光学滤光片的工作原理

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。