什么是線偏振鏡?什么是圓偏振鏡?

2013-02-26 admin1

我們知道,光是一種電磁波,是由與傳播方向垂直的電場和磁場交替轉(zhuǎn)換的振動形成的。它與無線電波沒有本質(zhì)的區(qū)別,僅波長更短一些而已。這種振動方向與傳播方向垂直的波我們稱之為橫波。聲波是靠空氣或別的媒質(zhì)前后壓縮振動傳播的,它的振動方向與傳播相同,這類波我們稱之為縱波。

圖一:光是一種電磁波

 

什么是線偏振鏡?什么是圓偏振鏡?

 

橫波有一個特性,就是它的振動是有極性的。在與傳播方向垂直的平面上,它可以向任一方向振動。我們一般把光波電場振動方向作為光波振動方向。如果一束光線都在同一方向上振動,我們就稱它們是偏振光,或嚴格一點,稱為完全偏振光。一般的自然光在各個方向振動是均勻分布的,是非偏振光。但是,光滑的非金屬表面在一定角度下(稱為布儒斯特角,與物質(zhì)的折射率有關(guān))反射形成的眩光是偏振光。偏離了這個角度,就會有部分非偏振光混雜在偏振光里。我們稱這種光線為部分偏振光。部分偏振光是有程度的。偏離的角度越大,偏振光的成分越少,最終成為非偏振光。在以下的原理性討論中,我們將不嚴格區(qū)分偏振光和部分偏振光。

圖二:自然光和部分偏振光

 

濾光片

 

許多偏振光在攝影中是有害的。玻璃表面的反射光,使我們拍攝不到玻璃櫥窗里面的東西,水面的反射光使我們拍攝不到水中的魚,樹葉表面的反射光使樹葉變成白色,等等。晴空的藍天在與太陽方向成90度的垂直方向散射的也是偏振光,它使藍天變的不那么幽深。如果消除了這些偏振光,許多照片會顯得顏色更加飽和,畫面更加清晰。


能夠濾除偏振光的濾鏡叫做偏振鏡。普通的偏振鏡叫做線偏振鏡(PL鏡)。把偏振鏡裝到鏡頭的前端,仔細旋轉(zhuǎn)偏振鏡,使得有害眩光減至最小甚至消失,這樣就能拍攝出沒有眩光的照片了。如果拍攝藍天,天會顯得更藍、更暗。偏振鏡不止濾掉了偏振光,還把非偏振光中的與偏振光振動方向相同的部分也濾掉了。所以,使用偏振鏡以后,一般要增加一檔以上的曝光量。


但是,在AF(自動聚焦)和AE(自動曝光)相機中,一部分光線要被反射到測光元件上去。如果這些光線是通過半反射鏡反射出去的,而這半反射鏡又是用非金屬材料鍍膜形成的,它們反射的光線就是偏振光。在這類相機中,如果使用了普通的線偏振鏡,透過鏡頭的偏振光射到半反射鏡上,如果角度合適,會正常反射出來。如果角度不合適,又會沒有光線反射出來。因此,AE有可能不準,AF有可能失效。另外,有的相機取景器中有液晶顯示器。某些相機的液晶顯示器是靠透過鏡頭的光線照明的。如果鏡頭使用了線偏振鏡,這種液晶顯示器就會失效。


如何使偏振鏡既能濾掉有害的偏振光,又能使經(jīng)過偏振鏡進入鏡頭的光線成為非偏振光呢?這種情況下就要使用圓偏振鏡(CPL鏡)了。圓偏振鏡可以看作由兩部分組成:前一部分是一個普通的線偏振鏡,能夠濾除某個振動方向的偏振光。后一部分有旋光作用,使得透過它的偏振光振動方向在一個圓周上旋轉(zhuǎn)。這種特殊的偏振光稱為圓偏振光,圓偏振鏡也因此而得名。圓偏振光對于絕大多數(shù)光學(xué)元件來說,與非偏振光沒有什么區(qū)別,所以圓偏振鏡可以在任何相機上使用。


利用這個原理,很容易識別一個偏振鏡到底是PL,還是CPL。把偏振鏡安裝鏡頭的一方靠近眼睛,透過偏振鏡看非金屬的反光。轉(zhuǎn)動偏振鏡到某個角度,反光會明顯減弱甚至消失。把偏振鏡反過來作同樣的實驗,PL鏡會看到同樣的結(jié)果,而CPL鏡就和普通的墨鏡差不多。如果把兩個線偏振鏡重疊起來,轉(zhuǎn)動到互相垂直的方向,透過頭一個偏振鏡的偏振光會被第二個偏振鏡完全濾除,效果是完全不透光。轉(zhuǎn)動其中的一個,透光率會逐漸增加,好象一個可變灰度鏡(可能會有一點偏色)!如果其中一個是CPL,CPL一定要放到后面!前面的偏振鏡如果是CPL,就看不到這個現(xiàn)象。


許多變焦鏡頭尤其是一些低檔的變焦鏡頭常常使用旋轉(zhuǎn)前片的方法調(diào)焦。這種鏡頭使用偏振鏡十分困難:需要把相機安裝在牢固的三腳架上,一只手固定調(diào)焦環(huán),另一只手轉(zhuǎn)動偏振鏡,眼睛還要在取景器中看效果。所以如果經(jīng)常使用偏振鏡,尤其是喜歡拍攝風(fēng)景,購買鏡頭時除了價格、成像質(zhì)量等因素外,前片是否旋轉(zhuǎn)也是一個選購的因素。


偏振鏡不是萬能的。如果陽光角度不合適,非金屬表面反射的眩光可能偏振光成分很小。例如,拍攝樹葉往往不能消除所有反光。如果使用超廣角鏡頭,很難在畫面中取得一致的效果。尤其拍攝天空時,與太陽夾角成90度的方向壓的很暗,而其它方向幾乎沒有效果,造成天空顏色和亮度不均勻。拍攝水面時,部分水面沒有反光,而另一部分反光很強。偏振鏡由于有轉(zhuǎn)動部分,厚度較大,用在超廣角鏡頭上有可能擋角。使用偏振鏡時,由于需要轉(zhuǎn)動濾鏡,不宜使用遮光罩,應(yīng)當(dāng)盡量把相機放在陰影中拍攝。


線偏振鏡與圓偏振鏡價格差異很大。一臺相機能否使用PL,要通過試驗來確定。首先確定AF:轉(zhuǎn)動PL鏡到不同方向,半按快門開啟自動對焦(有的機身有專門AF啟動按鍵)。如果任意方向都能正常自動聚焦,說明這種機身能夠使用PL鏡實現(xiàn)AF功能。反之,如果某個方向AF失靈,那就必須購買CPL鏡了!再試驗AE:鏡頭前面裝上PL鏡后,垂直對著均勻白墻測光。旋轉(zhuǎn)PL鏡到不同方向,仔細觀察測光值是否有變化。如果有變化,只好購買CPL了!如果AE和AF都沒有問題,以后也不打算購買別的機身,那就可以購買PL鏡了!


圖三(a):未使用偏振鏡拍攝的植物

 

濾光片

 

圖三(b):使用偏振鏡拍攝的植物

 

濾光片

 

圖四(a):未使用偏振鏡拍攝的物品

 

濾光片

 

圖四(b):使用偏振鏡拍攝的物品

 

濾光片

 

圖五(a):未使用偏振鏡拍攝的水面

 

濾光片

 

圖五(b):使用偏振鏡拍攝的水面

 

濾光片