线偏振镜(PL)和圆偏振镜(CPL)的原理与使用

竟陵残雪

转一篇很老的帖子来补课
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线偏振镜(PL)和圆偏振镜(CPL)的原理与使用

我们知道，光是一种电磁波，是由与传播方向垂直的电场和磁场交替转换的振动形成的。它与无线电波没有本质的区别，仅波长更短一些而已。这种振动方向与传播方向垂直的波我们称之为横波。声波是靠空气或别的媒质前后压缩振动传播的，它的振动方向与传播相同，这类波我们称之为纵波。
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图一：光是一种电磁波

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横波有一个特性，就是它的振动是有极性的。在与传播方向垂直的平面上，它可以向任一方向振动。我们一般把光波电场振动方向作为光波振动方向。如果一束光线都在同一方向上振动，我们就称它们是偏振光，或严格一点，称为完全偏振光。一般的自然光在各个方向振动是均匀分布的，是非偏振光。但是，光滑的非金属表面在一定角度下(称为布儒斯特角，与物质的折射率有关)反射形成的眩光是偏振光。偏离了这个角度，就会有部分非偏振光混杂在偏振光里。我们称这种光线为部分偏振光。部分偏振光是有程度的。偏离的角度越大，偏振光的成分越少，最终成为非偏振光。在以下的原理性讨论中，我们将不严格区分偏振光和部分偏振光。
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: B4 G4 z/ A" q! Q' A& k& ]6 m, D- P图二：自然光和部分偏振光



许多偏振光在摄影中是有害的。玻璃表面的反射光，使我们拍摄不到玻璃橱窗里面的东西，水面的反射光使我们拍摄不到水中的鱼，树叶表面的反射光使树叶变成白色，等等。晴空的蓝天在与太阳方向成90度的垂直方向散射的也是偏振光，它使蓝天变的不那么幽深。如果消除了这些偏振光，许多照片会显得颜色更加饱和，画面更加清晰。

能够滤除偏振光的滤镜叫做偏振镜。普通的偏振镜叫做线偏振镜(PL镜)。把偏振镜装到镜头的前端，仔细旋转偏振镜，使得有害眩光减至最小甚至消失，这样就能拍摄出没有眩光的照片了。如果拍摄蓝天，天会显得更蓝、更暗。偏振镜不止滤掉了偏振光，还把非偏振光中的与偏振光振动方向相同的部分也滤掉了。所以，使用偏振镜以后，一般要增加一档以上的曝光量。
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但是，在AF(自动聚焦)和AE(自动曝光)相机中，一部分光线要被反射到测光元件上去。如果这些光线是通过半反射镜反射出去的，而这半反射镜又是用非金属材料镀膜形成的，它们反射的光线就是偏振光。在这类相机中，如果使用了普通的线偏振镜，透过镜头的偏振光射到半反射镜上，如果角度合适，会正常反射出来。如果角度不合适，又会没有光线反射出来。因此，AE有可能不准，AF有可能失效。另外，有的相机取景器中有液晶显示器。某些相机的液晶显示器是靠透过镜头的光线照明的。如果镜头使用了线偏振镜，这种液晶显示器就会失效。
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如何使偏振镜既能滤掉有害的偏振光，又能使经过偏振镜进入镜头的光线成为非偏振光呢？这种情况下就要使用圆偏振镜(CPL镜)了。圆偏振镜可以看作由两部分组成：前一部分是一个普通的线偏振镜，能够滤除某个振动方向的偏振光。后一部分有旋光作用，使得透过它的偏振光振动方向在一个圆周上旋转。这种特殊的偏振光称为圆偏振光，圆偏振镜也因此而得名。圆偏振光对于绝大多数光学元件来说，与非偏振光没有什么区别，所以圆偏振镜可以在任何相机上使用。

利用这个原理，很容易识别一个偏振镜到底是PL，还是CPL。把偏振镜安装镜头的一方靠近眼睛，透过偏振镜看非金属的反光。转动偏振镜到某个角度，反光会明显减弱甚至消失。把偏振镜反过来作同样的实验，PL镜会看到同样的结果，而CPL镜就和普通的墨镜差不多。如果把两个线偏振镜重叠起来，转动到互相垂直的方向，透过头一个偏振镜的偏振光会被第二个偏振镜完全滤除，效果是完全不透光。转动其中的一个，透光率会逐渐增加，好象一个可变灰度镜(可能会有一点偏色)！如果其中一个是CPL，CPL一定要放到后面！前面的偏振镜如果是CPL，就看不到这个现象。

# p" H5 r, y3 s( e! t许多变焦镜头尤其是一些低档的变焦镜头常常使用旋转前片的方法调焦。这种镜头使用偏振镜十分困难：需要把相机安装在牢固的三脚架上，一只手固定调焦环，另一只手转动偏振镜，眼睛还要在取景器中看效果。所以如果经常使用偏振镜，尤其是喜欢拍摄风景，购买镜头时除了价格、成像质量等因素外，前片是否旋转也是一个选购的因素。
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偏振镜不是万能的。如果阳光角度不合适，非金属表面反射的眩光可能偏振光成分很小。例如，拍摄树叶往往不能消除所有反光。如果使用超广角镜头，很难在画面中取得一致的效果。尤其拍摄天空时，与太阳夹角成90度的方向压的很暗，而其它方向几乎没有效果，造成天空颜色和亮度不均匀。拍摄水面时，部分水面没有反光，而另一部分反光很强。偏振镜由于有转动部分，厚度较大，用在超广角镜头上有可能挡角。使用偏振镜时，由于需要转动滤镜，不宜使用遮光罩，应当尽量把相机放在阴影中拍摄。
线偏振镜与圆偏振镜价格差异很大。一台相机能否使用PL，要通过试验来确定。首先确定AF：转动PL镜到不同方向，半按快门开启自动对焦(有的机身有专门AF启动按键)。如果任意方向都能正常自动聚焦，说明这种机身能够使用PL镜实现AF功能。反之，如果某个方向AF失灵，那就必须购买CPL镜了！再试验AE：镜头前面装上PL镜后，垂直对着均匀白墙测光。旋转PL镜到不同方向，仔细观察测光值是否有变化。如果有变化，只好购买CPL了！如果AE和AF都没有问题，以后也不打算购买别的机身，那就可以购买PL镜了！
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图三(a)：未使用偏振镜拍摄的植物
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图三(b)：使用偏振镜拍摄的植物
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% F; b1 T5 P; t2 n" o6 y) \8 U图四(a)：未使用偏振镜拍摄的物品



% @: w6 X/ H0 E) ?# ~+ {$ M图四(b)：使用偏振镜拍摄的物品


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+ l6 `: b0 w# V) I  U4 R' ]图五(a)：未使用偏振镜拍摄的水面
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$ f" x% q- b: w" b1 d图五(b)：使用偏振镜拍摄的水面

leo08

非常详细学习了

天气不错

学习ing....

恭喜发财

Kel

很好的普及贴,感谢分享了!

yliangca

辛苦了,收藏了.

酷暑严寒

谢竟版！

前几天兄弟看过这篇文章，只是到现在也没看懂，有关光学的知识，太复杂了，兄弟是学文科的 ~

yliangca

谢竟版！
! @# _+ c. d, S- ~$ K
9 v; Z, j! y" N9 T2 r# k前几天兄弟看过这篇文章，只是到现在也没看懂，有关光学的知识，太复杂了，兄弟是学文科的 ~
- ^% Z- v0 Z0 ~% P% H6 C) J酷暑严寒 发表于 2009-5-20 22:09

# ~; l8 V$ \1 d
人家发财才是科班出生,要不你也写首小湿证明一下.

酷暑严寒

人家发财才是科班出生,要不你也写首小湿证明一下.
# \0 X; q- O/ \1 m& t2 Ayliangca 发表于 2009-5-20 22:11

看复杂的物理原理时，兄弟是文科出身，
- W" h) L5 t! S: m' B3 e$ J8 @- H
! g7 A9 |1 X6 B- U! \5 U+ A要吟诗作对时，兄弟就变成工科出身了~　

yliangca

看复杂的物理原理时，兄弟是文科出身，

7 `% Y  ~) e/ E2 z' w要吟诗作对时，兄弟就变成工科出身了~　
酷暑严寒 发表于 2009-5-20 22:46

明白了,你是著名的双科人.

白云飘飘

谢谢竟版分享！
. r! V+ L( V' S. `太专业，太深奥了，太难懂了
* @1 n" \2 j" v# ?想放弃学摄影了，趁着还未买相机，本来正在琢磨买个单反呢
$ u3 R+ v% ]- T1 o# i, x0 _* J/ q1 N- I先收藏了，等入门了再重读几遍

酷暑严寒

谢谢竟版分享！
: h" L: e( b' k$ }$ ^/ Z. ~太专业，太深奥了，太难懂了
5 o6 u: Z, I2 T1 f想放弃学摄影了，趁着还未买相机，本来正在琢磨买个单反呢
+ L; t( e! t9 O! n/ x8 E) i先收藏了，等入门了再重读几遍
白云飘飘 发表于 2009-5-20 23:07

( v% R$ W, h  X不能被这些理论给吓住啊，实践才是最重要的，这个坛子里的一位大师说过：只要量上去了，就不愁没有质的变化 （大体意思是这样的，嘿嘿，原话不记得了）

yliangca

不能被这些理论给吓住啊，实践才是最重要的，这个坛子里的一位大师说过：只要量上去了，就不愁没有质的变化 （大体意思是这样的，嘿嘿，原话不记得了）
$ Q9 y' H+ B, B3 P) E酷暑严寒 发表于 2009-5-20 23:20

同意得不行不行的,老实告诉你,我也没看懂,太深奥了.

酷暑严寒

同意得不行不行的,老实告诉你,我也没看懂,太深奥了.
yliangca 发表于 2009-5-20 23:22

9 s" q8 Q4 d6 l* i. j8 Z奥，这我就放心了，连你都看不懂的东西，估计爱因斯坦都够呛 ~

yliangca

& l/ y  _, @5 L3 U. _

奥，这我就放心了，连你都看不懂的东西，估计爱因斯坦都够呛 ~
! G; B6 Y0 }0 K- Y* H' Q/ }酷暑严寒 发表于 2009-5-20 23:27

你想摔死我啊,把我捧的这么高.
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: U* s% o3 O% W  z- a# Y# H我要是有爱因斯坦那水平,早把今天的649预测出来了,这会儿咱哥儿几个已经在沙滩上躺着了.

竟陵残雪

总结一下，就CPL的使用来几句顺口溜：

7 H0 K) Q& O+ d+ B圆形CPL，
  X( ]1 k. P# y8 E装在镜头前，
适用中长焦，
( P. \4 M( @9 w# w6 L; n1 b8 F8 j消光天变蓝，
$ Z& P$ w" ]- n! i2 H不用遮光罩，
藏身阴影中，
+ `% d; g$ C# a半按先合焦，
! L  w# m. [6 S3 Y3 f% S7 z边把滤镜旋，
看准就咔嚓，
包你出好片。

酷暑严寒

总结一下，就CPL的使用来几句顺口溜：
8 z$ S* ]8 f  Z+ q
* U2 D" ]( l2 S  k* W* Y3 u4 b圆形CPL，
装在镜头前，
+ N) c3 h/ e  Z' r. V1 a适用中长焦，
消光天变蓝，
2 ]/ S5 B1 i0 L2 U4 B( g2 F& _1 Y不用遮光罩，
藏身阴影中，
" }! R$ H  H! z% c' i半按先合焦，
: `/ m3 x6 t5 \/ i& [边把滤镜旋，
9 V& v5 A9 A: F看准就咔嚓，
包你出好片。
竟陵残雪 发表于 2009-5-21 07:01

" x! B+ \; T( [1 n3 j- Z7 c
' o: ]+ F1 u" K( z: [这个好多了 ~  

leo08

16# 竟陵残雪
) i3 Q. W+ T& y2 s. W! T呵，这玩艺儿民间版本也有！佩服地

笑白

太深奥了 得借几本物理课书补习补习了

挖耳恭听

样片画质太崩溃了。。。

MOOD

长沙烟..........

古月照今城

$ v: o" H2 P3 a" ~3 u) a& _4 _
非常感谢！此贴让我受益非浅！  

拜读了。物理科的光学部分我还得重温一下。

* G9 w! A" c9 L! J& [看来要真拍好照片，因现实因素，还真不得不烧器材啊！  $$$$$

3DMKii

PL和CPL确实能解决一些反光的问题，但同时会损失1到2档的进光量。
9 F2 K% |' N  H2 _6 H( s* ]2 m如果用低档镜片，图像损失太大，慎用。

3DMKii

补救方法：
5 X  t3 M3 W" {1， 不要在直射阳光下拍照，可选择在阴天或者在遮荫处拍照。
2，选择正确的光照角度，比如顺光，背后45度斜角等等。