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光沢とは、表面が鏡面反射（鏡のような反射）方向に光をどれだけよく反射するかを示す光学特性です。これは、物体の視覚的な外観を記述するために使用される重要なパラメータの1つです。光の正反射または拡散反射および透過の知覚に関連するその他の視覚的外観のカテゴリは、光沢を含む3つの変数を持つ順序システムでセシアの概念の下に整理されています。光沢に影響を与える要因は、材料の屈折率、入射光の角度、および表面のテクスチャです。
見かけの光沢は、鏡面反射（入射光と同じ量で、かつ入射光と対称な角度で表面から反射される光）の量と、拡散反射（他の方向に散乱される光の量）の量との比較によって決まります。
光が物体を照らすと、光は様々な方法で物体と相互作用します。
表面の質感の違いは、鏡面反射のレベルに直接影響を与えます。表面が滑らかな物体、つまり高度に研磨された物体や、微細な顔料が分散したコーティングが施された物体は、大量の光が鏡面方向に反射されるため、目には光沢があるように見えます。一方、粗い表面は光が他の方向に散乱するため鏡面反射がなく、そのため光沢がなく見えます。このような表面は像形成特性がはるかに低いため、反射像はぼやけて歪んで見えます。
基材の種類も表面の光沢に影響を与えます。非金属材料、つまりプラスチックなどは、材料の色によって光が吸収されたり拡散散乱されたりするため、照射角度が大きいほど反射光が多くなります。金属はこの影響を受けないため、どの角度でも高い反射率を示します。
フレネルの公式は鏡面反射率を与え、強度の無偏光光の場合入射角において強度の鏡面反射ビームの強度を与える表面試料の屈折率は。
フレネル方程式は次のように表されます 。
表面粗さは鏡面反射率に影響を与えます。可視光域では、マイクロメートル単位の表面仕上げが最も重要です。右の図は、ある角度での反射を示しています。粗い表面で、特徴的な粗さの高さの変化がある表面の突起の上部と下部から反射された光線の経路差は次のとおりです。
光の波長が位相差は次のようになります。
もしが小さい場合、2つのビーム（図1参照）はほぼ同位相となり、建設的干渉が生じるため、試料表面は滑らかであるとみなすことができます。しかし、すると、ビームは同位相ではなく、破壊的干渉によって互いに打ち消し合います。鏡面反射光の強度が低いということは、表面が粗く、光が他の方向に散乱することを意味します。中間位相値を滑らかな表面の基準とすると、そして、上記の式に代入すると次のようになります。
この滑らかな表面条件は、レイリー粗さ基準として知られています。
光沢知覚に関する初期の研究は、1914年に紙の光沢の影響を調べたレナード・R・インガソール[ 1 ] [ 2 ]によるものとされている。インガソールは、計測機器を用いて光沢を定量的に測定することで、鏡面反射では光が偏光しているのに対し、拡散反射では光が非偏光であるという理論に基づいて研究を行った。インガソールの「光沢計」は、入射角と視野角が57.5°の鏡面幾何学構造であった。この構成を用いて、偏光フィルターを使用して全反射率から鏡面反射成分を差し引くコントラスト法によって光沢を測定した。
1930年代のAH Pfundの研究[ 3 ]では、鏡面光沢は光沢の基本的な（客観的な）証拠であるが、実際の表面の光沢の外観（主観的）は、鏡面光沢と周囲の表面領域の拡散光とのコントラスト（現在では「コントラスト光沢」または「光沢」と呼ばれる）に関係すると示唆された。
同じ光沢を持つ黒と白の表面を視覚的に比較すると、黒い表面は白い表面と周囲のコントラストに比べて、鏡面反射光と黒い周囲のコントラストが大きいため、常に光沢が増して見える。プフントはまた、光沢を正しく分析するには複数の方法が必要であることを最初に提唱した人物でもある。
1937年、RS Hunter [ 4 ]は、光沢に関する研究論文の中で、見かけの光沢に起因する6つの異なる視覚的基準について説明した。以下の図は、入射光線I、鏡面反射光線S、拡散反射光線D、およびほぼ鏡面反射光線Bの関係を示している。
表面から反射される光と、その表面に入射する光との比として定義される。
入射角と視角がかすめるときの光沢として定義される
表面に垂直な方向で鏡面反射される光と拡散反射される光の比率として定義される。
霞とは、鏡面反射光に隣接する霞や乳白色の外観がないことを示す尺度として定義され、霞はブルームがない状態の逆数である。
鏡面反射光の鮮明さとして定義される
表面の質感や欠陥（オレンジピール、傷、異物など）に関して、表面の均一性として定義される。
したがって、表面が鏡面反射角において明確な鏡面反射率を持つ場合、非常に光沢があるように見えることがあります。表面に反射された画像の知覚は、ぼやけて見えたり、コントラストが低く見えたりすることで低下する可能性があります。前者は画像の鮮明度を測定することで特徴づけられ、後者は霞みやコントラスト光沢によって特徴づけられます。
ハンターは論文の中で、光沢の測定において重要な3つの主要な要素についても指摘している。
彼の研究では、この種の初期の光電法のほとんどと同様に、鏡面反射角45°の光沢計が使用されましたが、1939年にハンターとDBジャッドが行った後の研究[ 5 ]では、より多くの塗装サンプルを用いて、60度の幾何学が視覚観察に最も近い相関関係を得るために使用するのに最適な角度であると結論付けられました。
光沢測定の標準化は、ハンターとASTM （米国材料試験協会）によって主導され、1939年に鏡面光沢のASTM D523標準試験方法が策定されました。この方法には、鏡面角度60°での光沢測定方法が組み込まれていました。この規格の後の版（1951年）では、デュポン社で開発された高光沢仕上げを評価するための20°での測定方法（ホーニングとモース、1947年）と、85°（マット、または低光沢）での測定方法が追加されました。
ASTMには、特定の産業での適用を目的とした光沢関連の規格が他にも多数あり、その中には、主に釉薬をかけた陶磁器、ポリエチレン、その他のプラスチックフィルムに使用されている旧式の45°法も含まれる。
1937年、製紙業界は、コート紙の分離に最適な角度である75°の鏡面光沢法を採用した。[ 6 ]この方法は、1951年にパルプ・製紙工業技術協会によってTAPPI法T480として採用された。
塗料業界では、鏡面光沢の測定は国際規格ISO 2813に従って行われます（英国規格BS 3900、パート5、ドイツ規格DIN 67530、フランス規格NFT 30-064、オーストラリア規格AS 1580、日本規格JIS Z8741も同等です）。この規格は、作成方法が異なりますが、基本的にASTM D523と同じです。
1960年代にTingle [ 7 ] [ 8 ]、Potter、Georgeが行った研磨された金属表面と陽極酸化アルミニウム自動車トリムの研究により、ASTM E430という名称でゴニオフォトメトリーによる高光沢表面の光沢測定の標準化が実現しました。この規格では、画像光沢の鮮明度と反射ヘイズの測定方法も定義されています。
![{\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]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/edf132fcf032bbd8ad4957c364c8a259be4a352c)
