Оптические свойства

16 Апреля в 9:28 9654 0


В реальном мире каждый объект, который мы видим, является результатом отражения света от этого объекта. Отражение воспринимается сверхчувствительным (в пределах определенных длин волн) фотодетектором, а именно человеческим глазом (Рис. 1.8.8). Таким образом, у нас есть три составляющие: источник света, объект и наблюдатель. Каждая из этих составляющих оказывает влияние на то, что мы видим. Если поместить яблоко перед тремя разными людьми и попросить их описать его цвет, то можно получить три разных ответа. Одному из них оно покажется просто красным, другому — темно-красным, третьему — ярко-красным. Ответы будут разными потому, что каждый из них обладает разной цветовой чувствительностью и разным пониманием цвета.

 

Источник света

 stomatologicheskoe materialovedenie_1.8.8.jpg

Рис. 1.8.8. Восприятие внешнего вида объекта зависит от источника света, оптических свойств самого объекта и от способности глаза отображать свет в видимой части спектра на сетчатке

 

Существуют три характеристики объекта, определяющие природу отраженного света: Цвет. Цвет объекта, воспринимаемый нашим глазом является функцией (1) спектра цветов источника света, попадающего на поверхность объекта, и (2) преобразования этого спектра поверхностью объекта.

 

Прозрачность. Количество и спектр света, отражаемого объектом и воспринимаемого нашим глазом, зависит от способности света проходить сквозь материал, где его параметры будут меняться. Эти изменения зависят от таких оптических свойств материала, как светопоглощение и светорассеяние, а также от цвета фона, расположенного за объектом.

 

Текстура поверхности объекта. Свет может отражаться от таких поверхностей, как зеркало, или рассеиваться во всех направлениях. В первом случае поверхность объекта окажется идеально отполированной, а во втором — шероховатой (матовой).

 

Цвет

 

Восприятие цвета глубоко субъективно, поскольку представляет собой физиологическую реакцию на физический раздражитель. Например, если несколько человек попытаются выбрать цвет пломбировочного материала, соответствующий окраске натурального зуба, то их мнение может быть различным. Это происходит потому, что глаз недостаточно точно воспринимает свет, а за восприятием следует интерпретация в головном мозге отраженного или рассеянного материалом света. Этот процесс различен у разных людей. Проблемы с определением цвета испытывают люди, страдающие нарушениями цветового зрения, что указывает на нарушение у них способности определения цвета. Следовательно, восприятие не позволяет провести количественную оценку цвета, а может установить лишь его наличие.

 

Свет — это электромагнитное излучение, которое может быть воспринято человеческим глазом. Ньютон (1666) воспроизвел спектр разных цветов, направив луч света на стеклянную призму, которая превратила его в многоцветную полосу. Эти цвета оказались идентичными цветам радуги. Ньютон показал, что белый цвет фактически представляет собой комбинацию широкого спектра цветных лучей. На Рис. 1.8.9 представлен весь спектр электромагнитного излучения, от ультрафиолетового до инфракрасного. Из рисунка видно, что видимый свет составляет только небольшую часть полного спектра электромагнитного излучения. Длина волн видимого света расположена в диапазоне от 380 до 780 нанометров (1 нанометр [нм] = 10~ м). Спектр видимого света проходит через ультрафиолетовую область (от 380 до 450 нм), голубую (от 450 до 490 нм), затем зеленую (от 490 до 560 нм), желтую (от 560 до 590 нм), оранжевую (от 590 до 630 нм), и, наконец, красную (от 630 до 780 нм). 

 stomatologicheskoe materialovedenie_1.8.9.jpg

Рис. 1.8.9. Спектр электромагнитного излучения

 

 

Свет фокусируется сетчатой оболочкой (сетчаткой) глаза, и импульсы от зрительного нерва поступают в головной мозг. В сетчатке глаза находятся два вида рецепторных клеток: колбочки, отвечающие за восприятие разных цветов света, и палочки, чувствительные только к яркости (т.е. количеству) света, попадающего на сетчатку. Лучше всего человеческий глаз воспринимает видимый свет в зелено-желтой области спектра, и хуже — в приграничных участках спектра, то есть в красной и синей областях. 

 

Колбочки сетчатки глаза обладают порогом интенсивности. Воздействие на них интенсивного света с определенной длиной волны может привести к отключению этих рецепторных клеток, что, в свою очередь, приведет к уставанию глаза и совершенно иному восприятию цвета. 

 

Тот свет, который мы видим, не является светом с одной длиной волны, а представляет собой сочетание разных длин волн, в результате которого образуется один определенный цвет. Длина волн и интенсивность спектра видимого нами света зависит от источника освещения. Спектры дневного света и лампы накаливания с вольфрамовой нитью существенно отличаются друг от друга. Это означает, что цвет объекта будет восприниматься по-разному при его оценке при свете от разных источников освещения. 

 

Для того, чтобы сообщить о цвете объекта в зуботехническую лабораторию, где пациенту изготавливают коронку или винир, необходимо иметь определенный механизм описания цветовых характеристик зубов пациента, чтобы будущая реставрация не отличалась от них по цвету. Многие исследователи пытались разработать метод количественной оценки цвета и выражения его в числовых величинах для того, чтобы сделать передачу цвета простой и точной. В 1905 году американский художник Генри Манселл предложил метод описания цветов с помощью трех цветовых параметров — основного цветового тона, насыщенности цвета и светлоты. 

 

Основной цветовой тон. Представляет собой цвет (т.е. длину волн), преобладающий(ую) в спектре света от источника освещения. Примерами могут быть фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый и красный. Три первичных цвета, из которых можно составить остальные цвета — это красный, зеленый и синий. Фактически эти три цвета используются в телевизионных установках для создания полной цветовой картины из всего трех четко окрашенных наборов точек.

 

Насыщенность (плотность) цвета. Это — сила цвета, или, иными словами, то, насколько живым выглядит цвет. Для того, чтобы представить себе этот цветовой параметр, вспомним, что у каждой телевизионной установки насыщенность цветового тона можно регулировать ручкой настройки цвета.

 

Светлота (степень светлоты). Это светлость или затемненность объекта, изменяющаяся в пределах от черного до белого для рассеивающих или отражающих объектов, и от черного до прозрачного для просвечивающих (светопропускающих) объектов. В то время, как основной цветовой тон и насыщенность цвета являются свойствами самого объекта, светлота зависит от случайного попадания света, рельефа поверхности объекта, а если материал пропускает свет, то и от окраски фона. Следовательно, важно проводить оценку цвета под разными источниками освещения, причем слишком яркий дневной свет лучше не использовать.

 stomatologicheskoe materialovedenie_1.8.12.jpg

Рис. 1.8.12. Цветовая система Манселла в трехмерном пространстве с координатами цвета, насыщенности и светлоты

 

На Рис. 1.8.12. представлена основа системы Манселла. Такое трехкоординатное представление цвета не слишком практично. Поначалу, в этот метод описания цвета входило большое число цветных бумажных этикеток, позже он был превращен в цифровую систему. В цифровой системе любой выбранный цвет, визуально оцениваемый по атласу цветов Манселла, может быть выражен комбинацией буквы и цифры. Однако и эта система имеет свои ограничения, поскольку из-за цветовой нестабильности красок, атлас приходится заменять 1 раз в 5 лет, и при этом его следует рассматривать только при стандартных условиях освещения. Кроме того, хотя атлас и подходит для оценки цвета одежды или краски, которые можно близко поднести к диаграмме цветов, он является не самым удобным методом оценки цвета натуральных зубов пациента.

 

Было показано, что диапазон цветов зубов человека ограничен всего 2% цветового пространства Манселла. Специально для стоматологии была разработана более простая система, основанная на использовании шкалы расцветок. Наибольшее распространение получила шкала расцветок ВИТА (Рис. 1.8.13). Она создана на базе трех цветовых параметров: основного цветового тона, цветовой насыщенности и степени светлоты цвета.

 stomatologicheskoe materialovedenie_1.8.13.jpg

Рис. 1.8.13. Расцветка Вита, разделяющая эталоны цвета на:(а) четыре цветовых оттенка -А2, В2, С2, D2; (Ь) степень светлоты; и (с) степень насыщенности для цвета А

 

В ней представлены 4 основных цветовых тона: группа А (красновато-коричневые цвета), группа В (красновато-желтые), группа С (серые) и группа D (красновато-серые). Параметр светлоты представлен серой шкалой, и образцы расцветок располагаются в ней в последовательности, зависящей от того, насколько светлым (белым) или темным (черным) будет зуб. Третьим элементом шкалы расцветок Вита является цветовая насыщенность, отражающая глубину основного цветового тона и указанная номерами, расположенными возле обозначения группы: А1-А4, В1-В4, С1-С4 и D1-D4. Важно, чтобы выбранная шкала расцветок соответствовала цветам материала, который предполагается использовать для реставрации зубов. В идеале образцы шкалы расцветок должны быть изготовлены из того же материала, что и реставрация.

 

Свойство изменения цвета объекта при попадании на него света от разных источников называют метамеризмом. Метамеризм можно наблюдать в тех случаях, когда цвета двух объектов с разными светоотражательными свойствами (с разными коэффициентами отражения) выглядят одинаково при определенном освещении и определенных условиях наблюдения, и начинают выглядеть по-разному, если поменять источник освещения или условия наблюдения. Многие покупатели знают, что если они захотят подобрать себе две вещи, совпадающие по цвету, то лучше это делать при дневном освещении, чем под светом флюоресцентных ламп в магазине.

 

Другой важной особенностью света является то, что некоторые объекты способны поглощать свет с длинами волн, находящимися вблизи от ультрафиолетовой области спектра (300 — 400 нм), а затем высвобождать свет с большими длинами волн (400 — 450 нм). Эта особенность называется флюоресценцией, и она наблюдается у эмали натуральных зубов. Ею можно объяснить то, почему зубы выглядят такими белыми при флюоресцентном освещении, и почему коронки, мостовидные протезы или пломбы иногда становятся слишком заметными при попадании на них света от флюоресцентных ламп, хотя при дневном свете цвет этих реставраций совпадает с цветом натуральных зубов. Если материал, используемый для изготовления реставрации не обладает свойством флюоресценции, то рядом с флюоренцирующим натуральным зубом реставрация будет выглядеть более темной.

 

Клиническое значение

 

Цвет объекта - это человеческое восприятие, которое является функцией трех переменных: источника освещения, свойств объекта и индивидуальных особенностей наблюдателя.

 

Светопроницаемость

 

Свет проходит сквозь прозрачные материалы, такие, как оконное стекло, почти без искажений, что означает, что вид объекта через стекло будет достаточно четким. В некоторых случаях может происходить выборочное поглощение лучей с определенными длинами волн: на основе этого явления были разработаны оптические фильтры.

 

Светопроницаемый материал, пропуская сквозь себя свет, поглощает его некоторое количество, и отражает часть лучей от своей внешней поверхности или внутренних границ в неоднородной структуре. Объект, рассматриваемый через светопроницаемый (полупрозрачный) материал, будет выглядеть искаженным.

 

 Непрозрачный материал — это такой материал, который не пропускает свет, но поглощает, рассеивает или отражает его от своей поверхности. Цвет объекта зависит от поглощаемых и отражаемых длин световых волн. Например, красное стекло будет выглядеть красным потому, что оно пропускает сквозь себя красные световые волны, но поглощает свет с любыми другими длинами волн. Следовательно, красное стекло может выглядеть непрозрачным, если в спектре источника освещения отсутствует красные световые волны, поскольку световые лучи с любыми другими длинами волн будут поглощаться этим стеклом.

 

На Рис. 1.8.14 представлена простейшая шкала, позволяющая оценить степень непрозрачности материала. В этой системе непрозрачность (опаковость, заглушенность) представляет собой соотношение между степенью отражения дневного света от образца стандартной толщины (обычно, 1 мм) на черном стандартном фоне и кажущейся степенью отражения дневного света от того же образца на белом стандартном фоне. Коэффициент отражения белого стандартного фона составляет 70% относительно оксида магния (С070). Восстановительный материал сравнивают по этой шкале с эмалью и дентином, что позволяет легко оценить относительную степень непрозрачности интересующего материала.

 stomatologicheskoe materialovedenie_1.8.14.jpg

Рис. 1.8.14. Простая шкала показателя непрозрачности

 

Текстура (строение) поверхности

 

 Глянцевый или матовый вид материала зависит от степени гладкости его поверхности. Эмаль имеет блестящую поверхность, поскольку она обладает гладкой текстурой и отражает большую часть света, падающего на ее поверхность. По мере увеличения шероховатости поверхности материала, рассеяние света усиливается и поверхность становится матовой. Это явление должно быть учтено при работе со стоматологическими материалами, поскольку реставрация будет выглядеть неэстетичной из-за матовой поверхности, которая образуется при ее шлифовании. Наличие матовой поверхности приведет к тому, что реставрация станет заметно отличаться от остальных сохранившихся тканей зуба.

 

Простейшим способом оценки текстуры поверхности является визуальный осмотр материала, однако рельеф поверхности образца можно оценить и количественно, с помощью прибора, называемого профилометром. Профилометр имеет иглу, прикрепленную к коромыслу с длинным плечом. Игла проходит по поверхности материала, и во время ее движения производится автоматическая регистрация всех перемещений острия штифта вверх и вниз. На Рис. 1.8.15 представлены примеры движения иглы профилометра по поверхностям полимерных композитов. Данные, полученные с помощью профилометра, позволяют определить степень шероховатости поверхности материала путем подсчета величины Ra - среднего арифметического отклонения профиля поверхности материала: чем выше этот показатель, тем более грубой (шероховатой) будет поверхность испытываемого образца.

 stomatologicheskoe materialovedenie_1.8.15.jpg

Рис. 1.8.15. Профили поверхности, полученные на профилометре, снабженном сканирующим электронным микроскопом, для (а) полимерного гибридного композита с большим размером частиц (Occlusin, ICI) и (Ь) полимерного композита с малым размером частиц (Herculite XRV, Kerr UK Ltd)

 

Клиническое значение

 

Способность материала для восстановления зубов к полированию является важным критерием при его выборе.

Основы стоматологического материаловедения
Ричард ван Нурт

Похожие статьи
показать еще
 
Стоматология и ЧЛХ