Светотехнические материалы

Технология съемочного освещения предусматривает применение различных материалов в качестве отра­жателей, подсветов, экранов, рассеивателей и других приспособлений, выполняемых из металлов, тканей, стекла и пластикатов. Важную роль при этом также играют светотехнические характеристики поверхностей объектов съемки, материалов и естественных образований.

Металлы в качестве подсветов и отражателей подразделяются на два вида: полированные - для зеркального (направленного) отражения и матированные - для диффузного и направленно - рассеянного. Наибольшее распространение получили алюминий, хром, никель, латунь, серебро, родий, кадмий и олово, применяемые в виде сплошных листов, гальванического, химического покрытия или порошка в составе красящих веществ (бронзовая и алюминиевая краски). На рис.7 показаны спектральные характеристики полированных металлов, применяемых при съемке, в виде зависимости коэффициента отражения r ( в % ) от длины волны светового излучения λ, нм.

Рис. 7. Спектральные характеристики полированных металлов

Наиболее часто при изготовлении отражателей и подсветов используется алюминий в виде тонких листов или фольги, наклеенной на какую-либо плоскую основу, или алюминиевого порошка в составе краски. Алюминий – легкий металл серебристого цвета, стойкий к атмосферным воздействиям и коррозии. Отличительные свойства алюминия как светотехнического материала: высокий коэффициент отражения (0,8-0,95), стабильность отражательной способности при длительном пребывании на воздухе, а также при изменении температуры при нагревании в больших пределах (300-750 К), равномерная спектральная характеристика в видимой части спектра с незначительным ростом коэффициента отражения (на 0,1 в пределах от 400 до 700 нм).

Зеркало серебряного металлического отражателя получается путем гальванического отложения серебра на другом металле. Полированное серебро имеет максимальный коэффициент отражения равный 0,95. Однако серебро подвергается окислению, вследствие чего уже к концу первого года службы у металлических серебряных зеркал их коэффициент отражения уменьшает­ся на 15-25%.

Хром - металл белого цвета с оттенком синего, стойкий к воздействию большинства газов и органических кислот. В атмосферных условиях хром сохраняет высокую отражающую способность длительное время. Хром мало окисляется при нагреве до температуры 400-600 К. Механическая прочность хромовых покрытий, нанесенных на под­слой из меди, никеля, высокая. Все это позволяет использовать хромированные отражатели в осветительных приборах с высокими рабочими температурами. Коэффициенты отражения хромированных отражателей 0,61-0,62.

Родий - металл белого цвета с розовато-голубым оттенком, очень стойкий к коррозии и действию паров кислот, щелочей и других химически активных веществ, присутствующих в атмосфере. Высокая отражательная способность (коэффициент отражения 0,72-0,74) и твердость родие­вых покрытий являются ценными свойствами, которые используют­ся в производстве точных высококачественных отражателей. Недостатками отражателей с родиевым покрытием являются их высокая стоимость и сложность изготовления.

Никель - металл серебристо-белого цвета, стойкий к атмосферной коррозии. Коэффициент отражения недостаточно высок и составляет 0,55-0,60. Чаще всего никель используется как подслой под хромовые и родиевые покрытия.

Поглощение света в металлах. Из всех известных веществ наибольшим поглощением света отличаются металлы. Для того чтобы наблюдать прохождение света через слой металла, необходимо изготовить из него очень тонкие пленки—толщиной в миллионные доли миллиметра. В принципе свет, проходящий через: металл, поглощается по общему закону Бугера. Отличие состоит лишь в абсолютном значении показателя поглощения а', который в этом случае становится очень большим. Так, например, при длине волны 589 нм серебро имеет показатель поглощения около 8×10⁵ см^-1, платина - 9×10⁵ см^-1, алюминий - 1×10⁶ см^-1. Металлооптика пользуется безразмерной величиной c, связанной с показателем поглощения а' соотношением:

а'=4pc/l,

где l — длина волны поглощаемого света в воздухе. Переписав последнее выражение как c=а'l/(4p) легко сообразить, что значениеc=1 характеризует такой материал, который при толщине, равной l , имеет коэффициент пропускания:

t=e^-а'l=10^-0,434×4p =10^-5,45=0,355×10^-5

Значения постоянной c для некоторых металлов приведены в таблице 4.

Таблица 4. Оптические постоянные некоторых металлов для l=589,3 нм

Металл	c	n	r
Алюминий	5,23	1,44	0,83
Сурьма	4,94	3,04	0,70
Платина	4,26	2,06	0,70
Серебро	3,67	0,18	0,95
Висмут	3,66	1,9	0,65
Cвинец	3,48	2,01	0,62
Никель	3.42	1,58	0,66
Вольфрам	3,25	3,46	0,54
Золото	2.82	0,37	0,85
Медь	2.62	0,64	0,73

В табл. 5, 6, 6 приведены светотехнические характеристики некоторых материалов, применяемых в качестве отражателей осветительных приборов, отражательных подсветов, экранов и др.

Таблица 5. Коэффициенты отражения полированных металлов (направленное отражение)

Материал	Коэффициент отражения, r
Серебро	0,93-0,95
Стеклянное зеркало, посеребренное	0,80-0,85
Алюминий альзакированный	0.93
Алюминий, напыленный в вакууме	0,95
Родий	0,74
Никель	0,70
Хром	0,62
Олово, белая жесть	0,65-0,69

Можно отметить, что даже самые хорошие и чистые зеркала рассеивают некоторую часть падающего светового потока. Для металлических зеркал эта часть составляет десятую или сотую долю процента, а хорошо полированное стекло рассеивает около тысячной доли процента.

Таблица 6. Коэффициенты отражения матированных металлов (направленно-рассеянное отражение)

Материал	Коэффициент отражения, r
Стеклянное зеркало с химической матировкой	0,80-0,82
Матированный альзак - алюминий	0,72-0,82
Алюминиевая пудра в лаке (экранные материалы)	0,70-0,75
Алюминиевая краска на нитролаке	0,50-0,60

Таблица 7. Коэффициенты отражения практически диффузно отражающих материалов

Материал	Коэффициент отражения, r
Окись магния	0,96
Сернокислый барий	0,95
Окись цинка	0,95
Двуокись титана	0,93
Эмаль светотехническая, белая (на базе алюмината цинка)	0,85-0,90
Бело-матовый экранный материал	0,80-0,87
Матовая белая фарфоровая эмаль	0,65-0,82
Белая клеевая краска	0,65—0,70

Из светорассеивающих тел, свойства которых приближаются к свойствам идеального рассеивателя, кроме окиси магния, осажденной на поверхность холодного предмета при сжигании металлической ленты или металлических стружек, можно указать на прессованные пластинки из чистых порошков сернокислого бария или углекислого кальция.

В табл. 8 и 9 приведены сводные данные по светотехническим характеристикам материалов и естественных образований.

Таблица 8. Коэффициенты пропускания, отражения и поглощения света материалами

Материал	Коэффициент пропускания, t	Коэффициент отражения, r	Коэффициент поглощения, a	Толщина слоя материала, мм	Степень рассеяния
Стекло прозрачное бесцветное	0,89-0,91	0,08	0,01-0,02	1,0-3,0	Нет
Стекло узорчатое бесцветное	0,57-0,90	0,08-0,24	0,02-0,04	3,2-5,9	Средняя
Стекло бесцветное, матированное песком	0,72-0,85	0,15-0,12	0,03-0,16	1,8-4,4	Слабая
Стекло бесцветное, матированное кислотой	0,75-0,89	0,09-0,13	0,02-0,12	1,3-3,7	Слабая
Стекло глушеное, сплошное	0,10-0,66	0,30-0,75	0,04-0,28	1,3-6,1	Сильная
Стекло глушеное накладное	0,45-0,55	0,40-0,50	0,04-0,06	1,5-2,0	Сильная
Стекло опаловое	0,60	0,29	0,11	2,5	Средняя
Стекло органическое глушеное	0,53	0,32	0,15	3,0	Сильная
Арказоль	0,75	—	—	0,2-0,3	Средняя
Эксельсиор	0,6	—	—	0,2-0,3	Средняя
Стеклоткань	0,6	—	—	0,3-0,5	Средняя
Калька-лавсан	0,4-0.75	—	—	0,2-0,3	Средняя
Марля белая	0,6-0,8	—	—	—	Нет
Ткань хлопчатобумажная белая	0,50-0,60	0,30-0,35	0,08-0,10	—	Нет
Шелк белый	0,60-0,65	0,35-0,40	0,01-0,02	—	Нет

Таблица 9. Коэффициенты отражения некоторых поверхностей объектов съемки

Отражающая поверхность	Коэффициент отражения r	Отражающая поверхность	Коэффициент отражения r
Снег свежевыпавший	0,99	Песок красный	0,10
Снег средней свежести	0,90	Песок белый мокрый	0,08
Снег лежалый и тающий	0,60-0,80	Бетон	0,20-0,30
Бумага белая	0,75-0,85	Кирпич белый	0,35
Краска клеевая белая		Кирпич красный	0,20
све­жая	0,70-0,80	Галька белая сухая	0,32
Краска масляная или эмалевая­		Шоссе сухое	0,32
белая	0,58-0,65	Дорога грунтовая сухая	0,20-0,21
Краска клеевая белая не­		Булыжная мостовая су­хая	0.20
свежая	0,65-0,70	Шоссе мокрое	0,11
Алюминий оксидированный	0,70-0,75	Мостовая асфальтовая сухая	0.10-0.12
Алюминиевая краска	0,50-0,60	Булыжная мостовая мок­рая	0.09
Ткань полотняная белая	0,55-0,70	Мостовая асфальтовая
Шелк белый	0,35-0,40	Мокрая	0,07
Ткань хлопчатобумажная		Почва в поле сухая	0,10-0,15
белая	0,30-0,35	Почва в поле мокрая	0,06-0,08
Ткани темные (серые и		Лес лиственный , осен­ний	0.15
цветные)	0,05-0,08	Солома	0,15
Кожа человека светлая	0,35-0,40	Степь желтая сухая	0,10
Кожа лица в среднем	0,30	Жнивье	0,10
Кожа человека смуглая	0,25	Трава свежая	0,07-0,10
Стены светлых тонов в		Лес лиственный зеленый	0,07-0,12
среднем	0,30	Лес хвойный	0,04-0,07
Тес сосновый свежий	0,50	Мох влажный	0,05
Тес старый посеревший	0,14	Пахота-чернозем сухой	0,03-0,05
Бревенчатая стена	0,20	Пахота-чернозем сырой	0,02
Крыша деревянная (дранка)	0,15	Черная бумага	0,04-0,06
Известняк светлый	0,40	Черное сукно, шерсть	0,04-0,05.
Песок белый сухой	0,35	Черный бархат	0,005-0,04
Песок желтый сухой	0,15	Сажа	0,002- 0,04

Отражатели, просветные экраны, конструктивно выполненные в виде гибких кругов, эллипсов и т. п. принято называть лайт-дисками (“световые диски” – рис.8…рис.12). В этих дисках традиционный жесткий каркас заменен эластичной стальной лентой в виде плоской пружины. Лента заклепывается в кольцо или эллипс и по контуру обшивается прочной светотехнической тканью, обеспечивающей или рассеяние, или поглощение, или отражение, или пропускание света.

Просветной белый лайт-диск (рис.8) может работать как диффузно расеивающая поверхность, пропуская или отражая световой поток, снижая приэтом контраст освещения. Такой лайт-диск больших размеров используется в некоторых случаях как белый фон.

Рис. 8 – Просветной лайт-диск

Белые и полуматовые серебряные лайт-диски в виде отражателей небольших размеров диаметром до 0.7 м очень востребованы при репортажных съемках как на натуре, так и в интерьерах, а лайт-диск желтого цвета в результате селективного отражения белого света позволяет получить эффект света камина, свечей, предзакатное освещение в виде золотистых бликов даже на больших съемочных площадях до 30 кв.м (Рис.9).

Рис. 9 Лайт-диски с отражающей поверхностью

Если лайт-диск выполнен в виде черной светопоглощающей панели размерами до 1,5м, то такой панелью можно полностью перекрыть в интерьере падающий на снимаемый объект свет или создать за актером черный фон (рис.10).

Рис.10 – Лайт-диски черного цвета

Лайт-диски обычно изготавливаются двухсторонними (за исключением просветных): одна сторона – белая, другая – черная или в таких комбинациях, как золотой – серебряный, телесный – зеркально серебряный, синий – зеленый и др. Существуют диски для определенных дикторских фонов, для электронной рир-проекции – хромакей, для создания различных цветовых эффектов, для коррекции цветовой температуры. Гибкие лайт-диски легко изменяют форму и поэтому их можно разместить в оконном или дверном проеме, в угловых изломах помещений.

Рис.11 – Осветительные зонтики

Осветительные зонтики (Рис.11) также выпускаются в самых различных комбинациях:

- с единой поверхностью для отражения и пропускания светового потока

- одна поверхность отражающая, а вторая – поглощающая световой поток.

Светотехнические характеристики материалов для лайт-дисков и осветительных зонтиков позволяют создать самые различние виды отражения и пропускания светового потока. Зонтичные отражатели быстро раскрываются и легко крепятся как на отдельном штативе, так и на штативе осветительного прибора с использованием соответствующего крепежа – грипа.

Рис.12 – Софт-бокс

На рис.12 представлена насадка на осветительные приборы в виде софт-бокса. Эти насадки создают мягкий диффузно рассеяный свет. Софт-бокс представляет собой жесткий пластиковый или металлический каркас, на боковые грани которого натянута отражающая ткань (черная снаружи), а передняя часть перекрыта диффузно рассеивающим материалом. Софт-боксы (“световые короба”) получили в последние годы широкое распространение. Они имеют весьма большие площади светящейся поверхности. Можно отметить следующие типоразмеры рабочей поверхности софт-боксов: 40х40 (“лилипут”), 40х60, 50х70, 63х63, 81х81, 60х80, 90х120, 135х180 см и др. Можно отметить варианты софт-боксов в виде подвесных светящихся куполов.

Стекло,как светотехнический материал, можно разделить на две основные группы - силикатное (неорганическое) и пластмассовое (органическое, полимерное). Окрашенные в массе прозрачные стекла представляют собой цветные стёкла. Для осветительных приборов выпускается оптическое бесцветное стекло на основе силикатного. При введении в массу прозрачного стекла особых веществ получают глушеные стекла (молоч­ные, опаловые, опалиновые). Матированные стекла рассеивают свет за счет поверхностной шероховатости, полученной механическим или химическим способом.

Для просветления оптических стекол применяются пленки из фтористого магния, расположенные между двумя прозрачными слоями серебра или двуокиси кремния. Повышение коэффициента отраже­ния стекла достигается покрытием поверхности пленкой из двуокиси кремния и титана или из одной двуокиси титана. Светоделительные покрытия, распределяющие отраженный и пропущенный свет, выполняются нанесением прозрачных металлических пленок из сернистого цинка и трехсернистой сурьмы.

Силикатное стекло имеет в своей основе двуокись кремния с различными добавками-окислами, В зависимости от состава и спо­соба изготовления силикатное стекло обладает различными свойст­вами.

Стекло оптическое бесцветное отличается высокой оптической однородностью и прозрачностью (таблица 10). Оно предназначено для изготовления линз, призм, светофильтров и других оптических деталей. Оптические стекла производятся двух серий - обычные и малотемнеющие при воздействии ионизирующих излучений.

Оптическое стекло применяется в основном в видимой области спектра (380-760 нм), в ближней ультрафиолетовой -УФ (от 300 нм) и в инфракрасной -ИК (до 2000 нм). Наиболее часто применяемые оптические стекла толщиной свыше 1 мм непрозрачны для излучения на длинах волн менее 300 нм. С уменьшением толщины стекла спектральная область пропускания расширяется.

Таблица 10. Коэффициенты пропускания t% оптического бесцветного стекла разной толщины (в мм) в УФ области спектра

Длина волны, нм	0,4 мм	2 мм	4 мм	8 мм
		91,2	90,2	88,8
	91,5
				57,5
			31,7	17,8

Каждый сорт стекла по своим физическим свойствам имеет точные значения двух основных констант: показателя преломления n и коэффициента дисперсии n для определенных длин волн (спектральных линий) видимой, УФ и ИК областей спектра. Чем больше величина коэффициента дисперсии, тем меньше рассеяние. Сорта стекол, у которых n>55, называются кронами, а стекла со значениями n<50 - флинтами, за небольшим исключением. Кроны - легкие стекла с плотностью до 2,6 г/см³ и показателем преломления 1,48—1,55. Флинты - тяжелые стекла плотностью более 2,6 г/см³ и показателем преломления выше 1,55. Не существуют стекла с показателем преломления меньше 1,45 и больше 1,93, а по коэффициенту дисперсии - меньше 19 и больше 71. Константы, выходящие за пределы этих величин, относятся к кристаллам (например, флюорит: n= 1,4338, n=95,l).

Коэффициент преломления n указывается для определенной длины волны, отмечаемой в индексе буквой (таблица 11), которая обозначает спектральную линию излучения химических элементов.

Таблица 11.

Буква в индексе	Длина волны, нм	Химический элемент
i		Hg -ртуть
H	404,7	Hg - ртуть
G	431,1	Н - водород
g	435,8	Hg - ртуть
F'		Cd - кадмий
F	486,1	Н - водород
e	546,1	Hg - ртуть
d	587,6	Не - гелий
D	589,3	Na - натрий
С'	643,8	Cd - кадмий
С	656,3	Н - водород
А	766,5	К - калий

Для видимой области спектра по измеренным значениям показателя преломления коэффициент дисперсии находят из следующего выражения:

n_е=( n_е -1 )/( n_F'- n_С' ),

где n_е , n_F' , n_С' – показателя преломления стекла для спектральных линий e,F', С'. Обычно в технической литературе дается коэффициент преломления для желтой линии натрия (D) с длиной волны 589,3 нм. Показатель преломления n_е для длины волны 546,1 нм, расположенной вблизи максимума спектральной чувствительности глаза (спектральная линия ртути), называется основным показателем преломления.

Кроны (К) и флинты (Ф) обозначаются следующим образом. Кроны: ЛК — легкие, ФК — фосфатные, ТФК— тяжелые фосфатные, БК — баритовые, ТК — тяжелые, СТК — сверхтяжелые, ОК — особые. Флинты: КФ — крон-флинты, БФ — баритовые, ТБФ — тяжелые баритовые, ЛФ — лег­кие, ТФ — тяжелые, СТФ — сверхтяжелые, ОФ — особые. Стекла ОК и ОФ —с особым ходом дисперсии.

Кварцевое оптическое стекло получается плавлением природных разновидностей кремнезема (горного хрусталя), жильного кварца, кварцевого песка, а также синтетической двуокиси кремния. Различается прозрачное (оптическое и техническое) и непрозрачное. Кварцевое стекло, получаемое плавлением горного хрусталя, совершенно однородно и обладает наименьшим среди силикатных стекол показателем преломления (n_е = 1,4572, n_D = 1,4584). Температура размягчения cоставляет 1400 °С. Кварцевое стекло может быть нагрето до красного свечения, а затем, при резком охлаждении водой, остаётся без повреждений. Длительное время выдерживает температуру 1000°С. Применяется кварцевае стекло в различных оптических приборах и для изготовления баллонов источников света.

КУ-1-высокопрозрачное стекло в УФ области спектра, нелюминесцирующее, радиационно оптически устойчивое, без полосы поглощения в интервале длин волн 170-250 нм.

КУ-2 - оптически прозрачное в УФ области спектра, имеет заметную полосу поглощения в интервале длин волн 170-250 нм.

KB – оптически прозрачное в видимой области спектра, имеет заметную полосу поглощения в УФ области спектра и в интервале длин волн 2600—2800 нм.

КИ - прозрачное .в ИК области спектра без заметной полосы поглощения в нтервале длин волн 2600—2800 нм.

Цветное стекло делится на окрашенное в массе, окрашенное по поверхности и накладное. Для окраски цветных стекол применяются следующие красители: фиолетовые - окись марганца, закись никеля, трехокись неодима; синие - закись кобальта, закись меди; зеленые - окись хрома, окись урана, окислы железа; желтые - металлическое серебро, двуокись титана, двуокись церия, сульфид кадмия; красные - селен, медь, золото, селенид кадмия, соединения сурьмы. Спектральное пропускание регулируется составом и количеством красителей, а также толщиной стекла. Цветное стекло широко применяется для светофильтров.

Большое количество различных типов цветных стекол, используются в технике кино- фото- и видеосъемки. Особенно большое применение находят цветные стекла при специальных видах съемки, используемых при создании научных и учебных фильмов и для научно-технических исследований.

Каждому стеклу присвоена марка, состоящая из двух или трех букв и номера. Первая или две первых буквы являются начальными буквами наименования цвета, а последняя, одинаковая для всех стекол буква С является начальной буквой слова «стекло». Таким образом, СС1 означает «синее стекло, первое», a СЗС14 - «сине-зеленое стекло, четырнадцатое».

Группы стекол по цветам имеют следующие наименования: ультрафиолетовые (УФС), фиолетовые (ФС), синие (СC), сине-зеленые (СЗС), зеленые (ЗС), желто-зеленые (ЖЗС), оранжевые (ОС), красные (КС), инфракрасные (ИКС), пурпурные (ПС), нейтральные (НС), темные (TС) и белые стекла (БС).

Стекло УФС8 позволяет выделить при научной съемке определенные области ультрафиолетовой части спектра. Стекло УФС8 (термически устойчивое) устанавливается на осветительные приборы при съемках спецэффектов с применением люминесцентных красок.

Синие стекла СС4 или СС8 находят применение в кинокопировальных аппаратах цветной аддитивной печати; СС5 — при трехцветной аддитивной проекции; СС9 можно использовать как компенсационный светофильтр ЛН-ДС, преобразующий цветовую температуру источника света (3200К—5500К). Вопросы конверсии цветовой температуры требуют отдельного рассмотрения.

Сине-зеленое стекло СЗС17 со светофильтром ПС14 превращает источник А в источник 3200 К, а со светофильтрами ПС5 и ПС14 — источник А в источник В (4800 К) или источник С (6500 К). Стекло С3C8 со светофильтрами ПС5 и ПС14 превращает источник А в источник дневного света (5500 К), в источник 15000 К («северное небо») или в «космический» солнечный свет («свет вне атмосферы»). Стекло СЗС22 вместе с ФС7 позволяет получить сенситометрический синий. Стандартные источники белого света будут рассмотрены в следующей публикации.

Сине-зеленые стекла СЗС16, СЗС24, СЗС25, СЗС26 - теплозащитные стекла. Стекло СЗС16 - термически устойчивое.

Зеленые стекла ЗС8,ЗС10, ЗС11 ЗС8 при толщине 1,9 мм в комбинации с ЖЗС18 (2,1 мм) приводят кривую чувствительности селенового фотоэлемента к кривой спектральной чувствительности глаза; ЗС10 выделяет область 500-600 нм; ЗС11 применяется при трехцветной аддитивной проекции.

ЖЗС5 и ЖЗС10 при черно-белой съемке высветляют зелень при притемнении неба; ЖЗС18 при толщине 2,1 мм в комбинации с ЗС8 (1,9 мм) приводит спектральную чувствительность селенового фотоэлемента к кривой спектральной чувствительности глаза.

Желтые стекла ЖСЗ, ЖС4, ЖС12, ЖС17, ЖС18: ЖСЗ при черно-белой съемке снижает влияние слабой дымки; ЖС4 поглощает ультрафиолетовую часть спектра, в частности при черно-белой съемке в горах; ЖС12 — «слабый желтый» светофильтр при черно-белой съемке; ЖС17 — «средний желтый» при черно-белой съемке; ЖС18 — «плотный желтый» при черно-белой съемке, сенситометрический желтый светофильтр, в комбинации с СЗС22 находит применение в кинокопировальных аппаратах цветной аддитивной печати (толщина стекол ЖС12, ЖС17 и ЖС18 - 5 мм).

Оранжевые стекла ОС5, ОС6, ОС12, ОС14: ОС5 (толщина 1мм) или ОС6 (толщина 2 мм) — компенсационные светофильтры (эти светофильтры и их применение требуют отдельного рассмотрения) для цветной натурной съемки на пленках типа ЛН, сбалансированных на цветовую температуру 3200 К; ОС12 — «средний оранжевый» светофильтр при черно-белой съемке; ОС14 — «плотный оранжевый» при черно-белой съемке (толщина стекол ОС12 и ОС14 — 5 мм)

Красные стекла КС11, КС14, КС19: КС11 используются в копировальных аппаратах цветной аддитивной печати; «слабый красный» светофильтр - при черно-белой съемке и при трехцветной аддитивной проекции; КС14 – сенситометрический красный светофильтр; «плотный красный» светофильтр - при черно-белой съемке; КС19 выделяет области излучений 700—2800 нм.

Пурпурные стекла ПС5, ПС8, ПС14: ПС5 в комбина­ции с ПС14 и СЗС17 превращает источник А в источник В и С и источник дневного света 5500 К; комбинации ПС5, ПС14 и С3C8 превращают источник А в источник 15000 К («северное небо») или в «космический» солнечный свет; ПС8 поглощает область излучений 500—550 нм.

Инфракрасные стекла ИКС служат для избирательного выделения зон инфракрасного излучения в основном при научной кино-фотосъемке.

Нейтральные стекла НС используются для равномерного ослабления света по всему видимому спектру. При научной съемке очень ярких самосветящихся объектов оператор часто встречается с затруднениями, связанными с получением на пленке чрезмерно большого значения экспозиции. Сильное диафрагмирование объектива в этом случае, например до относительных отверстий порядка 1:16-1:22, не может быть рекомендовано вследствие того, что у большинства объективов при диафрагмировании более чем 1:5,6-1:8 значительно снижается разрешающая способность. Хорошим выходом из положения в таких случаях является применение нейтрально-серых светофильтров из стекла типа НС, устанавливаемых перед объективом съемочной камеры.

Белые стекла БС применяются для получения избирательного пропускания излучения в разных зонах УФ части спектра, в основном при научной киносъемке. Стекла БС11, БС14 и БС15 пропускают также и ИК излучение.

Увиолевымистеклами называются стекла, пропускающие световые излучения с длиной волны короче 400 нм, относящиеся к биологически активной области спектра. Слово увиолевый означает: «у» - за пределами, «виоле» - фиолетового. Бывают бесцветные и черные стекла. В увиолевых стеклах отсутствуют компоненты, поглощающие УФ лучи.

По химическому составу увиолевые стекла делятся на четыре группы, имеющие следующие нижние границы пропускания: кварцевое –185 нм, боросиликатное –220 нм, фосфатное (чёрное) – 250 нм, силикатное – 260 нм.

Например, для эритемного силикатного стекла С89-4 на длине волны равной 296 нм коэффициент пропускания составляет 65%, а на длине волны 253,7 нм только 2 %.

Черные увиолевые стекла непрозрачны для видимой области спектра. При толщине 2 мм они имеют следующую полосу пропускания: 240-400 нм (УФС1), 270-380 нм (УФС2), 320-390 нм (УФС3), 340-390 нм (УФС4).

Неувиолевые стекла поглощают УФ, фиолетовые и часть синих лучей и применяются в качестве защитных от УФ излучений мощных дуговых и других источников света. Эти стёкла могут быть бесцветными и цветными.

От варки к варке спектральные свойства цветных стекол несколько изменяются. Допустимые отклонения нормируются ГОСТ и Техническими условиями. Для точных расчетов, например, комбинированных светофильтров, преобразующих нормированное распределение энергии или цветовую температуру одних источников света в другие, необходимо определять характеристики стекол путем непосредственных измерений.

Под влиянием нагрева спектральное поглощение многих стекол изменяется, а при охлаждении, как правило, восстанавливается. Общим для всех стекол является смещение при нагревании коротковолновой границы и полос поглощения в область более длинных волн, размывание полос поглощения и увеличение плотности в минимумах. В некоторых случаях эти изменения значительны. Например, оптическая плотность стекол типа C3C20—З3C25 в зоне минимального пропускания инфракрасных лучей при нагреве до 400°С падает приблизительно в два раза.

Граница поглощения желтых, оранжевых и красных стекол при повышении температуры на каждые 100°С смещается на 10—15 нм. Особенно сильно смещается граница у темно-красных стекол. Это следует учитывать при использовании стекол в качестве светофильтров на источниках света.

У некоторых стекол, в частности марок УФС, под влиянием длительного ультрафиолетового облучения может изменяться их спектральное поглощение в ультрафиолетовой части спектра в сторону увеличения. Специальной термообработкой прозрачность этих стекол можно восстановить почти полностью.

Технические условия на размеры, толщину, качество стекол (их спектральную характеристику, пузырность, бессвильность) и условия поставки для большинства марок установлены ГОСТом.

Фотостекло - стекло для фотографических пластинок, характеризуется повышенной ровностью и гладкостью поверхности с равномерной прозрачностью. Выпускается в зависимости от размеров толщиной 1; 1,2; 1,4; 1,8 и 2мм. Разнотолщинность не превышает 0,1 мм. Коэффициент пропускания в видимой области спектра для стекла толщиной: до 1,8 мм составляет не менее 90 %,толщиной до 2 мм – не менее 87 %.

К светотехническим стеклам относятся теплозащитные стекла (теплофильтры), которые задерживают ИК излучение и пропускают видимый свет. Подразделяются на теплопоглощающие, теплорассеивающие и теплоотражающие.

Плоское прозрачное стекло: оконное толщиной 2; 2,5; 3; 4; 5 и 6 мм с коэффициентом пропускания 0,84—0,87 в зависимости от толщины; витринное толщиной 8—10 мм с коэффициентом пропускания не менее 0,84; полированное с коэффициентом пропускания 0,86—0,96.

Призматические стекла - линзы дисковые ступенчатые для кинопрожекторов (линзы Френеля)- применяются для оптики прожекторов и предназначены для формирования пучка световых лучей (таблица 12).

Таблица 12.

Обозначение линзы Френеля	ЛФ 100-68	ЛФ 150-100	ЛФ 250-150	ЛФ 355-250	ЛФ 505-350	ЛФ 610-420
Внешний диаметр линзы, мм	100 ±1,0	150±1,5	250 ±1,5	355 ±2,0	505–4,5+2,0	610-4,5+2,5
Фокусное расстояние, мм	68—76	100—112	150—168	250—280	350—392	420—470
Коэффициент усиления	20—13	32—24	45—35	60—35	60—40	92—55

Органическое светотехническое стекло изготовляется из полимеров. Выпускается прозрачным и рассеивающим, бесцветным и окрашенным, в листах, гранулах и порошке. Для изготовления стекол со свойствами, близкими к силикатным кроновым стеклам, применяется метилметакрилат (плексиглас марок CT-1 и СОЛ) и целлулоид; для стекол со свойствами флинта - полистирол и полидихростирол. Бесцветное органическое стекло характерно оптической прозрачностью в ближней УФ области спектра.

По светотехническим характеристикам выделяются шесть групп органических стекол: I группа - прозрачные. У остальных стекол степень рассеяния света возрастает от II к V группе, приближаясь у последней к диффузному с одновременным снижением коэффициента пропускания. Стекла VI группы полностью непрозрачные, они примененяются в качестве отражателей и для них нормируется только коэффициент отражения (таблица13).

Таблица 13. Светотехнические характеристики органических стекол

Группа	t	a	r
I	0,90-0,70	0,05 (0,1)	-
II	0,80-0,60	0,05 (0,1)	-
III	0,70-0,50	0,05 (0,1)	-
IV	0,65-0,40	0,05 (0,1)	-
V	0,39-0,20	0,10 (0,15)	-
VI	-	-	0,85

В скобках указаны коэффициенты поглощения для окрашенного органического стекла.

Таблица 14. Спектральные коэффициенты пропускания t_l органических стекол СОЛ, СТ-1, 2-55, Т2-55 в диапазоне длин волн l от 320 до 1600 нм.

l, нм
СОЛ	0,53	0,76	0,86	0,88	0,89	0,92	0,9	0,9	0,61	0,6	0,7
СТ-1		0,11	0,85	0,89	0,9	0,9	0,92	0,92	0,9	0,6	0,69
2-55		0,67	0,85	0,88	0,9	0,88	0,88	0,82	0,5	0,49	0,25
Т2-55			0,45	0,74	0,8	0,9	0,89	0,9	0,8	0,6	0,49

Устранение электризации предметов из оргстекла. Для устранения электростатического электричества, способствующего собиранию пыли на поверхностях, предметы из оргстекла обрабатывают антистатическими химическими средствами (антистатиками). Их действие основано на повышении электропроводимости поверхностей, обеспечивающей утечку электростатического заряда. В качестве антистатиков для пластмасс применяют поверхностно-активные вещества (ПАВ). Растворы ПАВ (0,5-10 %) наносят на поверхности при погружении в раствор, протиркой или пульверизацией. Поверхности после обработки сушатся при температуре 20-25 °С в течение 3-5 ч. , а затем при 50—60 °С в течение 20 ч.

При поверхностном нанесений длительность действия ПАВ зависит от концентрации раствора и свойств растворителя. Антистатические свойства сохраняются не менее месяца. Антистатиками являются: для полиэтилена - оксамин С-2; для полистирола - оксанол ЦС-17, алкамон ДЛ, моющее средство ОП-7, ОП-10; для полиметилметакрилата - алкамон ДЛ, ОП-7, ОП-10, ОС-2 (ОП-7 и ОП-10 заменяются некоторыми бытовыми моющими средствами).

Техническое органическое стекло: ТОСП - пластифицированное, ТОСН - непластифицированное. Выпускается прозрачным (бесцветным и цветным) и непрозрачным (красным, желтым, оранжевым, зеленым и синим), размерами от 100х100 до 1250х1150 мм при толщине листов от 1 до 200 мм.

Силикатные светотехнические стекла. Эти стёкла имеют свои обозначения и характеристики, приведенные в таблице 15.

Таблица 15.

Марка	Название	t,%
В	Различные виды стекла	80—40
Г	Глушеное газовоздушными включениями	75—40
Д	Декорированное
М	Молочное	75—40
НМ	Накладное молочное	75—50
НМЦ	Накладное молочное цветное	60—30
О	Опаловое	80—65
П	Прозрачное
Р	Рифленое
Ц	Цветное

В обозначении стекла имеются буквы, показывающие вид обработки: Б - необработанная поверхность, С - сочетание рифления с декорированием.

Светорассеивающие стекла отличаются по своему рассеивающему эффекту: объемный (молочные, опаловые, опалиновые), поверхностный (матированные) и объемно-поверхностный (глушеные матированные).

Глушеное стекло. Рассеяние света здесь достигается введением в массу стекла частичек глушителя размером 10—200 нм различной концентрации. Степень заглушенности колеблется от незначительной до предельной, характеризующей полное непропускание света. По степени заглушенности стекла подразделяются на молочные (наиболее заглушенные), опаловые и опалиновые (наименее заглушенные). Глушеные стекла обладают направленным пропусканием, отличающим их от матированных стекол. Характер направленности выражается четким изображением нити накала лампы, излучающей свет в красной области спектра. Если с расстояния 100 мм нить накала лампы мощностью 100Вт не просматривается, то стекло считается молочным. Через опаловое стекло нить лампы едва различается, сквозь опалиновое нить видна хорошо.

Глушеные стекла могут быть сплошными и накладными. Накладные бывают с односторонним и двусторонним светорассеивающими слоями. При малых размерах и малой концентрации частиц глушеное стекло в отраженном свете имеет голубоватую окраску, а в проходящем - красноватую (опаловое стекло). При больших размерах и высо­кой концентрации частиц глушителя стекло отражает и пропускает свет неизбирательно и имеет молочно-белую окраску (молочное стекло).

Молочное стекло. Характерными особенностями в рассеянии падающего света обладает часто используемое в светотехнических, фотометрических и оптических приборах молочное стекло. Оно отличается от прозрачного тем, что в процессе его выработки в остывающей прозрачной массе стекла появляется очень большое число мелких (порядка 1 мкм) частиц иного показателя преломления, которые делают стекло непрозрачным и напоминающим по внешнему виду твердое молоко (откуда и его название).

Если из такого стекла изготовить пластинку с полированными поверхностями, то и в отношении светорассеяния эта пластинка будет иметь много общего с чистой поверхностью молока. От окиси магния, сернокислого бария и других белых порошков молочное стекло (и молоко) отличается тем, что в первом случае светорассеивающие частицы находятся в воздухе, а во втором - в веществе с показателем преломления, большем единицы (стекло, вода). Гладкая поверхность раздела воздуха и стекла (или воздуха и воды) отражает зеркально часть падающего света в соответствии с формулами Френеля (см. “625”, №7, 2004). Основная часть светового потока входит внутрь стекла и рассеивается массой мелких неоднородностей. В результате некоторая доля потока выходит обратно (или проходит через слой), претерпевая новое отражение и преломление на поверхности раздела. Часть потока поглощается в толще стекла.

Таким образом, при отражении пучка света от полированного молочного стекла наблюдаются два различных явления: зеркальное отражение от гладкой поверхности и диффузное рассеяние в массе мелких частиц. На это различие иногда не обращают должного внимания, что приводит к недоразумениям.

Заводы оптического стекла выпускают более 10 сортов светорассеивающих стекол:

МС— молочное, ОНС — отражающее нейтральное стекло. Стекла марок МС16, МС17, МС18 и МС19 с показателем преломления п=1,472 предназначены для изготовления образцов и рабочих эталонов мутности, а также имитаторов рассеивающих средств. Стекла марок МС12 (п=1,49), МС13 (п=1,51), МС19 (п=1,472) и МС23 (п=1,52) предназначены для изготовления деталей, преобразующих направленный световой поток в диффузный при работе в проходящем свете. Стекло марок МС20 (взамен МС14) с п=1,52 и стекла ОНС1, ОНС2, ОНСЗ и ОНС4 с п=1,5 предназначены для изготовления непрозрачных деталей, диффузно отражающих направленный свет (экраны, сферы, кюветы, пластины, образцы сравнения и рабочие эталоны белизны отражения).Стекло МС-23 предназначено для рассеяния проходящего света и потому отражает относительно малую часть падающего потока. При толщине 1 мм стекло МС-23 пропускает примерно 70 % падающего светового потока, рассеивая его достаточно равномерно по всем направлениям. Еще равномернее рассеивает это стекло при толщине 2 мм и 3 мм, но тогда его коэффициенты пропускания составляют 60 и 50 %.

Когда нужно по возможности воспроизвести поверхность идеального рассеивателя, то пользуются полированной пластинкой из стекла МС-20 толщиной 7-8 мм, которая отражает 97 % светового потока, падающего на нее по нормали. В пределах видимого спектра коэффициент отражения такой пластинки колеблется от 94 до 97%. Около 4% падающего потока отражается зеркально от гладкой поверхности, а остальная часть выходит из толщи стекла после рассеяния на внутренних неоднородностях. Как можно увидеть из таблицы 16 изменения коэффициента отражения молочных стекол в видимой части спектра в зависимости от длины волны незначительны.

Таблица 16. Спектральный коэффициент отражения r_l молочных стекол

l, нм	МС20 (МС14)	ОНС1	ОНС2	ОНСЗ	ОНС4
	0,935	0,69	0,45	0,29	0,17
	0,945	0,715	0,485	0,3	0,165
	0,96	0,735	0,515	0,3	0,155
	0,97	0,74	0,53	0,295	0,155
	0,97	0,74	0,53	0,29	0,15
	0,97	0,74	0,525	0,285	0,15
	0,965	0,735	0,525	0,28	0,15
	0,965	0,735	0,525	0,275	0,165

Таблица 17.Общий коэффициент пропускания молочных стекол в зависимости от толщины

Толщина, мм	МС12	МС13	МС19	МС23
	0,36	0,78	—	0,68
	0,27	0,68	0,91	0,61
	—	0,59	—	0,53
	—	—	0,86	—
	—	—	0,82	—
	—	—	0,79	—

Матированные стекла со значительной степенью матирования имеют коэффициент пропусканияравный 0,7-0,85. Коэффициент пропускания с глянцевой и матированной стороны различен. Больший коэффициент наблюдается если, матированная поверхность будет направлена в сторону источника света.

Нормативные данные по показателям пропускания t, отражения r и поглощения a силикатных рассеивающих стекол приведены в таблице 18.

Таблица 18. Силикатные рассеивающие стекла

Тип	Название	t	r	a
НМ	Накладное молочное полностью рассеивающее	0,3-0,5	0,3-0,5	0,7-0,8
НМП	Накладное молочное с малой составляющей прямого пропускания	0,5-0,7	0,2-0,3	0,5-0,7
НМЦ	Накладное молочное цветное	0,3-0,6	0,2-0,3	0,5-0,8
О	Опаловое с заметным пропусканием и хорошим рассеянием	0,5-0,8	-	0,1-0,2
М, МЦ	Матированное бесцветное или цветное с зернистой структурой поверхности, полученной химическим способом	0,7-0,8	-	0,1-0,15
ПО	Прозрачное, окрашенное рассеивающей краской	0,5-0,7	-	0,1-0,15
М	Молочное	0,35	0,5	0,1
О	Опаловое	0,55	0,35	0,1
О	Опалиновое	0,7	0,25	0,05
	Химически матированное	0,96	-	-
	Односторонне механически матированное стекло	0,35-0,87	-	-
	Двусторонне химически матированное стекло	0,83	-	-
	Двусторонне механически матированное стекло	0,28	-	-

Рентгеновские защитные стекла выпускаются двух марок: ТФ5 и ТФ105 (тяжелый флинт) толщинойот 10 дo 50 мм. Форма стекол - прямоугольная размерами от 146х135 до 600х500 мм и круглая - диаметром от 30 до 250 мм. Защитные свойства характеризуются свинцовым эквивалентом при напряжении180-200 кВ, т. е. толщиной слоя свинца в миллиметрах, ослабляющего рентгеновское излучение в то же число раз, что и данное защитное стекло ( Таблица 19).

Таблица 19.

Толщина стекла, мм
Свинцовый эквивалент, мм	2,5	4,0	5,0	6,0	13,5

Оптические стекла с особыми свойствами. Инфракрасные бескислородные стекла (ИКС) прозрачны в диапазоне 1-17 мкм. Отличаются отсутствием компонентов, содержащих кислород.

Люминесцирующие стекла содержат неодим. Обозначаются индексом ГЛС (генерирующие люминесцирующие стекла). Имеют узкие полосы люминесценции. На полосу 1060 нм приходится до 80 % всей энергии люминесценции. Применяются для изготовления активных элементов твердотельных лазеров направленного излучения с длиной волны излучения 900, 1060 и 1300 нм.

Фотохромные стекла (ФХС), обратимые. Меняют свою прозрачность при изменении освещенности. Основные характеристики: коэффициент монохромности К_ф -величина, показывающая уменьшение оптической плотности при нагреве на 30 °С; чувствительность S_ф - величина, обратная количеству освещения, необходимого для получения добавочной плотности D = 0,2. Стекло ФХСЗ, с параметрами К_ф=0,5...0,7 и S_ф=(2...5)10^-6 (лк×с)^-1, применяется для изготовления светофильтров и светозащитных очков.

Оптические керамика и кристаллы характеризуются свойствами, отсутствующими у оптического стекла: пропусканием в УФ и ИК областях спектра и значительной величиной коэффициента основной средней дисперсии при малом показателе преломления.

Оптическая керамика (КО) — поликристаллический материал производится методом горячего прессования под большим давлением в вакууме. Обладает высокой механической прочностью и термостойкостью.Предназначена для различных оптических приборов ИК диапазона и подложек интерференционных осветительных фильтров. Оптическая керамика КО4 прозрачна в диапазоне 1-20 мкм, КО5 - в диапазоне 18 мкм.

Хлористый натрий NaCl - мягкий природный кристалл (каменная соль) с коэффициентом преломления п = 1,52 на длине волны излучения 2000 нм. Прозрачен в спектральной области 250—3000 нм. Растворим в воде и глицерине, гигроскопичен. Применяется для изготовления спектральных призм ИК. диапазона.

Бромистый калий КВг - мягкий кристалл с п=1,54 на длине волны излучения 2000 нм. Прозрачен в области спектра 210—27000 нм. Растворим в воде и глицерине, гигроскопичен. Применяется для изготовления спектральных призм ИК диапазона.

Хлористый калий КС1 - природный минерал (сильвин), мягкий, гигроскопичный. Растворим в воде, щелочах, эфире, глицерине. Прозрачен в области спектра 330—21 000 нм. Применяется для конденсоров микроскопов УФ и призм ИК диапазонов.

Фтористый кальций CaF - природный флюорит, твердый, хрупкий кристалл с

п = 1,42 на волне 2000 нм. Прозрачен в диапазоне180—10000 нм. Негигроскопичен и нерастворим в воде. Применяется для изготовления деталей микроскопов и призм спектроскопов УФ и ИК диапазонов.

Фтористый литий LiF - кристалл средней твердости с п = 1,38 на волне 2000 нм. Прозрачен в области спектра 180—6000 нм. Негигроскопичен и практически нерастворим в воде. Применяется для изготовления оптических деталей УФ и ИК диапазонов.

Германий Ge - синтетический хрупкий кристалл с п = 4,12 на волне 2000 нм. Непрозрачен в видимой области спектра, пропускает излучения от 2000 до 15000нм и от 40000 до 60000 нм. Требует просветления из-зa больших потерь на отражение при преломлении. Применяется в ИК диапазоне.

Кремний Si - синтетический хрупкий кристалл с п = 3,46 на волне 2000 нм. Непрозрачен в видимой области спектра. Пропускает лучи в области от 15000 до 22000 нм.

Кварц кристаллический SiО₂ - синтетический кристалл (природный - горный хрусталь) с п= 1,52 на волне 2000 нм. Имеет .слабовыраженное двойное лучепреломление. Прозрачен в области спектра 180—10000 нм. Применяется для изготовления оптических деталей спектральных и поляризационных приборов.

Кальцит СаСОз - синтетический кристалл (природный - исландский шпат), хрупкий и нетермостойкий с п = 1,66 на волне 560 им. Имеет сильно выраженное двойное лучепреломление. Пропускает видимую и ближнюю ИК область спектра.

Фтористый магний MgF₂ - природный кристалл средней твердости, нерастворим в воде с п = 1,38 в дипазоне излучений 400—700 нм. Пропускает лучи в области спектра 100-1000 нм. Применяется для интерференционных и интерференционно-поляризационных фильтров. .

Лейкосапфир - искусственный кристалл, беспримесный корунд А1₂O₃ (природный корунд - сапфир). Термостойкий и химически стойкий кристалл. С примесью хрома представляет собой рубин, применяемый для активных тел лазеров. Изготовляется следующих марок: Л-У — для УФ области, Л-В — для видимой и Л-И — для инфракрасной области спектра.

Белые пигменты являются составной частью многих светотехнических материалов. Они улучшают отражение и рассеяние светового потока. Применяются белые пигменты в качестве наполнителей эмалей, красок и органических стекол. Различаются светоотражающие и светорассеивающие (глушители) пигменты. В таблицах 20 и 21 приведены показатели преломления пи коэффициенты отражения r белых пигментов.

Таблица 20. Белые светоотражающие пигменты.

Пигмент	п	r
Окись цинка	1,95—2,05	0,95
Литопон	1,84	0,8—0,85
Барий сернокислый	1,63—1,64	0,95
Белила свинцовые	1,94—1,09	0,96
Двуокись титана - рутил (сильно флуоресцирует)	2,6	0,93
Двуокись титана - анастаз (флуоресценция отсутствует)	2,20—2,4	0,93
Алюминат цинка	—	0,97
Алюминат цинка бариевый	—	0,95
Алюмосиликат	—	0,94

Таблица 21. Белые светорассеивающие пигменты

Пигмент	п
Двуокись титана	2,20 – 2,76
Сернистый цинк	2,37
Двуокись церия	2.33
Двуокись циркония	2,13 – 2,20
Мышьяковистый свинец	2.14
Двуокись олова	2,4
Трехокись мышьяка	1,73
Фтористый кальций	1,44
Криолит	1,34
Фтористый натрий	1,33
Воздух или газ	1,00

Белые эмали используются при изготовлении диффузных отражателей. Наиболее распространены белые эмали с пигментом двуокиси титана и алюм