Световой поток, попадающий в глаза в результате зрительной деятельности, создается частично от первичных источников света и в большей степени от освещенных ими поверхностей которые становятся вторичными источниками света. В обоих случаях, имеет место перераспределение светового потока генерируемого первичными источниками света посредством отражения, преломления и поглощения, поверхностями на которые этот поток направлен.
Отражение, преломление и поглощение светового потока
Отражение света — это возвращение световой волны при ее падении на поверхность раздела двух сред с различными показателями преломления «обратно» в первую среду.
Преломление света — явление, заключающееся в изменении направления распространения световой волны при переходе из одной среды в другую, отличающуюся показателем преломления света.
Поглощение света — это уменьшение интенсивности света, проходящего через среду, вследствие взаимодействия его с частицами среды. Сопровождается нагреванием вещества, ионизацией или возбуждением атомов или молекул, фотохимическими процессами и т. д. Поглощенная веществом энергия может быть полностью или частично переизлучена веществом с другой частотой.
Отражение, поглащение и преломление света
Перераспределение светового потока может быть продиктовано необходимостью управления световым потоком на определенных участках пространства (для освещения предметов которые необходимо различать) или необходимостью уменьшения яркости зрительного поля — в случае световых приборов — или имеет место благодаря оптическим свойствам освещаемых поверхностей.
Световой поток Ф, луча падающий на поверхность любого физического предмета (падающий световой поток) делится на две или три составные части:
одна часть всегда возвращается отражением, образуя отражающий поток Фρ;
одна часть всегда поглощается (поглощаемый поток Фα, приведя к возрастанию температуры тела;
в некоторых случаях, часть светового потока возвращается преломлением (преломляющий поток Фτ).
Введем понятие коэффициента отражения р, коэффициента поглощения α и коэффициента преломления т:
ρ = Фρ/Ф,
ρ = Фα/Ф,
ρ = Фτ/Ф,
Между соответствующими коэффициентами, которые характеризуют оптические свойства освещаемых поверхностей, имеет место равенство:
ρ + α + τ = 1
Преломление света сопровождается явлением отражения. Под каким видом осуществляется отражение и преломление светового потока зависит от характеристик поверхности или тела и в большой степени от структуры (обработки) поверхности или тела.
Преломление света через оконное стекло
Зеркальное отражение/преломление характеризуется равенством углов падения и отражения/преломлепия и телесными углами, в которых попадают падающий и отраженный/преломленный световой поток. Параллельный пучок света, который падает на поверхность, отражается, преломляется также под форму параллельного пучка света.
Зеркальное отражение имеет место, например, при металлическом напылении (Al, Ag) поверхности или металлическими полированными поверхностями (Al-полированный и химически оксидированный), а зеркальное преломление — обычным стеклом или определенными сортами органического стекла.
Сложное отражение/преломления характеризуется тем, что световой поток частично отражается/преломляется согласно законам зеркального отражения/преломления и частично согласно законам диффузного отражения/преломления. Сложное (совместное) отражение реализуется керамической эмалью, а сложное (совместное) преломление — матовым стеклом и определенными сортами органического стекла.
Виды отражения и преломления светового потока
Полностью диффузное отражение/преломление есть отражение/преломление, в котором отражающая/преломляющая поверхность имеет одинаковую яркость во все направления, независимо от направления падающего светового пучка. Свойствами полностью диффузной поверхности обладают поверхности покрытые белой краской, а также материалы с внутренней неоднородной структурой, в которых имеет место множество отражений и преломлений внутри объема тела (молочное стекло).
Рассеянное отражение/преломление характеризуется возрастанием телесного угла отраженного/преломленного светового потока по сравнению с падающим телесным углом. Параллельный пучок света, падающий на поверхность, рассеивается в пространстве преимущественно вокруг одного направления.
Подобно фотометрической кривой источника света, элементу отражающей или преломляющей поверхности ассоциируется значение силы света или яркости. Примером диффузного отражения могут составить металлические матовые поверхности, а диффузное преломление можно получить, используя матовое стекло или органические полимеры (полиметилметакрилат).