偏振鏡 (Polarizer),也叫偏光鏡,簡稱 PL 鏡,是一種濾色鏡。偏振鏡的出色功用是能有選擇地讓某個方向振動的光線通過,在彩色和黑白攝影中常用來消除或減弱非金屬表面的強反光,從而消除或減輕光斑。例如,在景物和風光攝影中,常用來表現強反光處的物體的質感,突出玻璃後面的景物,壓暗天空和表現藍天白雲等。
根據過濾偏振光的機理不同,偏光鏡可以分為 圓偏光鏡 (Linear polarizer, 簡稱 CPL) 和 線偏光鏡 (Circular polarizer, 簡稱 LPL) 兩種。
一、定義
偏振鏡由兩片光學玻璃夾著一片有定向作用的微小偏光性質晶體(如雲母)組成。還有另一種製造方法,兩片光學玻璃之間的夾層塗有聚乙烯膜或聚乙烯氰一類的結晶物,這一聚合物塗層可產生極細的柵欄狀的結構,好像是一道細密的柵欄,只允許振動方向與縫隙相同的光通過。再將這兩片玻璃各自獨立地安裝在可以旋轉的環圈裡,通過旋轉其中一鏡片便可以消除被攝物體表面的偏振反射光。這層塗膜會逐漸老化失效,而且受潮、撞擊和震動也會縮短使用壽命。
二、作用
根據過濾偏振光的機理不同,偏光鏡可以分為圓偏光鏡(簡稱CPL)和線性偏光鏡(簡稱LPL)兩種,這兩種的作用是相同的。LPL主要用於老式的手動對焦相機。出現較晚的CPL增加了一層1/4波長的薄膜,這種薄膜有一種特殊的性質,可以對一個方向(假設為x)的偏振電矢量產生π/2相移,而對與它垂直方向(假設為y)的電矢量沒有任何作用。所以可以使上述偏振光沿x和y的角平分線方向通過1/4波片,於是出射光線就是一束有兩種偏振方向垂直,相位差π/2的偏振光合成的光線了,也就是所謂的圓偏振光。這種設計使得其更適合新式的自動對焦和自動曝光相機。因此, 採用 AF 鏡頭 (自動調焦功能的交換式照相機鏡頭) 的相機,都採用CPL作為偏光鏡。在一些光線條件下,線性偏光鏡有可能誤導機內測光元件進行測光,因此DC和大多數自動對焦相機都使用圓偏光鏡。
PL鏡的作用是過濾反射光線,增加成像反差。其工作原理是選擇性地過濾來自某個方向的光線。通過過濾掉漫反射中的許多偏振光,從而減弱天空中光線的強度,把天空壓暗,並增加藍天和白雲之間的反差。具體實拍時要看著取景器並旋轉前鏡,取景器中天空最暗時的效果最明顯,最暗與最亮相差90度。你可根據需要轉到最暗與最亮間的任意角度。
PL鏡也可以有效減弱或者消除非金屬表面的反光,這種反射光是典型的偏振光(金屬表面反射回的光線不是偏振光,偏光鏡對其不起作用),通過調整偏光鏡就可以濾掉這一部分的反光,從而改善被攝物體的畫質,並提高畫面的清晰度。例如,通過使用偏光鏡,可以減弱水面的反光,從而清晰的拍攝到水中的魚。在拍攝這樣的場景時,光源的投射角度與相機拍照的角度要趨近一致,並且其最大的偏折角度需介於30~40度之間。使用的時候可以通過慢慢轉動濾鏡前組的鏡片來進行調整,力求把景物表面的反光降到最低程度。
另外,偏光鏡可以有效提高色彩的飽和度,提高反差,這是因為偏光鏡可以吸收大氣中霧氣或灰塵反射出的各種方向的雜光,從而使拍攝出的影像更加純淨。例如,在拍攝花卉靜物等攝影中,經常使用偏光鏡去拍色彩豔麗的照片。在風景攝影、花卉攝影和拍攝某些特定的反光比較強烈的景物時很有用處。偏光鏡運用在拍攝風景照時,對雲層的描繪有極好的效果。藍色天空的光線折射率比被白雲散射後的光線來得大。利用偏光鏡也可以使綠葉的顏色更飽和及消除低角度拍攝城市景物的翳霧。
偏振鏡由鏡片主體和一個與它相連並可旋轉的後座框兩部分組成,鏡片主體由極細的水晶玻璃組成光柵。旋轉時,偏振鏡的光柵將那些不與它平行的偏振光線阻擋。因此,偏振鏡能夠控制和選擇記錄與它平行的反射光(此反射光為偏振光)數量。這就是偏振鏡能夠消除或減弱非金屬表面反光的道理。但大多數偏振鏡有一點偏藍色。同時在用與拍攝時也會阻擋與偏振光振動方向相同的部分非偏振光。為避免畫面色彩過於平淡,一般要增加一檔以上的曝光量。
三、區別
偏振鏡有兩種。一種是線偏振鏡,又稱普通偏振鏡,英文標誌為PL;別一種是圓偏振鏡,英文標誌為CPL。PL外觀呈灰色,它能讓與其偏振方向同向的線偏振光通過約80%,而令與其偏振方向垂直振動的線偏振光透過不足1%。
CPL的外觀呈灰色,是由一片線偏振鏡與一片四分之一波片(為特殊雙折射材料)膠合而成。該四分之一波片的光軸與線偏振鏡的偏振光振動方向形成45°角。光線自線偏振鏡一段射入為正向,自四分之一波片一端射入為反向。正向射向圓偏振鏡的自然光,先後通過線偏振鏡和四分之一波片後,即成為圓偏振光。根據線偏振鏡之偏振方向與四分之一撥片光軸成45°夾角時的相對方位不同,可產生右旋圓偏振光或左旋圓偏振光。目前在市場上常見的圓偏振鏡有:徠卡、B+W、數碼大師等。
一般說來,線偏振鏡和圓偏振鏡都可以滿足攝影的基本要求。不過,PL會影響測光和自動聚焦,一般不適合自動化程度較高的數位相機使用。因為現在的數位相機都具有自動對焦和自動曝光的功能,在這些相機上,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,而這半反射鏡又是有鍍膜的非金屬材料製成的,它們反射的光線就是偏振光。自動化程度較高的數位相機使用普通的線偏振鏡,部分光線信息會被濾除,從而有可能導致AE(自動曝光)不準,AF(自動對焦)有可能失控。然而,CPL在這類相機上卻能工作地很好。
四、原理
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,使用偏振鏡以後,一般要增加一檔以上的曝光量。
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。
要使偏振鏡既能濾掉有害的偏振光,又能使經過偏振鏡進入鏡頭的光線成為非偏振光,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。後一部分可以使透過它的偏振光振動方向在一個圓周上旋轉。這種特殊的偏振光稱為圓偏振光,圓偏振鏡也因此而得名。圓偏振光對於絕大多數光學元件來說,與非偏振光沒有什麼區別,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。轉動其中的一個,透光率會逐漸增加,好像一個可變灰度鏡(可能會有一點偏色)。如果其中一個是CPL,CPL一定要放到後面!前面的偏振鏡如果是CPL,就看不到這個現象。
許多變焦鏡頭尤其是一些低檔的變焦鏡頭常常使用旋轉前片的方法調焦。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,一隻手固定調焦環,另一隻手轉動偏振鏡,眼睛還要在取景器中看效果。所以如果經常使用偏振鏡,尤其是喜歡拍攝風景,購買鏡頭時除了價格、成像質量等因素外,前片是否旋轉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。偏振鏡由於有轉動部分,厚度較大,用在超廣角鏡頭上有可能擋角。使用偏振鏡時,由於需要轉動濾鏡,不宜使用遮光罩,應當儘量把相機放在陰影中拍攝。
五、技巧
由於偏光鏡也可以減少1~2檔曝光量,因此它在某些場合下可以替 代ND2、ND4中性灰度鏡的作用。
用好偏光鏡需要一定的技巧,例如拍攝天空時,可以使用右手將大拇指與食指成90度方向,將食指指向太陽,而大拇指方向就是最佳的拍攝方向。此外,由於偏光鏡在最佳偏振效果時,會損失1/2到2檔的光圈,因此需要對曝光進行補償,一般增加1至2檔曝光量即可。對於無法過濾掉的金屬表面反光,可以在光源前面加一片大的偏振鏡,這樣金屬反射出的光線就是偏振光,就可以使用偏光鏡濾掉金屬表面的反光了。不過在進行人像攝影時,最好不要使用偏光鏡,這是因為偏光鏡能過濾掉臉部的反光,使人臉失去立體感。
六、使用
使用偏振鏡的場合:
1、清澈的藍天,想把藍天拍攝的更藍。
2、清澈的藍天,藍天給所有景物都染上了一層藍色。想消除景物上的藍色,使得景物更飽和。
3、當拍攝水中物體時水面反光而看不清物體。想拍攝清水中的物體,例如遊魚;或者想讓水面暗一些。
4、拍攝靜物,想消除物體表面的反光。
5、想透過玻璃拍攝後面的東西。
八、種類
線偏振鎊又稱普通偏振鏡,它的英文標誌為 L-PL (Linear polarizer) 或 PL-L (Polarizing filter -linear)、PlLinear、PL、Pol。 線偏振鏡外觀呈灰色,可以讓與其偏振方向平行的振動光波通過,同時,還能使其它方向的振動光波受到不同程度的減弱。人造線偏振鏡一般用經碘浸染等加工過的聚乙烯醇膜,膠合在二片平板光學玻璃之間製成。它能讓與其偏振方向同向的線偏 振光通過約80%,而令與其偏振方向垂直振動的線偏振光透過不足1%。為了安裝在被攝體前後兩側以拍攝光彈性效應,或安裝在照明光源前以消除金屬物體表面的反光等,有些濾光鏡廠家(如肯柯、B十W)生產有尺寸較大的偏振板。如日本肯柯公司供應30×40cm的偏振板。
偏振鏡在黑白攝影中與普通濾色鏡有著明顯區別。偏振鏡一般不改變被攝景物中非偏振的各種不同顏色之間,在轉變為消色時的明暗對比和黑白影調反差,即對各非偏振色光一視同仁。而濾色鏡則可通過其對各種色光的不同透光與阻光(即透過與吸收)特性,使景物中不同顏色之間,在畫面中的明暗對比和黑白反差發生明顯改變。
偏振鏡與彩色攝影用調色溫濾光鏡和彩色補償濾光鏡也有著明顯區別。偏振鏡不改變光源的色溫,一般也不影響景物中各種非偏振色光所成影像的總色調。為了消除或減弱自被攝景物反射來的偏振光,應適當旋轉線偏振鏡的調節環,使其偏振方向與偏振光的振動方向彼此互相垂直或斜交。其中二者交角愈趨近零則偏振光減弱程度愈小,而二者交角愈趨近於90度。則偏振光減弱程度愈大。具體調節方法如下:把偏振鏡直接安裝在單鏡頭取景照相機、攝影機的攝影鏡頭前端,邊徐徐旋轉偏振鏡的調節環,邊通過取景調焦屏觀察被攝景物中的偏振光源,直至其消失或減弱到預期效果時為止;把偏振鏡先放在眼前,邊取景邊旋轉偏振鏡調節環,直至偏振光消失或減弱到預期大小,然後在調節環方位保持不變(即令調節環上的標誌所指示的方向保持不變)的前提下,將偏振鏡平移至套在旁軸取景式照相機的攝影鏡頭前端。此後照相機不可隨意改變拍攝方位,否則需重新調整偏振鏡的偏振方向。
有些廠家為了便於調整偏振鏡的偏振方向,特意在偏振鏡上裝有一小手柄,該手柄方向即為此偏振鏡的偏振方向,也有的廠 家在偏振鏡鏡圈上刻有刻線,過該刻線的徑線即為此偏振鏡的偏振方向。為便於電影攝影者使用燈光B型彩色膠片在室外攝影,有些廠家生產有複合型偏振鏡。例如蒂芬85BPOl、85POI『濾光鏡,分別為85B、85暖調調色溫濾光鏡與偏振鏡POL複合而成。collapsar(黑洞)偏振鏡,又如日本保谷牌暖調偏振鏡(85十POL),日本肯柯牌紅偏振鏡(PR一60)。德國B十W牌暖調偏振鏡(Warm tone polarizer)。圓偏振鏡的英文標誌為 CPL (Circular polarizer) 或 PL-C。
圓偏振鏡是可產生圓偏振光(正向使用時),又可檢驗圓偏振光(反向使用時)的偏振鏡。圓偏振鏡的外觀也呈灰色。圓偏振鏡系由一片線偏振鏡與一片四分之一波片(為特殊雙折射材料),被此膠合而成。該四分之一波片的光軸與線偏振鏡的偏振光振動方向之間成45夾角。根據線偏振鏡之偏振方向與四分之一波片光軸成45。夾角時的相對方位不同,可產生右旋圓偏振光或左旋圓偏振光。
左旋圓偏振光無法反向通過右旋圓偏振鏡,反之亦然,且與旋轉圓偏振鏡位置無關。根據圓偏振鏡此特性,可以檢驗自然光與圓偏振光:若某光線既能反向透過右旋圓偏振鏡,又能反向透 過左旋圓偏振鏡,則其為自然光。若某光線能反向透過右旋(或左旋)圓偏振鏡而不能反向透過左旋(或右旋)圓偏振鏡,則該光線為右旋(左旋)圓偏振光。右旋圓偏振光通過半波片後可轉換為左旋圓偏振光,反之亦然。圓偏振鏡除可產生圓偏振光,且該圓偏振光不受將通過之分光鏡的影響外,線偏振鏡的上述性能圓偏振鏡均具備。彩色偏振鏡是一類獨特的複合型偏振鏡,它可以連續改變被攝景物之色調,屬於特殊效果濾光鏡。