偏振鏡！

偏振光的基本概念

光是一種電磁波,波長(zhǎng)在400NM到700NM之間,能被人眼看到.

既然是電磁波,就有波的特性,折射與反射.通常光波遇到表面平滑的物體(金屬表面除外)如玻璃或水面就會(huì)同時(shí)發(fā)生折射與反射.反射時(shí)反射角等于入射角,折射角取決于物體的折射率,通常光學(xué)玻璃的折射率在1.4-1.9之間.當(dāng)反射角隨著入射角的變化而變化,同時(shí)折射角也在變化,當(dāng)反射角與折射角之間成直角時(shí),此時(shí)的反射光線就是偏振光.這就是布儒斯特定理,大學(xué)普通物理光學(xué)部分都有介紹.而當(dāng)當(dāng)反射角與折射角之間角度不是直角時(shí),則反射光線為部分偏振光.

這里再簡(jiǎn)單說(shuō)一下什么叫偏振光,以幫助沒(méi)學(xué)過(guò)大學(xué)理工科的朋友理解.

光有波粒二相性,通常我們看到的以波動(dòng)性為主,粒子性要到量子力學(xué)時(shí)才會(huì)用到.光的波動(dòng)性表明它是一種橫波,就是振動(dòng)方向垂直與傳播方向.

自然光里面光的振動(dòng)方向是隨機(jī)的,面對(duì)光的傳播方向,你可以想象成它的振動(dòng)方向就象一個(gè)鬧鐘一樣,光沿秒針的軸向你射來(lái),其振動(dòng)就是象秒針指示的360度的任何方向.因?yàn)槭请S機(jī)的,所以就不會(huì)在某個(gè)特定方向上加強(qiáng)或減弱.而偏振光則是在某一個(gè)特定方向上振動(dòng),比如只是沿4 點(diǎn)和10點(diǎn)的方向振動(dòng),這種在單一方向上振動(dòng)的光就叫線性偏振光,

除了線性偏振光外,還有圓偏振光,圓偏振光是從線性偏振光來(lái)的,但其區(qū)別在于這種偏振光不是固定在一個(gè)方向上振動(dòng),而是會(huì)旋轉(zhuǎn),就象秒針一樣會(huì)360度不停地轉(zhuǎn)動(dòng).比如說(shuō)某一時(shí)刻振動(dòng)方向是12點(diǎn)和6點(diǎn), 下一時(shí)刻就是1點(diǎn)和7點(diǎn),再下一時(shí)刻就到2點(diǎn)和8點(diǎn)了.

若學(xué)過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì),則很容易理解, 假設(shè)E為光振動(dòng)方向的數(shù)學(xué)期望,O為E的方差.則

自然光;: E=0, O<>0

線性偏振光:E<>0, O<>0

圓偏振光: E=0, O=0

(注意這里說(shuō)的光不是某一特定頻率的光,而是從波長(zhǎng)400NM到700NM各種不同頻率的光都加在一些振動(dòng).要不就成激光了)

偏振鏡是由光的偏振原理而來(lái)的,它實(shí)際上是一種光柵,當(dāng)光柵方向與偏振光方向一致時(shí),偏振光可以通過(guò),成90度時(shí),偏振光會(huì)完全被擋住.

偏振鏡在拍攝時(shí)的運(yùn)用:

在拍攝時(shí),若我們想拍攝魚(yú)缸里的魚(yú)時(shí)(假設(shè)魚(yú)缸是方的,由四塊玻璃板圍成的,圓的魚(yú)缸等會(huì)再說(shuō)),將相機(jī)鏡頭直接對(duì)準(zhǔn)魚(yú)缸,拍攝出來(lái)的相片上是無(wú)法看清魚(yú)缸里面的魚(yú)的,只有魚(yú)缸的反光.

此時(shí)我們可以用偏振鏡加到鏡頭前面,然后轉(zhuǎn)動(dòng)偏振鏡,從取景器中可以看到魚(yú)缸的反光隨著偏振鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)而減小,當(dāng)減小到一個(gè)最小值時(shí),又會(huì)加大.這說(shuō)明偏振鏡擋住了從魚(yú)缸反射的部分偏振光.當(dāng)我們改變相機(jī)與魚(yú)缸之間的夾角,就意味著入射角的改變,當(dāng)反射角與折射角成為直角(布儒斯特角)時(shí),魚(yú)缸反射光就完全是偏振光了,此時(shí)取景器里完全看不到魚(yú)缸的反光了.此時(shí)入射角的數(shù)值可以用由玻璃折射率的反正切函數(shù)得到(ARCTG1.4-ARCTG1.9,為54度到62度之間),相機(jī)與魚(yú)缸之間的夾角要用90度減去這個(gè)值.

當(dāng)魚(yú)缸是圓的時(shí)候,我們可以想象圓是由無(wú)數(shù)個(gè)小的平面組成,當(dāng)一個(gè)平面成布儒斯特角時(shí)其他平面卻不是,所以偏振光是無(wú)法完全消除的.

對(duì)于金屬來(lái)說(shuō),沒(méi)有折射,所以這定理不成立,但我們可以靈活運(yùn)用,將偏振鏡放到燈光的前頭,轉(zhuǎn)動(dòng),直到取景器里看不到金屬反射光為止.不過(guò)使用時(shí)注意,偏振鏡不耐高溫,被烤化了不負(fù)責(zé).

說(shuō)到此,加了偏振鏡消了偏光光就上上大吉了嗎?對(duì)咱們不靠拍攝吃飯的是這樣,但對(duì)一些吹毛求疵的器材發(fā)燒友卻覺(jué)得還要再花些錢(qián)才舒服.

現(xiàn)在的SLR大都是AF與AE,加了偏振鏡是否會(huì)對(duì)這兩個(gè)功能有影響?先讓我們來(lái)看看AF與AE的工作原理.

簡(jiǎn)單地說(shuō)AF就是靠測(cè)定補(bǔ)攝物體的距離來(lái)決定像距的,加了偏光鏡,擋了偏振光,使鏡頭里的光線能量減小了,但物體的距離與角度都沒(méi)有變,所以對(duì)AF來(lái)說(shuō)無(wú)所謂.

再看AE.現(xiàn)在SLR都是TTL測(cè)光(Through The Len),測(cè)光傳感器做在鏡頭后面的機(jī)身里面,加了偏振鏡.射入鏡頭的光線能量減少了.但這種變化只是在某一個(gè)方向上發(fā)生,并且在這一方向上的反光我們并不需要,但若是這一方向是測(cè)光傳感器的工作方向,則相機(jī)會(huì)自動(dòng)作出曝光補(bǔ)償,這樣照片就會(huì)曝光過(guò)度,若是這一方向不是傳感器的工作方向,則相機(jī)不會(huì)作任何曝光修正,得到的相片曝光也正好.

這就說(shuō)明了偏光鏡對(duì)AE有可能有影響.

若你感到這些可能的影響還是難以忍受,那正對(duì)廠商的胃口.為了消除這點(diǎn)點(diǎn)影響,你就得花大把的銀子,反正你近千的機(jī)身都買了,幾千的鏡頭也買了,也不在乎再花幾百這點(diǎn)錢(qián).既然如此,就讓你花得明白些.

偏振鏡的工作原理有兩點(diǎn),一擋住某一振動(dòng)方向光, 二允許某一方向振動(dòng)的光通過(guò).現(xiàn)在自然光里反光被擋住了,同偏振鏡振動(dòng)方向相同的光還可以通過(guò),但通過(guò)后,光只是在某一特定的方向振動(dòng),所以若是我們能夠?qū)⑦@種特定方向上振動(dòng)的偏振光,讓它轉(zhuǎn)起來(lái),360度各個(gè)方向的振動(dòng)都有,那么就可以欺騙相機(jī),讓相機(jī)將它當(dāng)作自然光,而不作任何曝光修正了. 這就是圓偏振鏡的作用.

圓偏振鏡是由一塊普通線性偏振鏡,也加上一塊1/4波長(zhǎng)的波片組成的.這個(gè)1/4波長(zhǎng),通常取綠光波長(zhǎng)的1/4,因?yàn)榫G光正好處于400NM到700NM可見(jiàn)光波長(zhǎng)的中間.

自然光通過(guò)線性偏振片,出來(lái)的就是特定方向的偏振光,再通過(guò)1/4的波片.1/4波片有一特點(diǎn),就是光線通過(guò)之后,會(huì)產(chǎn)生兩條相互正交的光線,其中的一條比另一條相位差90度(這正好是周期的1/4,所以叫1/4波片).其軌跡用數(shù)學(xué)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, 則其軌跡是個(gè)圓方程.但這個(gè)圓在轉(zhuǎn),就象秒針一樣,360度不停地轉(zhuǎn).

若A1<>A2,則其軌跡是個(gè)橢圓方程,也在不停地轉(zhuǎn).

因?yàn)?/4波片的性質(zhì)一定,所以設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于一定的波長(zhǎng), A1=A2. 就是個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的圓了.這就是圓偏振原理.

好了現(xiàn)在錢(qián)也花了,道理也懂了,但花了幾百塊(好的圓偏振比線性偏振鏡貴得多)錢(qián)買的圓偏振鏡是否真的象其吹的一樣好呢?

下面讓我們來(lái)做個(gè)實(shí)驗(yàn).

買一塊圓偏振鏡,再找到一個(gè)能產(chǎn)生偏振光的東西.找不到?那么難找,其實(shí)你手頭就有,記住有液晶顯示的地方就有偏振光.LCD顯示器,數(shù)落相機(jī)后面的小屏幕,實(shí)在不行手表上的液晶也行,它們產(chǎn)生的都是偏振光.

簡(jiǎn)單說(shuō)一下液晶原理:

一塊發(fā)光體,通常都用日光燈.前面放上兩塊偏振片,但兩塊偏振片的偏振方向是互為直角,這樣從前方你是看不到背后發(fā)出的光線的.

因?yàn)楹笠粔K出來(lái)的偏振光被前面一塊給擋住了.在兩塊偏振片之間充入液晶,液晶有個(gè)光電特性,加電后,能使通過(guò)的光線轉(zhuǎn)個(gè)90度,這樣正好與前面那塊偏振片的偏振方向相同. 所以在加電的地方是亮的,不加電就是黑的.

將圓偏振鏡放在液晶顯示器前面,將與相機(jī)接口那一面對(duì)著自己.轉(zhuǎn)動(dòng),看看光線亮度是否會(huì)變化.最暗時(shí)應(yīng)該完全不透光.若不是這樣,那就直接扔了吧,因?yàn)槟阗I了塊普通玻璃片..

再倒過(guò)來(lái),讓接口部位向著液晶,再轉(zhuǎn)動(dòng), 理想情況下,亮度不應(yīng)該有明顯變化.因?yàn)槠窆饩€過(guò)1/4波片(波片沒(méi)有反正方向),應(yīng)該成為全向振動(dòng)的光.而偏振鏡對(duì)這種全向振動(dòng)的光作用應(yīng)該在各個(gè)方向上作用都相同,不然也你就發(fā)現(xiàn)新的物理光學(xué)定理了.

但實(shí)際情況肯定不是這樣,不然你就發(fā)財(cái)了.通常最亮與最暗很明顯,好的圓偏振片最暗的時(shí)候只比最亮?xí)r候差一點(diǎn),差的圓偏振片最暗時(shí)幾乎完全看不見(jiàn).

為什么花了幾百塊錢(qián),買到的卻未能如愿,其實(shí)不怪廠商,他們沒(méi)有錯(cuò),錯(cuò)在你的眼睛.

若你的眼睛只能看到綠光,那你就能看到最亮與最暗沒(méi)有差別了.但你現(xiàn)在眼睛太好了,能看到從400NM(紫光)到700NM(紅光),但1/4波片上的鍍膜只是以綠光作為標(biāo)準(zhǔn)的,因此對(duì)于其他波長(zhǎng)的可見(jiàn)光,必然不可能是圓偏振,而是橢圓偏振.橢圓的在不同方向的長(zhǎng)寬不相同,自然光線的亮度也不同了.

好了,現(xiàn)在究竟是去對(duì)你的眼睛動(dòng)手術(shù),還是接受這一現(xiàn)實(shí),心甘情愿地讓廠商騙你錢(qián),就由你決定了.

再重復(fù)一下,好的相片不是由相機(jī)拍攝的,而是由你的頭腦和腿腳拍攝出來(lái)的. 器材不好,只要頭腦好一些,腿腳勤快些自然也可以補(bǔ)償?shù)?坦白地說(shuō),什么時(shí)候你花在膠片上的錢(qián)超過(guò)了相機(jī)鏡頭這些器材時(shí),你就出道了.