Почему круговые поляризаторы не уменьшают светопропускание всего на одну остановку? - Фотопедия
5 голосов
/ 12 мая 2019

Я предполагаю, что идеальный фильтр с круговой поляризацией должен сократить светопропускание ровно вдвое - т.е. на 1 остановку - потому что каждый фотон имеет ( в среднем по отношению к фильтру ) любая из двух круговых полярностей («правая» или «левая»).

И все же «стандартные» фильтры с круговой поляризацией снижают светопропускание на 1,5-2,5 ступени. Я вижу эту цифру из нескольких источников. Вот что говорит Хойя :

Стандартная высококачественная круглая поляризационная пленка позволит уменьшить количество света, поступающего в камеру на 1,5-2,5 ступени HRT, или высокая скорость Прозрачная (высокая прозрачность) поляризационная пленка и тоньше, и использует немного другой материал для фильтрации поляризованного света. визуальный эффект тот же, и выгода в том, что вместо стандартное подавление стоп-сигнала 1,5-2,5, циркуляр высокой прозрачности поляризатор только уменьшил свет на 2 / 3-1 2/3 ступени.

Почему стандартный круговой поляризатор срезает больше, чем 1 стоп света?

И как может круговой поляризатор срезать менее чем на 1 остановку , как утверждает Хойя о своих лучших?

Ответы [ 3 ]

10 голосов
/ 13 мая 2019

Когда мы говорим о типичных диапазонах о поляризационных фильтрах с "высокой пропускной способностью", мы не имеем в виду "этот фильтр может иметь -2/3 ступени, и этот фильтр может быть -1 1/3 ступени. " Мы имеем в виду, что " один и тот же фильтр может варьироваться от 2/3 до 1 1/3 ступени " в зависимости от различных направлений поляризации свет фильтрует.

Эти типичные диапазоны основаны на использовании поляризационного фильтра на открытом воздухе при дневном свете, когда неосвещенное солнце светит под углом вне поля зрения камеры. Вращение ориентации поляризационного фильтра с высокой пропускной способностью в таких естественных условиях освещения , как правило, , изменит общее уменьшение света от 2/3 ступеней при минимальном эффекте до 1 2 /. 3 остановки при максимальном эффекте.

Если человек находится в среде, где поляризация света точно равномерно распределена, как предполагает вопрос, вращение поляризационного фильтра не изменит общее количество света, которое может пройти. Но мы Можно очень легко увидеть, что в большинстве условий освещения поворот ориентации поляризационного фильтра действительно приводит к довольно заметной разнице в эффекте фильтра и общем количестве света, которое может пройти. Это говорит нам о том, что в типичных условиях освещения поляризация света обычно не распределяется равномерно.

Эти диапазоны действительны только при съемке в условиях, описанных выше, что является "типичным" случаем использования поляризационного фильтра в творческой фотографии. Если условия освещения отличаются от съемки при дневном свете, когда солнце находится под углом вне поля зрения камеры, все ставки отключены. Общее уменьшение света может составлять в любом месте от минимальных потерь при передаче, от которых страдает любой оптический инструмент, вплоть до (теоретически) уменьшения света на 100% и недопущения его прохождения.

И как циркулярный поляризатор может срезать менее 1 ступени, как утверждает Хойя о своих лучших?

Поскольку в типичных естественных условиях освещения поляризация света не так равномерно распределена, как вы предполагаете. Изменение ориентации фильтра в соответствии с преобладающей поляризацией света, поражающего его, приведет к меньшему чем 50% (одна остановка) уменьшение света. Поворот ориентации фильтра на 90 ° в направлении преобладающей поляризации света, попадающего на него, приведет к уменьшению света более чем на 50% (одна остановка). В дополнение к влиянию поляризующего материала мы также должны учитывать потери при передаче из-за материалов, из которых сделан фильтр. Это уменьшит общее количество света, которое может пройти, до уровня, меньшего, чем тот, который связан с эффектом поляризующего действия фильтра.


Насколько фильтр поляризатора уменьшает свет, который проходит через него, измеряется тем, насколько свет, который он пропускает, ослаблен. То есть свет, уже поляризованный в одном направлении, направлен на поляризатор, повернутый для прохождения максимального количества света, поляризованного в этом направлении. Измеренная разница между яркостью света до и после его прохождения через поляризатор представляет собой величину потерь на пропускание. Это измерение не включает количество света, ослабленного из-за его полярности, поскольку оно будет сильно варьироваться в зависимости от природа света, поражающего фильтр, и ориентация фильтра и света.

Скажем так еще раз, потому что важно понять, как мы измеряем светопропускание поляризационного фильтра:

Когда поляризатор используется со светом, поляризованным в нескольких направлениях, сколько света будет проходить и сколько не будет сильно изменяться в зависимости от того, сколько всего света поляризовано в направление, в котором фильтр ориентирован, чтобы пропускать, а сколько нет.

Таким образом, поляризатор с высокой пропускной способностью, который пропускает около 90% света, который колеблется в том же направлении, что и линейный фильтр, будет , как правило, , уменьшать общий свет, падающий на него где-либо с 2 От 3 до 1 2/3 остановки . Но это может быть меньше или больше, чем основанное на взаимосвязи между ориентацией линейного фильтра и поляризацией падающего на него света.

  • Если нет света, падающего на линейный поляризатор любого типа (с высокой пропускной способностью или нет), колеблется в том же направлении, что и линейный фильтр, то нет будет пропущено через , Редукция в этом случае будет близка к бесконечному (∞) количеству остановок. Это теоретический результат размещения двух линейных поляризаторов, ориентированных с направлением затухания 90 ° друг к другу.
  • Если все света, падающего на линейный поляризатор, колеблются в том же направлении, что и ориентация линейного фильтра, то передающие свойства: 1) стекла, 2) специфического поляризующего материала, и, в случае кругового поляризатора, 3) четвертьволновая пластина, расположенная непосредственно за материалом линейной поляризации, будет определять, какой процент света пропускается.
  • Поляризатор с высокой пропускной способностью пропускает около 90% света, уже поляризованного в правильной ориентации.
  • Поляризатор "не высокой пропускной способности" пропускает в любом месте от менее 40% до примерно 70% света , поляризованного в той же ориентации, что и линейный фильтр.

Обратите внимание, что типичное уменьшение для обоих высокопропускающих и не высокопропускающих поляризационных фильтров включает в себя один стоп (50% от общего света) плюс их соответствующие потери при передаче в их диапазонах. Только если свет, падающий на них, равномерно распределяется между светом, правильно ориентированным для прохождения линейного фильтра, и светом, не правильно ориентированным для прохождения линейного фильтра, общее уменьшение составит одну ступень плюс потери на пропускание фильтра.

Для поляризатора с "высокой пропускной способностью" ваше теоретическое равномерное распределение света приведет к уменьшению на одну остановку (1/2 света, падающего на фронт фильтра) из-за эффекта поляризатора плюс 10% потерь при передаче (-0,15 остановок) для общего снижения на 1,15 остановок.

Для «стандартного» кругового поляризатора с пропускной способностью 60% теоретическое равномерное распределение света приведет к снижению на одну ступень (1/2 света, падающего на фронт фильтра) из-за эффекта поляризатор плюс 40% потерь при передаче (-0,74 ступени) для общего уменьшения на 1,74 ступени.

Обратите внимание, что 1,15 ступеней находится в середине типичного диапазона от 2/3 до 1 1/3 ступеней для поляризаторов с высокой пропускной способностью. Также обратите внимание, что 1,74 остановки находятся в пределах типичного диапазона от 1 1/2 до 2 1/2 для «стандартных» поляризационных фильтров.

Слово о том, что такое «круговой поляризатор»: Автофокусировка не всегда работает с обычными линейными поляризаторами. Когда АФ выходил, обычные фильтры линейных поляризаторов были модифицированы четвертьволновой пластиной, расположенной под углом 45 °. ° угол за фактическим поляризационным материалом для переориентации поляризованных световых волн неинтуитивным круговым рисунком, поэтому мы начали называть их круговыми поляризаторами . Все круговыми поляризаторами имеют один линейный поляризационный фильтр плюс четвертьволновую пластину, ориентированную под углом 45 ° к линейному поляризатору. Четвертьволновая пластина действует как замедлитель, то есть она замедляет проходящий через нее свет, но теоретически не уменьшить количество света, проходящего через него. Это позволяет AF продолжать функционировать при использовании CPL. Сам поляризационный материал делает то же самое, что и линейный поляризатор. Замедляющее действие четвертьволновой пластины принимает поляризованный свет и «поляризует» его по кругу. Но это только делает это, чтобы свет, который был все поляризован в том же направлении, когда он проходил через линейный поляризатор перед замедлителем.

Роджер Цикала (Roger Cicala) на lensrentals.com недавно провел обзор фильтров кругового поляризатора и написал статью об этом в блоге: Моя не совсем полная, но довольно интересная статья о фильтре кругового поляризатора

Он сравнил шесть разных CPL с диаметром 77 мм, варьирующихся в цене от 102 до 200 долларов, приобретенных у известного крупного интернет-продавца (в алфавитном порядке).

  • $ 102 - Круглый поляризатор B & W XS-Pro с высокой пропускной способностью MRC-Nano
  • 200 $ - Круговой поляризатор Heliopan
  • $ 140 - Фильтр кругового поляризатора Marumi EXUS (EXUS - сокращение от High-Transmission)
  • $ 150 - Круговой поляризационный фильтр Sigma Water Repellent
  • $ 103 - Круговой поляризационный фильтр Tiffen Ultra Pol
  • $ 180 - Круговой поляризационный фильтр Zeiss T *

Он обнаружил, что все они были эффективны по меньшей мере на 99,9% в поляризационном свете. Он не мог сказать, что они были более эффективными, потому что 99,9% были пределом его измерительной установки.

Он обнаружил, что все они были достаточно плоскими, чтобы не влиять на IQ больше, чем кто-либо другой. По его словам, "Они все прошли с летающими цветами".

Они отличались друг от друга тем, сколько света они пропускали через , когда не поляризационный свет. Другими словами, он пропускал через них уже поляризованный свет с повернутым фильтром, чтобы пропустить столько, сколько мог пропустить фильтр. Снижение на 50% - это ровно одна остановка. Вот результаты от наименьшего к наиболее пропускающему:

  • 55% - Тиффен ($ 103)
  • 58% - Гелиопан ($ 200)
  • 66% - Zeiss ($ 180)
  • 68% - сигма ($ 150)
  • 88% - ч / б ($ 102) (HT)
  • 91% - Маруми (140 долларов) (HT)

Обратите внимание, что пропускающее измерение выполняется со светом, который уже поляризован в том же направлении, через которое пропускает фильтр. Любые потери при передаче из-за поляризованного света, которые не пропускаются, будут в дополнение к потерям при передаче, измеренным в этом тесте.

Роджер указал, что некоторые стрелки могут хотеть эффекта ND меньшей передачи при использовании поляризатора, который часто используется при ярком солнечном свете. Так что не всегда верно, что более пропускающий переводится в лучше в терминах CPL.

С точки зрения спектрального отклика , два CPL с высокой пропускной способностью (B & W и Marumi) имели почти идентичные графики между 430-700 нм, с плоской линией около 500-700 нм и падением на синем конец вещей со значительным ограничением длин волн УФ.

У остальных были кривые, похожие друг на друга, но отличающиеся от двух фильтров высокой пропускной способности. В синих сечениях не было обрезания или спада ультрафиолетового излучения, был небольшой рост на зеленых длинах волн, а затем очень скромное падение с зеленого на красный перед небольшим увеличением до инфракрасного.

Ни у одного типа не было индивидуальных различий между цветом, когда они ориентированы, чтобы блокировать наибольшее количество света, и когда поворачивались, чтобы блокировать наименьшее количество.

Первый вывод Роджера:

Если вы покупаете фильтр с круговой поляризацией, потому что вам нужна некоторая циркулярная поляризация, похоже, не имеет большого значения, какой из них вы выберете; они все поляризованы как бандиты. Поэтому я сэкономил тебе немного денег сегодня.

Затем он сказал:

Второй момент, о котором мне говорили до того, как я провел все это тестирование, - это установка баланса белого после включения фильтра CP, а не до этого. Потому что фильтры CP будут иметь цветовой оттенок. Или просто стреляйте в сыром виде и исправьте это позже, что мы в основном и делаем.

Последний главный вывод, который он сделал, - то, что он назвал «болезненным»:

Я не хотел тестировать фильтры; Я действительно не сделал. Но люди хотели, чтобы я. Поэтому я потратил немного средств на тестирование оборудования, чтобы купить лазерное оборудование и оптический спектрометр, потратил несколько недель на то, чтобы все откалибровать и установить нормы, а затем пару дней на тестирование этих фильтров CP. Я сделал это в явном нарушении Третьего закона Роджера: добрые дела не остаются безнаказанными.

После того, как я закончил, я сказал Аарону, что только что задокументировал, что фильтры CP имеют различный процент пропускания света и разные цветовые оттенки. И у этих фильтров высокой передачи был один вид, и он отличался от обычных фильтров CP, которые все были действительно похожи. Потому что я был горд, что мои инвестиции в время и деньги окупились.

Аарон взял у меня фильтры, положил их на лист бумаги, сфотографировал с помощью своего мобильного телефона и сказал: «Да, вы правы».

enter image description here

Позже Роджер опубликовал другой пост , в котором он протестировал пару более дешевых CPLS:

  • $ 35 - Круглый поляризатор Tiffen 77 мм
  • $ 45 - круговой поляризатор Hoya 77 мм HRT (якобы высокопропускающий фильтр)

И он измерил следующее:

  • 38% - Tiffen CP со спектрами, очень похожими на четыре не-HT фильтра выше.
  • 53% - Hoya HRT со спектрами, очень похожими на два HT-фильтра выше.

Он заметил, что более низкая трансмиссия, по-видимому, связана с отсутствием антибликового покрытия на более дешевых фильтрах. Они были такими же плоскими, как его тест, как первые шесть фильтров.

Его окончательный вывод:

... Не вызывает особого сомнения тот факт, что, поскольку поляризационный свет, дешевые фильтры CP делают это очень хорошо. Они также, как и следовало ожидать от непокрытых или частично покрытых фильтров, отражают намного больше света. Это серьезная проблема с прозрачным или УФ-фильтром. Честно говоря, я не уверен, насколько важен поляризационный фильтр.

4 голосов
/ 13 мая 2019

Я собираюсь ответить на ваши вопросы немного не в порядке.

Почему стандартный круговой поляризатор срезает больше, чем 1 стоп света?

Майкл С. очень хорошо ответил на этот вопрос в своем ответе. Я бы только добавил, что любой элемент в оптическом тракте, даже самый лучший неотражающий не поглощающий оптический стеклянный элемент, который мы когда-либо производили, не является оптически совершенным . Если бы он был идеальным (0% отражения, 0% поглощения, 0% искажений), то он был бы невидимым (по крайней мере, в спектре видимого света человека).

Таким образом, любой реальный пассивный оптический элемент имеет коэффициент пропускания света (единственное число, определяющее суммарные эффекты отражения и поглощения), который строго меньше 1,0. Таким образом, даже если бы поляризационный элемент работал на 100% в соответствии с идеальной физикой и давал идеально поляризованный свет (таким образом, уменьшая свет на 50% или на 1 ступень), сама физическая подложка действовала бы как очень слабый фильтр ND, добавляя очень небольшое количество затухания.

Это помимо очень заметных и измеримых реалий коммерческих поляризаторов, как отмечено в ответе Майкла.

Я полагаю, что идеальный фильтр с круговой поляризацией должен обрезать светопропускание ровно вдвое, то есть на 1 ступень, потому что каждый фотон имеет одну из двух круговых полярностей ("правую" или "левую").

Ваш вывод верен, а рассуждения - нет. Сначала давайте определим фильтр с круговой поляризацией: это линейный поляризатор (LP) в сочетании с четвертьволновой пластиной (QWP). Именно линейный поляризатор, а не QWP, вызывает 50% -ное уменьшение света .

Идеальный LP ослабляет половину входящего неполяризованного света. Это результат закона Малуса, который гласит, что интенсивность выходного поляризованного света пропорциональна интенсивности входного света, умноженной на квадрат косинуса угла поляризации входящего света относительно оси поляризатора. По математике:

  • I = I 0 ∙ cos² (?)
    • I - интенсивность на выходе
    • I 0 - входная (эталонная) интенсивность
    • ? - относительный угол поляризации между входящим и выходным светом

Неполяризованный свет - это равномерное распределение света при всех углах поляризации. Таким образом, среднее затухание неполяризованного света является интегралом от cos² (?) за один период (от 0 до ?, потому что cos² () имеет половину периода - удвоенную частоту - обычного cos ()):

  • I / I 0 = ∫ cos² (?) d? = 1/2

Теперь идеальный QWP не ослабляет проходящий через него свет . Это просто вызывает фазовый сдвиг между поперечными волнами. Сдвиг фазы на 90 ° вызовет правую круговую поляризацию (RCP), а сдвиг фазы на -90 ° вызовет левую круговую поляризацию (LCP). ( Примечание: опять же, в реальном неидеальном материале все еще будет некоторое небольшое затухание, потому что нет идеального материала ).

Дело в том, что да, в идеальном поляризаторе (CP или LP), свет отключается на 1 ступень из-за линейной поляризации . QWP, который придает циркулярную поляризацию в CP-фильтре, не способствует (идеальному) затуханию.

И я должен подчеркнуть, что это 1 остановка в среднем , то есть при условии, что в фильтр поступает совершенно неполяризованный свет. Если входящий свет поляризован и выровнен по оси поляризации фильтра, то (в идеале) будут нулевые остановки затухания из-за поляризации. Если входящий свет поляризован и находится под углом 90 ° к оси поляризации фильтра, то (в идеале) затухание будет 100% из-за поляризации.

Все, что я сказал до сих пор, имеетбыл с точки зрения физики. Но с точки зрения фотографии мы почти никогда не снимаем в лабораторных условиях с полностью поляризованным светом. Свет в мире в основном неполяризован из-за всего случайного рассеяния света, которое происходит в атмосфере, отскакивая от поверхностей и т. Д. Таким образом, в реальном мире нет способа выровнять поляризатор для остановки. % входящего света. Любой реальный пример использования поляризатора на объективе доказывает, что - независимо от того, как вы поворачиваете поляризатор, вы по-прежнему получаете изображение сцены, чуть меньше бликов от зеркального отражения или большую прозрачность через стекло или воду и т. Д. .

И как циркулярный поляризатор может срезать менее 1 ступени, как Хойя утверждает, что он лучший?

Первоначально я ответил, Неполная поляризация. То есть фильтр не выполняет свою полную работу. Это было явно неправильно.

Я не знаю, на основании чего производители заявляют о своих характеристиках передачи поляризатора. Это не остановит меня от спекуляций.

Во-первых, помните, что хотя поляризатор отсекает половину равномерно неполяризованного света, атмосферный свет не является равномерно неполяризованным. Скорее, данный узкий секторный вид атмосферы имеет степень поляризации , которая составляет 0–80%, в зависимости от угла относительно солнца, определенных атмосферных условий и т. Д. модель статья для получения дополнительной информации об атмосферной поляризации.

Так, если часть неба имеет, скажем, 50% поляризации, и вы тестируете фильтр, направленный в этом направлении, выровненный по оси поляризации, то для узкого поля зрения 50% света поляризованное будет проходить, но 50% неполяризованного света будет разрезано пополам. Таким образом, пропускная способность составит 75%, что соответствует ~ 0,42 ступени снижения освещенности. Конечно, для практических углов обзора этот процесс должен быть интегрирован в определенный сферический сектор для получения полезных чисел. Хотя это можно сделать численно без проблем, вероятно, это не то, как достигается заданный диапазон уменьшения освещенности для фотографических фильтров.

Для меня утверждения «1,5–2,5 ступени» или «⅔ – 1 ⅔» подозрительно находятся в диапазоне 1 ступени. Поэтому я подозреваю , что спецификации - это что-то вроде следующего:

  • Нижняя граница, ~ 1,5 ступени, как указано Хойей для типичных поляризаторов, и ⅔ ступени для их высокопропускающих фильтров, является наилучшим сценарием поляризованного света через фильтр, когда угол поляризации между светом и фильтр выровнены - т. е. 0 °. В этом случае число, по сути, говорит о том, что фильтр действует как фильтр с нейтральной плотностью 1,5 ступени или ⅔ ступени (для Hoya HT). Хотя это звучит высоко для идеального прозрачного фильтра, мы говорим о двух кусочках поляризованного стекла. Стекло не идеально, материал поляризации не идеально. И если на одной или обеих поверхностях очков, обращенных друг к другу, есть антибликовое покрытие, антибликовое покрытие не идеально. Если антибликовое покрытие отсутствует, то, несомненно, происходит потеря света из-за внутренних отражений между фильтрующими стеклами. Итак, в ретроспективе, простой стоп-лосс кажется довольно низким!

  • Верхняя граница, ~ 2,5 ступени или 1 ⅔ ступени, это просто нижняя граница плюс уменьшение на 1 ступень в среднем случае фильтрации неполяризованного света.

Опять не знаю знаю так они указаны. Но выгода от этого заключается в том, что фильтр можно смоделировать как комбинацию, буквальный набор фильтров, идеального фильтра ND с 1,5 ступенями (или stop ступеней для Hoya HT) плюс идеальный поляризатор. Такой подход к моделированию неидеальных концепций или вещей с использованием комбинации идеальных подкомпонентов очень распространен в технике. Например, линии передачи сигналов (телефон, кабель и т. Д.) Моделируются как цепочки идеальных резисторов, катушек индуктивности и конденсаторов, в частности конфигурации, чтобы описать эффекты, вызванные большими расстояниями и высокими частотами, которые испытывают проводники и изоляторы. Это позволяет инженерам количественно определить кабель определенного типа с определенным номинальным сопротивлением и номинальной частотой, чтобы уменьшить его до единого показателя качества, как мы делаем это в фотографии, когда мы уменьшаем сложные эффекты поляризационного фильтра до типичного значения. остановок снижения света.

По крайней мере, это мое предположение о том, как они указаны.

1 голос
/ 13 мая 2019

Цитата. Я предполагаю, что идеальный фильтр с круговой поляризацией должен обрезать светопропускание ровно вдвое, то есть на 1 ступень, потому что каждый фотон имеет одну из двух круговых полярностей («справа» или «слева»). Blockquote

Это неверно. Неполяризованный свет может иметь любое линейное направление / амплитуду (световую волну), и он блокируется линейным фильтром. Думайте о фильтре как о серии планок на жалюзи. Чем уже отверстия, тем более ограниченным является только свет, соответствующий ориентации промежутков. Если зазоры больше, через них проходит некоторая часть всего света, очень небольшая часть света, ориентированная перпендикулярно зазорам, и большая часть света, ориентированная под меньшим углом к ​​зазорам (потому что эта волна полярность более точно соответствует ориентации фильтрации). Думайте об этом как о том, что вы пытаетесь вставить стержни разной длины через зазоры под разными углами. Длина проходящего стержня представляет собой часть амплитуды длины волны, которая может пройти.

Возможно, это изображение вики поможет (обратите внимание, что оно показывает полную фильтрацию / поляризацию с очень ограничительным фильтром)

enter image description here

Требование повторной поляризации света - включить автофокусировку в камерах с оптическими видоискателями. Это потому, что главное зеркало (часть или все это) является зеркальным зеркалом, которое в действительности также является линейным фильтром. Если бы свет оставался линейно поляризованным, и он не соответствовал ориентации зеркального зеркала, тогда свет не прошел бы к датчику автофокусировки (все это отражалось бы в видоискателе).

Другим фактором является то, что волновой вектор является результатом всех различных направлений движения в / в волне ... он не является единичным. Например. волна с 45-градусным вектором имеет как вертикальную, так и горизонтальную составляющую (а также многие другие), поэтому, если используется вертикально ориентированный ФНЧ, будет проходить только вертикальная составляющая. Это аналогично «короткой палке», проходящей под углом, который я объяснил ранее.

enter image description here

Добро пожаловать на сайт Фотопедия, где вы можете задавать вопросы и получать ответы от других членов сообщества.
...