Одностороннее зеркальное стекло

Односторонее стекло, односторонее зеркало, полупрозрачное стекло, шпионское стекло (SpyGlass), зеркало Гезела... Во многих фильмах (особенно детективных) можно увидеть "односторонние" зеркала. Находящиеся в комнате не могут видеть, кто за ними наблюдает, они видят лишь свое отражение. В то же время снаружи посетители легко могут рассмотреть подозреваемых. Можно ли создать такое стекло?

Свойства стекла

Такие полузеркальные действительно существуют и применяются для скрытного наблюдения за людьми (в целях контроля за поведением или шпионажа), либо для защиты помещения от посторонних взглядов.

Такое стекло должно быть прозрачным - чтобы пропускать свет (так, чтобы зрители могли видеть изображение). В то же время оно должно обладать зеркальными свойствами.

Часть света, падающего на стекло отражается передней и задней поверхностями стекла, часть - проходит через стекло и часть поглощается, нагревая стекло и затем излучаясь в инфракрасном спектре. Количество света, проходящего через стекло определяется коэффициентом пропускания света (T - доля пропускаемого света), Количество отражаемого света определяется коэффициентом отражения (R - доля отражаемого света). Причем R + T ≤ 1 (т.е. падающий на среду свет либо проходит через стекло, либо отражается, либо поглощается внутри среды и нагревает ее).

Согласно оптическим законам Френеля, коэффициенты отражения зависят только от оптических свойств среды (коэффициента преломления n) и от угла падения луча. Так как с обеих сторон стекла находится воздух при условиях, подходящих для жизни человека (а его оптические свойства зависят только от влажности, температуры и давления и меняются очень слабо), то стекло будет обладать одинаковыми свойствами (коэффициентами преломления n, отражения R, пропускания T, поглощения K) как для световых лучей попадающих из "скрытого" пространства так и в него.

Тогда за счет чего можно достичь эффекта односторонней видимости?

Решение и физические процессы

Математическое решение

Пусть освещенность внутри "скрытого" помещения - i, а снаружи I.

Тогда внутрь помещения будет попадать I x T светового потока извне и i x R отраженного изображения.

Световой поток наружу также состоит из двух: i x T (изображение помещения) и I x R (собственное уличное отражение).

Необходимые нам требования превращаются в простые математические уравления:

1. Прозрачность для зрителя внутри помещения означает, что поток снаружи должен быть значительным и превосходить освещенность внутри (хорошая видимость будет при превышении в 5 раз):
   
   (I x T) > i x 101.1
   или
   
   I / i > 10 / T1.2
2. Отражение для посетителя снаружи означает, что поток, проходящий через стекло из помещения должен быть значительно (желательно, в 10 раз) меньше, чем отраженный собственный отраженный поток (чтобы быть полностью незаметным на его фоне, т.к. глаз человека настраивается на ):
   (i x T) x 10 < (I x R)2.1
   или
   
   I / i > 10 / (R / T)2.2

Чем больше коэффициент пропускания T - тем лучше мы будет видеть улицу из помещения.

В то же время для того, чтобы с улицы не видно было интерьер помещения коэффициент отражения R должен быть в разы больше, чем коэффициент пропускания (нужно не забывать, что они связаны друг с другом: R + T ≤ 1).

Отношение I / i в формулах показывает, во сколько раз освещенность снаружи больше, чем освещенность внутри. Чем ярче снаружи и чем темнее внутри, тем лучше выполняются наши требования.

Характерная освещенность для различных условий:

Условия	Освещённость, лк
Солнечными лучами в полдень	100 000
На открытом месте в пасмурный день	1 000
В светлой комнате вблизи окна	100
В комнате при искусственном освещении	50-100
От полной луны	0,2
От ночного неба в безлунную ночь	0,0003

В дневное время отношение I / i принимает значение 100÷1000 в зависимости от ясности погоды. В ночное время отношение составляет менее 0,1.

На практике для наиболее зеркальных поверхностей максимальный коэффициент пропускания T составляет 10%÷15%. Коэффициент отражения R составляет около 60%÷70% (еще около 20÷30% света поглощается стеклом). Это - оптимальное решение для необходимых требований. Т.е. R / T в лучшем случае менее 7;

Поэтому зритель в помещении будет отчетливо видеть улицу до тех пор пока разница освещенностей I / i не станет меньше 10÷100. Т.е. уже через некоторое время после заката улица будет видна не слишком хорошо. В ночное время зрители в помещении не увидят ничего.

Для того же, чтобы быть скрытыми от глаз наблюдателей на улице необходимо, чтобы разница освещенностей I / i была не менее 2. Поэтому видеть снаружи помещение можно будет поздно в сумерки, когда на улице будет лишь немного светлее, чем внутри.

Для того, чтобы избежать этого, необходимо увеличить освещенность снаружи хотя бы в 2 раза по сравнению с помещением. Это обозначает, что перед стеклом с односторонней прозрачностью может понадобиться установить лампы, которые будут создавать в ночное время освещение ярче, чем внутри помещения.

Производство одностороннего зеркала

Чем же отличается такое односторонне зеркало от обычного и как его изготовить?

Обычные зеркала - это как правило стекло с нанесенным на его заднюю сторону отражающим покрытием (различными сплавами олова, серебра, меди, титана или алюминия). При этом напыление очень плотное и слой напыления толстый.

Зеркала с односторонней прозрачностью изготавливаются аналогично, но слой напыления тонкий и пропускает часть света. Альтертнативный вариант - нанесение полупрозрачной зеркальной пленки. Ее можно наносить на существующее остекление.

Стоимость обоих методов одинакова, одинаков и принцип работы (см. выше). Устойчивость к механическим воздействиям (царапинам, ударам), температурным условиям и влажности примерно одинакова.

Основное отличие - зеркальное напыление делается в цеху, автоматизированно. Поэтому качество продукции не зависит от мастера, выполняющего работы. Но такое стекло изготавливается только в специализированных цехах и в течение некоторого времени (в зависимости от технологии производства).

Зеркальная пленка может наноситься по месту, в т.ч. на уже существующее остекление. Однако, нанесение пленки требует хороших навыков и специального инструмента, чтобы не было допущено брака при наклеивании (пузырей, отслоениий, различных неровностей, инородных вкраплений или пыли, и т.д.). Также зеркальная пленка может наноситься совместно с укрепляющей защитной пленкой.

Заключение

Несложно создать стекло с односторонней зеркальностью (в т.ч. превратить существующее окно в такую поверхность). Это можно сделать как напылением, так и нанесением зеркальной пленки.

Но при любой реализации такого зеркала его "односторонность" будет зависеть от освещенности снаружи и внутри. Без дополнительного освещения ночью - оно будет работать в "обратном" режиме: можно будет увидеть лишь собственное изображение внутри помещения. С улицы же будет видно все. Не существует способа обойти эти законы физики.

Днем или при дополнительное ночном освещении снаружи такое стекло будет работать как одностороннее зеркало.

AbavaNet, Москва, 2009.