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本主题由真儿MM 于 2008-11-13 21:16 移动莱卡

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1楼大中小发表于 2003-12-9 17:56 只看该作者

线偏振VS园偏振—ABC基础知识

原作者：不很懂来源：PChome数码影像俱乐部

许多色友在摄影时很好地使用了偏振滤镜。但是，也有些问题会被经常提出来，如什么是园偏振镜？什么是线偏振镜？他们之间的区别是什么？各有什么优缺点？已经有了线偏振镜是不是有必要再买园偏振镜？等等。下面将对一些有关偏振滤镜的问题作一些比较深入的讨论。

光是一定波段范围的电磁波，是由与传播方向垂直的电场和磁场交替转换的振动形成的。我们的眼睛能够看到的只是电磁波中的一个很小的波长范围，即400纳米到700纳米左右，这个范围的电磁波称为可见光。电磁波的振动方向与传播方向是垂直的，我们称之为横波。横波就必然有一个偏振的问题。由于同光学发展历史有关的原因，人们常把磁矢量的方向叫做偏振方向，并把磁矢量的传播方向所决定的平面叫做偏振面。

自然光：虽然光从本质上来说是偏振的，但是自然界的大多数情况下，光表现出非偏振的。这是因为我们所看到的自然光（如太阳光，灯光）是由许多光波串组成的。这些光波串中每一串都是偏振的，但是它们的偏振方向是随机的，不断变化着的。在我们的观察时间段里平均后，在任何一个方向上都没有优势。这就是自然光，也叫非偏振光。

线偏振光：让自然光通过一个起偏振器件后，只有一个方向的偏振光能够通过这个器件，我们就得到了线偏振光。线偏振光的振动方向是确定的。

部分偏振光：如果线偏振光中混有一部分自然光，也就是说，这种光包含着各种方向的偏振光，而在某一方向的上体现出偏振的优势。这就是部分偏振光。

园偏振光：这种光的偏振方向是有规律的旋转着的。而光矢量在旋转过程中的强度是保持一定的。也就是光矢量是沿着一个园旋转的。这就是园偏振光。在我们的观察时间段中平均后，园偏振光看上去是与自然光一样的。但是园偏振光的偏振方向是按一定规律变化的，而自然光的偏振方向变化是随机的，没有规律的。

椭园偏振光：这种光的偏振方向也是在规律的旋转着的，但是它的光矢量在旋转过程中强度也在变化。也就是光矢量是沿着一个椭园旋转的。椭园偏振光在观察时间段里平均后的结果与部分偏振光相似。但是与部分偏振光不同，它的偏振方向以及光矢量的大小是按一定规律变化的。

用偏振滤镜可以消除水面、玻璃面和其他非金属表面反射光，这是因为在这些介面上反射光的偏振状态发生了变化。

我们大家都知道，光在不同折射率的介质的界面上会发生反射和折射。入射角与反射角、折射角的关系分别服从反射定律和折射定律。在非金属的界面上，当入射光线与折射光线成直角时，反射光线将是线偏振光，这就是有名的布儒斯特原理。此时的入射角就称为布儒斯特角。从下图可以看出，当光线从空气（介质1，严格地说应该是真空）射入介质2时，布儒斯特角的正切值等于介质2的折射率n。由于介质的折射率是与光波长有关的，对同样的介质，布儒斯特角的大小也是与光波长有关的。以光学玻璃折射率1.4-1.9计算，布儒斯特角大约为54-62度左右。当入射角偏离布儒斯特角时，反射光将是部分偏振光。

下面这张照片拍摄时没有加偏振滤镜，玻璃面上的反射光现象很明显。此照片拍摄时相机指向与玻璃大约成45度角。

下面的照片是加上偏振滤镜后拍摄的。相机指向与玻璃仍然是45度角左右。可以看出，虽然偏振滤镜消去了大部分的反射光，但是仍然有一部分反射光存在。这是因为在45度角离布儒斯特角甚远，玻璃面上的反射光是部分偏振光，偏振滤镜无法把这样的反射光全部滤去。

下面这样照片拍摄时调整了相机的位置，使相机与玻璃面的夹角大约在55度，基本上等于布儒斯特角。从玻璃面上反射光是线偏振光，用偏振滤镜可以把反射光几乎全部滤去。从这几张照片中可以看出，只有在布儒斯特角入射的光线，其反射光才会是线偏振的。。另外，我们还应该注意到，摄影中所用的线偏振滤镜是用人造偏振片制成的。与实验室里用于产生线偏振光的偏振器件如尼科尔棱镜不同，人造偏振片是利用其对平行和垂直与光轴方向的偏振光吸收率不同（二向色性）而产生偏振光的。虽然我们称其为线偏振滤镜，但是我们要知道：线偏振并不“线”。因为自然光通过这种滤镜后并不是真正的线偏振光，而是部分偏振光，其偏振度由人造偏振片的质量决定。

园偏振镜是由一块线偏振镜和一块四分之一波片组成的。四分之一波片是用一种各向异性介质做成的。光在这种介质中传播时，可以分解为两种光矢量相互垂直的线偏振光，一种称为寻常光线（Ordinary light，O光），另一种称为非常光线（Extra-ordinary light，E光）。这两种光在介质中的传播速度是不同的。当一束线偏振光以适当的方向（即偏振方向与O光、E光方向均成45度）射入这种介质中时，就能分解成强度相等的O光和E光在介质中传播（如下图，红色矢量表示入射偏振光方向，振动着的红点分别表示O光和E光方向）。

由于O光与E光在各向异性介质中的传播速度不同，入射时线偏振光分解成的O光与E光是同相位的。经过一段距离的传播后，O光与E光之间就会产生一定的相位差。

如果各向异性介质的厚度正好使O光与E光在射出介质时的相位差为90度，即二分之一PI时，两种光合成时就是一种光矢量（偏振面）沿着园周转动的特殊偏振光。这种偏振面不断地在转动的偏振光就是园偏振光。（如下图，红点表示O光与E光，请注意，此时O光与E光有90度的位相差。红色箭头就是转动着的合成光矢量。）

但是，如果O光与E光之间的位相差不是90度，则合成的光就会是不同椭园度的椭园偏振光（或者线偏振光）。下图列出了几种不同位相差时的情况。

我们知道，园周角是360度，相当于一个波长。上述的90度位相差也就相当于四分之一的波长。如果各向异性介质的厚度正好能在O光与E光之间引起90度的位相差，就能把一定偏振方向的线偏振光“变成”园偏振光。因此我们称其为四分之一波片。如果这种介质的厚度引起了180度的位相差，就会使入射的线偏振光“转过”了90度（下图）。我们称其为半波片。前面说过，园偏振滤镜就是由线偏振镜加上一块四分之一波片组成的，而且，线偏振镜的偏振方向与四分之一波片的O光（或E光）成45度的。

以上是园偏振镜的原理，而我们实际上使用的园偏振滤镜，并不能产生真正的园偏振光。这就是：园偏振并不“园”。

首先，市场上的园偏振镜多如牛毛，到底质量如何呢？如何来判别呢？有一个最简单的方法：我们知道，液晶屏发出来的光是线偏振光，判断园偏振镜质量好不好，只要对着液晶屏看一看就行了。到商店购买园偏振镜，DC的液晶屏就是理想的检验工具。

如果把园偏振镜螺纹一边对自己，通过园偏振镜看晶液屏同时转动偏振镜就会发现光强变化很大。下图是最亮时的情况，偏振镜里外的亮度几乎一样。

下图是最暗时的情况，此时偏振镜的光轴方向与液晶屏发出的偏振光方向垂直，偏振镜里是全黑

我们把园偏振镜反过来，让螺纹向着液晶屏（与安装在相机上的方向相反）。同样通过偏振镜来看液晶屏。这是最亮时的情况。园偏振镜里外的亮度也几乎相同。

再转动偏振镜，看一看最暗时的情况。如果通过这个园偏振镜后的光是理想的园偏振光，转动园偏振镜时我们看到的亮度应该是不变的。因此，转动时亮度变化小，说明该园偏振镜的质量就好，反之，质量就差。下图中的这个园偏振镜所得结果是说明其质量很差。

这个就是上面做测试的园偏振镜。可惜是价廉物不美。

高档名牌园偏振镜的情况又是如何呢？现在用高坚（COKIN）园偏振镜做一下同样的试验。高坚系列滤镜是世界上的著名品牌，其质量在诸多品牌中是名列前茅的。这是最亮时的情况。

是最暗时的情况。我们发现，情况有了非常大的改善。但是差别仍然是存在的。说明即使是高坚这样的名牌，通过滤镜后的光仍然是椭园偏振光。只是椭园度较小而已。而实际上，理想的园偏振滤镜是不可能存在的。这是因为四分之一波片的厚度是与波长有关的。对于某一波长而言是四分之一波片，对其他波长就不是四分之一波片。一般的园偏振滤镜都取可见光的中间波长，即绿光为准。而在其他波长，如红光，蓝光或紫光时，就会产生椭园偏振光。再说，前面的计算是对正入射光线而言的，而对于斜入射光线而言，当然也会引起椭园偏振光，这种情况在广角拍摄时尤其显著。

很明显，园偏振镜比线偏振镜的价格高，而作为偏振滤镜在消除有害眩光等作用方面与线偏振镜是完全一样的。那未，为什么要用园偏振镜呢？这是因为在自动测光（AE）、自动测距（AF）的单反相机上使用线偏振镜，就有可能引起测光不准和测距失效。而园偏振镜可以改善这种情况。让我们回到本帖题目上来：线偏振versus园偏振，优劣如何评说？

我们知道，相机的自动测光（AE）和自动对焦（AF）功能都是通过采样光经过计算来实现的。得到采样光有两种方式，一种是通过专门的窗口来获取采样光，如旁轴类相机，双镜头类相机等。此类相机根本就不必使用园偏振镜。另一种是通过采样反射镜从镜头的拍摄光中取出一部分采样光（单反相机，SLR等），对采样光进行计算来得到AE，AF的数据。由于采样反射镜往往是非金属材料（玻璃）的，当入射光为偏振光时其反射光强就与入射偏振光的偏振方向有关。在某些情况下，就会对AE、AF发生影响。此类相机用园偏振滤镜就比用线偏振镜好。

先来看看自动对焦的情况（下图）。从图中以看出，自动对焦时通过光线照射在CCD上的位置不同来获取对焦误差信息的。而反射镜在偏振光的情况下只影响反射光的强度，并不影响反射光的方向。从这点上来看，无论是线偏振镜还是园偏振镜对自动对焦是没有任何影响的。只是在入射光线较暗的情况下，再经过采样反射镜受偏振光的影响，至使最后达到CCD上的光强太弱而无法检别，才会引起对焦失败。

另外我们还必须考虑以下几个因素：

1，采样反射镜通常是与入射光线成45度角的，即把光线转过一个直角（见上图）。而空气到玻璃的布儒斯特角与45度相去甚远，由于偏振而引起的反射光强减弱是有限的。

2，通过园偏振滤镜后的光线仍然的椭园偏振光，仍然有反射光强减弱的问题。也就是说，即使用了园偏振滤镜，也只是在一定程度上有所改善。

因此，线偏振滤镜对AF的影响只是有可能使对焦失败，并不影响对焦精度。这种情况在光线较暗的场合即使不用偏振镜也会发生，此时完全可以用手动进行对焦。而且发生这种情况的可能性远比想象的要低得多。

再来看看线偏振对自动测光的影响。下面是一张示意图。自动测光实际上是根据传感器上接收到的采样光光强来计算成像光的光强的。很显然，要计算结果正确，必要条件是采样光与成像光的光强之比是一个固定值。如果入射光是线偏振光，由于此时反射光的光强与偏振光的偏振方向有关，对于同样的成像光就会有不同的采样光强。结果必然是测光不准，影响了照片拍摄的效果。由于偏振光对反射的影响是减小了反射光强，造成的结果是使相机“误以为”入射光很弱而增加了曝光量，也就是过曝。而园偏振滤镜使入射光变成园偏振光，就可能避免测光不准。

但是，由于上面所说的两个因素，线偏振镜造成的测光不准的程度并不是想像中那么严重，而园偏振镜也只是改善测光准确度。特别是在DC的情况下，拍摄效果当场可见，完全可以根据情况调整曝光量，或者采取向减少曝光量的方向包围曝光。

偏振滤镜可以说是摄影中最重要的滤镜之一。了解了偏振滤镜的原理，有助于用好偏振滤镜。

例如，在用偏振镜消除大范围的反光时（如用广角镜头时），只有在布儒斯特角附近角度效果比较理想。如下图是没有用偏振镜拍摄的，水面的反光使我们看不到水底下的缸，远处还有反光引起的对面建筑物的倒影。

这是加了偏振镜后拍摄的照片。由于消除了反光，我们可以看到近处水底下的缸，但是远处的反光并没有消除，我们还是看到了建筑物的倒影。

但是如果拍摄的视角比较小，相机对反射面的角度就比较一致，效果就会比较好。下图是没加偏振镜的情况，反射光比较强使水底下的缸比较模糊。

这是用了偏振镜的情况，水底下的缸清晰可见。

用偏振滤镜来消除玻璃反光时，如果反射面不是平面，反射光的角度就无法保持都接近于布儒斯角。利用这一点在某些情况下能达到另一种效果。下图是转自HY先生的贴图，偏振滤镜仅仅消除了外箱玻璃面上的反光，而由于角度关系，不能消除里面玻璃钟罩上的反光。反而使人感到了玻璃钟罩的存在，

我们一直在说，偏振滤镜能消除非金属面上的反光。那末，如果是金属面上的反光呢？难道偏振滤镜就真的无能为力了吗？我们已经知道了偏振光的原理，而理论是对实践有指导意义的。如下图是一把锁和一把钥匙的照片。灯光照在钥匙上引起了很强的反光。由于钥匙是金属的，虽然我已经在镜头上安装了偏振滤镜，但是转到任何方向都无法消除这种反光。钥匙上的字根本就看不出来。

这时候我们仍然可以使用偏振滤镜来消除反光，把钥匙上的字拍摄出来。下图是我又加上一块偏振滤镜后拍摄的照片。钥匙上的反光被消除了，上面的“地球”两字能够清楚地看出来了。

当然，我说的又加了一块偏振滤镜并不是加在相机上的，而是加在光源上，如下图所示，因担心温度过高对偏振镜有影响，我没有把偏振滤镜固定在灯罩上，是用手拿着拍摄的。其道理大家想一想就会明白的，其实这就是立体电影的放映原理。呵呵！

人人都说，偏振滤镜的作用是滤去偏振光。从通常的用途来看，这样说并不错。但是我们知道偏振滤镜实际上是挡住了一个偏振方向的光而让与其垂直方向的偏振光通过。在某些场合下，我们并不用偏振滤镜去“滤”掉偏振光，而是反其道而行之来强调反射光的存在。如王局长的下面这张照片就是强调玻璃里面的反射像。如果是以斜角度拍摄，用偏振滤镜来加强反光。是不是能使照片的效果更好呢？

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2楼大中小发表于 2003-12-9 18:03 只看该作者

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线偏振镜（PL）和圆偏振镜（CPL）的原理与使用

原作者：老顽童来源：摄影无忌

我们知道，光是一种电磁波，是由与传播方向垂直的电场和磁场交替转换的振动形成的。它与无线电波没有本质的区别，仅波长更短一些而已。这种振动方向与传播方向垂直的波我们称之为横波。声波是靠空气或别的媒质前后压缩振动传播的，它的振动方向与传播相同，这类波我们称之为纵波。

图一：光是一种电磁波

横波有一个特性，就是它的振动是有极性的。在与传播方向垂直的平面上，它可以向任一方向振动。我们一般把光波电场振动方向作为光波振动方向。如果一束光线都在同一方向上振动，我们就称它们是偏振光，或严格一点，称为完全偏振光。一般的自然光在各个方向振动是均匀分布的，是非偏振光。但是，光滑的非金属表面在一定角度下（称为布儒斯特角，与物质的折射率有关）反射形成的眩光是偏振光。偏离了这个角度，就会有部分非偏振光混杂在偏振光里。我们称这种光线为部分偏振光。部分偏振光是有程度的。偏离的角度越大，偏振光的成分越少，最终成为非偏振光。在以下的原理性讨论中，我们将不严格区分偏振光和部分偏振光。

图二：自然光和部分偏振光

许多偏振光在摄影中是有害的。玻璃表面的反射光，使我们拍摄不到玻璃橱窗里面的东西，水面的反射光使我们拍摄不到水中的鱼，树叶表面的反射光使树叶变成白色，等等。晴空的蓝天在与太阳方向成90度的垂直方向散射的也是偏振光，它使蓝天变的不那么幽深。如果消除了这些偏振光，许多照片会显得颜色更加饱和，画面更加清晰。

能够滤除偏振光的滤镜叫做偏振镜。普通的偏振镜叫做线偏振镜（PL镜）。把偏振镜装到镜头的前端，仔细旋转偏振镜，使得有害眩光减至最小甚至消失，这样就能拍摄出没有眩光的照片了。如果拍摄蓝天，天会显得更蓝、更暗。偏振镜不止滤掉了偏振光，还把非偏振光中的与偏振光振动方向相同的部分也滤掉了。所以，使用偏振镜以后，一般要增加一档以上的曝光量。

但是，在AF（自动聚焦）和AE（自动曝光）相机中，一部分光线要被反射到测光元件上去。如果这些光线是通过半反射镜反射出去的，而这半反射镜又是用非金属材料镀膜形成的，它们反射的光线就是偏振光。在这类相机中，如果使用了普通的线偏振镜，透过镜头的偏振光射到半反射镜上，如果角度合适，会正常反射出来。如果角度不合适，又会没有光线反射出来。因此，AE有可能不准，AF有可能失效。另外，有的相机取景器中有液晶显示器。某些相机的液晶显示器是靠透过镜头的光线照明的。如果镜头使用了线偏振镜，这种液晶显示器就会失效。

如何使偏振镜既能滤掉有害的偏振光，又能使经过偏振镜进入镜头的光线成为非偏振光呢？这种情况下就要使用圆偏振镜（CPL镜）了。圆偏振镜可以看作由两部分组成：前一部分是一个普通的线偏振镜，能够滤除某个振动方向的偏振光。后一部分可以使透过它的偏振光振动方向在一个圆周上旋转。这种特殊的偏振光称为圆偏振光，圆偏振镜也因此而得名。圆偏振光对于绝大多数光学元件来说，与非偏振光没有什么区别，所以圆偏振镜可以在任何相机上使用。

利用这个原理，很容易识别一个偏振镜到底是PL，还是CPL。把偏振镜安装镜头的一方靠近眼睛，透过偏振镜看非金属的反光。转动偏振镜到某个角度，反光会明显减弱甚至消失。把偏振镜反过来作同样的实验，PL镜会看到同样的结果，而CPL镜就和普通的墨镜差不多。如果把两个线偏振镜重叠起来，转动到互相垂直的方向，透过头一个偏振镜的偏振光会被第二个偏振镜完全滤除，效果是完全不透光。转动其中的一个，透光率会逐渐增加，好象一个可变灰度镜（可能会有一点偏色）！如果其中一个是CPL，CPL一定要放到后面！前面的偏振镜如果是CPL，就看不到这个现象。

许多变焦镜头尤其是一些低档的变焦镜头常常使用旋转前片的方法调焦。这种镜头使用偏振镜十分困难：需要把相机安装在牢固的三脚架上，一只手固定调焦环，另一只手转动偏振镜，眼睛还要在取景器中看效果。所以如果经常使用偏振镜，尤其是喜欢拍摄风景，购买镜头时除了价格、成像质量等因素外，前片是否旋转也是一个选购的因素。

偏振镜不是万能的。如果阳光角度不合适，非金属表面反射的眩光可能偏振光成分很小。例如，拍摄树叶往往不能消除所有反光。如果使用超广角镜头，很难在画面中取得一致的效果。尤其拍摄天空时，与太阳夹角成90度的方向压的很暗，而其它方向几乎没有效果，造成天空颜色和亮度不均匀。拍摄水面时，部分水面没有反光，而另一部分反光很强。偏振镜由于有转动部分，厚度较大，用在超广角镜头上有可能挡角。使用偏振镜时，由于需要转动滤镜，不宜使用遮光罩，应当尽量把相机放在阴影中拍摄。

线偏振镜与圆偏振镜价格差异很大。一台相机能否使用PL，要通过试验来确定。首先确定AF：转动PL镜到不同方向，半按快门开启自动对焦（有的机身有专门AF启动按键）。如果任意方向都能正常自动聚焦，说明这种机身能够使用PL镜实现AF功能。反之，如果某个方向AF失灵，那就必须购买CPL镜了！再试验AE：镜头前面装上PL镜后，垂直对着均匀白墙测光。旋转PL镜到不同方向，仔细观察测光值是否有变化。如果有变化，只好购买CPL了！如果AE和AF都没有问题，以后也不打算购买别的机身，那就可以购买PL镜了！

图三：未使用偏振镜拍摄的植物

图四：使用偏振镜拍摄的植物

图五：未使用偏振镜拍摄的物品

图六：使用偏振镜拍摄的物品

图七：未使用偏振镜拍摄的水面

图八：使用偏振镜拍摄的水面

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3楼大中小发表于 2003-12-9 18:55 只看该作者

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顶！顶了再看！！！！！　　　　　　雪中送炭

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复杂:~)

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莱卡可以评为教授了，的确复杂。我不去搞懂原理，但我去用就行了。

莱卡，我的保谷可以加钱去换B+W了，安逸，可以不卖了。看来那JS还算有点人性哈　　

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引用:

人车合一 wrote:

莱卡可以评为教授了，的确复杂。我不去搞懂原理，但我去用就行了。

莱卡，我的保谷可以加钱去换B+W了，安逸，可以不卖了。看来那JS还算有点人性哈　　

转别人写的　　，不过讲得是很详尽，慢慢看两遍也不难理解。不能完全理解也没得关系，晓得偏振镜的使用效果就行了，就象开车，钻研里面的肠肠肚肚的事就先让老狼他们去好了。

那家有B+W的现货？77MM MRC多层镀膜的？到处都缺货，偶也到那买算了。

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对了，偶的那个包谷也加钱,能换不？:I

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莱卡 wrote:

对了，偶的那个包谷也加钱,能换不？:I

不晓得他换不换，恐怕不行。我是在他那里买的，而且又只过了一`两天

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9楼大中小发表于 2003-12-9 23:36 只看该作者

回复：线偏振VS园偏振—ABC基础知识

莱版主弄了恁个多够辛苦的,

还是问一声

好多M?

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10楼大中小发表于 2003-12-9 23:39 只看该作者

回复：线偏振VS园偏振—ABC基础知识

我照网上的例子，自己试了一下如下图，由于滤去了大部分反射光，可以清楚看到水下的物品！

其实大家应该都可以做这个试验，我记得现在好一点的墨镜都是用偏振镜做的，他的好处是滤去大部分阳光的放射，使环境不那么刺眼，开车时，从阳光很强烈的地方进入光线不好的地方（如隧道）如果是戴普通的墨镜，就很危险，因为你什么都看不见了，如果你戴的是偏振镜墨镜，就不会有这种感觉！所以开车的DX一定要买偏振墨镜，话跑远了，用自己的偏振墨镜挡在DC的镜头前做这个试验，你也会看到同样的效果！

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11楼大中小发表于 2003-12-9 23:40 只看该作者

回复：线偏振VS园偏振—ABC基础知识

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12楼大中小发表于 2003-12-9 23:41 只看该作者

回复：线偏振VS园偏振—ABC基础知识

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13楼大中小发表于 2003-12-9 23:44 只看该作者

回复：回复：线偏振VS园偏振—ABC基础知识
线偏振VS园偏振—ABC基础知识 - 风行天下摄友会 - 重庆风行天下车重庆风行天下论坛

引用:

中士 wrote:

莱版主弄了恁个多够辛苦的,

还是问一声

好多M?

如果不烧包，高坚，保谷等几百圆的CPL也很不错了

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14楼大中小发表于 2003-12-9 23:54 只看该作者

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中士 wrote:

好多M?

如果要对得起自己精心挑选的镜头，不管是UV镜还是CPL偏光镜，还是得配多层镀膜的。圆极型偏光镜便宜一点就小日本的肯高，根据镜头口径300-600元不等。终极选择当然是德国鬼子的B+W了，毕竟鼎鼎大名的施耐德产品，根据镜头口径500-1000元不等。

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15楼大中小发表于 2003-12-10 01:04 只看该作者

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引用:

莱卡 wrote:

[quote]中士 wrote:

好多M?

如果要对得起自己精心挑选的镜头，不管是UV镜还是CPL偏光镜，还是得配多层镀膜的。圆极型偏光镜便宜一点就小日本的肯高，根据镜头口径300-600元不等。终极选择当然是德国鬼子的B+W了，毕竟鼎鼎大名的施耐德产品，根据镜头口径500-1000元不等。　　[/quote]

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