光學(xué)濾光片的工作原理

濾光片原理

濾光片是塑料或玻璃片再加入特種染料做成的。例如，紅色濾光片只能讓紅光通過，其他顏色的光則被阻擋。原本，玻璃片的折射率與空氣相近，因此所有色光都可以通過，使其呈現(xiàn)出透明狀態(tài)。但經(jīng)過特種染料的染色后，其分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致折射率也隨之改變，進(jìn)而影響到對某些色光的通過率。舉例來說，當(dāng)一束白光通過藍(lán)色濾光片時，主要射出的是藍(lán)光，而綠光、紅光等則被大部分吸收。因此，濾光片的主要作用是濾去某一波長范圍內(nèi)的光，起到單色器的作用，盡管它無法完全得到單色光。

濾光片的作用

濾光片在多個領(lǐng)域中具有重要的作用，尤其是在攝影界。我們常常可以看到一些攝影大師拍攝的風(fēng)景畫，主景總是那么突出。這背后，濾光片功不可沒。以拍攝黃花為例，若想在藍(lán)天和綠葉的背景下突出黃花，僅憑普通拍攝手法難以達(dá)到理想效果。然而，若在鏡頭前放置一個黃色濾光片，便能阻擋部分綠葉發(fā)出的綠光和藍(lán)天發(fā)出的藍(lán)光，而讓黃花發(fā)出的黃光大量通過，從而使黃花在畫面中更加鮮明突出。

主濾光片的功用

主濾光片主要有兩大功用：

1.濾除紅外線

彩色CCD能夠感應(yīng)紅外線，這會導(dǎo)致D.S.P無法正確計算出顏色。因此，需要在CCD前加裝濾光片，將光線中的紅外線部分隔開。這一功能主要針對彩色CCD，黑白CCD則無需使用。

2.修整進(jìn)光

由于CCD由一顆顆的感光體構(gòu)成，理想的進(jìn)光方式是直射。然而，為了避免鄰近感光體之間的干擾，需要對光線進(jìn)行修整。因此，濾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，能夠保留直射光線，反射掉斜射光線，從而避免對旁邊的感光點(diǎn)造成干擾。

濾除紅外線的實現(xiàn)方式

濾除紅外線主要有兩種實現(xiàn)方式：

一種是使用鍍膜，包括真空鍍膜和化學(xué)鍍膜。化學(xué)鍍膜是將石英片浸入溶劑中進(jìn)行電鍍，雖然成本低但鍍膜厚度不均勻且容易脫落。而真空鍍膜則采用真空蒸鍍法，鍍膜均勻且不易脫落，但成本相對較高。這種方式被稱為IR Coating，主要目的是濾除紅外線。同時，為了增加透光率，還會在濾光片上加上AR-Coating。這是因為光線在透過不同介質(zhì)時（如從空氣進(jìn)入石英片）會產(chǎn)生部分折射和反射，通過AR-Coating，濾光片可達(dá)到98-99%的穿透率，遠(yuǎn)高于未加AR-Coating時的90-95%穿透率，這對CCD的感光度具有顯著影響。

另一種是使用藍(lán)玻璃。藍(lán)玻璃通過吸收的方式過濾紅外線，而IR-Coating則是通過反射的方式濾掉紅外線。然而，反射光可能造成干擾。如果只考慮濾除紅外線，藍(lán)玻璃是一個更好的選擇。但需要注意的是，玻璃無法修整光線。因此，在實際應(yīng)用中，通常會采用一片藍(lán)玻璃加一片石英片的“兩片式”濾光片結(jié)構(gòu)。其中，藍(lán)玻璃負(fù)責(zé)濾除紅外線，而石英片則負(fù)責(zé)修整光線。在這種情況下，石英片上只需進(jìn)行AR-Coating即可。

修整光線的實現(xiàn)

上文提到，利用石英的物理偏光特性，可以保留直射光線并反射掉斜射光線。然而，這種修整方式只能針對一個方向進(jìn)行。通常，攝像機(jī)主要考慮到水平分辨率，因此只對光線進(jìn)行水平修整。在貼濾光片時，需要注意方向，避免貼反。如果需要同時對垂直光線進(jìn)行修整，可以簡單地將兩片濾光片疊加，并將其中一片旋轉(zhuǎn)90度。這樣，就形成了另一種“兩片式”濾光片，一片用于水平修整，一片用于垂直修整。其中一片還可以進(jìn)行IR-Coating以濾除紅外線。