Светотехнические материалы

Александр Прядко

Для создания нужного освещения при проведении съемок широко используются различные приспособления (отражатели, рассеиватели, экраны и др.), изготовленные из самых разных материалов — металлов, тканей, стекол, кристаллов, оптической керамики, пластикатов. Способность этих приспособлений отражать, пропускать, поглощать или изменять спектральный состав падающего светового потока определяют светотехнические характеристики поверхности материала.

Рис. 1. Спектральные характеристики полированных металлов

Металлы. В отражателях используются металлические поверхности двух видов: полированные для зеркального (направленного) отражения и матированные для диффузного и направленно-рассеянного отражения. Материалами для этих поверхностей обычно служат такие металлы, как алюминий, хром, никель, латунь, серебро, родий, кадмий и олово, их применяют в виде сплошных листов, гальванического, химического покрытия или порошка в составе красящих веществ (бронзовая и алюминиевая краски). Зависимость коэффициента отражения полированных металлов (r) от длины волны светового излучения (λ) показана на рис.1. Наиболее часто при изготовлении отражателей используют 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. Отличительными свойствами алюминия как светотехнического материала являются высокий коэффициент отражения (0,8…0,95), постоянная отражательная способность при длительном использовании и изменении температуры в пределах 300…750К, равномерная спектральная характеристика в видимой части спектра (коэффициент отражения увеличивается на 0,1 в пределах от 400 до 700 нм).

Зеркальную серебряную поверхность отражателя получают путем гальванического отложения серебра на другом металле. Полированное серебро имеет максимальный коэффициент отражения, равный 0,95, но в результате окисления уже к концу первого года службы данный коэффициент у металлических серебряных зеркал уменьшается на 15-25%.

Хром — металл белого цвета с оттенком синего, стойкий к воздействию большинства газов и органических кислот. В атмосферных условиях хром длительное время сохраняет высокую отражающую способность и незначительно окисляется при нагревании до температуры 400…600К. Хромовые покрытия, нанесенные на подслой из меди или никеля, имеют высокую механическую прочность. Эти свойства позволяют использовать хромированные отражатели в осветительных приборах с высокими рабочими температурами. Коэффициенты отражения хромированных отражателей равны 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. Родиевые покрытия обладают высокими отражательной способностью (коэффициент отражения — 0,72…0,74) и твердостью, поэтому их применяют при производстве высококачественных отражателей. Недостатками отражателей с родиевым покрытием являются их высокая стоимость и сложность изготовления.

Никель — металл серебристо-белого цвета, стойкий к атмосферной коррозии. Но его коэффициент отражения недостаточно высок (0,55…0,60), поэтому никель часто используется в качестве подслоя под хромовые и родиевые покрытия.

Поглощение света металлами. Из всех известных веществ металлы отличаются наибольшим поглощением света. 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 в соответствии с общим законом Бугера. Отличие состоит лишь в абсолютном значении показателя поглощения a’, который у металла будет очень большим. Так, например, при длине волны 589 нм показатель поглощения серебра составляет около 8.10⁵ см^-1, платины — 9.10⁵ см^-1, алюминия — 1.10⁶ см^-1. В металлооптике используют безразмерную величину c, которая связана с показателем поглощения α’ соотношением

α’ = 4πχ/λ,

где λ — длина волны поглощаемого света в воздухе.

Если переписать последнее выражение как χ = α’λ/(4π), то будет понятно, что значение χ = 1 характеризует такой материал, который при толщине, равной λ, имеет коэффициент пропускания

τ = e^-αλ = 10^-0,434x4π=10^-5,45 = 0,355x10^-5.

Значения постоянной χ для некоторых металлов, а также их коэффициенты преломления (η) и отражения (ρ) приведены в табл.1.

Таблица 1. Постоянные χ, коэффициенты преломления (η) и отражения (ρ) некоторых металлов при λ = 589,3 нм
Металл	χ	η	ρ
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

Светотехнические характеристики некоторых материалов, применяемых в качестве отражателей осветительных приборов и экранов, приведены в табл. 2…4.

Таблица 2. Коэффициенты отражения (ρ) полированных металлов (направленное отражение)
Материал	ρ
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

Таблица 3. Коэффициенты отражения (ρ) матированных металлов (направленно-рассеянное отражение)
Материал	ρ
Стеклянное зеркало с химической матировкой	0,80…0,82
Матированный альзакированный алюминий	0,72…0,82
Алюминиевая пудра в лаке (экранные материалы)	0,70…0,75
Алюминиевая краска на нитролаке	0,50…0,60

Даже самые качественные и чистые зеркала рассеивают некоторую часть падающего светового потока. Для металлических зеркал эта часть составляет десятую или сотую долю процента, а для хорошо отполированных стекол — около тысячной доли процента.

Таблица 4. Коэффициенты отражения (ρ) диффузно отражающих материалов
Материал	ρ
Оксид магния	0,96
Сульфат бария	0,95
Оксид цинка	0,95
Диоксид 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

Свойствами, близкими к идеальному рассеивателю, кроме оксида магния, осажденного на поверхности холодного предмета при сжигании металлической ленты или металлических стружек, обладают прессованные пластинки из чистых порошков сульфата бария или карбоната кальция. Характеристики материалов разной толщины приведены в табл. 5.

Таблица 5. Коэффициенты пропускания (τ), отражения (ρ) и поглощения (α) света материалов
Материал	Толщина слоя, мм	τ	ρ	α
Стекло:
прозрачное бесцветное	1,0…3,0	0,89…0,91	0,08	0,01…0,02
узорчатое бесцветное	3,2…5,9	0,57…0,90	0,08…0,24	0,02…0,04
бесцветное, матированное песком	1,8…4,4	0,72…0,85	0,15…0,12	0,03…0,16
бесцветное, матированное кислотой	1,3…3,7	0,75…0,89	0,09…0,13	0,02…0,12
глушеное сплошное	1,3…6,1	0,10…0,66	0,30…0,75	0,04…0,28
глушеное накладное	1,5…2,0	0,45…0,55	0,40…0,50	0,04…0,06
опаловое	2,5	0,60	0,29	0,11
органическое глушеное	3,0	0,53	0,32	0,15
Арказоль	0,2…0,3	0,75	-	-
Ткань эксельсиор	0,2…0,3	0,6	-	-
Стеклоткань	0,3…0,5	0,6	-	-
Калька лавсановая	0,2…0,3	0,4…0,75	-	-
Марля белая	-	0,6…0,8	-	-
Ткань хлопчато- бумажная белая	-	0,50…0,60	0,30…0,35	0,08…0,10
Шелк белый	-	0,60…0,65	0,35…0,40	0,01…0,02

Рис.2. Объект съемки освещен прямыми солнечными лучами (слева), солнечный свет перекрыт световым диском
Рис.3. Белые, полуматовые серебряные (слева) и желтые световые диски

Отражатели, просветные экраны, конструктивно выполненные в виде гибких кругов или эллипсов, принято называть световыми дисками (лайт-дисками). Традиционный жесткий каркас в них заменен эластичной стальной лентой в виде плоской пружины. Лента заклепывается в кольцо или эллипс, а по контуру обшивается прочной светотехнической тканью, обеспечивающей рассеяние, поглощение, отражение или пропускание света.

Просветной белый световой диск (рис.2) может служить диффузно рассеивающей поверхностью, которая пропускает и отражает световой поток одновременно. Подобные диски больших размеров иногда используют в качестве белого фона.

Белые и полуматовые серебряные световые диски диаметром до 0,7 м часто используют в качестве отражателей при репортажных съемках, а желтые диски за счет селективного отражения белого света помогают имитировать свет, падающий от камина или свечи, и предзакатное освещение в виде золотистых бликов (рис.3).

Рис. 4. Световой диск с черной светопоглощающей поверхностью помогает перекрыть поток света (слева) и создать черный фон
Рис.5. Зонтичные отражатели	Рис.6. Софт-бокс

С помощью световых дисков с черной светопоглощающей поверхностью можно полностью перекрыть падающий на объект съемки свет или создать за актером черный фон (рис.4).

Обычно световые диски бывают двухсторонними (кроме просветных), например, одна сторона — белая, другая — черная, но возможны и другие сочетания сторон: золотая — серебряная, телесная — зеркально-серебряная, синяя — зеленая. Выпускаются диски для определенных дикторских фонов, электронной рир-проекции (хромакеи), создания различных цветовых эффектов и коррекции цветовой температуры. Они имеют гибкую конструкцию, поэтому их можно размещать в оконных или дверных проемах, в угловых изломах помещений.

При проведении съемок часто применяют отражатели, выполненные в виде зонтов. Внешняя и внутренняя поверхности купола зонта могут быть одинаковыми или разными: одна — отражающая, а вторая — поглощающая световой поток (рис.5). Зонтичные отражатели быстро раскрываются и легко крепятся на отдельном штативе или на штативе осветительного прибора с помощью соответствующего крепежа (грипа).

В студийных условиях для создания мягкого диффузно рассеянного света применяются софт-боксы (рис.6). Эти насадки на осветительные приборы имеют жесткий пластиковый или металлический каркас, на боковые грани которого натянута отражающая ткань (черная снаружи), а передняя часть перекрыта диффузно рассеивающим материалом. Площадь рабочей поверхности софт-бокса может быть от 40×40 см до 135×180 см.