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偏振片简介及应用
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2018-07-17 15:32:38来源: 中国机器视觉网

   背景知识 
    偏振光
    光是一种电磁波,是电场与磁场交互感应进行的一种能量传播,振动方向由电矢量表征;在光的传播过程中,光波电矢量振动的空间分布相对于传播方向表现出不对称性的现象,称之为光的偏振。而振动方向与光波前进方向所构成的平面叫做振动面,振动面只限于某一固定方向的光叫做平面偏振光或线偏振光。
    偏振:振动方向相当于传播方向的不对称性(如下图所示)。

   常见光的偏振态:自然光偏振方向杂乱无章,统计起来每个方向均匀一致;圆偏振光的电矢量不是在一个固定的平面内振动,其绕着传播方向匀速旋转,轨迹投影为圆,椭圆偏振光震动轨迹为椭圆形,部分偏振光与自然光类似,方向杂乱无章,但强度分量有一定取向。单向测量情况下,圆偏振光与自然光类似,椭圆偏振光与部分偏振光类似。偏振片是一种光学装置,其作用是只允许振动方向平行于其允许方向的光能通过,垂直分量被截止,详见Malus定律。
    如公式所示,不考虑吸收的情况下,强度为Iin线偏振光通过检偏片后透过的光强度为 其中φ为入射偏振光偏振方向与偏振片的偏振方向的夹角。
    偏振片有两种作用:
    1.将非偏振光过滤成线偏振光。
    2.检测光的偏振情况。

    如下图所示,当入射角 满足关系式 时反射光为垂直于入射面的线偏振光,   称为起偏角或者Brewstes角,此时反射光与折射光互相垂直。  

   偏振片  
    一般由高分子化合物聚乙烯醇薄膜做为基片,再浸染具有强烈二向色性的碘,经硼酸水溶液还原稳定后,再将其单向拉伸4~5倍制成。拉伸后,碘分子则整齐地被吸附排列在该薄膜片上,具有起偏性能。偏振玻璃则是由两片光学玻璃夹着一片有定向作用的微小偏光性质晶体(如云母)组成。

   偏振片的作用
    当光波通过偏振片时,其中正交偏振分量之一被偏振片强烈吸收,而对另一分量则吸收较弱,因此偏振片可以将透过的光过滤为线偏振光,偏振化程度最高可达99%以上。在彩色或黑白拍摄中常用来消除或减弱物体的强反光。

   偏振片的使用方法
    视觉行业里我们一般让光源发出的光经过一次偏振成为线偏振光,再在镜头下面加上一个偏振片,光线到镜头处经过二次偏振后进入镜头。常见的偏振片安装方式如下:

    常见的偏振片安装方式    

    图中P1、P2是两块偏振片。如果我们把偏振片P1的方位固定,而把偏振片P2缓慢地转动,可发现透射光的强度随着P2转动而出现周期性的变化。每旋转90°,光强从最亮逐渐减弱到最暗,继续转动P2则光强从最暗逐渐增强到最亮。通过旋转其中一个偏振片我们可以得到不同的图像效果,具体工作中偏振片的旋转角度应取决于图像本身的效果。

 

    应用实例 
    偏振片应用行业:医疗行业、半导体行业、电子产品行业、汽车行业表面检测等。
    如下图中的药片、半导体、上方有膜的电子元件及涂胶等,使用偏振片前后效果差别。偏振片能过滤掉反光造成的干扰,提取我们需要抓取的信息。

 

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