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 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.
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.
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.
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).
Одной из характеристик освещаемой поверхности является коэффициент яркостиβ, определенный для того же значения освещенности, как отношение между яркостью в заданном направлении одной отражающей/пропускающей поверхности и яркости Ldif, которую имел бы в случае полного диффузного отражения/пропускания, идентичной поверхности, имея коэффициент отражения равный единице:
β = L/Ldif =πL/Е
Значение коэффициентов ρ и τ для некоторых материалов:
| Материал | Коэффициент отражения ρ | Коэффициент пропускания τ |
| С диффузным отражением света | ||
| Углекислый магний | 0,92 | - |
| Окись магния | 0,91 | - |
| Мел, гипс | 0,85 | - |
| Фарфоровая эмаль (белая) | 0,8 | - |
| Белая бумага (ватман) | 0,76 | - |
| Белая клеевая краска (побелка) | 0,65 | - |
| Необработанная поверхность черных металлов | 0,15 | - |
| Уголь | 0,08 | - |
| Нитроэмаль белая | 0,7 | - |
| С диффузным пропусканием света | ||
| Стекло глушенное (толщина 2,3 мм) | 0,5 | 0,35 |
| Стекло глушенное накладное (2,3 мм) | 0,30 | 0,55 |
| Органическое стекло белое (2-3 мм) | 0,35 | 0,5 |
| Стекло опаловое (2,3 мм) | 0,2 | 0,7 |
| Светотехническая бумага желтоватого цвета с рисунком | 0,35 | 0,4 |
| С направленно рассеивающим отражением света | ||
| Алюминий травленный | 0,62 | - |
| Полуматовый альзакированный алюминий | 0,72 | - |
| Алюминиевая краска на нитролаке | 0,55 | - |
| Неполированный никель | 0,5 | - |
| Неполированная латунь | 0,45 | -- |
| С направленно рассеивающим пропусканием света | ||
| Стекло с химической матировкой (2,3 мм) | 0,08 | 0,8 |
| Стекло с механической матировкой (2 мм) | 0,14 | 0,7 |
| Пергамент тонкий (белый) | 0,4 | 0,4 |
| Шелк белый | 0,3 | 0,45 |
| С направленным отражением (зеркальное) | ||
| Серебро свежеполированное | 0,92 | - |
| Стекло посеребренное (зеркало) | 0,85 | - |
| Альзакированный алюминий (полированный) | 0,8 | - |
| Хром полированный | 0,62 | - |
| Сталь полированная | 0,5 | - |
| Латунь полированная | 0,6 | - |
| Белая жесть | 0,55 | - |
| С направленным пропусканием света | ||
| Стекло прозрачное (2 мм) | 0,08 | 0,89 |
| Органическое стекло (2 мм) | 0,10 | 0,85 |
Знание коэффициента отражения недостаточно для описания отражающих свойств материала. Учитывая, что множество материалов обладают селективными отражающими свойствами, которые отражают главным образом определенные длины волн спектра падающего светового потока в соответствии с которыми отражающая поверхность воспринимается как имеющая определенный цвет.
Отражающие характеристики любого материала приводятся в виде кривых отражения (коэффициентом отражения, в процентах, в зависимости от длины волны) и коэффициент отражения указывается для определенного состава падающего светового потока.