Промежуточны?видо?отражения являет? направленн?расс?нное отражени? пр?которо?максимум силы свет?совпадае??направлением зеркальног?отражения (ри? 1.3, ?. Пр?смешанно?отражени?наблюдаются одновременно свойства диффузного ?направленног?отражени? Отражени?свет?от сред? оптическ?мене?плотно? ?полным возвращением ?сред? из которо?он падает, называет? полным внутренним отражением.

Пр?графическо?изображени?отраженног?от тела ил?прошедшего чере?тело свет?конц?радиус-векторов, изображающи?силу свет?ил?яркость образую?поверхност? которая называет? фотометрическо?поверхностью.

?результате сечения фотометрическо?поверхност?плоскостью получает? крив? линия, называем? фотометрическо?кривой, которая характеризуе?распределени?интенсивност??данной плоскост?сечения.

Для характеристики распределения световог?потока ?пространстве (?случае расс?нног?ил?полурасс?нног?отражения) пользуются по?тием коэффициента яркости, по?которы?понимаю?отношени?яркости L поверхност??данном направлени??яркости L0 идеально матово?бело?поверхност?пр?одинаковой освещенности:

L r =. (1.20) LОбщи?коэффициен?отражения складывает? из коэффициенто?направленног???диффузного ?отражени? Согласно определению он всегда меньше единиц? Коэффициен?же яркости r може?быть значительн?больше единиц? Эт?иллюстрирует ри? 1.4, гд?окружность 1 изображает распределени?удельной силы свет? отраженног?идеально рассеивающе?поверхностью, ?крив? 2 представ?ет собо?кривую полурасс?нног?отражения от некоторо?поверхност?пр?то?же освещенности.

Ри? 1.4. Распределени?удельной силы свет?На ри? 1.4. коэффициенты яркости для направлени?0??OD равн?отношению векторов, ?именно:

ОВ ОС rОВ = ?r? =, ОА ? гд?rОВ > 1, r? < 1.

Коэффициенты яркости зави??от угла падения ?поэтом?он?опреде?ются для случ? нормальног?падения свет?

Коэффициен?отражения прелом?юще?поверхност?зависи?от угла i падения свет?на поверхност??от показателе?преломления ??? соприкасающихся сред.

По формул?Френеля можн?подсчитать для естественног?свет?

1 sin2(i - i ) tg2(i - i ) =, (1.21) sin + 2 (i + i ) tg2(i + i ) гд?i ?i Ч связаны соотношением n sin i == ? sin i'.

Пр?нормальном падени?свет?формул?(1.21) имее?ви?1 (i - i ) =.

(i 2 + i ) Пр?малы?угла?падения, когд?in in, получи?1 (n - n ) =, (1.22) (n 2 + n ) Замети? чт?коэффициен?отражения на границ?двух сред практическ?не зависи?от того, ?како?сторон?падает свет на границ?раздел? Пр?расчетах отражения световог?пучк?от ?да поверхностей следуе?имет??виду явление по?ризаци?свет?пр?отражени? которо?вл?ет на коэффициен?отражения.

Ниже даны значен? коэффициента направленног?отражения для некоторы?материалов пр?комнатно?температур?

Металл, осажденный на стекле путе?испарения ?вакуум?

серебр?ЕЕЕЕ.Е.0,алюмини?ЕЕЕ.Е.0,золото ЕЕЕЕЕЕ0,медь ЕЕЕЕЕЕЕ0,никель ЕЕЕЕЕЕ0,хром ЕЕЕЕЕЕ.. 0,Металл, гальваническ?нанесенный на металлически?подсло?

серебр?ЕЕЕЕЕ..0,88Ч0,роди?ЕЕЕЕЕЕ.0,кадмий ЕЕЕЕЕ.. 0,хром ЕЕЕЕЕЕ. 0,никель ЕЕЕЕЕ.. 0,55Ч0,молибден ЕЕЕЕ. 0,медь ЕЕЕЕЕЕ.. 0,Значен? коэффициенто?диффузного рд отражения для некоторы?материалов пр?комнатно?температур?приведен?ниже:

Углекислый магний............ЕЕ. 0,97Ч0, Окис?магн?...............ЕЕЕ.. 0,Окис?цинк?.................. ЕЕЕ.. 0,Ме??гипс................ЕЕЕЕЕ. 0,85Ч0,Фарфор белы?матовы?....Е....... 0,80Ч0,Фаянс белы?матовы?........Е..... 0,50Ч0,Ватманск? бумага...........ЕЕ..... 0,76Ч0,Белая клеевая краска.......ЕЕ..... 0,70Ч0,Розовая светлая краска.......Е.... 0,30Ч0,Красная краска (киноварь)............ 0,13Ч0,Желт? краска (хром)............ЕЕ..0,Зеленая краска...............ЕЕЕЕ0,Си?я краска (кобаль?.............. 0,Черный бархат...............ЕЕЕЕ. 0,06Ч0,?оптических системах применяю?полированные зеркальные поверхност? которы?покрыт?тонким слое?металл? нанесенног?путе?ег?испарения ?вакуум? Коэффициен?отражения от металлически?покрытий ?случае нормальног?падения луче?опреде?ет? по формул?(n -1)2 + =, (1.23) (n +1)2 + гд??Ч показатель преломления металл? - показатель поглощен? металл?

Потери свет?на отражени?могу?быть снижен?путе?просветлен? поверхностей. Просветление?называет? процес?нанесения тонких пленок на поверхност?оптических детале??целью уменьшен? отражения свет?от их поверхностей. ?этих тонких пленка?происходит явление интерференци?

Толщин?пленки для однослойного просветлен? опреде?ю?по формул?(2K +1) d =, (1.24) 4n?гд??Ч длин?волн? n?Ч показатель преломления пленки; ?= 0, 1, 2, 3 ?? ? Толщин?пленки состав?ет окол?одно?четверти длин?волн?свет?

Показатель преломления пленки нахо??по формул?n?= n, (1.25) гд??Ч показатель преломления стекла детали. Значимость просветлен? заключает? не только ?то? чт?уменьшается поте? свет?на отражени? но ??то? чт?отраженные лучи ?пленке ?соответствии ?законами интерференци?га??друг друг? те?самы?уменьш? вредны?расс?нный свет.

1.3.4. Простая шероховатая поверхност?Шероховатая поверхност?являет? сложны?объектом, поэтом?пр?разработке теории обычно принимаю?следующи?упрощающи?задачу предположения: 1) размер?рассеивающи?элементо?мног?меньше ил?мног?больше длин?волн?падающего излучения; 2) радиус кривизны рассеивающи?элементо?мног?больше длин?волн? 3) затенени?одни?элементо?другим?отсутствуе? 4) подсчитывает? электромагнитное поле только ?зоне Фраунгофер? 5) многократное отражени?отсутствуе? 6) плотност?микронеровностей не рассматривается.

Пр?исследовании живы?организмом in vivo дополнительные трудност?пр?получени?объективны?данных связаны ?протекание?процессо?жизнед?тельност??само?организм? Биологически?ткан?поглощаю??рассеиваю?лучистую энергию, однако принять расс?ни?диффузны?можн??определенным?допущениями. Для того, чтоб?рассмотрет?динамику взаимодейств? потока лучистой энерги??тканями тела, следуе?учитыват?размер? плотност?упаковки ?форм? Например, для эритроцито? на поверхност?которы??основном происходит расс?ни?свет? необходимо учитыват?их движение, изменени?коэффициента преломления ка?внутри само?структур?форменны?элементо?кров? та??коэффициен?преломления различны?структур ткан??целы???других факторов. До наст?щего времен?не получены решения уравнени? описывающи?распространени?ка?направленног? та??диффузного излучения чере?структур?подобной сложност? Поэтом?пр?рассмотрении распространения потока излучения чере?биологически?объект принимаю???допущени? структур?объект?считаю?однородной ?некоторыми усредненными оптическим?характеристиками, распределени?эритроцито??тканя?равномерны? форм?эритроцито?принимается за круглую, пото? - непо?ризованным, монохроматичны?ил?имеющи?достаточно узки?спектральный состав.

Рассмотрим модель X. Дэвиса. Он ограничи?свою модель шероховато?поверхност?очен?малыми ?очен?большими по сравнению ?длиной волн?микронеровностями. Кром?того, он считал, чт?локальны?нормал??микрогра??почт?совпадаю??нормалью ?средне?плоскост?поверхност? ??

наклон микрогране?очен?ма?

Критерие?для проверки правильности приняты?моделе?шероховато?поверхност? использованных ? Дэвисо? може?служит?зако?сохранен? энерги? Полный коэффициен?отражения от шероховато?поверхност?запишется та?(, ) = s + (1.26) ic cosdr, гд?первый член s Ч коэффициен?зеркальног?отражения, ?второй Ч коэффициен?диффузного отражения ?полусфер?

Отклонение полног?коэффициента отражения от единиц?свидетельствуе??некорректности модели.

Коэффициен?отражения ?зеркальном направлени?выраже?формулой, опреде?емой теорие?X. Дэвиса:

-( ) s = 0e, (1.27) гд?s Чкоэффициен?зеркальног?отражения исследуемо?шероховато?поверхност? 0 Чтако?же коэффициен?гладко?поверхност?образц?из того же материал? Чсреднеквадратическое отклонение от средне?лини?профиля; Ч длин?волн?падающего излучения.

Для модели X. Дэвиса единиц?получает? только ?област?очен?малы?шероховатостей ( / 0,04 ). Пр?больши?значен??/ коэффициен?отражения превышае?единиц??те?значительнее, че?больше отношени?параметров. Отсюда следуе? чт?модель X. Дэвиса применим?только ?поверхностя? ?которы?размер шероховатостей весьма ма??расс?ни?свет?незначительн? Инач?гово?, расчет по способ?X. Дэвиса можн?производит?только для достаточно гладки?поверхностей.

1.4. Обобщенн? структурная схем?фотометрического измерительного устройства Оптические ИП основаны на использовани?оптоэлектронны?преобразователей ?характеризуются больши?разнообразие?конструктивных ?схемотехнических решени?

Ри? 1.5. Обобщенн? структурная схем?фотометрического измерительного преобразователя: ИИ - источник излучения; ФИ - фоново?излучени? ОС1 - оптическ? систем?введен? излучения ?измерительны?кана? ОС2 - оптическ? систем?введен? излучения ?кана?ОЭ? ОЭ? - оптоэлетронный преобразовател?(приемник излучения ?электронная схем?ег?включения; ИК - измерительная кювета.

?обще?случае оптические ИП можн?представит?ка?показано на ри?

2. Он?включаю?ИИ, оптическую систем?ОС1, позволяющую собрат?лу чистую энергию ИИ ?сформировать направленный пучо?излучения на ИБ? ?пр?необходимост?промодулироват?ег?по интенсивност? управлять спектральным составом ?способностью выде?ть полезный сигнал на фоне сигнал?от других излучателе? Кром?того ?структур?оптических АИ?входит оптическ? систем?ОС2, включающая элементы ?устройства, необходимы?для введен? световог?потока от ИБ?(нахо?щейся ?кювета? на предметных стекла? барабана??пробирками) ?оптический кана?приемник?излучения, входящего ?состав ОЭ? Взаимное расположение этих элементо?ИП различно ?опреде?ет? особенностями метода измерения ?свойст?ИБ? Поэтом?конкретный состав функциональных узло?оптоэлектрического ИП неодинаков част?включает достаточно сложны?устройства:

Оптические узлы: ОС1, конденсоры, моду?торы, фильтр??другие устройства могу?входит??ИИ, ?корректирующи?оптические фильтр?ОС- ?состав ПИ. ?современны?оптических измерительны?преобразователя?ПИ може?имет?нескольк?независимы?канало?преобразован? излучения ?электрическо?сигнал? Систем?фильтров позволяет согласовыват?спектральные характеристики ИИ ?ПИ со спектральным?характеристиками пропускания ?отражения ИБ?

Для достижен? заданных метрологически?характеристи?оптических ИП необходимо проводит?ка?структурную, та??параметрическую оптимизацию ег?основных преобразователей ?рамках систем?ИСТОЧНИК ИЗЛУЧЕНИ?- ИБ? - ПРИЕМНИК ИЗЛУЧЕНИ? ?основным преобразователя?оптических ИП относится оптоэлектронны?преобразовател?(ОЭ?, ?качестве которого ?начале развит? этог?класса ИУ применялись электровакуумные ОЭ? ?зате?полупроводниковы??др. ОЭ?

?основе принципа работы ОЭ?нашл?применение нескольких эффектов: внешни?фотоэффект (электрон?отрываются от поверхностного сл? пр?ег?освещени?, внутренний фотоэффект (образовани?свободны?электронов ?твердо?теле). Существую?ОЭ? реагирующи?на изменени?интенсивност?излучения, ег?спектральног?состав?(спектральночувствительны?ОЭ?, ?та?же чувствительные ?направлению излучения, то есть ?направлению падения световог?потока (позиционно-чувствительные ОЭ?.

По област?предпочтительной спектральной чувствительности ОЭ?можн?разделит?на группы, работающи??различны?областя?спектр? показанных ?таблиц?1.1.

Таблиц?1.3.

Област?спектр?Длин?волн,нм Видимая 800-Ультрафиолетов? 400-Коротк? ультрафиолетов? 200-Вакуум Цультрафиолетов? < Пр?разработке оптических ИП, предпочтительных для работы со световым?потоками, характеризующими? низким уровне?интенсивност?(люминесцентный анализ), создан?ОЭ? ?которы?светочувствительны?слой охлаждается до очен?низкой температур?(до 20??ниже). ?обще?случае I?выходной то?ОЭ?зависи?от множеств?факторов:

o I?= f (o,,T,U...), (1.27) o гд?- величина падающего потока; - спектральный диапазон излучения; ?- абсолютн? температур?светочувствительного сл? ОЭ? U - напряжени?питания ОЭ?

Эт?зависимост?нелинейн?. Кром?того, он?изме?ет? со временем (временно?дрей?. Эт?приводит ?появлению погрешностей измерения.

Поэтом??процессе измерения одно?из важнейши?зада?являет? стабилизац? вл?ния основных внешни?факторов: температур? параметров источник?питания ?др. внешни?услови? не связанных ?изме?емым параметром.

Одни?из опреде?ющи?функциональных элементо??структур?оптических ИП являет? ОЭ? Сред?ег?основных параметров ?характеристи? являющихся принципиальным?пр?разработке оптических ИП ?первую очеред?принято выде?ть.

Интегральн? чувствительность ОЭ? Эт?величина, обозначаем? иногда ин? численно равн?отношению приращен? одного из выходных данных информативны?параметров ОЭ??вызвавшему ег?воздействию (световом?потоку ил?освещенности).

() Спектральн? чувствительность, характеризующая реакцию ОЭ?для каждой длин?волн?оптическог?излучения.

Уровен?собственны?шумо?

Поро?чувствительности - эт?минимальны?световой пото? коmin торы?способен вызват?на выходе ОЭ?информативны?сигнал, которы?находится ?заданном отношени??уровню собственны?шумо?(отношения сигнал / шу?.

Инерционност? оцениваемая пост?нной времен?переходног?процесса пр?скачкообразном изменени?величины потока излучения.

Особое значение для ОЭ?имее?оценка вл?ния собственны?(внутренних) шумо?на процессе измерительного преобразован?. Основным?видами шумо?для ОЭ?являются: тепловые, вызываемые хаотически?тепловым движение?электронов; дробовые, опреде?емые те? чт?электрически?то?представ?ет собо?пото?дискретных частиц, количество которы?флуктуируе?во времен? токовы?шумы (1/ f - шу?; фотонные шумы, зави?щи?от флуктуации числ?фотоно? падающи?на светочувствительны?слой ОЭ?

Общи?уровен?шума оценивается дисперсией шума i? ?пр?определени?отношения сигнал / шу?использует? среднеквадратическое значение шума, то есть:

I?J =, (1.28) i?гд?I?- значение выходног?сигнал?ОЭ? на уровне которого изме?ет? шу?