Gloss (Optik)

Glanzreflexion

Glanz ist ein optisch Eigenschaft, die angibt, wie gut eine Oberfläche Licht in a reflektiert spekuliert (spiegelartig) Richtung. Es ist einer der wichtigen Parameter, die zur Beschreibung der verwendet werden Erscheinungsbild eines Objekts. Die Faktoren, die Glanz beeinflussen, sind der Brechungsindex des Materials, der Winkel des einfallenden Lichts und der Oberflächentopographie.

Scheinbarer Glanz hängt von der Menge an ab spekuliert Reflexion - Licht reflektiert von der Oberfläche in gleicher Menge und dem symmetrischen Winkel zum eingehenden Licht - im Vergleich zu diffus Betrachtung - Die Lichtmenge, die in andere Richtungen verstreut ist.

Theorie

Spekulare und diffuse Reflexion

Wenn Licht ein Objekt beleuchtet, interagiert es auf verschiedene Arten mit ihm:

• In diesem (weitgehend für die Farbe verantwortlich) absorbiert)
• Durch sie übertragen (abhängig von der Oberflächentransparenz und Deckkraft)
• Aus oder darin verstreut (diffuse Reflexion, Dunst und Übertragung)
• Speziell daraus reflektiert (Glanz)

Variationen der Oberflächenstruktur beeinflussen direkt die Spiegelreflexion. Objekte mit einer glatten Oberfläche, d. H. Hoch Polierte oder enthaltende Beschichtungen mit fein dispergierten Pigmenten, erscheinen glänzend für das Auge, da eine große Menge an Licht in spiegelender Richtung reflektiert wird, während raue Oberflächen kein Spiegellicht reflektieren, da das Licht in andere Richtungen verstreut ist und erscheint daher langweilig. Die Bildformungsqualitäten dieser Oberflächen sind viel geringer, sodass alle Reflexionen verschwommen und verzerrt erscheinen.

Der Substratmaterialtyp beeinflusst auch den Glanz einer Oberfläche. Nicht-metallische Materialien, d. H. Kunststoffe usw. erzeugen ein höheres reflektiertes Licht, wenn es in einem größeren Beleuchtungswinkel beleuchtet wird, da das Licht in das Material absorbiert oder abhängig von der Farbe des Materials diffus gestreut wird. Metalle leiden nicht unter diesem Effekt und erzeugen in einem Winkel höhere Reflexionsmengen.

Die Fresnel -Formel gibt den Spiegelreflexionsvermögen an, ${\ displayStyle r_ {s}}$, für ein unpolarisiertes Licht von Intensität ${\ displayStyle i_ {0}}$im Inzidenzwinkel ${\ displayStyle i}$, geben die Intensität des spezifisch reflektierten Intensitätsstrahls ${\ displayStyle i_ {r}}$, während der Brechungsindex der Oberflächenprobe ist ${\ displayStyle m}$.

Das Fresnel -Gleichung wird wie folgt gegeben: ${\ displayStyle r_ {s} = {\ frac {i_ {r}} {i_ {0}}}}$

$oder }} {\ cos i+{\ sqrt {m^{2}-\ sin^{2} i}}} \ rechts)^{2}+\ links ({\ frac {m^{2} \ cos i -{\ sqrt {m^{2}-\ sin^{2} i}}} {m^{2} \ cos i+{\ sqrt {m^{2}-\ sin^{2} i}}} } \ rechts)^{2} \ rechts]}$

Oberflächenrauheit

Abbildung 1: Spekulare Reflexion des Lichts von einer rauen Oberfläche

Oberflächenrauheit beeinflusst die Spiegelreflexionsniveaus; In den sichtbaren Frequenzen die Oberflächenveredlung in dem Mikrometer Reichweite ist am relevantesten. Das Diagramm rechts zeigt die Reflexion in einem Winkel ${\ displayStyle i}$ auf einer rauen Oberfläche mit einer charakteristischen Rauheitshöhe ${\ displayStyle H}$. Der Pfadunterschied zwischen Strahlen, die von oben und unten der Oberflächenbeule reflektiert werden, lautet:

${\ displayStyle \ Delta r = 2H \ cos i \;}$

Wenn die Wellenlänge des Lichts ist ${\ displayStyle \ lambda}$Der Phasenunterschied wird sein:

${\ displayStyle \ delta \ phi = {\ frac {4 \ pi h \ cos i} {\ lambda} \;}$

Wenn ${\ displayStyle \ delta \ phi \;}$ ist klein, die beiden Strahlen (siehe Abbildung 1) sind nahezu in der Phase, was dazu führt konstruktive Beeinflussung; Daher kann die Probeoberfläche als glatt angesehen werden. Aber wenn ${\ displayStyle \ delta \ phi = \ pi \;}$und dann sind Strahlen nicht in Phase und durch Destruktive InterferenzEs tritt auf eine Stornierung voneinander. Niedrige Intensität des spezifisch reflektierten Lichts bedeutet, dass die Oberfläche rau ist und das Licht in andere Richtungen verstreut. Wenn der mittlere Phasenwert als Kriterium für eine glatte Oberfläche genommen wird, ${\ displayStyle \ delta \ phi <\ pi /2}$und dann erzeugt die Ersetzung in die obige Gleichung:

${\ displayStyle H <{\ frac {\ lambda} {8 \ cos i}} \;}$

Dieser glatte Oberflächenzustand ist als der bekannt als der Rayleigh Rauheitkriterium.

Geschichte

Die frühesten Studien zur Glanzwahrnehmung werden auf Ingersoll zugeschrieben^[1][2] der 1914 die Wirkung von Glanz auf Papier untersuchte. Durch quantitatives Messen von Glanz unter Verwendung von Instrumentierungsingersoll seine Forschung auf die Theorie basiert, dass Licht in Spiegelreflexion polarisiert wird, während diffus reflektiertes Licht nicht polarisiert ist. Das Ingersoll „Glarimeter“ hatte eine spiegelende Geometrie mit einfallenden und Betrachtungswinkeln bei 57,5 ​​°. Unter Verwendung dieser Konfiguration wurde Gloss unter Verwendung einer Kontrastmethode gemessen, die die Spiegelkomponente vom Gesamtreflexionsvermögen unter Verwendung eines Polarisationsfilters subtrahierte.

In den 1930er Jahren Arbeit von A. H. Pfund,^[3] Dies schlug vor, dass zwar spekuläres Glanz der grundlegende (objektive) Nachweis eines Glanzes ist, das tatsächliche Oberflächenglänzung (subjektiv) auf den Kontrast zwischen spiegelender Schützlichkeit und dem diffusen Licht der umgebenden Oberfläche (heute als „Kontrastglanz“ oder „Glanz“ bezeichnet) bezieht. .

Wenn schwarze und weiße Oberflächen der gleichen Glanz visuell verglichen werden, erscheint die schwarze Oberfläche aufgrund des größeren Kontrasts zwischen dem Spiegellicht und der schwarzen Umgebung im Vergleich zu der weißen Oberfläche und der Umgebung immer glänzend. PFund war auch der erste, der darauf hindeutete, dass mehr als eine Methode erforderlich war, um den Glanz richtig zu analysieren.

1937 Hunter,^[4] Im Rahmen seines Forschungsarbeitens über Gloss beschrieben sechs verschiedene visuelle Kriterien, die dem offensichtlichen Glanz zugeschrieben wurden. Die folgenden Diagramme zeigen die Beziehungen zwischen einem einfallenden Lichtstrahl, I, einem spezifisch reflektierten Strahl, S, einem diffus reflektierten Strahl, D und einem nahezu speziell reflektierten Strahl, B.

• Specular Gloss - die wahrgenommene Helligkeit und die Brillanz von Highlights

Definiert als das Verhältnis des Lichts, das von einer Oberfläche in einem gleichen, aber gegenüberliegenden Winkel zu dem Vorfall auf der Oberfläche reflektiert wird.

• Glanz - die wahrgenommene Glanz in geringen Weidelegeln

Definiert als der Glanz in Weidegeln der Inzidenz und des Betrachtens

• Kontrastglanz - die wahrgenommene Helligkeit von spiegelend und diffus reflektierenden Bereichen

Definiert als das Verhältnis des spezifisch reflektierten Lichts zu dem diffus reflektierten normalen zur Oberfläche;

• Abwesenheit von Blüte - die wahrgenommene Trübung in Reflexionen in der Nähe der Spiegelrichtung

Definiert als Maß für das Fehlen von Trübtern oder ein milchiges Erscheinungsbild neben dem spiegelisch reflektierten Licht: Dunst ist die Umkehrung der Abwesenheit des Blütens

• Unterscheidungslosigkeit des Bildglanz

Definiert als die Schärfe des spezifisch reflektierten Lichts

• Oberflächenstruktur Gloss - identifiziert durch den Mangel an Oberflächenstruktur und Oberflächenfehler

Definiert als Gleichmäßigkeit der Oberfläche in Bezug auf sichtbare Textur und Defekte (Orangenschale, Kratzer, Einschlüsse usw.)

Eine Oberfläche kann daher sehr glänzend erscheinen, wenn sie im Spiegelwinkel ein genau definiertes Spiegelreflexionsvermögen aufweist. Die Wahrnehmung eines in der Oberfläche reflektierten Bildes kann durch Unscharf oder durch geringer Kontrast abgebaut werden. Ersteres ist gekennzeichnet durch die Messung der Unterscheidungsverschiedenheit und des letzteren durch den Dunst oder den Kontrastglanz.

In seinem Papierjäger bemerkte auch die Bedeutung von drei Hauptfaktoren für die Messung des Glanzes:

• Die in spiegelenden Richtung reflektierte Lichtmenge
• Die Menge und Art und Weise, wie sich das Licht um die Spiegelrichtung ausbreitet
• Die Änderung der Spiegelreflexion bei der Spiegelwinkel ändert sich

Für seine Forschung benutzte er a Glossmeter Mit einem spiegelenden Winkel von 45 ° ebenso wie die meisten der ersten photoelektrischen Methoden dieser Art, Studien später von Hunter und Judd im Jahr 1939, jedoch^[5] Bei einer größeren Anzahl von bemalten Proben kamen zu dem Schluss, dass die 60 -Grad -Geometrie der beste Blickwinkel war, um die engste Korrelation zu einer visuellen Beobachtung zu ermöglichen.

Standard -Glanzmessung

Die Standardisierung der Glanzmessung wurde von Hunter und ASTM (American Society for Testing and Materials) angeführt, die 1939 ASTM D523 -Standard -Testmethode für Spiegelglanz produzierten. Dies umfasste eine Methode zur Messung des Gloss in einem Spiegelwinkel von 60 °. Spätere Ausgaben des Standards (1951) umfassten Methoden zur Messung bei 20 ° zur Bewertung hoher Glanzflächen, die bei der Dupont Company (Horning and Morse, 1947) und 85 ° (matt oder niedrig, glänzend) entwickelt wurden.

ASTM verfügt über eine Reihe anderer glänzungsbedingter Standards für die Anwendung in bestimmten Branchen, einschließlich der alten 45 ° -Methode, die hauptsächlich für glasierte Keramik, Polyethylen und andere Kunststofffilme verwendet wird.

Im Jahr 1937 verfolgte die Papierindustrie eine Methode mit einem Spekulär-Gloss mit 75 °, da der Winkel die beste Trennung von beschichteten Buchpapieren ergab.^[6] Diese Methode wurde 1951 von der technischen Assoziation von Zellstoff- und Papierindustrie als Tappi -Methode T480 angewendet.

In der Lackbranche werden die Messungen des Specular Gloss gemäß den internationalen Standard-ISO 2813 (BS 3900, Teil 5, Großbritannien; DIN 67530, Deutschland; NFT 30-064, Frankreich; als 1580, Australien; Jis Z8741, Japan, sind sind. auch gleichwertig). Dieser Standard ist im Wesentlichen der gleiche wie ASTM D523, obwohl sie unterschiedlich eingezogen wurden.

Untersuchungen polierter Metalloberflächen und anodierter Aluminium -Automobilverkleidung in den 1960er Jahren von Tingle,^[7][8] Potter und George führten zur Standardisierung der Glanzmessung von Hochglanzflächen durch Goniophotometrie unter der Bezeichnung ASTM E430. In diesem Standard definierte es auch Methoden zur Messung der Unterscheidungslosigkeit von Bildglanz und Reflexionsdunst.

Siehe auch

• Liste der optischen Themen
• Unterscheidungskraft des Bildes

Verweise

Quellen

• Koleske, J.V. (2011). "Teil 10". Lack- und Beschichtungstesthandbuch. USA: ASTM. ISBN 978-0-8031-7017-9.

• Meeting, G.H. (1986). Optische Eigenschaften von Polymeren. London: Elsevier Applied Science. S. 326–329. ISBN 0-85334-434-5.

Externe Links

• PCI -Magazinartikel: Was ist das Vertrauen in die Messung des Glanzes?
• NPL: Gute Praxisleitfaden für die Messung des Glanzes