Глянец (оптика) - Gloss (optics)

Отражение блеска

Глянец является оптический свойство, которое указывает, насколько хорошо поверхность отражает свет в зеркальный (зеркальное) направление. Это один из важных параметров, которые используются для описания внешний вид объекта. Факторы, влияющие на блеск, - это показатель преломления материала, угол падающего света и поверхность. топография.

Видимый блеск зависит от количества зеркальный отражение - свет, отраженный от поверхности в равном количестве и под симметричным углом к входящему свету - по сравнению с размытый отражение - количество света, рассеянного в других направлениях.

Теория

Зеркальное и диффузное отражение

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

Впитывается в него (в значительной степени отвечает за цвет)
Передается через него (в зависимости от прозрачности и непрозрачности поверхности)
Рассеяны изнутри или изнутри (диффузное отражение, дымка и пропускание)
Зеркально отражается от него (глянец)

Вариации текстуры поверхности напрямую влияют на уровень зеркального отражения. Объекты с гладкой поверхностью, т.е. хорошо отполированные или содержащие покрытия с мелкодисперсными пигментами, выглядят блестящими для глаза из-за большого количества света, отражающегося в зеркальном направлении, в то время как шероховатые поверхности не отражают зеркальный свет, поскольку свет рассеивается в других направлениях и поэтому кажется тусклым. Качество формирования изображения этих поверхностей намного ниже, поэтому любые отражения выглядят размытыми и искаженными.

Тип материала основания также влияет на блеск поверхности. Неметаллические материалы, то есть 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, вызывая большее количество отражений под любым углом.

Формула Френеля дает коэффициент зеркального отражения, ${ displaystyle R_ {s}}$ , для неполяризованного света интенсивность ${ displaystyle I_ {0}}$ , под углом падения ${ displaystyle i}$ , давая интенсивность зеркально отраженного луча интенсивности ${ displaystyle I_ {r}}$ , а показатель преломления образца поверхности равен ${ displaystyle m}$ .

В Уравнение Френеля дается 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 в микрометровом диапазоне влияет на уровни зеркального отражения. На диаграмме справа показано отражение под углом. ${ displaystyle i}$ на шероховатой поверхности с характерной высотой шероховатости ${ displaystyle h}$ . Разница в пути между лучами, отраженными сверху и снизу от неровностей поверхности, составляет:

{ displaystyle Delta r = 2h cos i ;}

Когда длина волны света равна ${ displaystyle lambda}$ , разность фаз составит:

{ displaystyle Delta phi = { frac {4 pi h cos i} { lambda}} ;}

Если ${ Displaystyle Delta phi ;}$ малая, два луча (см. рис. 1) почти совпадают по фазе, поэтому поверхность образца можно считать гладкой. Но когда ${ displaystyle Delta phi = pi ;}$ , то лучи не совпадают по фазе и из-за интерференции произойдет взаимное подавление. Низкая интенсивность зеркально отраженного света означает, что поверхность шероховатая и рассеивает свет в других направлениях. Если произвольным критерием гладкости поверхности является ${ displaystyle Delta phi <{ frac { pi} {2}}}$ , то замена в приведенное выше уравнение даст:

{ displaystyle 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 о том, что свет поляризуется при зеркальном отражении, тогда как диффузно отраженный свет не поляризован. «Глариметр» Ingersoll имел зеркальную геометрию с углами падения и обзора 57,5 °. Используя эту конфигурацию, блеск измеряли с использованием метода контраста, который вычитал зеркальную составляющую из общего коэффициента отражения с использованием поляризационного фильтра.

В 1930-е годы работы А. Х. Пфунда,^[3] предположил, что хотя зеркальное сияние является основным (объективным) свидетельством глянца, фактический глянцевый внешний вид поверхности (субъективно) связан с контрастом между зеркальным блеском и рассеянным светом окружающей поверхности (теперь это называется «контрастный блеск» или «блеск»). .

Если визуально сравнить черные и белые поверхности одного и того же блеска, черная поверхность всегда будет казаться более глянцевой из-за большего контраста между зеркальным светом 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 по глянцу описал шесть различных визуальных критериев, приписываемых кажущемуся глянцу. На следующих диаграммах показаны отношения между падающим лучом света I, зеркально отраженным лучом S, диффузно отраженным лучом D и почти зеркально отраженным лучом B.

Зеркальный блеск - воспринимаемая яркость и сияние бликов

Зеркальный блеск

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

Блеск - ощущение блеска при низких углах скольжения

Шин

Определяется как блеск при скользящих углах падения и обзора.

Контрастный блеск - воспринимаемая яркость зеркально и диффузно отражающих областей

Контрастный блеск

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

Отсутствие цветения - воспринимаемая облачность в отражениях вблизи зеркального направления

Отсутствие цветения

Определяется как мера отсутствия помутнения или молочного цвета рядом с зеркально отраженным светом: помутнение - это противоположность отсутствия цветения

Отчетливость глянца изображения - определяется отчетливостью изображений, отраженных на поверхностях

Отчетливость глянца изображения

Определяется как резкость зеркально отраженного света

Блеск текстуры поверхности - определяется по отсутствию текстуры и дефектов поверхности.

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

Следовательно, поверхность может выглядеть очень блестящей, если она имеет четко определенную зеркальную отражательную способность под углом зеркального отражения. Восприятие изображения, отраженного от поверхности, может ухудшиться из-за того, что оно будет выглядеть нерезким или иметь низкий контраст. Первый характеризуется измерением четкости изображения, а второй - матовостью или контрастным блеском.

Образцы блеска

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

Количество света, отраженного в зеркальном направлении
Количество и способ распространения света вокруг зеркального направления
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 г.^[5] на большем количестве окрашенных образцов, пришел к выводу, что геометрия в 60 градусов была лучшим углом для использования, чтобы обеспечить самую близкую корреляцию с визуальным наблюдением.

Стандартное измерение блеска

Стандартизация измерения блеска была проведена Хантером и ASTM (Американское общество испытаний и материалов), которые в 1939 г. разработали стандартный метод испытаний ASTM D523 для зеркального блеска. Он включал метод измерения блеска под углом зеркального отражения 60 °. В более поздние издания Стандарта (1951 г.) были включены методы измерения при 20 ° для оценки глянцевого покрытия, разработанные в компании DuPont (Хорнинг и Морс, 1947) и 85 ° (матовый, или низкий, глянцевый).

ASTM имеет ряд других стандартов, связанных с глянцем, 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 блеска 75 °, потому что 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 сути, такой же, как ASTM D523, хотя составлен иначе.

Исследования полированных металлических поверхностей и анодированной алюминиевой автомобильной отделки в 1960-х годах Тинглом,^[7]^[8] Поттер и Джордж привели к стандартизации измерения глянца высокоглянцевых поверхностей с помощью гониофотометрии под обозначением ASTM E430. В этом стандарте также определены методы измерения четкости глянца изображения и дымки отражения.

Смотрите также

Источники

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

Meeten, G.H. (1986). Оптические свойства полимеров. Лондон: Прикладная наука Эльзевьера. С. 326–329. ISBN 0-85334-434-5.

внешняя ссылка

[1] Ingersoll Elec. Мир 63 645 (1914), Elec. Мир 64, 35 (1915); Бумаги 27, 18 (9 февраля 1921 г.) и патент США 1225250 (8 мая 1917 г.).

[2] Ингерсолл Р. С., Глариметр, «Прибор для измерения блеска бумаги». J.Opt. Soc. Являюсь. 5,213 (1921)

[3] А. Х. Пфунд, «Измерение блеска», J. Opt. Soc. Являюсь. 20, 23,23 (1930)

[4] Хантер, Р. С., «Методы определения блеска», RP958 J. Res. NBS, том 18 (1937)

[5] Джадд, Д. Б. (1937), Блеск и глянцевитость. Являюсь. Краситель. Реп. 26, 234–235

[6] Институт химии бумаги (1937); Охотник (1958)

[7] Тингл, У. Х. и Поттер, Ф. Р., «Новые марки инструментов для полированных металлических поверхностей», «Разработка продуктов», том 27, март 1961 г.

[8] Тингл У. Х. и Джордж Д. Дж. «Измерение характеристик внешнего вида автомобильной отделки из анодированного алюминия», Отчет № 650513, Общество автомобильных инженеров, май 1965 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]