柵條紋，照明光源和採集光孔位置的確定)，同時保持分光光度計測量光孔平面與測量紙基平面夾角不變。
[0016]步驟(4)中,光柱基錯射紙的光譜分布,沿著光柱方向和垂直於光柱方向光譜分布規律存在較大的差異，沿著光柱方向採樣，光譜分布規律大致相同；而垂直於光柱方向隨著採樣位置的變化，光譜分布規律表現出較大的差異。
[0017]步驟(5)中，根據分光光度計在不同光電探測角度測得的不同衍射級數處400?700nm光譜曲線峰值能量分布，由光柵方程d (sini+sinj) =k λ推算出光柵常數d。
[0018]步驟(7)中，根據鐳射紙平面旋轉前後光譜峰值能量變化，推測光柱鐳射紙不同位置的光柵刻劃條紋相對方向。比較鐳射紙旋轉90°前後沿著彩虹帶方向不同系列(例如:-1系列:A-1，B-1，C-1，D-1，E-1)的光譜能量分布規律，推斷其光柵條紋的方向。
[0019]步驟(7 )中，使用分光光度計測量單張光柱基鐳射紙的不同採樣位置，固定鐳射紙的紙基平面與分光光度計的光孔平面的平面夾角不變。可以從以下兩個方面判斷單張鐳射紙表面光柵刻劃的均勻性和批量鐳射紙基表面光柵刻劃的一致性:
[0020]I)根據X-Rite MA68 II分光光度計採集到不同探測角度的光譜能量峰值分布，推算鐳射紙基表面光柵條紋的光柵常數；
[0021 ] 2 )鐳射紙基平面旋轉前後光譜峰值能量比較，推測光柱基鐳射紙不同位置的光柵刻劃條紋相對方向。
[0022]本發明採用分光光度計測量光柱基鐳射紙光柵參數的方法，通過光柵方程繪製不同衍射角和衍射級數下的光柵常數和波長分布關係圖；沿著光柱方向(X方向)和垂直於光柱方向(y方向)劃分不同的測量區域，用X-Rite MA68 II分光光度計測量光柱基鐳射紙的光譜數據；該方向在固定光柱彩虹鐳射紙基採樣位置和分光光度計相對位置的情況下，可用於測量鐳射紙基的光柵參數，檢測鐳射紙基的均勻性和不同批次鐳射紙光柵刻劃的一致性，一定程度上解決了測量鐳射紙微觀結構需要藉助高倍數顯微放大裝置的困難，具有操作方便、簡單快捷、誤差小的特點。
[0023]下面通過附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步說明，但並不意味著對本發明保護範圍的限制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是光柱鐳射紙的外觀效果圖。
[0025]圖2是光柱鐳射紙的不同測量位置示意圖。
[0026]圖3是光柱鐳射紙的微觀結構示意圖(不同測量位置處)。
[0027]圖4-1至圖4-4是不同衍射角和衍射級數下對應的光柵常數和波長分布圖，其中，圖4_1:一級衍射；圖4_2:二級衍射；圖4_3:二級衍射；圖4_4:四級衍射。
[0028]圖5是X-Rite MA68 II照明角度和光電探測角度的光路示意圖。
[0029]圖6-1至圖6-5是垂直於彩虹帶方向A-位置不同探測角度的光譜分布圖，其中，圖6-1:探測角度為15° ;圖6-2:探測角度為25° ;圖6_3:探測角度為45° ;圖6_4:探測角度為75°:圖6-5:探測角度為110°。
[0030]圖7-1至圖7-4是沿著彩虹帶方向探測角度為110°的四幅光譜分布圖，其中，圖7-1:-3 (A-3、B-3、C-3、D-3、E-3)位置；圖 7-2:_4 位置；圖 7-3:_7 位置；圖 7-4:_8 位置。
[0031]圖8-1至圖8-4是將鐳射紙基旋轉90°沿著彩虹帶方向探測角度為110°的四幅光譜分布圖，其中，圖 8-1:-3 (A-3、B-3、C-3、D_3、E-3)位置；圖 8_2:-4 位置；圖 8_3:-7位置；圖8-4是-8位置。

【具體實施方式】
[0032]本發明利用分光光度計對光柱基鐳射紙進行光柵微觀參數的測量，在入射角一定的情況下，根據光柵方程繪製不同衍射角和衍射級數下的光柵常數和波長分布關係圖；用X-Rite MA68 II分光光度計，光源的照明條件為45°，接收方向分別為與鏡面反射光夾角為15° ,25° ,45° ,75°和110°五個角度，在保證分光光度計與鐳射紙的平面夾角不變的前提下，測量沿著彩虹光柱方向和垂直於彩虹光柱方向的光譜能量信息。沿著彩虹光柱方向的光譜分布規律相同，垂直於光柱方向隨著採樣位置的變化，光譜分布規律有較大的差異。
[0033]如圖1所不,為光柱錯射紙的外觀，X表不沿光柱方向，y表不垂直於光柱方向，L為彩虹帶周期。使用分光光度計測量光柱基鐳射紙光柵參數的方法，達到對鐳射紙基光柵條紋刻劃均勻性和一致性的檢測，具體步驟如下:
[0034](I)根據光柵方程d(sini+sinj)=kX，公式中的d是光柵常數，i和j分別是入射角和衍射角(X-Rite MA68 II中的入射角i=45° )，k是衍射級數，λ是波長。改變光柵常數d (在0.5?2之間取值)，波長λ在可見光範圍內(380-780nm)取值，衍射級數選擇1_4級，根據光柵方程即可得對應於不同的衍射角和衍射級數，光柵常數與波長的變化關係，如圖44至圖4-4所示，分別為衍射級數為I?4、不同衍射角下對應的光柵常數和波長分布圖。
[0035](2)以鐳射紙相鄰的兩條彩虹帶為基準，將光柱鐳射紙在沿光柱方向和垂直於光柱方向劃分成不同的測量區域，以χ-y編號，其中X表不沿光柱方向，I表不垂直於光柱方向，如圖2所示。其中X方向分別以A-E編號，y方向分別以1-11編號。
[0036](3)使用X-Rite MA68 II多角度式分光光度計對光柱基鐳射紙進行顏色測量，光譜範圍400-700nm，波長間隔為10nm。在保證分光光度計與鐳射紙的平面夾角不變的前提下，光源的照明條件為45°，接收方向分別為與鏡面反射光夾角為15°，25° ,45° ,75°和110°五個角度，MA68 II的光路圖如圖5所示。
[0037]保持分光光度計測量光孔平面和鐳射紙平面紙基的平面夾角不變，即保證對於圖3所示光柱鐳射紙的不同測量位置處的光柵刻劃條紋，照明光源和採集光孔位置確定，採集光柱鐳射紙上沿彩虹帶方向和垂直於彩虹帶方向採樣點的光譜數據，繪製X-Rite MA68 II五個角度探測到的光譜能量分布圖。
[0038](4)圖6-1至圖6-5可見垂直於彩虹帶方向A-系列，圖6-1 (探測角度15° )，圖6-2 (探測角度25° )，圖6-3 (探測角度45° )，圖6-4 (探測角度75° )和圖6-5 (探測角度110° )的光譜分布圖。探測角度15°對應的衍射角度為-30° ,圖6-1中衍射波長小於300nm ;探測角度為25°時，對應的衍射角度為-20°，圖6_2中衍射波長在420nm左右；探測角度為45°時對應的衍射角為0°，圖6-3中衍射波長在小於400nm波段和680nm兩個波段；探測角度為75°時，對應的衍射角度為30°，圖6-4中衍射波長在410nm和700nm兩個波段；探測角度為110°對應的衍射角度為65°，圖6-5中的衍射波長為410nm與550nm。
[0039]結合不同衍射角和衍射級數下的光柵常數和波長分布關係圖可以推出該鐳射紙基光柵常數為I μ m。如，由圖6-5所示的65°衍射角處測量的光譜能量分布圖可知，其中的峰值波長550nm為圖4_3中三級衍射對應的主波長，峰值波長410nm為圖4_4中四級衍射對應的主波長，綜合圖4-3，圖4-4可知該光柱鐳射紙的光柵常數I μ m。同理可由其它探測角度(-20°，0° ,30° )採集到的光譜能量分布圖中對應的峰值波長與圖4-1至圖4-4中不同衍射級數下的光柵常數和波長分布關係，推算出該測量的光柱鐳射紙光柵常數為I μ m。
[0040](6)圖7-1至圖7-4可見在探測角度為110°時採集到的沿著彩虹帶方向的4個光譜分布圖，分別為_3，-4, -7, -8系列,如:-3系列指的是A_3, B-3, C-3, D-3, E-3五個位置。圖8-1至圖8-4為將鐳射紙基平面旋轉90°探測角度為110°時採集到的沿著彩虹帶方向的4個光譜分布圖,分別為-3，-4, -7, -8系列。
[0041](7)結合圖7-1至圖8-4和光柵方程d(sini+sinj) =k λ及圖4-1至圖4-4所示的在入射角為固定值時，不同衍射角和衍射級數下的光柵常數和波長分布關係圖，分析X-Rite ΜΑ68 II五個角度光電探測口測得的光譜數據變化規律。
[0042]a)圖7-3和7_4所示的_7與_8系列採集到的光譜能量很低，這是由於X-RiteMA68 II內部光路結構的特點，由於光柵衍射作用，幾乎沒有光能量進入探測器。而在同一個位置，將鐳射紙基旋轉90°圖8-3和8-4所示-7與-8系列採集到的光譜能量能夠進入探測器，能量出現峰值變化同時符合光譜衍射原理。同理圖7-1和圖7-2所示的-3與-4系列採集到的光譜峰值能量很高，將鐳射紙基旋轉90°後，圖8-1和8-2所示-3與-4系列採集到的光譜峰值能量卻很低，幾乎沒有光進入探測器。
[0043]b)圖7-1至圖7-4與圖8-1至圖8_4進行對應比較，可以推測_3與_4系列位置光柵條紋刻劃方向與-7和-8系列位置光柵條紋刻劃方向垂直。
[0044](8)檢驗單張鐳射紙表面光柵刻劃的均勻性，或者批量鐳射紙光柵刻劃的一致性，根據步驟(7)檢測方法，檢測單張鐳射紙基光柵刻劃條紋的光柵常數d，光柵條紋的相對刻劃方向。
[0045]本發明的方法可用於檢測單張鐳射紙表面的均勻性或者批量鐳射紙光柵刻劃一致性。由於單張鐳射紙在不同位置處的刻劃條紋寬度與光柵條紋刻劃的方向，使鐳射紙表面出現了絢麗的亮彩虹效果；同時由於光柱鐳射紙基表面光柵刻划具有周期性，沿著彩虹帶方向，光柵條紋刻劃的方向一致，而垂直於彩虹帶方向不同位置光柵刻劃方向順時針(逆時針)旋轉一定的角度，所以在進行檢測時要注意需注意標樣和測試樣的採樣位置以及儀器和紙基的擺放位置。
[0046]本發明通過沿光柱方向和垂直於光柱方向將光柱彩虹鐳射紙劃分為不同測量區域，固定多角度分光光度計，比較鐳射紙基旋轉90°前後同一位置的光譜能量信息的變化，結合光柵方程繪製不同衍射角和衍射級數下的光柵常數和波長分布關係圖，可以推斷該鐳射紙基光柵常數以及光柵條紋的傾斜方向。本發明通過使用多角度分光光度計採集鐳射紙上不同位置的光譜信息，解決了光柱基鐳射紙微觀結構測量需要藉助高倍數放大鏡的問題，直接用多角度分光光度計完成鐳射紙基光柵參數的測量和推算；在一定程度上解決了困擾科學界和工業界難以準確測量鐳射紙的難題，具有操作方便、簡單快捷的特點。
【權利要求】
1.一種用分光光度計測量光柱鐳射紙光柵參數的方法，包括如下步驟: (1)根據光柵方程，得到對應於不同衍射角度，在入射角為固定值時，不同衍射級數下的光柵常數和波長的對應關係，並繪製不同衍射角和衍射級數下的光柵常數和波長分布關係圖； (2)以光柱鐳射紙相鄰兩條彩虹帶為基準，將光柱鐳射紙在沿光柱方向和垂直於光柱方向劃分成不同的測量區域，以χ-y標記，其中X表不沿光柱方向，y表不垂直於光柱方向； (3)使用多角度式分光光度計採集光柱鐳射紙上沿彩虹帶方向和垂直於彩虹帶方向不同位置的光譜數據，繪製不同探測角度下的光譜能量曲線分布圖； (4)分析在光柱鐳射紙上沿光柱方向和垂直於光柱方向不同位置不同探測角度下採集到的光譜數據分布規律； (5)結合步驟(I)得出的不同衍射角和衍射級數下的光柵常數和波長分布關係圖，分析步驟(3)測得的光譜數據的變化規律，推算光柵條紋的光柵常數； (6)固定多角度分光光度計光孔與鐳射紙的相對位置，將光柱鐳射紙平面旋轉90°，測量同一位置的光譜信息，重複步驟(3)- (5)，推導光柱鐳射紙光柵條紋的刻劃方向。
2.如權利要求書I所述的用分光光度計測量光柱鐳射紙光柵參數的方法，其特徵在於:所述的光柵方程為d(sini+sinj)=kX，式中，d是光柵常數，i和j分別是入射角和衍射角，k是衍射級數，λ是波長；波長λ在可見光範圍內取值，衍射級數k為1-4級，光柵常數d在0.5?2之間取值，在入射角為45°時，得到對應於不同衍射角度，不同衍射級數k下的光柵常數d和波長λ的對應關係，並繪製不同衍射角和衍射級數下的光柵常數和波長分布關係圖。
3.如權利要求書I所述的用分光光度計測量光柱鐳射紙光柵參數的方法，其特徵在於:採用X-Rite ΜΑ68 II分光光度計，對光柱基鐳射紙進行光譜信息採集，測量光譜範圍為400?700nm，波長間隔為10nm，X-Rite MA68 II多角度分光光度計的光源照明入射角為45°，探測角度分別為15°、25°、45°、75。和110°，繪製多角度的光譜能量分布圖。
4.如權利要求書3所述的用分光光度計測量光柱鐳射紙光柵參數的方法，其特徵在於:採集數據時，依次固定鐳射紙不同採樣點和分光光度計的位置，同時保持分光光度計測量光孔平面與測量紙基平面夾角不變。
5.如權利要求書1-4中任一項所述的用分光光度計測量光柱鐳射紙光柵參數的方法，在檢驗單張光柱鐳射紙表面光柵條紋刻劃的均勻性和批量光柱鐳射紙光柵條紋刻劃的一致性中的應用。
【文檔編號】G01M11/02GK104330240SQ201310685058
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年12月13日 優先權日:2013年12月13日
【發明者】黃敏, 王靈芳, 劉瑜, 李雙勁, 魏先福, 劉浩學 申請人:北京印刷學院