Глава 2: Преобразование излучений

2.4. Рассеяние света

Как зрительное восприятие, так и фотографическое действие тел природы зависит не только от степени поглощения ими света, но и от спосооности рассеивать его. Эта способность связана со свойствами поверхностей, ограничивающих тела, и свойствами сред (веществ), из которых они состоят.

Рассеянием называется преобразование света, заключающееся в изменении направления его распространения, вызванном оптической неоднородностью среды. Примеры сильно рассеивающих сред - дымы, туманы, коллоидные растворы, эмульсии. Такие среды, с явно выраженной оптической неоднородностью, называются мутными.

По соотношению длины волны рассеиваемого света и размеров рассеивающих элементов различают три типа светорассеяния. На крупных частицах мутных сред (их размер много больше длины волны) происходит геометрическое рассеяние. Оно состоит в подчиняющемся геометрическим законам отражении света частицами. Так как они в общем случае расположены беспорядочно, то отражают свет во всех направлениях.

Если размер частиц не сильно отличается от длины волны, то на них происходит дифракционное рассеяние: световые волны, огибая препятствия, рассеиваются.

В случаях, когда поперечник частицы много меньше длины волны, рассеяние называется релеевским, или молекулярным. Свет, поглощенный атомами вещества, возбуждает их, и они, переходя в основное состояние, испускают излучение той же длины волны, что и поглощенное. Релеевское рассеяние, как и другие его виды, происходит в оптически неоднородной среде. Неоднородность в этом случае может быть вызвана тем, что при хаотическом движении частиц возникают местные уплотнения вещества.

Частицы реальных сред имеют неодинаковые размеры и поэтому, как правило, светорассеяние связано со всеми рассмотренными выше причинами.

Релеевское рассеяние в фотографии (кроме аэрофотографии) существенного значения не имеет. Геометрическое и дифракционное рассеяние в средах и на поверхностях, напротив, весьма важно. Так, рассеяние света на неровностях отражающих поверхностей определяет их видимые и фотографические свойства. Рассеяние, например, приводит к тому, что резкость изображения снижается в сравнении с резкостью объекта, а геометрические детали, если их размер меньше некоторого предельного значения, могут вообще не воспроизвестись.

Степень и характер изменения светового пучка в пространстве, вызванного рассеянием, описывается векторными диаграммами - индикатрисами рассеяния. Индикатрисы показывают распределение яркости или силы света (иногда - коэффициента отражения или пропускания) в разных направлениях. Это распределение объемно, но практически достаточно получать более простые плоские индикатрисы, показывающие распределение световых величин в плоскости чертежа. Для измерений пользуются фотометрами, позволяющими производить определения под разными углами и называемыми поэтому гониофотометрами (греч. уста - угол). В отличие от светопоглощения, управляемого законом Бугера - Ламберта - Беера, светорассеяние не выражается однозначно, а имеет разный характер в зависимости от природы явления и сочетания размеров рассеивающих частиц. Для характеристики этого явления из множества возможных индикатрис достаточно выделить четыре их формы, описывающие разные степени рассеяния - от полного светорассеяния до его отсутствия (рис. 2.2). В верхней части рисунка даются гониофотометрические характеристики излучения, отраженного поверхностью, а в нижней - пропущенного телом.

Оптические основы фотографии

Продолжение