Блеск (оптика)

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

Глянцевое отражение

Глянец — это оптическое свойство, которое показывает, насколько хорошо поверхность отражает свет в зеркальном направлении. Это один из важных параметров, которые используются для описания внешнего вида объекта. Другие категории визуального внешнего вида, связанные с восприятием регулярного или рассеянного отражения и пропускания света, были организованы в рамках концепции cesia в системе порядка с тремя переменными, включая блеск среди задействованных аспектов. Факторами, влияющими на блеск, являются показатель преломления материала, угол падения света и топография поверхности .

Видимый блеск зависит от количества зеркального отражения – света, отраженного от поверхности в равном количестве и угла, симметричного углу падающего света – по сравнению с диффузным отражением – количества света, рассеянного в других направлениях.

Теория

Зеркальное и диффузное отражение

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

• Впитывается в него (в основном отвечает за цвет)
• Передается через него (в зависимости от прозрачности и непрозрачности поверхности)
• Рассеянные внутри или внутри него (диффузное отражение, дымка и пропускание)
• Зеркально от него отражается (глянец)

Изменения текстуры поверхности напрямую влияют на уровень зеркального отражения. Объекты с гладкой поверхностью, т. е. тщательно отполированные или содержащие покрытия с мелкодисперсными пигментами, кажутся глазу блестящими из-за того, что большое количество света отражается в зеркальном направлении, тогда как шероховатые поверхности не отражают зеркального света, поскольку свет рассеивается в других направлениях. и поэтому кажется скучным. Качество изображения этих поверхностей намного ниже, в результате чего любые отражения кажутся размытыми и искаженными.

Тип материала подложки также влияет на блеск поверхности. Неметаллические материалы, например, пластмассы и т. д., производят более высокий уровень отраженного света при освещении под большим углом освещения из-за того, что свет поглощается материалом или диффузно рассеивается в зависимости от цвета материала. Металлы не страдают от этого эффекта, создавая более сильное отражение под любым углом.

Формула Френеля дает коэффициент зеркального отражения , для неполяризованного света с интенсивностью , под углом падения , что дает интенсивность зеркально отраженного луча с интенсивностью , в то время как показатель преломления образца поверхности 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 уровень зеркального отражения; в видимых частотах наиболее важна обработка поверхности в микрометровом диапазоне. На диаграмме справа показано отражение под углом на шероховатой поверхности с характерным изменением высоты шероховатости . Разность хода лучей, отраженных от верхней и нижней части неровностей поверхности, равна: ${\displaystyle i}$ ${\displaystyle \Delta h}$

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

При длине волны света разность фаз будет равна: ${\displaystyle \lambda }$

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

Если оно мало, два луча (см. рисунок 1) находятся почти в фазе, что приводит к конструктивной интерференции ; поэтому поверхность образца можно считать гладкой. Но когда , то лучи не совпадают по фазе и из-за деструктивной интерференции произойдет взаимное подавление друг друга. Низкая интенсивность зеркально отраженного света означает, что поверхность шероховатая и рассеивает свет в других направлениях. Если среднее значение фазы принимается в качестве критерия гладкой поверхности, то подстановка в приведенное выше уравнение 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 глянца приписываются Ингерсоллу ^{[1] [2]} , который в 1914 году исследовал влияние глянца на бумагу. Количественно измеряя блеск с помощью приборов, Ингерсолл основывал свои исследования на теории, согласно которой свет поляризуется при зеркальном отражении, тогда как диффузно отраженный свет неполяризуется. «Глариметр» Ingersoll имел зеркальную геометрию с углами падения и обзора 57,5 ​​°. При использовании этой конфигурации блеск измерялся с использованием контрастного метода, при котором зеркальный компонент вычитался из общего коэффициента отражения с использованием поляризационного фильтра.

В работе 1930-х годов А.Х. Пфунд ^[3] предположил, что, хотя зеркальный блеск является основным (объективным) признаком блеска, фактический глянцевый вид поверхности (субъективный) связан с контрастом между зеркальным блеском и рассеянным светом окружающей поверхности ( теперь называется «контрастный блеск» или «глянец»).

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

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

• Зеркальный блеск – воспринимаемая яркость и яркость светлых участков.

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 обзора.

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

Определяется как отношение зеркально отраженного света к диффузно отраженному нормально к поверхности;

• Отсутствие цветения – кажущаяся облачность в отражениях вблизи зеркального направления.

Определяется как мера отсутствия дымки или молочного оттенка, примыкающего к зеркально отраженному свету: дымка является противоположностью отсутствия цветения.

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

Определяется как резкость зеркально отраженного света.

• Блеск текстуры поверхности – определяется отсутствием текстуры поверхности и дефектами поверхности.

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

Поэтому поверхность может выглядеть очень блестящей, если она имеет четко выраженный коэффициент зеркального отражения под углом зеркального отражения. Восприятие изображения, отраженного от поверхности, может ухудшиться из-за нерезкости или низкой контрастности. Первый характеризуется измерением четкости изображения, а второй - матовостью 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 распространения света в зеркальном направлении.
• Изменение зеркального отражения при изменении угла зеркального отражения

Для своих исследований он использовал блескомер с углом зеркального отражения 45°, как и большинство первых фотоэлектрических методов этого типа; однако более поздние исследования Хантера и Джадда в 1939 году ^[5] на большем количестве окрашенных образцов пришли к выводу, что Геометрия 60 градусов была лучшим углом, чтобы обеспечить максимальную корреляцию с визуальным наблюдением.

Стандартное измерение блеска

Стандартизацию измерения блеска провели Хантер и ASTM (Американское общество по испытаниям и материалам), которые в 1939 году разработали стандарт ASTM D523 для определения зеркального блеска. Он включал метод измерения блеска под углом зеркального блеска 60 °. Более поздние издания Стандарта (1951 г.) включали методы измерения под углом 20° для оценки отделки с высоким глянцем, разработанные в компании DuPont (Хорнинг и Морс, 1947 г.), и под углом 85° (матовый или слабый глянец).

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

В 1937 году бумажная промышленность приняла метод зеркального блеска под углом 75°, поскольку этот угол обеспечивал лучшее 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 эквивалент). Этот стандарт по существу аналогичен ASTM D523, хотя и составлен по-другому.

Исследования полированных металлических поверхностей и автомобильной отделки из анодированного алюминия в 1960-х годах, проведенные Тинглом, ^{[7] [8]} Поттером и Джорджем, привели к стандартизации измерения блеска высокоглянцевых поверхностей с помощью гониофотометрии под обозначением ASTM E430. В этом стандарте также определены методы измерения различимости глянца изображения и матовости при отражении.

Смотрите также

• Список оптических тем
• Отчетливость изображения

Рекомендации

1. Ingersoll Elec. Мир 63645 (1914), Электр. Мир 64, 35 (1915); Документы 27, 18 (9 февраля 1921 г.) и патент США 1225250 (8 мая 1917 г.).
2. Ingersoll RS, Глариметр, «Прибор для измерения блеска бумаги». J.Опт. Соц. Являюсь. 5,213 (1921)
3. А. Х. Пфунд, «Измерение блеска», J. Opt. Соц. Являюсь. 20, 23.23 (1930)
4. Хантер, Р.С., «Методы определения блеска», RP958 J. Res. НБС, том 18 (1937)
5. Джадд, Д.Б. (1937), Блеск и глянцевитость. Являюсь. Краситель. Отчет 26, 234–235.
6. Институт химии бумаги (1937); Охотник (1958)
7. Тингл, У.Х. и Поттер, Франция, «Новые марки инструментов для полированных металлических поверхностей», Product Engineering, том 27, март 1961 г.
8. Тингл, WH, и Джордж, DJ, «Измерение характеристик внешнего вида автомобильной отделки из анодированного алюминия», отчет № 650513, Общество инженеров автомобильной промышленности, май 1965 г.

Источники

• Колеске, СП (2011). «Часть 10». Руководство по испытаниям красок и покрытий . США: ASTM. ISBN 978-0-8031-7017-9.

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

Внешние ссылки

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