滤光片的工作原理

2024-03-14 admin1

滤光片原理

滤光片是塑料或玻璃片再加入特种染料做成的。例如,红色滤光片只能让红光通过,其他颜色的光则被阻挡。原本,玻璃片的折射率与空气相近,因此所有色光都可以通过,使其呈现出透明状态。但经过特种染料的染色后,其分子结构发生变化,导致折射率也随之改变,进而影响到对某些色光的通过率。举例来说,当一束白光通过蓝色滤光片时,主要射出的是蓝光,而绿光、红光等则被大部分吸收。因此,滤光片的主要作用是滤去某一波长范围内的光,起到单色器的作用,尽管它无法完全得到单色光。


滤光片


滤光片的作用

滤光片在多个领域中具有重要的作用,尤其是在摄影界。我们常常可以看到一些摄影大师拍摄的风景画,主景总是那么突出。这背后,滤光片功不可没。以拍摄黄花为例,若想在蓝天和绿叶的背景下突出黄花,仅凭普通拍摄手法难以达到理想效果。然而,若在镜头前放置一个黄色滤光片,便能阻挡部分绿叶发出的绿光和蓝天发出的蓝光,而让黄花发出的黄光大量通过,从而使黄花在画面中更加鲜明突出。


主滤光片的功用

主滤光片主要有两大功用:

1.滤除红外线

彩色CCD能够感应红外线,这会导致D.S.P无法正确计算出颜色。因此,需要在CCD前加装滤光片,将光线中的红外线部分隔开。这一功能主要针对彩色CCD,黑白CCD则无需使用。

2.修整进光

由于CCD由一颗颗的感光体构成,理想的进光方式是直射。然而,为了避免邻近感光体之间的干扰,需要对光线进行修整。因此,滤光片并非采用玻璃制作,而是使用石英片。利用石英的物理偏光特性,能够保留直射光线,反射掉斜射光线,从而避免对旁边的感光点造成干扰。


滤光片

滤除红外线的实现方式

滤除红外线主要有两种实现方式:

一种是使用镀膜,包括真空镀膜和化学镀膜。化学镀膜是将石英片浸入溶剂中进行电镀,虽然成本低但镀膜厚度不均匀且容易脱落。而真空镀膜则采用真空蒸镀法,镀膜均匀且不易脱落,但成本相对较高。这种方式被称为IR Coating,主要目的是滤除红外线。同时,为了增加透光率,还会在滤光片上加上AR-Coating。这是因为光线在透过不同介质时(如从空气进入石英片)会产生部分折射和反射,通过AR-Coating,滤光片可达到98-99%的穿透率,远高于未加AR-Coating时的90-95%穿透率,这对CCD的感光度具有显著影响。


另一种是使用蓝玻璃。蓝玻璃通过吸收的方式过滤红外线,而IR-Coating则是通过反射的方式滤掉红外线。然而,反射光可能造成干扰。如果只考虑滤除红外线,蓝玻璃是一个更好的选择。但需要注意的是,玻璃无法修整光线。因此,在实际应用中,通常会采用一片蓝玻璃加一片石英片的“两片式”滤光片结构。其中,蓝玻璃负责滤除红外线,而石英片则负责修整光线。在这种情况下,石英片上只需进行AR-Coating即可。


修整光线的实现

上文提到,利用石英的物理偏光特性,可以保留直射光线并反射掉斜射光线。然而,这种修整方式只能针对一个方向进行。通常,摄像机主要考虑到水平分辨率,因此只对光线进行水平修整。在贴滤光片时,需要注意方向,避免贴反。如果需要同时对垂直光线进行修整,可以简单地将两片滤光片叠加,并将其中一片旋转90度。这样,就形成了另一种“两片式”滤光片,一片用于水平修整,一片用于垂直修整。其中一片还可以进行IR-Coating以滤除红外线。


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