Глянец (оптика)

Оптическое свойство, описывающее способность поверхности отражать свет в зеркальном направлении.

Глянцевое отражение

Блеск — оптическое свойство, указывающее, насколько хорошо поверхность отражает свет в зеркальном направлении. Это один из важных параметров, используемых для описания внешнего вида объекта. Другие категории внешнего вида, связанные с восприятием регулярного или диффузного отражения и пропускания света, были организованы в рамках концепции cesia в системе порядка с тремя переменными, включая блеск среди вовлеченных аспектов. Факторами, влияющими на блеск, являются показатель преломления материала, угол падающего света и топография поверхности .

Видимый блеск зависит от величины зеркального отражения — света, отраженного от поверхности в равном количестве и под симметричным углом к ​​углу падающего света — по сравнению с диффузным отражением — количеством света, рассеянного в других направлениях.

Теория

Зеркальное и диффузное отражение

Когда свет освещает объект, он взаимодействует с ним несколькими способами:

• Поглощается им (в значительной степени отвечает за цвет)
• Пропускаемый через него (в зависимости от прозрачности и непрозрачности поверхности)
• Рассеянный от него или внутри него (диффузное отражение, дымка и пропускание)
• Зеркально отражённый от него (глянец)

Изменения в текстуре поверхности напрямую влияют на уровень зеркального отражения. Объекты с гладкой поверхностью, т. е. сильно отполированные или содержащие покрытия с мелкодисперсными пигментами, кажутся глазу блестящими из-за большого количества света, отражающегося в зеркальном направлении, в то время как шероховатые поверхности не отражают зеркального света, поскольку свет рассеивается в других направлениях и поэтому кажутся тусклыми. Качества формирования изображения у этих поверхностей намного ниже, из-за чего любые отражения кажутся размытыми и искаженными.

Тип материала подложки также влияет на блеск поверхности. Неметаллические материалы, например, пластик и т. д., производят более высокий уровень отраженного света при освещении под большим углом освещения из-за поглощения света материалом или диффузного рассеивания в зависимости от цвета материала. Металлы не страдают от этого эффекта, производя более высокие количества отражения под любым углом.

Формула Френеля дает зеркальное отражение, , для неполяризованного света интенсивностью , при угле падения , что дает интенсивность зеркально отраженного луча интенсивностью , в то время как показатель преломления поверхности образца равен . ${\displaystyle R_{s}}$ ${\displaystyle I_{0}}$ ${\displaystyle i}$ ${\displaystyle I_{r}}$ ${\displaystyle m}$

Уравнение Френеля задается следующим образом: ${\displaystyle R_{s}={\frac {I_{r}}{I_{0}}}}$

${\displaystyle R_{s}={\frac {1}{2}}\left[\left({\frac {\cos i-{\sqrt {m^{2}-\sin ^{2}i}}}{\cos i+{\sqrt {m^{2}-\sin ^{2}i}}}}\right)^{2}+\left({\frac {m^{2}\cos i-{\sqrt {m^{2}-\sin ^{2}i}}}{m^{2}\cos i+{\sqrt {m^{2}-\sin ^{2}i}}}}\right)^{2}\right]}$

Шероховатость поверхности

Рисунок 1: Зеркальное отражение света от шероховатой поверхности.

Шероховатость поверхности влияет на уровни зеркального отражения; в видимых частотах наиболее важна отделка поверхности в микрометровом диапазоне. Диаграмма справа изображает отражение под углом на шероховатой поверхности с характерным изменением высоты шероховатости . Разность хода между лучами, отраженными от верхней и нижней части выступов поверхности, составляет: ${\displaystyle i}$ ${\displaystyle \Delta h}$

${\displaystyle \Delta r=2\Delta h\cos i\;}$

Если длина волны света равна , то разность фаз будет равна: ${\displaystyle \lambda }$

${\displaystyle \Delta \phi ={\frac {2\pi }{\lambda }}\Delta r={\frac {4\pi \Delta h\cos i}{\lambda }}\;}$

Если мало, два луча (см. рисунок 1) почти в фазе, что приводит к конструктивной интерференции ; поэтому поверхность образца можно считать гладкой. Но когда , то лучи не в фазе и через деструктивную интерференцию произойдет взаимная компенсация. Низкая интенсивность зеркально отраженного света означает, что поверхность шероховатая и рассеивает свет в других направлениях. Если среднее значение фазы взять в качестве критерия гладкости поверхности, , то подстановка в уравнение выше даст: ${\displaystyle \Delta \phi \;}$ ${\displaystyle \Delta \phi =\pi \;}$ ${\displaystyle \Delta \phi <\pi /2}$

${\displaystyle \Delta h<{\frac {\lambda }{8\cos i}}\;}$

Это состояние гладкой поверхности известно как критерий шероховатости Рэлея .

История

Самые ранние исследования восприятия блеска приписываются Ингерсоллу ^{[1] [2],} который в 1914 году исследовал влияние блеска на бумагу. Количественно измеряя блеск с помощью приборов, Ингерсолл основывал свои исследования на теории, что свет поляризован при зеркальном отражении, тогда как диффузно отраженный свет неполяризован. «Глариметр» Ингерсолла имел зеркальную геометрию с углами падения и обзора 57,5°. Используя эту конфигурацию, блеск измерялся с помощью контрастного метода, который вычитал зеркальный компонент из общей отражательной способности с помощью поляризационного фильтра.

В работе 1930-х годов А. Х. Пфунда ^[3] было высказано предположение, что хотя зеркальный блеск является основным (объективным) доказательством блеска, фактический глянцевый вид поверхности (субъективный) связан с контрастом между зеркальным блеском и рассеянным светом окружающей поверхности (теперь это называется «контрастным блеском» или «глянцем»).

Если визуально сравнивать черные и белые поверхности одинаковой степени блеска, черная поверхность всегда будет казаться более глянцевой из-за большего контраста между зеркальным бликом и черным окружением по сравнению с белой поверхностью и окружением. Пфунд также был первым, кто предположил, что для правильного анализа блеска требуется более одного метода.

В 1937 году Хантер ^[4] в рамках своей исследовательской работы о блеске описал шесть различных визуальных критериев, приписываемых видимому блеску. На следующих диаграммах показаны соотношения между падающим лучом света I, зеркально отраженным лучом S, диффузно отраженным лучом D и почти зеркально отраженным лучом B.

• Зеркальный блеск – воспринимаемая яркость и блеск бликов

Определяется как отношение света, отраженного от поверхности под равным, но противоположным углом, к свету, падающему на поверхность.

• Блеск – воспринимаемый блеск при малых углах скольжения.

Определяется как блеск при скользящих углах падения и наблюдения.

• Контрастный блеск – воспринимаемая яркость зеркально и диффузно отражающих областей.

Определяется как отношение зеркально отраженного света к диффузно отраженному свету по нормали к поверхности;

• Отсутствие блума – воспринимаемая облачность в отражениях вблизи зеркального направления.

Определяется как мера отсутствия дымки или молочного вида рядом с зеркально отраженным светом: дымка является обратной величиной отсутствия дымки.

• Отчетливость глянца изображения – определяется отчетливостью изображений, отраженных на поверхностях.

Определяется как резкость зеркально отраженного света.

• Блеск текстуры поверхности – определяется по отсутствию текстуры поверхности и поверхностных дефектов.

Определяется как однородность поверхности с точки зрения видимой текстуры и дефектов (апельсиновая корка, царапины, включения и т. д.)

Поэтому поверхность может казаться очень блестящей, если она имеет четко определенную зеркальную отражательную способность под зеркальным углом. Восприятие изображения, отраженного на поверхности, может быть ухудшено, если оно будет выглядеть нерезким или иметь низкий контраст. Первое характеризуется измерением четкости изображения, а второе — дымкой или контрастным блеском.

В своей статье Хантер также отметил важность трех основных факторов при измерении блеска:

• Количество света, отраженного в зеркальном направлении
• Количество и способ, которым свет распространяется вокруг зеркального направления.
• Изменение зеркального отражения при изменении угла зеркального отражения

Для своего исследования он использовал блескомер с углом зеркального отражения 45°, как и большинство первых фотоэлектрических методов такого типа. Однако более поздние исследования Хантера и Джадда в 1939 году ^[5] на большем количестве окрашенных образцов привели к выводу, что геометрия в 60 градусов является наилучшим углом для использования, чтобы обеспечить наиболее близкую корреляцию с визуальным наблюдением.

Стандартное измерение блеска

Стандартизация измерения блеска была проведена Хантером и ASTM (Американским обществом по испытаниям и материалам), которые в 1939 году разработали стандартный метод испытаний ASTM D523 для зеркального блеска. Он включал метод измерения блеска при зеркальном угле 60°. Более поздние издания стандарта (1951 г.) включали методы измерения при 20° для оценки высокоглянцевых покрытий, разработанные в компании DuPont (Хорнинг и Морзе, 1947 г.) и 85° (матовый или низкий блеск).

ASTM имеет ряд других стандартов, связанных с блеском, разработанных для применения в определенных отраслях промышленности, включая старый метод 45°, который в настоящее время используется в основном для глазурованной керамики, полиэтилена и других пластиковых пленок.

В 1937 году в бумажной промышленности был принят метод зеркального глянца под углом 75°, поскольку этот угол обеспечивал наилучшее разделение мелованной книжной бумаги. ^[6] Этот метод был принят в 1951 году Технической ассоциацией целлюлозно-бумажной промышленности как метод TAPPI T480.

В лакокрасочной промышленности измерения зеркального блеска производятся в соответствии с международным стандартом ISO 2813 (BS 3900, часть 5, Великобритания; DIN 67530, Германия; NFT 30-064, Франция; AS 1580, Австралия; JIS Z8741, Япония, также являются эквивалентами). Этот стандарт по сути такой же, как ASTM D523, хотя и составлен иначе.

Исследования полированных металлических поверхностей и анодированной алюминиевой автомобильной отделки в 1960-х годах Тинглом, ^{[7] [8]} Поттером и Джорджем привели к стандартизации измерения блеска высокоглянцевых поверхностей методом гониофотометрии под обозначением ASTM E430. В этом стандарте также определены методы измерения отчетливости блеска изображения и матовости отражения.

Смотрите также

• Список оптических тем
• Отчетливость изображения

Ссылки

1. Ingersoll Elec. World 63,645 (1914), Elec. World 64, 35 (1915); Paper 27, 18 (9 февраля 1921 г.) и US Patent 1225250 (8 мая 1917 г.)
2. Ingersoll RS, The Glarimeter, "Прибор для измерения блеска бумаги". J.Opt. Soc. Am. 5.213 (1921)
3. AH Pfund, "Измерение блеска", J. Opt. Soc. Am. 20, 23.23 (1930)
4. Хантер, RS, «Методы определения блеска», RP958 J. Res. NBS, Том 18 (1937)
5. Джадд, ДБ (1937), Глянец и глянцевитость. Am. Dyest. Rep. 26, 234–235
6. Институт химии бумаги (1937); Хантер (1958)
7. Тингл, У. Х. и Поттер, Ф. Р., «Новые марки инструментов для полированных металлических поверхностей», Product Engineering, том 27, март 1961 г.
8. Тингл, У. Х. и Джордж, Д. Дж., «Измерение характеристик внешнего вида анодированной алюминиевой автомобильной отделки», отчет № 650513, Общество инженеров-автомобилестроителей, май 1965 г.

Источники

• Колеске, Дж. В. (2011). "Часть 10". Руководство по испытаниям лакокрасочных материалов и покрытий . США: ASTM. ISBN 978-0-8031-7017-9.

• Meeten, GH (1986). Оптические свойства полимеров . Лондон: Elsevier Applied Science. стр. 326–329. ISBN 0-85334-434-5.

Внешние ссылки

• Статья в журнале PCI Magazin: Каков уровень уверенности в измерении блеска?
• NPL: Руководство по надлежащей практике измерения блеска