ISO 14490-52021 光学和光子学 - 伸缩系统的测试方法 - 第5部分透射率的测试方法标准立项发展报告

光学和光子学-伸缩系统的测试方法-第5部分：透射率的测试方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:OpticsandPhotonics—TestMethodsforTelescopicSystems—Part5:TestMethodsforTransmittance(ISO14490-5:2021)摘要透射率是评价光学伸缩系统（如望远镜、瞄准镜、观瞄设备等）光能传输效率的核心技术指标，直接决定仪器的成像亮度、对比度与低照度环境下的可探测性能，在国防军工、天文观测、精密测量及民用光学产品等领域具有广泛的工程应用价值。随着光学设计、薄膜镀制及系统集成技术的快速发展，以及高透过率光学系统的持续迭代升级，国际上对透射率测试方法的标准化和规范化需求日益迫切。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2021年6月正式发布了ISO14490-5:2021《光学和光子学—伸缩系统的测试方法—第5部分：透射率的测试方法》，代替了原ISO14490-5:2005版本。关键词：光学和光子学；伸缩系统；透射率；测试方法；ISO14490-5；国际标准一、引言1.1研究背景伸缩系统（telescopicsystems）是光学仪器中最基本且应用最为广泛的一类系统，其典型代表包括天文望远镜、地面观测望远镜、军用瞄准镜、激光测距仪光学组件、摄影长焦镜头等。透射率（transmittance）作为表征系统光能传输效率的关键参数，其定义是光学系统出射光通量与入射光通量之比。透射率的高低直接关系到系统成像的清晰度、对比度以及弱信号探测能力，是评价光学系统性能的核心指标之一。长期以来，不同国家和地区的制造商、检测机构及用户单位在透射率测试中采用的测试原理、设备配置、操作流程及数据处理方法存在显著差异，导致同类产品的透射率测试结果缺乏一致性和可比性。为统一各方的测试方法和技术要求，ISO/TC172/SC4（光学和光子学技术委员会望远镜分技术委员会）于2005年首次制定了ISO14490-5:2005标准，对伸缩系统透射率的测试方法进行了初步规范。然而，随着光学镀膜技术的进步、高精度检测仪器的发展以及应用场景的不断拓展，2005年版标准中部分技术内容已难以满足当前的测试需求。为此，ISO/TC172/SC4于2018年正式启动该标准的修订程序，经过多轮国际研讨和技术论证，最终于2021年6月11日正式发布了ISO14490-5:2021新版标准。1.2标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|ISO14490-5:2021||标准名称|光学和光子学—伸缩系统的测试方法—第5部分：透射率的测试方法||英文名称|Opticsandphotonics—Testmethodsfortelescopicsystems—Part5:Testmethodsfortransmittance||标准状态|现行||发布机构|国际标准化组织（ISO）||发布日期|2021年6月11日||替代关系|代替ISO14490-5:2005|二、标准修订背景与必要性2.1技术发展的推动同时，光谱测试技术也实现了跨越式发展。现代光谱仪器的波长精度、光度重复性和动态范围均有显著提升，使得分波长透射率的精确测量成为可能。此外，大口径积分球技术、高性能光电探测器以及自动化控制技术的进步，为建立更高精度的透射率测试装置奠定了坚实的技术基础。2.2应用需求的增长伸缩系统在军用光电装备、天文观测设施、空间遥感载荷及民用高倍率光学仪器中的应用不断深化，不同应用领域对透射率测试提出了差异化的需求。例如，军事观瞄系统关注可见光至近红外波段的宽光谱透射性能，天文观测系统侧重于特定波段的透过率优化，而激光光学系统则需要极高精度的特定波长透射率数据。上述多样化的应用需求对标准的适用范围、测试条件规定和精度要求均提出了更高的标准。2.3国际标准协调的需要2005年版ISO14490-5发布实施以来，在促进国际间光学产品质量评测一致性方面发挥了重要作用。但在实际应用中也暴露出部分条款不够明确、测试条件规定不够具体等问题，不同实验室之间的比对结果仍存在一定离散性。通过修订完善标准内容，可进一步增强标准的可操作性和测试结果的复现性，提升国际间测试数据互认的可信程度。三、标准主要技术内容3.1标准范围ISO14490-5:2021规定了伸缩系统透射率的测试方法，适用于对无限远目标成像的伸缩光学系统透射率测定，测试波长范围覆盖紫外、可见光和红外光谱区域。标准适用于定焦距伸缩系统和变焦距伸缩系统，也适用于包含反射元件的折反式伸缩系统。3.2规范性引用文件该标准规范性引用了多项ISO光学测试基础标准，主要包括：-ISO14490-1：光学和光子学—伸缩系统的测试方法—第1部分：基本定义和测试条件-ISO20462（所有部分）：摄影—分辨率评估用心理物理学实验方法-ISO9211（所有部分）：光学和光子学—光学薄膜—第1至第4部分上述引用文件为伸缩系统的基本术语定义、通用测试条件及光学薄膜相关要求提供了基准依据，保证了ISO14490系列标准体系的内在一致性。3.3术语和定义该标准明确界定了以下核心术语：-透射率（transmittance,τ）：伸缩系统出射光通量与入射光通量之比-光谱透射率（spectraltransmittance,τ(λ)）：特定波长λ处透射率的数值-积分透射率（integraltransmittance）：在指定光谱范围内的综合透射率3.4测试原理标准规定的透射率测试基于光电比较法原理，采用积分球作为光收集器件。测试时，首先在不放置被测系统的情况下测量入射光束的光功率作为参考值，随后将被测伸缩系统置于光路中，利用积分球收集透过系统的全部光能量并测量其光功率，两次测量值之比即为系统的透射率。对于放大率较大的伸缩系统，出射光束的数值孔径可能与入射光束存在显著差异，因此采用积分球收集法可有效减小因光束几何结构变化而引入的测量误差。标准特别强调积分球的开口比例、内壁涂层反射特性及探测器视场角等因素对测量精度的影响，要求积分球直径与被测系统出射光束孔径之间保持适当的比例关系。3.5测试装置与条件标准对测试装置各组成部分提出了明确的技术要求：光源系统：应采用稳定性良好的宽带光源，在规定波长范围内的辐射亮度波动应控制在±0.5%以内。光源的光谱分布应覆盖被测伸缩系统的使用波段。单色装置：当进行光谱透射率测试时，应配备单色仪或可调谐滤光片，光谱带宽的选择需兼顾波长分辨力和光通量之间的平衡。积分球：内壁应采用高反射率漫反射涂层（如硫酸钡或聚四氟乙烯），反射率应不低于95%，积分球直径应满足被测系统出射光束充满开口面积的要求。光电探测器：应具有足够的灵敏度、线性动态范围和光谱响应特性，非线性误差应控制在±0.2%以内。环境条件：测试应在清洁、无振动、温度（23±5）℃、相对湿度不超过65%的环境中进行。测试前应进行充分的仪器预热，保证光源和探测器达到稳定的工作状态。3.6测试程序标准规定的测试程序主要包括以下步骤：1.按照ISO14490-1的要求安装和调整被测伸缩系统；2.校准入射光束与系统光轴的同轴度；3.在未放置被测系统的情况下测量参考光功率值；4.将被测系统置入光路，调整至最佳成像状态；5.测量透过被测系统后的光功率值；6.按照规定的公式计算透射率；7.在规定的波长点重复测量，绘制透射率-波长曲线；8.进行多次重复测量并取平均值，评估测量不确定度。3.7测量不确定度新版标准增加了测量不确定度评估的技术要求，要求测试报告应包含测量不确定度分析结果。不确定度的主要来源包括：光源稳定性、探测器非线性、积分球效率、杂散光影响、波长校准误差、系统对准误差及环境因素波动等。标准建议按照ISO/IEC指南98-3（测量不确定度表示指南）的要求进行不确定度评定。3.8与2005年版的主要技术差异新版标准相较于2005年版的主要技术变化包括：1.扩展了波长适用范围，将红外波段的测试要求进一步细化；2.增加了变焦距系统透射率测试的特殊规定，明确了变焦过程中不同焦距位置处的测试要求；3.细化了大口径系统的测试要求，对通光口径大于100mm的伸缩系统提出了专门的大口径积分球配置方案；4.增强了测量不确定度评估要求，为测试结果的可靠性评价提供了方法依据；5.补充了自动化测试和数据处理的建议，适应了现代检测实验室数字化、智能化的技术发展趋势。四、主要参与单位介绍4.1ISO/TC172/SC4技术委员会ISO14490-5:2021由国际标准化组织光学和光子学技术委员会（ISO/TC172）下设的望远镜分技术委员会（SC4）负责制定和修订。ISO/TC172成立于1977年，是ISO下设的专门负责光学和光子学领域标准制定的技术委员会，其工作范围涵盖光学材料、光学元件、光学仪器、光学测试方法及光学薄膜等专业领域。SC4负责伸缩系统（telescopicsystems）相关标准的制修订工作，包括望远镜、瞄准镜、测距仪及各类伸缩光学系统的术语定义、测试方法和性能评价标准。SC4汇集了来自美国、德国、日本、英国、法国、中国等主要光学工业国家的标准化专家，其成员包括各国标准化机构指派的专家代表、行业协会代表及企业技术人员。该分技术委员会与ISO/TC172下设的其他分技术委员会（如SC1——基础标准、SC3——光学材料和元件等）密切联系，共同构建了完整的光学和光子学国际标准体系。4.2中方参与情况中国是ISO/TC172的积极成员（P-member），全国光学和光子学标准化技术委员会（SAC/TC103）代表中国参与ISO/TC172及其分技术委员会的标准化工作。在ISO14490-5:2021的修订过程中，中方专家参与了多次国际标准研讨会议和技术论证活动，就大口径系统测试方法、变焦距系统测试要求等技术议题贡献了中国在光学测试领域的实践经验和研究成果，为标准的顺利发布发挥了建设性作用。五、结论与展望5.1标准价值评估ISO14490-5:2021的发布实施，为全球范围内伸缩系统透射率测试提供了统一、规范的技术依据。该标准在继承2005年版基本框架的基础上，充分吸纳了近十五年来光学薄膜技术、光电检测技术和数据处理技术的最新进展，在测试精度、适用范围和操作规范性方面均实现了显著提升。该标准的实施将有效促进各国光学产品透射率测试数据的互认与比较，对推动光学仪器国际贸易和技术交流具有积极意义。5.2对我国光学标准化工作的启示5.3未来展望随着计算光学、自适应光学及新型光学材料等前沿技术的不断发展，伸缩系统的形态和性能将持续演进，对透射率测试也将提出新的挑战。例如，衍射光学元件和非球面元件在伸缩系统中的广泛应用对透射率测试的空间分辨能力提出了更高要求；多光谱和超光谱成像系统的发展则需要建立覆盖更宽光谱范围的透射率测试方法。建议ISO/TC172/SC4持续关注上述技术发展趋势，适时启动相关标准的修订或新工作项目提案。同时，我国应积极参与国际标准的制修订工作，在国际标准化舞台上贡献中国智慧和中国方案，推动全球光学标准化事业不断向前发展。参考文献[1]ISO14490-5:2021,Opticsandphotonics—Testmethodsfortelescopicsystems—Part5:Testmethodsfortransmittance,InternationalOrganizationforStandardization,2021.[2]ISO14490-1,Opticsandphotonics—Testmethodsfortelescopicsystems—Part1:Basicdefini