Rozproszenie światła

Stopień rozproszenia światła zależny jest od typu urządzenia oświetlającego, a więc od źródła światła, reflektora, względnie od zasłony rozpraszającej, oraz od odległości narzędzia oświetlającego od przedmiotu. (Warunek odległości dotyczy oczywiście wyłącznie źródła światła żarowego, błyskowego itp. Nie odnosi się on do oświetlenia słonecznego). Stopień rozproszenia zmienia się zawsze w przypadku odbicia strumienia świetlnego od powierzchni matowych. Zachmurzenie nieba zmienia w olbrzymim stopniu rozproszenie oświetlenia. Rozproszenie światła może być świadomie i celowo regulowane, stanowi zatem element warsztatu fotograficznego.

Rozróżniamy oświetlenie nierozproszone (punktowe, kierunkowe, strumieniowe, skupione, ostre) i oświetlenie rozproszone (miękkie, rozwiane, łagodne).

Światło nierozproszone pochodzi od źródła małego (rysunek 5, a), odległego (rysunek 5, b) lub od kolimatora (rysunek 5, c). Kolimator — soczewkowy układ optyczny, służący do otrzymywania wiązki promieni równoległych. Kondensor — układ optyczny, skupiający promienie w odpowiednim punkcie.

Nieosiągalne w praktyce fotograficznej światło idealnie nierozproszone biegnie od źródła, którego powierzchnia jest zbliżona do punktu. Nazywamy je światłem punktowym, niezależnie od tego, czy przechodzi ono przez układ soczewkowy czy też nie. Aby po przejściu przez taki układ soczewkowy światło było nierozproszone, źródło światła musi być „punktowe”. Światło, które na przykład przeszło przez układ optyczny kolimatora i stanowi snop promieni równoległych, nazywamy światłem strumieniowym (rysunek 5, c).

Przedmioty nieprzezroczyste, stojące na drodze światła, są przyczyną powstawania cieni. Cień jest zasłoniętą przed źródłem światła przestrzenią, znajdującą się poza oświetlonym przedmiotem (rysunek 6, P). Przedmiot (N) umieszczony w przestrzeni cienia jest nie oświetlony. Na powierzchni leżącej na drodze cienia powstaje obraz tego cienia AB (rysunek 6). W mowie potocznej nazywamy go cieniem.

Światło nierozproszone rzuca od przedmiotów znajdujących się na jego drodze ostre cienie, dlatego nazywane bywa niejednokrotnie światłem ostrym.

Granica pomiędzy oświetloną i nie oświetloną częścią powierzchni, na którą pada cień, może być mniej lub więcej ostra, przejście może być gwałtowne względnie łagodne, może stanowić je wyraźna linia graniczna lub pas tonów zróżnicowanych od jasnego przez półtony do ciemnego. Ta strefa przejściowa pomiędzy cieniem i światłem jest półcieniem.

Oświetlenie idealnie nierozproszone, punktowe, nie tworzy półcieni na granicy cieni i świateł. Ponieważ w praktyce takiego oświetlenia nie możemy uzyskać, strefa półcienia pomiędzy miejscem oświetlonym i nieoświetlonym powstaje jako zjawisko nieuniknione. Każde światło, którym operujemy przy oświetlaniu przedmiotów fotografowanych, jest zatem w większym lub mniejszym stopniu rozproszone.

Na rysunku 7 widzimy źródło światła S, np. mleczną żarówkę. Oświetla ona przedmiot P połową swej powierzchni (od M do N). Światło z drugiej połowy jest dla przedmiotu całkowicie stracone z wyjątkiem zastosowania reflektora. Cień przedmiotu P pada na jasną powierzchnię E, tworząc na niej zaciemnienie AD. Zaciemnienie to jest największe w granicach BC, natomiast strefy AB i CD są jaśniejsze. Są to strefy półcienia, czyli miejsca oświetlone jedynie częścią powierzchni źródła światła. Rysunek 8 pokazuje, że gdy cień BC jest zaciemniony na całej powierzchni równomiernie, to zaciemnienie półcieni jest stopniowane (AB i CD).

Im większa jest strefa półcienia, tym oświetlenie jest bardziej rozproszone. Stopień rozświecenia, odległości tej płaszczyzny od przed-proszenia zależny jest od trzech zasadniczych czynników: wielkości przekroju płaszczyzny przedmiotu rzucającego cień, i odległości od przedmiotu do powierzchni, na której powstaje cień.

Pewną rolę odgrywa tu również charakter powierzchni świecącej, zwłaszcza gdy jest ona ciałem półprzezroczystym, np. bańką żarówki mlecznej, szybą matową czy napiętym na ramie muślinem. Zdolność rozpraszania i jego charakter dla różnych takich powierzchni półprzezroczystych są rozmaite.

Rozróżniamy dwa rodzaje rozproszenia światła przepuszczonego : rozproszenie matówkowe i opalowe. Kształtowanie się rozproszenia matówkowego przedstawia rysunek 9.

Światło nierozproszone, wysyłane przez źródło S pada na matówkę R. Rozpatrujemy dwie bardzo cienkie wiązki promieni SA i SB, padające na matówkę pod różnym kątem. Po przejściu przez matówkę światło tych wiązek zostanie rozproszone. Im większy jest kąt rozproszenia promienia przez nią rozproszonego, tym jest on słabszy: m < n < o. Natomiast promień wychodzący prostopadle do powierzchni matówki (a1) jest nieproporcjonalnie jaśniejszy od pozostałych. Dotyczy to wyłącznie wiązki SA, padającej prostopadle na matówkę. Rozpatrując wiązkę SB, padającą skośnie na matówkę, dostrzegamy, że najjaśniejsze promienie a2 nie biegną prostopadle do powierzchni matówki, a stanowią przedłużenie wiązki padającej. Wobec tego dla oka znajdującego się w punkcie O1 punkt A matówki będzie dużo jaśniejszy od punktu B (rysunek 10).

Krzywa pokazuje jasność poszczególnych miejsc matówki obserwowanej z punktu O na rysunku 9. Środek matówki, a więc punkt A leżący na prostej łączącej źródło światła S z punktem O, z którego oglądamy matówkę, jest najjaśniejszy. Dookoła niego widzimy wyraźną jasną plamę — źródło światła, leżące poza matówką. Widzimy ją nieostro, ale rozproszenie jest tak małe, że możemy w niektórych przypadkach rozróżnić zarys kształtów źródła światła. Patrząc ukośnie, np. z punktu O1 (rysunek 9), dostrzeżemy mniejszą ostrość tych kształtów, przy czym najjaśniejsze miejsce na matówce przesunie się do punktu B.

Rozproszenie opalowe, takie, jakiemu ulega światło po przejściu przez szkło mleczne, ma inny charakter. Na szybę opalową R (rysunek 11) padają wiązki promieni SA i SB ze źródła światła S.

Oczywiście, zgodnie z zasadą kwadratu odległości, punkt A będzie jaśniej oświetlony od punktu B. W punkcie A promienie rozpraszają się podobnie, jak w przypadku szkła matowego, z tą różnicą, że promień a, będący przedłużeniem wiązki padającej, nie jest tak rażąco jasny, jak w przypadku szkła matowego. Istotna różnica zachodzi dla wiązek skośnych (B). Tu najjaśniejszy nie będzie promień m1, będący przedłużeniem wiązki SB, lecz promień a1, prostopadły do powierzchni rozpraszającej. Tak więc różnica mię

dzy środkiem A i brzegiem B szkła mlecznego będzie dla obserwatora z punktu O dużo mniejsza niż to zachodzi w przypadku szkła matowego. Ilustruje to wykres na rysunku 12.

Stąd wniosek, że żadnej powierzchni świecącej nie możemy traktować jako idealnie jednorodnej optycznie. W przypadku matówki taką powierzchnię będzie miał w przybliżeniu jedynie niewielki krążek jej środka (rysunek 13). Powierzchnia zakreskowana oznacza krążek praktycznie jednorodny pod względem jasności.

Stopień rozproszenia światła odbitego zależny jest od kąta świecenia źródła światła. Jest on zawarty pomiędzy brzegami powierzchni źródła światła a punktem elementarnym oświetlonym. Punktami elementarnymi oświetlonymi będziemy nazywali poszczególne, bardzo małe, równomiernie oświetlone elementy powierzchni, dość jednak duże, aby na nich nastąpiło zjawisko rozproszenia. Im większa powierzchnia świecąca, tym większy jest stopień rozproszenia. Na rysunku 14 punkt P jest punktem elementarnym oświetlonym. Gdy oświetla go powierzchnia AA1 — uzyskujemy kąt świecenia a, gdy oświetla mniejsza powierzchnia BB1 — kąt świecenia P, mniejszy od a. Im powierzchnia świecąca znajduje się bliżej punktu P, tym kąt świecenia jest większy. Rysunek 15 wskazuje, że kąt a jest większy od kąta β.

Im szerszy kąt świecenia, tym większy jest stopień rozproszenia światła, to znaczy, że cień padający na punkt P czy też rzucony przez ciało, którego elementem jest punkt P, będzie miał większą strefę półcienia w przypadku A, gdy źródło światła jest bliżej, niż w przypadku B, gdy znajduje się ono dalej od tego punktu.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *