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微距踩坑集·變戲法兒系列·透射偏光攝影入門教程·全本

2023-03-17 03:04 作者:羊叔炭  | 我要投稿


盡量用最通俗易懂的文字寫個(gè)保姆級(jí)教程,讓想玩但一臉懵的小伙伴都能玩起來。


開篇防杠

本文不是入門攝影教程,內(nèi)容面向具有一定微距和超微距攝影基礎(chǔ)的愛好者。

在常規(guī)攝影中涉及到的知識(shí)和概念,在本文中不做過多解釋。

有關(guān)偏振光的科學(xué)原理,本文也不講,要搞明白那個(gè)還是得系統(tǒng)學(xué)習(xí)一下大學(xué)物理和光學(xué)課程。

本文中所介紹的偏光拍攝方法,只滿足攝影對(duì)美學(xué)需求,不可用作科研及相關(guān)的教學(xué)用途,以免誤人子弟。

本文只講透射偏光攝影,落射的以后看吧,有生之年系列了。



前言

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最近有越來越多的小伙伴對(duì)偏光結(jié)晶攝影產(chǎn)生了興趣,提出了很多問題。

每次在群里解答,七零八落的答案連貫不起來,總覺得說不全面。

于是總結(jié)了一些常見提問概括起來,憋出來這一篇入門教程。

從提筆到現(xiàn)在也墨跡了半個(gè)多月了,要準(zhǔn)備很多圖片素材,

又加上工作忙不開,讓各位久等了。

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盡量用最通俗易懂的文字寫個(gè)保姆級(jí)教程,讓想玩但一臉懵的小伙伴都能玩起來。

通俗易懂的保姆教程?不存在的,一展開寫就摟不住了,

盡可能地繞開枯燥的概念、復(fù)雜的公式和計(jì)算,用圖文并茂直接表述結(jié)論,

關(guān)鍵點(diǎn)總要講講明白吧,不然人家看了教程還再踩坑,那不坑人么。

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(與聶邊兒發(fā)的內(nèi)容一樣,以后介邊兒也發(fā)一發(fā))

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閑篇到此,開始正文



常被提出的幾個(gè)問題,后文陸續(xù)解答。

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1,什么是透射偏光攝影?

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2,什么樣的攝影裝備可以用來拍偏光?

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3,我現(xiàn)有的微距或顯微攝影器材要如何操作?

3.1,無限遠(yuǎn)系統(tǒng)

3.2,有限遠(yuǎn)系統(tǒng)

3.3,常規(guī)微距鏡頭

3.4,手機(jī)微距

3.5,檢偏鏡相對(duì)物鏡的位置對(duì)像質(zhì)的影響

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4,什么是偏振片和補(bǔ)色片?

4.1,線偏振和圓偏振的辨別方法

4.2,圓偏振的手性區(qū)別

4.3,起偏鏡和檢偏鏡的配對(duì)使用方法

4.4,如何獲得補(bǔ)色片

4.5,補(bǔ)色片的作用

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5,不同的配置帶來不同的色彩



1,什么是透射偏光攝影?

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維生素C水溶液蔭干結(jié)晶
NWA13618普通球粒隕石薄片標(biāo)本
高教版綠片巖薄片標(biāo)本
錦綸、氨綸混紡的彈力絲襪,拉伸狀態(tài)

這些圖案夸張、色彩豐富的照片,是使用透射偏振光的方法拍攝各種具有偏振干涉色效應(yīng)的標(biāo)本。

肉眼在自然光下并不能直接觀察到這些奇異的色彩,反而讓這種特殊的拍攝方法顯得尤為驚艷。

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偏振光,簡稱偏光,是光的一種傳播形態(tài),

它有別于自然光,這牽扯到一系列的科學(xué)知識(shí),有興趣的同學(xué)可以搜索相關(guān)科普進(jìn)一步了解。

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本篇盡量寫得通俗一點(diǎn),就不聊那些枯燥的東西了。



2,什么樣的攝影裝備可以用來拍偏光?

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照相機(jī)、攝像機(jī)、手機(jī)、攝像頭,甚至行車記錄儀,都可以拍。

但由于化學(xué)物質(zhì)結(jié)晶、礦物質(zhì)晶體、織物纖維等等這些常見拍攝題材,最精彩的一面往往都處于微觀視角,因此建議使用具有優(yōu)良微距性能的相機(jī)或手機(jī)。

當(dāng)然,顯微鏡也是很好的偏光攝影拍攝器材,但不在本文討論范圍內(nèi)。



3,我現(xiàn)有的微距或顯微攝影器材要如何操作?

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在本文中,著重以“無限遠(yuǎn)系統(tǒng)”的超微距攝影器材為例子,展開講解。

當(dāng)然也捎帶講一下有限遠(yuǎn)系統(tǒng)、常規(guī)微距系統(tǒng)和手機(jī)的使用技巧和注意事項(xiàng),由于基本概念雷同,就不過多贅述了。


3.1,無限遠(yuǎn)系統(tǒng)

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無限遠(yuǎn)系統(tǒng)示意圖

上圖為無限遠(yuǎn)系統(tǒng)用于拍攝偏光時(shí)的關(guān)鍵部件示意圖。

此示意圖中各個(gè)部件的距離并非實(shí)際距離,只表達(dá)部件之間的位置關(guān)系。

下面對(duì)圖中標(biāo)注的名稱逐一解釋。

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光源:

任何民用照明光源、攝影光源都可以,看這篇的不是小法師就是老法師,口袋燈這樣的東西隨手就能摸到一兩個(gè)吧。

偏光攝影對(duì)光源的色溫和顯指性能幾乎沒有要求,只要顏色別太離譜都行。

那些昂貴的專業(yè)常亮燈、閃光燈,在偏光攝影中并不能展現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。

不想破費(fèi)的話,一架沒有頻閃的書桌臺(tái)燈也能勝任。

照明功率也不用很大,以2~5倍的放大的微距拍攝為例,照在標(biāo)本面積上的功率有2~5W就已經(jīng)足夠了。

個(gè)人推薦使用輕薄的口袋補(bǔ)光燈,無論橫拍還是豎拍,口袋燈的擺放都很靈活,而且照明性能夠用。

需要注意有些口袋燈的燈珠柔光不充分,這時(shí)需要加柔光片或硫酸紙之類的,進(jìn)行充分柔光。

打白光,打白光,打白光,重要三遍。不要打紅綠藍(lán)紫之類的那些單色光,結(jié)晶的色調(diào)不來自光源的單色光色調(diào)。

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起偏鏡:

偏振鏡放在光源和標(biāo)本之間,就叫做起偏鏡。

它將光源發(fā)出的非偏振光(自然光)過濾完全偏振光,是偏光攝影中必要的光學(xué)原件。

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補(bǔ)色片:

在本文所講的透射偏光攝影中,補(bǔ)色片放在起偏鏡和標(biāo)本之間。

放在這里容易操作,且對(duì)像質(zhì)沒有影響。

它用來改變偏振光的相位和振幅,讓標(biāo)本色彩的濃度和色相發(fā)生變化。

在偏光攝影中補(bǔ)色片雖然不是必需品,但使用頻率極高。

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標(biāo)本:

是偏光攝影中的主角,作為被觀察物體,標(biāo)本的質(zhì)量好壞將最直接地影響出片。

收集和制備標(biāo)本這個(gè)坑兒太大了,以后有機(jī)會(huì)單開一篇吧。

谷氨酸鈉結(jié)晶

本文就先簡單介紹一個(gè)最容易制作的結(jié)晶標(biāo)本——谷氨酸鈉結(jié)晶

谷氨酸鈉是味精的主要成分,制備結(jié)晶標(biāo)本門檻最低,成功率最高。

容易獲取,容易溶解,容易干燥,容易結(jié)晶,容易觀察。

方法如下:

在酒精里加味精,制成飽和溶液,

用脫脂棉簽蘸溶液,使棉簽吸收飽滿,在載玻片上之字形涂抹兩三遍,形成一片液體膜即可。

切忌溶液過多淤成一堆。

自然晾干,或用電吹風(fēng)吹干,即可獲得一片味精結(jié)晶標(biāo)本。

注意事項(xiàng):

一小盅酒精,一小勺味精即可,制備5ml溶液就夠玩一整天了,沒必要大鍋大盆的造成浪費(fèi)。

酒精有95%的就用95%的,沒有用75%的也行,最不濟(jì)了牛二招呼上,總之純度越高越好。

用水溶也不是不行,就是干燥太慢,急脾氣玩家容易直接勸退

味精用含鹽的無鹽的都行,都可以順利結(jié)晶。

如果遇到載玻片疏水,可在溶液中加入極少量的肥皂水或洗滌靈,更容易涂開涂勻。

溶液自然蔭干和熱風(fēng)烘干都可以獲得結(jié)晶,只是晶體形態(tài)不同。

沒有載玻片用透明玻璃板、玻璃培養(yǎng)皿之類的也可以,非常不建議用透明塑料板。

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無限遠(yuǎn)物鏡:

在超微距攝影玩家中使用最廣泛的一種物鏡,區(qū)別于有限遠(yuǎn)系統(tǒng)。

這種物鏡出射平行光束,需要管鏡(結(jié)像鏡)配合,才能正確成像。

在物鏡到管鏡之間的這段距離,稱作“無限遠(yuǎn)空間”,

無限遠(yuǎn)空間的距離下限理論上可以為零,但不推薦緊貼著安裝。

無限遠(yuǎn)空間的距離上限一般有幾十至100多毫米,由物鏡和管鏡的光學(xué)參數(shù)決定,計(jì)算較為復(fù)雜,本文不贅述。

本文中所介紹的偏光攝影,用于娛樂或藝術(shù)表達(dá),使用普通物鏡即可,沒必要追求科研偏光顯微鏡專用的無應(yīng)力玻璃偏光物鏡。

用于偏光結(jié)晶攝影,對(duì)物鏡的消色差性能要求也很低,普通的平場(chǎng)消色差物鏡就足夠拍出高質(zhì)量的照片,昂貴的APO物鏡只在分辨率上更有優(yōu)勢(shì)。

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檢偏鏡:

偏振鏡放在標(biāo)本和相機(jī)之間,叫做檢偏鏡。

它將來自標(biāo)本的光過濾成特定方向的偏振光,用于成像。

將檢偏鏡置于無限遠(yuǎn)空間內(nèi),只要是質(zhì)量合格的偏振鏡放在這里,對(duì)照片像質(zhì)不會(huì)產(chǎn)生影響,這也正是無限遠(yuǎn)系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)。

用于偏光攝影時(shí),必須與起偏鏡配套使用,二者缺一不可。

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在用于科研的偏光觀察中,有一種只使用起偏鏡的單偏光觀察方法,這種方法適用于科研,但不適用于藝術(shù)攝影。

使用單偏光時(shí),往往只能拍攝到晶體光軸方向上微弱的明暗變化,畫面寡淡無味。

單偏光與組合偏光的區(qū)別

如動(dòng)圖中所示,只有兩片偏振鏡協(xié)同使用,奇幻的色彩才能展現(xiàn)出來。

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管鏡:

也稱結(jié)像鏡,將無限遠(yuǎn)物鏡出射的平行光束匯聚成像。

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相機(jī):

數(shù)碼和膠片相機(jī)都可以。

白平衡建議對(duì)著光源加一片偏振鏡進(jìn)行校準(zhǔn)。

如果用自動(dòng)白平衡,在很多情況下可能會(huì)拍出偏得離譜的色調(diào),讓后期修片調(diào)色更加困難。

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3.2,有限遠(yuǎn)系統(tǒng)

有限遠(yuǎn)系統(tǒng)示意圖

有限遠(yuǎn)系統(tǒng)區(qū)別于無限遠(yuǎn)系統(tǒng),物鏡使用有限遠(yuǎn)物鏡,不使用管鏡。

檢偏鏡置于物鏡和相機(jī)之間。

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由于有限遠(yuǎn)物鏡出射匯聚光,直接在相機(jī)傳感器上成像,

因此檢偏鏡無論靠近物鏡安裝,還是靠近相機(jī)傳感器安裝,都必然會(huì)影響像質(zhì)。

但是出于檢偏鏡上不可避免的塵埃對(duì)成像的影響,推薦檢偏鏡靠近物鏡安裝。

好在物鏡出射光錐角較小,檢偏鏡厚度一般都在2mm以內(nèi),對(duì)像質(zhì)的影響也很小,一般可以忽略。

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3.3,常規(guī)微距鏡頭

常規(guī)相機(jī)鏡頭示意圖

使用常規(guī)微距鏡頭拍攝時(shí),光源、偏光元件、標(biāo)本的位置配置順序與物鏡系統(tǒng)的方法雷同。

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需要注意,除了少數(shù)型號(hào)的機(jī)身和鏡頭以外,檢偏鏡無法安裝在鏡頭和機(jī)身之間,而且也沒有必要。

就算是市面上主流以高分辨率著稱的微距鏡頭,比如放大1.4x的RF百微,放大2x的老蛙百微,放大5x的老蛙25,它們的物方NA也只在0.1上下。

因此檢偏鏡大可放心安裝在鏡頭前,一片質(zhì)量合格的檢偏鏡,對(duì)像質(zhì)影響很低,用于偏光結(jié)晶攝影時(shí),對(duì)像質(zhì)的影響大可以忽略。

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3.4,手機(jī)微距

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現(xiàn)在手機(jī)的微距功能也是越來越強(qiáng)了,拿起來就能拍,拍完就能發(fā),效率真高。

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使用手機(jī)拍攝時(shí),光源、偏光元件、標(biāo)本的位置配置順序,與相機(jī)+微距鏡頭的用法相同,

由于手機(jī)微距的實(shí)際分辨率并沒有很高,所以也不用擔(dān)心檢偏鏡對(duì)畫質(zhì)的影響,開啟微距功能,隨心所欲地拍就行了。

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手機(jī)拍攝

這張照片是用比較老的手機(jī)拍的,跟現(xiàn)在先進(jìn)的手機(jī)微距功能肯定比不了,僅供參考拍攝方法。

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3.5,檢偏鏡相對(duì)物鏡的位置對(duì)像質(zhì)的影響

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特別需要注意:

無論是有限遠(yuǎn)還是無限遠(yuǎn)系統(tǒng),不到萬不得已,不要把檢偏鏡放在標(biāo)本和物鏡之間,尤其高倍、高NA的物鏡。

就算使用的是長工作距離物鏡,能塞得下檢偏鏡,也要避免這么做。

主要因?yàn)槲镧R的入射光錐角較大,就算是價(jià)格不菲的高端超薄偏振鏡,也會(huì)嚴(yán)重影響像質(zhì)。

根據(jù)以往使用經(jīng)驗(yàn),NA高于0.25的物鏡,在物鏡前面放一片厚2mm的偏振鏡,就會(huì)對(duì)成像造成災(zāi)難性的破壞。

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下面在光學(xué)設(shè)計(jì)軟件ZEMAX中以一個(gè)理想狀態(tài)的10x/NA0.3無限遠(yuǎn)系統(tǒng)和微單全畫幅傳感器為例,

模擬一片2mm厚的檢偏鏡在物鏡前后不同位置時(shí),對(duì)像質(zhì)的影響。

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理想模型:

理想模型

無限遠(yuǎn)系統(tǒng),物鏡焦距20mm,管鏡焦距200mm,放大倍率10x,物方NA0.3

MTF是理想狀態(tài),近似條條直線,點(diǎn)列圖中理論光斑遠(yuǎn)小于艾里斑。

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檢偏鏡位于無限遠(yuǎn)空間:

檢偏鏡位于無限遠(yuǎn)空間

將2mm厚BK7光學(xué)玻璃材質(zhì)的檢偏鏡放在無限遠(yuǎn)空間,也就是物鏡和管鏡之間。

無限遠(yuǎn)空間中是平行光束,一片質(zhì)量合格的平行平板形態(tài)的檢偏鏡對(duì)像質(zhì)沒有影響。

這是使用無限遠(yuǎn)系統(tǒng)時(shí)最常用的方法。

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檢偏鏡位于像空間:

檢偏鏡位于像空間

檢偏鏡放在像空間里,也就是物鏡和傳感器之間。

檢偏鏡位于錐角很小的匯聚光路中,可以看出全視場(chǎng)有極輕微的分辨率損失,邊緣視場(chǎng)出現(xiàn)輕微色散。

不推薦這種用法,但也不是不行,像質(zhì)損失幾乎可以忽略不計(jì)。

如果是有限遠(yuǎn)物鏡,將檢偏鏡放在物鏡和傳感器之間,并靠近物鏡,是最優(yōu)解。

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檢偏鏡位于物空間:

檢偏鏡位于物空間

檢偏鏡放在物空間里,也就是標(biāo)本和物鏡之間。

檢偏鏡位于夾角較大的發(fā)散光路中,災(zāi)難降臨了,MTF塌了,像質(zhì)爆炸了,沒救了沒救了。

對(duì)于NA0.3的物鏡來說,這種方法不可行。

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當(dāng)然也有一些特殊的物鏡,自帶厚度調(diào)節(jié)范圍較大的蓋玻片修正或適應(yīng)功能,比如奧林巴斯LUCPLFL系列、尼康CFISPFELWD系列、三豐G Plan系列等等,這些稀少且昂貴的物鏡不在本文討論范圍內(nèi)。

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如果非要把檢偏鏡放在物鏡和標(biāo)本之間,也有一種備用解決辦法:

薄膜型檢偏鏡再物空間

可以使用塑料薄膜型的偏振片,各大電商有售,價(jià)格也沒有很離譜。

厚度一般在零點(diǎn)幾毫米甚至更薄,折射率也比玻璃低。

圖示為0.2mm厚的有機(jī)材質(zhì)偏振片放在標(biāo)本和NA0.3的物鏡之間,如果NA更低,像質(zhì)影響更小。

可以看出MTF圖中邊緣視場(chǎng)像質(zhì)劣化,全視場(chǎng)的分辨率降低,但還在可接受范圍內(nèi)。

以薄膜型偏振片是理想平面的形態(tài)為前提,即便是較大錐角的發(fā)散光,薄膜型偏振片對(duì)像質(zhì)的衰減,可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一片兩毫米厚的玻璃偏振片。

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缺點(diǎn)是單單一層塑料薄膜,平面度和耐污性都遠(yuǎn)不如玻璃夾層的偏振片,最終還是難免影響像質(zhì)。

這種方法可行,但為下策。

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常規(guī)玻璃偏振片放在物空間對(duì)不同NA值物鏡成像的影響:

厚2mm玻璃偏振片對(duì)不同NA的物鏡的像質(zhì)影響

玻璃偏振片不知道有沒有更薄的,市面常見款式都是2mm厚。

圖示為厚2mm玻璃偏振片對(duì)不同NA的物鏡的像質(zhì)影響。

結(jié)合以往使用經(jīng)驗(yàn),個(gè)人認(rèn)為當(dāng)2mm厚的玻璃偏振片放在像空間時(shí):

NA0.05,哪怕NA0.1時(shí)可以踏踏實(shí)實(shí)用;

NA0.15時(shí)還能勉強(qiáng)接受;

NA0.2就很極限了;

NA0.25放大數(shù)毛別想了,朋友圈發(fā)小圖能不糊就不錯(cuò);

NA0.3往上,可能已經(jīng)看不出來拍的是什么東西了。

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網(wǎng)紅爆款酒紅線掃鏡芯,NA值可能連0.05都到不了;

好一點(diǎn)的放大1~2倍的微距鏡頭,NA值在0.05~0.1量級(jí);

老蛙5x鏡頭NA值在0.15量級(jí);

還有超微攝影愛好者們常用的各種物鏡諸如三豐5x/0.14 、尼康A(chǔ)PO4x/0.2 、 三豐10x/0.28等等。

這些鏡頭和物鏡都有很大的工作距離,萬不得已情況下可以嘗試把檢偏鏡放在標(biāo)本和物鏡之間。

可以根據(jù)物鏡的NA值對(duì)照?qǐng)D示,選擇是否用這種不太靠譜的檢偏方法。

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4,什么是偏振片和補(bǔ)色片?

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都是老法師,隨手從兜里摸出幾片大大小小的偏振鏡,應(yīng)該很正常吧。

還有那種讓人又愛又恨的可調(diào)ND鏡,也是利用兩片偏振鏡來調(diào)節(jié)通光量。

不同性能的偏振片組合造成透光的變化

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一片偏振片,無論是線偏振還是圓偏振,理論通光量至多能有50%,實(shí)際水平在40%左右。

兩片組合使用,光源的實(shí)際亮度會(huì)大打折扣。

市面上常見的攝影用偏振鏡是圓偏振(CPL),那么還有工業(yè)或科研領(lǐng)域用的線偏振鏡(PL)。

這兩種偏振鏡有什么區(qū)別?

看上去都是灰黑色的一片,該如何鑒別?

這兩種偏振鏡在偏光攝影中該如何搭配使用?

如何獲得補(bǔ)色片?

補(bǔ)色片的作用是什么?

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這些問題最容易困擾偏光攝影初學(xué)者,下面來把這些問題掰吃清楚。

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4.1,線偏振和圓偏振的辨別方法

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線偏振鏡:

線偏振鏡示意圖

線偏振鏡(PL)由兩片透明玻璃夾著一片薄膜線偏振材料組成。

這種偏振鏡不分正反面,如圖所示,自然光從任意一面透過都被過濾成線偏振光。

在液晶顯示器的表面就有一張線偏振薄膜,顯示器發(fā)出的光就是典型的線偏振光,這也是生活中最容易接觸到的線偏振光。

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辨別線偏振鏡:

線偏振鏡的特點(diǎn)

如動(dòng)圖所示,將偏振鏡至于顯示器前,旋轉(zhuǎn)到某個(gè)角度,偏振鏡會(huì)變得不透光,此時(shí)稱作線偏振的正交。

此時(shí)將偏振鏡翻面,偏振鏡的背面也不透光,那么這個(gè)偏振鏡就是線偏振鏡。

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在網(wǎng)上購買照相機(jī)用的CPL鏡的時(shí)候,最便宜的那種有很大可能是線偏振,而不是圓偏振。

因?yàn)閳A偏振鏡制造成本比線偏振要高,為了打價(jià)格,用線偏振冒充圓偏振,包裝上都寫著CPL。

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在老式相機(jī)上使用線偏振,會(huì)影響相機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦功能。

比較先進(jìn)的相機(jī)克服了這個(gè)問題,線偏圓偏隨便用用,沒啥區(qū)別。

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反而這種偷工減料的行為讓偏光攝影玩家撿了個(gè)便宜,能以極低的價(jià)格買到線偏振鏡。

如果是奔著名副其實(shí)的線偏振鏡去找貨的話,恐怕只能找到科研或工業(yè)用的線偏振鏡,價(jià)格可能要貴上幾十倍。

當(dāng)然,科研或工業(yè)用偏振鏡的透光率、消光比等關(guān)鍵參數(shù)可能遠(yuǎn)強(qiáng)于廉價(jià)貨,

但用于本文中所講的偏光攝影,廉價(jià)貨和高端貨拍攝出片幾乎沒有區(qū)別。

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圓偏振鏡:

圓偏振鏡示意圖

圓偏振鏡是兩片透明玻璃夾著一層線偏振薄膜和一層?λ波片,線偏振片與波片的光軸夾角呈+45°或-45°。

圓偏振片分正反面,也就是說光先通過線偏振片,還是先通過波片的區(qū)別。

圓偏振片的正確用法是讓光先通過線偏振片,過濾出線偏振光,再通過波片,形成圓偏振光。

如果圓偏振片反過來用,光先通過波片,再通過線偏振片,那么過濾出來的仍舊是線偏振光。

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辨別圓偏振鏡:

圓偏振鏡的特點(diǎn)

如動(dòng)圖所示,很明顯與線偏振片不同,圓偏振片一面不透光,一面透光,但發(fā)生微弱的顏色變化。

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液晶顯示器發(fā)出的偏振光,如果先通過圓偏振片里的線偏振片,旋轉(zhuǎn)到正交時(shí),所有的光都被攔住了,此時(shí)沒有光繼續(xù)通過波片了,看起來是黑的。

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液晶顯示器發(fā)出的線偏振光,如果先通過圓偏振片里的線偏振片,將圓偏振片旋轉(zhuǎn)到線偏振片的偏振方向與顯示器發(fā)出的線偏振光的偏振方向平行時(shí),線偏振光都通過了線偏振片,再通過波片,形成圓偏振光。

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液晶顯示器發(fā)出線偏振光,如果先通過波片,形成圓偏振光,再經(jīng)過線偏振片,過濾出線偏振光。

此時(shí)觀察到的圓偏振片就是透光的,無論怎么旋轉(zhuǎn),圓偏振片都會(huì)透光,只是顏色會(huì)發(fā)生微弱變化。

這時(shí)的圓偏振片的出射光效果等于一片線偏振片。

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4.2,圓偏振的手性區(qū)別

前文中提到圓偏振鏡種的“線偏振片與波片的光軸夾角呈+45°或-45°?!保源斯に噮^(qū)別可以制造出手性不同的兩種圓偏振鏡,分別叫左旋和右旋。

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市售的照相機(jī)用圓偏振鏡我發(fā)現(xiàn)幾乎都是右旋,想配上一片左旋組成異手性組合,估計(jì)只能掏錢買工業(yè)用的左旋圓偏振鏡了。

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兩片同手性(右旋)圓偏振鏡組合旋轉(zhuǎn)演示
兩片異手性(左旋+右旋)圓偏振鏡組合旋轉(zhuǎn)演示

同手性和異手性的組合,在偏光攝影中可以讓標(biāo)本展現(xiàn)出不同的色彩風(fēng)格,后文中會(huì)有說明。

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4.3,起偏鏡和檢偏鏡的配對(duì)使用方法

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這一節(jié)中簡單介紹兩種典型的偏振鏡配對(duì)方法,分別是線偏振配對(duì)和圓偏振配對(duì)。

實(shí)際操作起來,配對(duì)方法并無固定章法可循,需要根據(jù)標(biāo)本的實(shí)際狀況進(jìn)行嘗試。

起偏鏡、檢偏鏡選用線偏振還是圓偏振,可以任意排列組合,讓標(biāo)本展現(xiàn)出各種不同的色彩風(fēng)格。

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線偏振配對(duì):

線偏振配對(duì)

起偏鏡和檢偏鏡都使用線偏振片,使晶體在某一軸向上的亮度和色彩尤為突出,可以表達(dá)出有層次的、較為立體的質(zhì)感。

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正交偏光

線偏振正交時(shí),可以拍出黑背景的效果,突出主體。

注意看圖中的“X”形晶體只有“/”明亮且顏色飽滿,“\”則相對(duì)暗淡。

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平行偏光

線偏振平行時(shí),背景明亮,可以配合補(bǔ)色片拍出彩色的背景,提升氛圍。

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圓偏振配對(duì):

圓偏振配對(duì)

起偏鏡和檢偏鏡都是用圓偏振片,并且兩個(gè)圓偏振片的波片面都朝向標(biāo)本。

這樣使晶體各個(gè)軸向上都能充分顯色,讓不同生長方向的晶體都明亮鮮艷。

配對(duì)圓偏振的同手性和異手性區(qū)別

可以看出圖中“X”形晶體的“/“和”\”有相同的亮度,且顏色都飽滿。

在拍攝化學(xué)結(jié)晶時(shí),這種方法可能會(huì)讓畫面顯得過于濃郁臃腫或雜亂無章。

但在拍攝球粒隕石和巖石礦物晶薄片標(biāo)本體時(shí),這種方法往往會(huì)帶來更好的視覺效果。

圓偏振的同手性和異手性的對(duì)晶體肌理層次的表達(dá)效果近似,但卻是完全不同的色彩風(fēng)格。

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4.4,如何獲得補(bǔ)色片

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科研級(jí)補(bǔ)色片:

olympus-lifescience.com

專業(yè)偏光顯微鏡的附件中有?λ的云母補(bǔ)色片、1λ的石膏補(bǔ)色片、1~4λ或1~6λ的石英補(bǔ)色楔。

優(yōu)點(diǎn):這種補(bǔ)色片制作精良,光學(xué)性能優(yōu)異,補(bǔ)色效果好,光譜精確,補(bǔ)色色彩鮮艷。

缺點(diǎn):價(jià)格非常昂貴,通光孔徑較小,只能放在物鏡后方補(bǔ)色,對(duì)于攝影愛好者的鏡筒設(shè)備來說安裝困難,總體來說不推薦使用。

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工業(yè)用途波片:

edmundoptics.com

在網(wǎng)上可以買到?λ波片,?λ波片,1λ波片(全波片),有玻璃夾層封裝、塑料薄膜、薄膜帶背膠等各種形態(tài)的可以選擇。

幾十元到幾百元的價(jià)位,應(yīng)該也許大概還算可以接受。

塑料薄膜形態(tài)價(jià)格相對(duì)便宜,而且能買到大張的,可以自己剪裁,應(yīng)用和操作更加靈活

其中需要注意:?λ波片對(duì)于偏光攝影的補(bǔ)色用途來說沒有意義,它的效果相當(dāng)于直接旋轉(zhuǎn)偏振鏡。

“λ”對(duì)應(yīng)波片的工作波長,常見種類有紫外(200~400nm)、可見光(400~700nm)、紅外(700~1000nm)。

用于偏光攝影,我們應(yīng)該選用可見光波長范圍內(nèi)的波片,最佳效果為530nm~580nm的1λ波片。

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生活中隨處可見的補(bǔ)色片:

濾鏡收納盒

濾鏡收納盒,對(duì)于老法師來說最容易找到,而且是我個(gè)人最愛用的補(bǔ)色片

濾鏡盒在正交線偏振時(shí)的補(bǔ)色效果

這種注射成型的透明塑料制品自帶應(yīng)力不均勻造成的光學(xué)各向異性。

對(duì)于偏光攝影來說,使用效果堪比昂貴的石英補(bǔ)色楔。

與這種收納盒具有類似效果的還有光盤盒、磁帶盒、糖果禮品包裝盒等等。

注射成型的透明塑料制品,都可以拿來試試,說不定有驚喜。

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其次是各種透明膠帶:

透明膠帶

這種高透明的PET薄膜膠帶,可以帶來與全波片類似的補(bǔ)色效果,不妨一試。

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各種膠帶的補(bǔ)色效果

圖中是我把透明膠帶貼在鏡頭保護(hù)鏡上(那種廉價(jià)的UV鏡),制成簡易的補(bǔ)色片,在正交線偏振時(shí)的補(bǔ)色效果。

從左往右分別是:HD CLEAR超透明膠帶、得力低噪聲膠帶、得力靜音膠帶。

它們分別呈現(xiàn)了不同波長的補(bǔ)色效果。

其中HD CLEAR膠帶補(bǔ)色片在傾斜一定角度時(shí)可以呈現(xiàn)與530nm全波片相同的紫紅干涉色調(diào)。

賣膠帶的無法告訴你膠帶的補(bǔ)色效果,我也不知道,這就像盲盒,只能自己試試。

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在生活中還會(huì)遇到其他各種具有光學(xué)各向異性的透明材料,理論上都可以用來補(bǔ)色。

比如包鮮花的玻璃紙、保鮮膜、煙盒外層的透明膜、奶茶杯蓋、生鮮食品包裝盒等等。

有興趣的話都可以試試。

只需要注意,玻璃板、亞克力板這些不具備各向異性的透明材料,不會(huì)產(chǎn)生補(bǔ)色效果。

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4.5,補(bǔ)色片的作用

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顧名思義,補(bǔ)充顏色。

與用一層彩色玻璃紙來改變光源顏色的概念不同,

在偏光攝影中的補(bǔ)色,是補(bǔ)充標(biāo)本晶體的干涉波長。

zeiss.com

當(dāng)晶體的干涉色位于干涉色譜圖中的第二色序時(shí),拍出照片的色彩最鮮艷。

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例:VC結(jié)晶的補(bǔ)色效果

VC結(jié)晶補(bǔ)色對(duì)比

圖中右側(cè):正交線偏振的原始效果。

圖中左側(cè):正交線偏振+CD盒補(bǔ)色,改變了背景的顏色,晶體的邊緣也出現(xiàn)了猶如輪廓的彩色描邊效果。晶體本身顏色發(fā)生了色序變化。

由于VC結(jié)晶在正交偏振時(shí)本身就處于第二色序,已經(jīng)具有了鮮艷的色彩,所以補(bǔ)色對(duì)晶體本身的色彩鮮艷程度影響不大。

但并不是所有的結(jié)晶都本身位于色彩鮮艷的第二色序,比如下面的例子。

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例:球粒隕石的補(bǔ)色效果

球粒隕石的補(bǔ)色效果
球粒隕石的補(bǔ)色效果

在這兩組球粒隕石的對(duì)比圖中,左側(cè)是無補(bǔ)色的,右側(cè)是補(bǔ)色的。

球粒隕石本身的干涉色位于第一色序,顏色寡淡,近乎灰度圖。

通過補(bǔ)色以后,干涉色遷移到第二或第三色序,豐富飽滿的色彩就呈現(xiàn)出來了。

大部分的晶體在偏光攝影中都需要補(bǔ)色來展現(xiàn)迷人的色彩。

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補(bǔ)色色序的變換:

旋轉(zhuǎn)偏振元件改變補(bǔ)色效果

補(bǔ)色的色序時(shí)可以變換的,方法非常簡單,可以通過旋轉(zhuǎn)偏振元件來改變補(bǔ)色效果。

旋轉(zhuǎn)原件改變補(bǔ)色效果

在實(shí)際操作中,可以通過旋轉(zhuǎn)起偏鏡、補(bǔ)色片、標(biāo)本、檢偏鏡來實(shí)現(xiàn)色彩的變化。

在偏光顯微鏡的機(jī)械結(jié)構(gòu)中,起偏鏡、標(biāo)本、檢偏鏡都可以獨(dú)立旋轉(zhuǎn),使用非常方便。

在玩家的攝影裝備上,往往由于結(jié)構(gòu)限制,標(biāo)本和檢偏鏡很難實(shí)時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作。

這時(shí)可以通過旋轉(zhuǎn)起偏鏡和補(bǔ)色片來調(diào)節(jié)補(bǔ)色效果,雖然不如全都能獨(dú)立旋轉(zhuǎn)來得方便,但也能實(shí)現(xiàn)同樣的功能。

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5,不同的配置帶來不同的色彩

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在這一章節(jié)中,以維生素C結(jié)晶為樣本,用到線偏振鏡、左旋圓偏振鏡、右旋圓偏振鏡和塑料濾鏡盒補(bǔ)色片這四種偏振元件。

搭配出比較典型的10種組合,直觀地展現(xiàn)它們之間出片效果的區(qū)別。

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只用線偏振 無補(bǔ)色:

正交線偏振 無補(bǔ)色

起偏和檢偏都是線偏振鏡,光軸正交,呈現(xiàn)黑背景的效果,

大部分晶體在這種情況下顏色比較寡淡,且會(huì)在晶體光軸的特定方向上呈現(xiàn)明暗差異。

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只用線偏振 補(bǔ)色:

雙線偏,濾鏡盒盒補(bǔ)色

起偏和檢偏都是線偏振鏡,旋轉(zhuǎn)偏振鏡,配合補(bǔ)色片,可以調(diào)節(jié)出各種各樣的補(bǔ)色效果

但晶體只會(huì)沿著特定的光軸方向顯示出明亮的顏色。

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線偏振與圓偏振,無補(bǔ)色組合:

線起偏 圓檢偏 無補(bǔ)色
圓起偏 線檢偏 無補(bǔ)色

起偏和檢偏分別使用線偏振和圓偏振,可以看出這兩種配置的補(bǔ)色效果大致相同。

但由于有一片圓偏振的參與,晶體在各個(gè)光軸方向上都呈現(xiàn)出顏色,比起只用線偏振的配置,色彩更豐富一些。

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線偏振與圓偏振,補(bǔ)色組合:

線起偏 圓檢偏 補(bǔ)色
圓起偏 線檢偏 補(bǔ)色

起偏和檢偏分別使用線偏振和圓偏振,并且補(bǔ)色,兩種配置呈現(xiàn)的效果完全不同。

主要是檢偏鏡使用線偏振還是圓偏振的差異

檢偏鏡使用圓偏振時(shí),晶體各個(gè)光軸方向上色彩豐富,且稍有明暗區(qū)別。

檢偏鏡使用線偏振時(shí),晶體各個(gè)光軸方向上色彩豐富,且有較明顯的明暗區(qū)別。

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同手性和異手性圓偏振,無補(bǔ)色組合:

同手性圓偏振
異手性圓偏振

起偏和檢偏都是用圓偏振,同手性搭配和異手性搭配的區(qū)別很明顯。

同手性時(shí),背景明亮,晶體所有光軸方向上都顯色,而且色彩是連續(xù)的,不以光軸方向的差異來區(qū)分色彩和明暗。

異手性時(shí),近似黑背景,通過旋轉(zhuǎn)偏振片也可以調(diào)節(jié)出某種干涉色背景。顯色效果與同手性配置完全不同,在色序上有很大差異。

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同手性和異手性圓偏振,補(bǔ)色組合:

同手性 補(bǔ)色
異手性 補(bǔ)色

起偏和檢偏都是用圓偏振,同手性搭配和異手性搭配,并且補(bǔ)色。

這兩種配置在晶體光軸所有方向上的色彩豐富程度比較相似,且在各個(gè)方向上呈現(xiàn)出不同的色彩。

由于兩種配置的色序表達(dá)不同,對(duì)晶體上某些特殊肌理的細(xì)節(jié)展現(xiàn)有較大的差異。

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小結(jié):

偏振元件沒有所謂最好的、萬能的配置,只有為滿足審美找到最合適的配置。

VC結(jié)晶
VC結(jié)晶 中心區(qū)域放大

同一片VC結(jié)晶標(biāo)本,使用不同的偏振方法、不同的照明方法,紋理色彩千姿百態(tài),出片風(fēng)格迥異。

何況世間晶體種類形態(tài)千變?nèi)f化,與各種配置結(jié)合,可以呈現(xiàn)出無窮無盡的視覺效果。

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本文粗略地概括了偏光結(jié)晶攝影的一些入門方法、技巧和注意事項(xiàng)。

拋磚引玉,希望看到更多玩家入坑,多發(fā)大片。

作者本人也還在不斷地學(xué)習(xí)探索中,望與廣大微觀攝影同好學(xué)習(xí)交流,共同進(jìn)步。

疏漏甚多,還請(qǐng)指正。

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參考文獻(xiàn):

[1] 王曙 偏光顯微鏡和顯微攝影 地質(zhì)出版社

[2] M·M·弗羅赫特 光測(cè)彈性力學(xué) 科學(xué)出版社

[3] 美國紐約攝影學(xué)院攝影教材 中國攝影出版社

[4]?李曉彤 岑兆豐 幾何光學(xué)·像差·光學(xué)設(shè)計(jì) 浙江大學(xué)出版社

[5]?周樂光 礦石學(xué)基礎(chǔ) 冶金工業(yè)出版社

[6]?趙敬松 唐洪明 雷卞軍 礦物巖石薄片研究基礎(chǔ) 石油工業(yè)出版社

[7]?micro.magnet.fsu.edu

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— 完 —

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微距踩坑集·變戲法兒系列·透射偏光攝影入門教程·全本的評(píng)論 (共 條)

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