主题：谈谈偏振镜的原理及使用 -- 北田
此文也是以前写的,今天翻出来晒晒,就当是卖大力丸了.
各位老少爷们知道的捧个人场,不知道的捧个花场.
偏振光的基本概念
光是一种电磁波,波长在400NM到700NM之间,能被人眼看到.
既然是电磁波,就有波的特性,折射与反射.通常光波遇到表面平滑的物体(金属表面除外)如玻璃或水面就会同时发生折射与反射.反射时反射角等于入射角,折射角取决于物体的折射率,通常光学玻璃的折射率在1.4-1.9之间.当反射角随着入射角的变化而变化,同时折射角也在变化,当反射角与折射角之间成直角时,此时的反射光线就是偏振光.这就是布儒斯特定理,大学普通物理光学部分都有介绍.而当当反射角与折射角之间角度不是直角时,则反射光线为部分偏振光.
这里再简单说一下什么叫偏振光,以帮助没学过大学理工科的朋友理解.
光有波粒二相性,通常我们看到的以波动性为主,粒子性要到量子力学时才会用到.光的波动性表明它是一种横波,就是振动方向垂直与传播方向.
自然光里面光的振动方向是随机的,面对光的传播方向,你可以想象成它的振动方向就象一个闹钟一样,光沿秒针的轴向你射来,其振动就是象秒针指示的360度的任何方向.因为是随机的,所以就不会在某个特定方向上加强或减弱.而偏振光则是在某一个特定方向上振动,比如只是沿4 点和10点的方向振动,这种在单一方向上振动的光就叫线性偏振光,
除了线性偏振光外,还有圆偏振光,圆偏振光是从线性偏振光来的,但其区别在于这种偏振光不是固定在一个方向上振动,而是会旋转,就象秒针一样会360度不停地转动.比如说某一时刻振动方向是12点和6点, 下一时刻就是1点和7点,再下一时刻就到2点和8点了.
若学过数理统计,则很容易理解, 假设E为光振动方向的数学期望,O为E的方差.则
自然光;: E=0, O<>0
线性偏振光:E<>0, O<>0
圆偏振光: E=0, O=0
(注意这里说的光不是某一特定频率的光,而是从波长400NM到700NM各种不同频率的光都加在一些振动.要不就成激光了)
偏振镜是由光的偏振原理而来的,它实际上是一种光栅,当光栅方向与偏振光方向一致时,偏振光可以通过,成90度时,偏振光会完全被挡住.
偏振镜在拍摄时的运用:
在拍摄时,若我们想拍摄鱼缸里的鱼时(假设鱼缸是方的,由四块玻璃板围成的,圆的鱼缸等会再说),将相机镜头直接对准鱼缸,拍摄出来的相片上是无法看清鱼缸里面的鱼的,只有鱼缸的反光.
此时我们可以用偏振镜加到镜头前面,然后转动偏振镜,从取景器中可以看到鱼缸的反光随着偏振镜的转动而减小,当减小到一个最小值时,又会加大.这说明偏振镜挡住了从鱼缸反射的部分偏振光.当我们改变相机与鱼缸之间的夹角,就意味着入射角的改变,当反射角与折射角成为直角(布儒斯特角)时,鱼缸反射光就完全是偏振光了,此时取景器里完全看不到鱼缸的反光了.此时入射角的数值可以用由玻璃折射率的反正切函数得到(ARCTG1.4-ARCTG1.9,为54度到62度之间),相机与鱼缸之间的夹角要用90度减去这个值.
当鱼缸是圆的时候,我们可以想象圆是由无数个小的平面组成,当一个平面成布儒斯特角时其他平面却不是,所以偏振光是无法完全消除的.
对于金属来说,没有折射,所以这定理不成立,但我们可以灵活运用,将偏振镜放到灯光的前头,转动,直到取景器里看不到金属反射光为止.不过使用时注意,偏振镜不耐高温,被烤化了不负责.
说到此,加了偏振镜消了偏光光就上上大吉了吗?对咱们不靠拍摄吃饭的是这样,但对一些吹毛求疵的器材发烧友却觉得还要再花些钱才舒服.
现在的SLR大都是AF与AE,加了偏振镜是否会对这两个功能有影响?先让我们来看看AF与AE的工作原理.
简单地说AF就是靠测定补摄物体的距离来决定像距的,加了偏光镜,挡了偏振光,使镜头里的光线能量减小了,但物体的距离与角度都没有变,所以对AF来说无所谓.
再看AE.现在SLR都是TTL测光(Through The Len),测光传感器做在镜头后面的机身里面,加了偏振镜.射入镜头的光线能量减少了.但这种变化只是在某一个方向上发生,并且在这一方向上的反光我们并不需要,但若是这一方向是测光传感器的工作方向,则相机会自动作出曝光补偿,这样照片就会曝光过度,若是这一方向不是传感器的工作方向,则相机不会作任何曝光修正,得到的相片曝光也正好.
这就说明了偏光镜对AE有可能有影响.
若你感到这些可能的影响还是难以忍受,那正对厂商的胃口.为了消除这点点影响,你就得花大把的银子,反正你近千的机身都买了,几千的镜头也买了,也不在乎再花几百这点钱.既然如此,就让你花得明白些.
偏振镜的工作原理有两点,一挡住某一振动方向光, 二允许某一方向振动的光通过.现在自然光里反光被挡住了,同偏振镜振动方向相同的光还可以通过,但通过后,光只是在某一特定的方向振动,所以若是我们能够将这种特定方向上振动的偏振光,让它转起来,360度各个方向的振动都有,那么就可以欺骗相机,让相机将它当作自然光,而不作任何曝光修正了. 这就是圆偏振镜的作用.
圆偏振镜是由一块普通线性偏振镜,也加上一块1/4波长的波片组成的.这个1/4波长,通常取绿光波长的1/4,因为绿光正好处于400NM到700NM可见光波长的中间.
自然光通过线性偏振片,出来的就是特定方向的偏振光,再通过1/4的波片.1/4波片有一特点,就是光线通过之后,会产生两条相互正交的光线,其中的一条比另一条相位差90度(这正好是周期的1/4,所以叫1/4波片).其轨迹用数学方程表示就是
s1=A1*cos n
s2=A2*cos( n+90)=-A2*sin n
=>s1^2+s2^2=A1^2(cos n)^2+A2^2(sin n)^2
若A1=A2, 则其轨迹是个圆方程.但这个圆在转,就象秒针一样,360度不停地转.
若A1<>A2,则其轨迹是个椭圆方程,也在不停地转.
因为1/4波片的性质一定,所以设计时对于一定的波长, A1=A2. 就是个转动的圆了.这就是圆偏振原理.
好了现在钱也花了,道理也懂了,但花了几百块(好的圆偏振比线性偏振镜贵得多)钱买的圆偏振镜是否真的象其吹的一样好呢?
下面让我们来做个实验.
买一块圆偏振镜,再找到一个能产生偏振光的东西.找不到?那么难找,其实你手头就有,记住有液晶显示的地方就有偏振光.LCD显示器,数落相机后面的小屏幕,实在不行手表上的液晶也行,它们产生的都是偏振光.
简单说一下液晶原理:
一块发光体,通常都用日光灯.前面放上两块偏振片,但两块偏振片的偏振方向是互为直角,这样从前方你是看不到背后发出的光线的.
因为后一块出来的偏振光被前面一块给挡住了.在两块偏振片之间充入液晶,液晶有个光电特性,加电后,能使通过的光线转个90度,这样正好与前面那块偏振片的偏振方向相同. 所以在加电的地方是亮的,不加电就是黑的.
将圆偏振镜放在液晶显示器前面,将与相机接口那一面对着自己.转动,看看光线亮度是否会变化.最暗时应该完全不透光.若不是这样,那就直接扔了吧,因为你买了块普通玻璃片..
再倒过来,让接口部位向着液晶,再转动, 理想情况下,亮度不应该有明显变化.因为偏振光线过1/4波片(波片没有反正方向),应该成为全向振动的光.而偏振镜对这种全向振动的光作用应该在各个方向上作用都相同,不然也你就发现新的物理光学定理了.
但实际情况肯定不是这样,不然你就发财了.通常最亮与最暗很明显,好的圆偏振片最暗的时候只比最亮时候差一点,差的圆偏振片最暗时几乎完全看不见.
为什么花了几百块钱,买到的却未能如愿,其实不怪厂商,他们没有错,错在你的眼睛.
若你的眼睛只能看到绿光,那你就能看到最亮与最暗没有差别了.但你现在眼睛太好了,能看到从400NM(紫光)到700NM(红光),但1/4波片上的镀膜只是以绿光作为标准的,因此对于其他波长的可见光,必然不可能是圆偏振,而是椭圆偏振.椭圆的在不同方向的长宽不相同,自然光线的亮度也不同了.
好了,现在究竟是去对你的眼睛动手术,还是接受这一现实,心甘情愿地让厂商骗你钱,就由你决定了.
再重复一下,好的相片不是由相机拍摄的,而是由你的头脑和腿脚拍摄出来的. 器材不好,只要头脑好一些,腿脚勤快些自然也可以补偿的.坦白地说,什么时候你花在胶片上的钱超过了相机镜头这些器材时,你就出道了.
好文没说的，先花。
我们好像以前“见过”，在世界摄影论坛？
你是CANONER吗？晨枫老是觉得CANONER在西西河里太孤单了，......
能不能讲一讲multi-coating偏振镜？如果你已经提到，就指点一下。我对这些中文的摄影词汇茫茫然，它们认得我，我也认不得它们。
坛子里没钱有些地方还不能去.
所以拿出以前的东西卖了换些零花钱.
求各位见过的帮个人场,没见过的帮个花场
从俺这里给您做揖了.
镀膜的作用是使光线通过镜头与空气的界面时减少反射,这样入射能量损失也就小了.多层镀膜是根据不同的波长多次镀膜,每层膜是针对不同波长的光波的.
但偏振镜本身就是一个刻意让能量衰减的,再加上多层镀膜,恐怕就有鸡胁这嫌了,我是这样认为的.
不至于产生所谓的"Ghost Image"。
参见http://www.bhphotovideo.com/bnh/controller/home?O=filters.jsp&A=getpage&Q=Product_Resources/filterIntro.jsp
Multi-coating
Multi-coating is an excellent way to protect your images from unwanted flare. However, not all filters come with multi-coating. Some manufacturers produce the same filter both with and without multi-coating and when you want to buy that particular filter, you must specify whether you want multi-coating or not. Unless you specifically request multi-coating you will, most likely, be sold a non-multi-coated filter. In addition, many filters are not even produced with multi-coating as an option. That depends on the manufacturer. And remember, a multi-coated filter will cost you more than a non-multi-coated filter. However, many pros feel the added benefits of multi-coating outweigh the added expense.
What is multi-coating? Frequently, “ghost images” appear in backlit photographs or when light enters at extreme angles from the side. This is caused by a reflection created on the surface that occurs when light enters the filter glass. Normal untreated glass causes light loss of approximately 2-4% due to reflection. Along with light loss, flare can occur which causes the picture to appear flat and washed out. The reason for this is due to the different refractive characteristics of glass and air.
Filter coating is necessary to compensate for this difference and to allow reflection-free light transmission. To achieve this, a scratch-resistant metallic oxide coating is applied to the surface in a high-vacuum process. A single layer coating can reduce reflection by more than half. Further reduction of internal reflections throughout the entire spectral range requires several layers.
D最好用圆偏振,胶卷的用线性.请教一下为什么?
綫偏會影響自動對焦和自動測光，所以手動機器用綫偏，自動機器上一律使用圓偏，倒不光是DSLR這樣
PS：假設在FM3A機身的基礎上出一台DSLR，那末理論上是可以用綫偏的
下面這段摘自無忌老頑童編輯的帖子：
原貼地址：
http://www.cameraunion.net/xuetang/optics/pl-cpl.htm
as I know. :)
圆偏的目的是解决线偏可能产生的对测光系统的影响, 但这种影响不是必然的,有可能而已.
因为AE系统的自动曝光的传感器对光线方向敏感.
DSLR的CCD与胶片,CCD对光线的方向敏感性更大.
所以最好用圆偏.但圆偏买得不好,就成了接近线偏,这样花了钱却没得到应有的效果.
至于手动,曝光传感器是不工作的,圆偏线偏一样.