Измерение глянца (лоска) полиграфических материалов и изделий

Определение понятия лоска (блеска, глянца)

Понятие лоска или глянца полиграфической продукции хорошо знакомо каждому специалисту, тем не менее чёткое определение этой характеристики требует специального толкования. Во-первых, это связано с тем, что различные пользователи применяют различные определения глянца полиграфической продукции. Во-вторых, существует даже точка зрения, что глянец невозможно измерить фотометрическим прибором, поскольку это понятие чисто физиологическое, присущее нашему зрительному аппарату и не характеризующее какие-либо обьективные свойства печатного оттиска. И наконец, в измерительной технике приборы для определения глянца-блескометры широкого массового применения не нашли.

На самом деле глянец (лоск, блеск) имеет совершенно определённый физический смысл. Эта характеристика очень важна в практике полиграфии, поскольку блики на печатной продукции затрудняют чтение текстов и, наоборот, привлекают внимание в тех случаях когда речь идёт о рекламе или об упаковке.

Мы будем руководствоваться определением глянца, данного в государственном стандарте ГОСТ 12921-61, в котором определено понятие “лоск” и даны основные светотехнические условия, которыми следует руководствоваться при измерении этой физической величины.

Согласно определению ГОСТ 12921-61 под понятием “лоск” подразумевается отношение интенсивности светового потока, зеркально отражённого под углом 75° от поверхности обьекта к интенсивности светового потока, отражённого от поверхности чёрного полированного стекла, которое должно отражать 26% падающего на него под тем же углом света. Рис. 1 поясняет ситуацию.

Это определение означает, что для измерения блеска необходимо создать фотометр зеркального отражения, в котором в качестве стандарта следует взять чёрное, полированное стекло. Коэффициент отражения в 26% определяется свойствами волны, отражённой от идеальной полированной поверхности. Чёрное стекло следует брать по той причине, чтобы избежать переотражений от нижней грани образца, а также свести к нулю обьёмное отражение самой стеклянной  пластины. Отражение чёрной, полированной пластины под углом в 75% является по определению 100% лоском.

Итак, глянцем (лоском, блеском) согласно ГОСТ 12921-61 называют физическую величину

где Iбл. – интенсивность светового потока, отражённого от обьекта под углом в 750, Iч.с. – интенсивность светового потока, отражённого под тем же углом от чёрного, полированного стекла. Индекс 750 отмечает угол наблюдения при измерениях.

Теоретическая часть.

Основные положения ГОСТ 12921 – 61 базируются на физических свойствах поверхности твёрдых тел – на отражении света поверхностью и рассеянии излучения на поверхности.

Под отражением в оптике подразумевается количество энергии светового потока, испытывающего отражение. Зеркальным отражением называют долю световой энергии, отражённой под углом падения. Для идеальной отражающей поверхности имеет место закон отражения a = n, где l - угол падения, n - угол отражения.

Рассеяние излучения – более многогранный процесс. Сюда включают следующие процессы:

1. Диффузное отражение. Это по своей сути зеркальное отражение от шероховатостей поверхности, малые участки которой оказываются расположенными под разными углами к падающему световому пучку. Это отражение характеризуется законом косинусов согласно которому площадка dS отражает следующее излучение в пространство световой поток dF в телесном угле dw как:

dF = B×ddS×Cos(u - a)

Здесь u - угол наблюдения излучения, a - угол падения, телесный угол dw = df/R2, где df – площадь фотоприёмника, R – расстояние от фотоприёмника до наблюдаемого обьекта. B – энергитическая яркость освещённого обьекта, равная

Здесь F0 – мощность падающего на поверхность светового потока, a - угол падения излучения на поверхность и dw - телесный угол, под которым элемент поверхности dS освещается точечным источником, находящимся на расстоянии R´ от поверхности dS. Формула 3 и 4 поясняются рис. 2.  J – источник света; df – площадка фотоприёмника рис.2

В соответствии с формулой 3 идеально матовая поверхность будет отражать свет с распределением, изображённым на рис. 3

2. Истинное рассеяние.

При освещении поверхности твёрдого тела возможно вторичное излучение крохотных участков поверхности. Такое рассеяние может быть когерентным, т.е. без изменения фазы световой волны и некогерентным, когда между процессом взаимодействия падающего излучения и излучением вторичных волн возможны процессы, изменяющие фазу и (или) частоту падающих волн. К таким процессам относятся люминесценция, комбинационное рассеяние, и ряд других процессов, реально не встречающихся в практике полиграфии.

Истинное рассеяние направлено в направлении падающего излучения,  располагаясь в узком конусе. Чаще всего это рассеяние “вперёд” направлено внутрь обьёма твёрдого тела и вызывает во внутренних участках многократное рассеяние. Последнее частично вновь выходит наружу, и его пространственное распределение снова следует закону косинусов Ламберта.

3. Дифракционные явления на матовой поверхности.

Этот вид рассеяния обусловлен тем, что размеры шероховатостей зачастую имеют периодическую структуру. В этом случае при больших углах падения вершины неровностей начинают работать как дифракционная решётка, т.е. дают квазизеркальное отражение с концентрацией энергии под углом a = n. При таком рассеянии высшие порядки дифракции отсутствуют, а наблюдается дополнительный “зеркальный блеск”.

Обобщая сказанное, на глянцевой поверхности зеркальное отражение накладывается на светорассеяние. Источником информации могли бы быть точные угловые фотометрические измерения, т.е. получение зависимости интенсивности отражённого поверхностью светового потока от угла наблюдения. Следует учесть что на процессы отражения и рассеяния на поверхности может наложиться отражение и рассеяние обьёмом твёрдого тела, переотражение, возможны процессы люминесценции, комбинационного расеяния, комптон – эффект и т.д. Теория и практика этих процессов достаточно сложна и для практики особого значения не имеет, хотя в настоящее время существуют металлизированные бумаги и бумаги с люминисцентным покрытием. Для таких обьектов лоск, измеренный по ГОСТ 12921 – 61 может превышать 100%, что с точки зрения традиционной науки некорректно. Тем не менее в подавляющем большинстве случаев измерение лоска по ГОСТ 12921-61 вполне приемлимо для определения уровня бликов, уровня глянца полиграфической продукции.

Реальная индикатрисса  рассеяния поверхности какого – либо оттиска есть наложение зеркальной составляющей и составлющей от диффузного отражения. Энергетически величина сигнала  (за исключением оговоренных случаев с метализированными или люминисцирующими  обьектами) будет меньше сигнала от идеально отполированного чёрного стекла.