Цвет и свет - Луизов А.В.
ISBN 5-283-04410-5
Скачать (прямая ссылка):
Как отражение, так и пропускание бывает обычно селективным, т. е. неодинаковым для разных участков спектра. Отражение света от предметов при попаданпи в глаз отраженного ими света позволяет воспринимать размеры и форму предметов, а селективность отражения — их цвет. Сейчас нам предстоит уточнить некоторые вопросы, связанные с селективным отражением и селективным поглощением или пропусканием света.
14.2. КОЭФФИЦИЕНТ ОТРАЖЕНИЯ
Говоря об отражении, мы подразумеваем, что часть света, упавшего на поверхность раздела двух сред, возвращается обратно в ту среду, из которой пришел свет. Отношение мощности, возвращающейся в первоначальную среду, ко всей мощности падающего на поверхность света мы назвали коэффициентом отражения р. Эту величину для монохроматического света с длиной волны X мы обозначили р(Х) и назвали спектральным коэффициентом отражения. Однако отражение — явление сложное. Часть света от-
158
ражается зеркально, по закону «угол падения равен углу отражения». Как мы уже говорили, зеркально отраженный свет не дает информации об отражающем предмете.
Нас интересует только рассеянный, диффузно отраженный свет, и под р мы будем подразумевать коэффициент диффузного отражения. Но и этот коэффициент зависит не только от длины волны, но и от угла падения света 7 на поверхность тела, от угла отражения у\ и от телесного угла со, в котором мы собираем рассеянный свет. Коэффициент, учитывающий влияние 7, 7i и (о на р, называется апертурным коэффициентом отражения и обозначается символом Р, а спектральный апертурный коэффициент отражения будет Р(А,).
14.3. ИЗМЕРЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНОГО АПЕРТУРНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ
Схема, поясняющая метод измерения |3(Л), изображена на рис. 14.1. Пучок света, спектральная плотность мощности которого (а полная мощность Ф“с?Я), падает под углом у на измеряемый образец и, отраженный под углом yi» проходит через диафрагму и попадает в измерительный прибор. Диафрагма ограничивает отраженный пучок, пропуская свет только в телесном угле а>. Мощность, подействовавшую на измерительный прибор, обозначим Ф^ dh.
Затем образец заменяют совершенным отражающим рассеивателем D и снова измеряют мощность Ф^ dX, подействовавшую на измерительный прибор. Апертурный коэффициент отражения образца находят как отношение двух измеренных мощностейэ
Ф? dl Ф? dh “ Ф<|
Р(А)=^Г=-Г-. О4-1)
JDhu“ Da
Совершенный отражающий рассеиватель определяется кая идеальный однородный рассеиватель с коэффициентом отражения, равным единице для всех длин волн. Еще в 1760 г. немецкий ученый И. Г. Ламберт (1728—1777) сформулировал закон, согласно которому яркость светорассеивающей поверхности одинакова во всех направлениях. Хотя скоро выяснилось, что закон Ламберта верен лишь приближенно, он оказался удобен как некая идеализированная модель рассеивающей поверхности. Прибавив сюда еще представление о том, что коэффициент отражения для всех длин волн равен единице, сформулировали свойства совершенного отражающего рассеивателя.
Реального эталона, полностью соответствующего требованиям, предъявляемым к совершенному отражающему рассеивателю, изготовить нельзя. Рабочие пластинки для измерения апер-
15?
Рис. 14.1. Схема измерения спектрального апертурного коэффициента отражения
турного коэффициента отражения называют белыми стандартами. Их можно изготовить в виде дисков, спрессованных из оксида магния (MgO) или сульфата бария (BaSO-i). Их коэффициент отражения мало отличается от единицы и в пределах видимой области колеблется между 0,970 и 0,985. При точных измерениях эти отклонения эталона приходится учитывать.
14.4. СПЕКТРОГОНИОФОТОМЕТР
Приборы для измерения спектрального апертурного коэффициента отражения называются спектрогониофотометрами. Структурная схема регистрирующего спектрогониофотометра изображена на рис. 14.2. Свет от источника И С через монохроматор М направляется на пластинку совершенного отражателя СО, и отраженная часть света Попадает на фотоэлемент Ф, сигнал от которого поступает в компьютер К. Монохроматор подает на СО посчедовательно излучения всех длин волн видимого диапазона через малые интервалы ДА. Приемник регистрирует приходящие
160
Рис. 14 2. Структурная схема регистрирующего спектрогониофо-
тометра
к нему сигналы. Затем на место совершенного отражателя ставится испытуемый образец ИО и регистрация повторяется. Прибор автоматически делит данные второй записи на данные первой и выдает зависимость (3(А.) либо в виде кривой (схематически изображенной на рисунке), либо в виде цифровой записи. Следует заметить, что плоскость угла отражения в общем случае отнюдь не должна совпадать с плоскостью угла падения. Между ними может быть азимутальный угол а, который значительно •усложняет измерения спектрального апертурного коэффициента отражения.
14.5. СТАНДАРТНЫЕ УСЛОВИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
Мы видим, что спектральный апертурный коэффициент отражения Э(л), будучи сам функцией длины волны, зависит еще от четырех параметров: угла падения у, угла отражения азимута а и телесного угла отраженного пучка о. Если каждому параметру придать, скажем, по 20 дискретных значений и провести измерения для двадцати длин волн, то для определения fj (л) придется сделать более 205, т. е. более трех миллионов, измерений. Поэтому условия измерения (З(^) стандартизировали, ограничившись только четырьмя вариантами. Каждый вариант получил свое условное обозначение, которое мы указываем перед его описанием (рис. 14.3).
