Ánh sáng xung quanh chúng ta

Nếu không có ánh sáng từ Mặt Trời, cuộc sống xung quanh chúng ta chỉ còn là một màn

đêm tối tăm, lạnh lẽo. Ánh sáng từ Mặt Trời giúp loài người có thể nhìn thấy được vạn

vật. Tuy nhiên, chúng ta nhìn thấy được mọi vật không phải chỉ do ánh sáng trực tiếp từ

chính Mặt Trời. Ánh sáng xung quanh chúng ta vô cùng hỗn tạp.

Ánh sáng xung quanh chúng ta là hỗn hợp của ánh sáng “tự nhiên” từ mặt trời và vô vàng

ánh sáng phân cực từ các nguồn khác nhau. Những ánh sáng phân cực này xuất hiện bởi

một vài nguyên nhân cụ thể sau:

- Ánh sáng phản xạ từ một bề mặt nào đó.

- Ánh sáng tán xạ trong không khí.

Ánh sáng phân cực do phản xạ

Ánh sáng bị phản xạ trên một bề mặt nào đó cũng là ánh sáng phân cực. Phương phân

cực của ánh sáng đó song song với chính bề mặt phản xạ đó.

Ánh sáng phản xạ bị phân cực mạnh nhất khi ánh sáng tới hợp với bề mặt lưỡng chất một

góc Brewster (theo định luật Brewster).

Ánh sáng từ Mặt Trời có thể bị phản xạ theo nhiều nguyên nhân:

- Phản xạ do lớp không khí ở gần mặt đất.

- Phản xạ do mặt sông, hồ, biển hay một mặt nước nhỏ.

- Phản xạ trên các mặt kính: cửa sổ của các tòa nhà, kính đeo, v.v.v

Đối với ánh sáng phản xạ do lớp không khí ở gần mặt đất, thông thường vào những ngày

nắng gắt hoặc ở sa mạc, lớp không khí bị phân lớp mạnh (nhiệt độ thay đổi rõ rệt theo độ

cao) làm cho chiết suất của lớp không khí thay đổi rõ rệt theo độ cao. Điều đó làm cho

ánh sáng đi từ Mặt Trời hay một đám mây nào đó xuống mặt đất bị phản xạ toàn phần ở

gần mặt đất. Do đó, mặt đất đóng vai trò như một tấm gương phản chiếu (giải thích vì sao

có ảo ảnh ở sa mạc hay trên đường vào hôm trời nóng).

Mặt nước nói chung (sông, hồ, biển, v.v.v) được xem như một tấm gương phẳng. Do ánh

sáng tới mặt nước theo nhiều góc độ khác nhau nên ánh sáng phản xạ từ mặt nước có

cường độ không lớn. Tuy nhiên, vào ngày nắng gắt, hoặc ở những mặt nước lớn như mặt

biển, lượng ánh sáng phản xạ này có cường độ lớn, gây ra một độ chói nhất định.

Với hai loại ánh sáng phản xạ kể trên, bề mặt phản xạ nằm ngang, song song với mặt đất

nên ánh sáng phản xạ có phương phân cực nằm ngang.

Còn đối với ánh sáng phản xạ trên các mặt kính thì phương phân cực song song với mặt

kính, tức là tùy thuộc vào mặt kính ta đang xét.

Ánh sáng phân cực do tán xạ

Ánh sáng từ Mặt Trời đi đến khí quyển, bị các phân tử không khí, phân tử nước tán xạ

theo mọi phương – gọi là tán xạ Rayleigh. Ánh sáng tán xạ là các ánh sáng phân cực.

Hướng tán xạ quyết định đến phương phân cực của ánh sáng đó, nên ánh sáng tán xạ

Rayleigh phân cực theo các phương khác nhau.

Lượng ánh sáng tán xạ phụ thuộc vào kích thước phân tử và bước sóng của ánh sáng tới.

Ánh sáng có bước sóng ngắn thì tán xạ nhiều hơn ánh sáng có bước sóng dài (lí do vì sao

bầu trời màu xanh).

Đa phần (trên 50%) ánh sáng tán xạ đi tới mặt đất là ánh sáng phân cực ngang.

Như vậy, đa phần, ánh sáng xung quanh chúng ta (dù theo nguyên nhân nào) phân cực

theo phương nằm ngang. Đây chính là đặc điểm cơ bản mà ta ứng dụng vào việc chế tạo

kính râm và bộ lọc phân cực cho nhiếp ảnh.

Ứng dụng của sự phân cực vào việc chế tạo kính râm

Ảnh hưởng của ánh sáng phản xạ khi đi đường hoặc đi chơi ngoài biển

Như đã trình bày ở phần trên, ánh sáng trong không khí của chúng ta là ánh sáng hỗn tạp,

nhiều thành phần. Khi đi ngoài đường vào trời nắng gắt hoặc đi chơi biển, ngoài ánh sáng

phản xạ từ các vật ta nhìn thấy, ánh sáng phản xạ từ mặt đất hay mặt biển đến mắt gây ra

một độ chói nhất định. Điều này khiến cho chúng ta cảm thấy không thoải mái.

Nguyên lý và tác dụng của kính râm

Để loại bỏ độ chói do các ánh sáng phản xạ không mong muốn này, chúng ta dựa trên 2

nguyên tắc hết sức đơn giản:

- Ánh sáng phản xạ trong không khí đa số phân cực theo phương ngang.

- Kính phân cực làm giảm cường độ sáng của ánh sáng tự nhiên và không cho ánh

sáng phân cực theo phương vuông góc đi qua.

Dựa vào hai nguyên tắc trên, ta sử dụng kính râm là một kính phân cực theo phương

thẳng đứng.

Khi đó, ánh sáng phản xạ từ mặt đất hay mặt biển thì kính râm không cho qua, còn ánh

sáng tự nhiên từ mặt trời cũng bị giảm cường độ sáng. Điều này giúp ta không cảm thấy

bị chói khi đi ngoài trời nắng gắt hay đi biển.

Ứng dụng của sự phân cực vào nhiếp ảnh

Ảnh hưởng của ánh sáng phản xạ và tán xạ lên chất lượng hình ảnh

Nguyên lý hoạt động của máy ảnh cũng giống như của mắt người. Máy ảnh thu lại được

hình ảnh của mọi vật thông qua ánh sáng Mặt trời phản xạ trên vật đó tới máy ảnh. Như

đã trình bày ở phần đầu, trong không khí có nhiều thành phần ánh sáng không mong

muốn. Chính những thành phần này làm giảm chất lượng hình ảnh của các bức hình. Để

thu được những bức hình đẹp, chất lượng, ta cần phải loại bỏ những thành phần không

mong muốn đó.

Phân tích kĩ lưỡng, những thành phần không mong muốn trong khi chụp ảnh có thể là:

- Ánh sáng phản xạ từ mặt biển, mặt đất -> làm hình ảnh dễ bị chói, độ sáng trong

ảnh không đều

- Ánh sáng tán xạ từ các đám mây, các phân tử không khí, nhất là hôm trời đầy

sương mù -> làm cho hình ảnh các đám mây, bầu trời không rõ nét, không đẹp.

nhất là khi chụp ảnh phong cảnh

- Ánh sáng phản xạ từ mặt gương, mặt kính nào đó: đó có thể là khi ta chụp cảnh

vật có chứa một cánh cửa sổ, hay là ngồi trong phòng chụp ảnh xuyên qua cửa

kính, hay đơn giản là một số người trong ảnh đang đeo kính.

Những thành phần này không chỉ làm cho bức hình bị chói, hoặc xuất hiện những hình

ảnh phản xạ không mong muốn mà có thể làm cho chất lượng màu sắc, độ tương phản,

độ nét của bức hình giảm xuống đáng kể.

Tuy nhiên, việc loại bỏ các thành phần này không hề đơn giản, bởi vì các thành phần này

tương đối phức tạp.

Nguyên lý, cấu tạo và tác dụng của bộ lọc phân cực (Polarizing filter)

Bộ lọc phân cực phải đảm bảo các đặc điểm sau:

- Giảm cường độ sáng của các thành phần ánh sáng phân cực không mong muốn.

- Giữ cho hình ảnh sau khi được đưa qua bộ lọc trung thực

Để loại bỏ các thành phần này, người ta sử dụng một bộ lọc phân cực gắn ở trước máy

ảnh. Có 2 loại bộ lọc phân cực:

- Bộ lọc phân cực thẳng

- Bộ lọc phân cực tròn

Bộ lọc phân cực thẳng thực chất chỉ là một cái kính phân cực như kính râm. Do đó, tác

dụng lọc của bọc phân cực thẳng là không cao.

Để nâng cao hiệu quả lọc và giữ cho chất lượng hình ảnh trung thực hơn, người ta sử

dụng bộ lọc phân cực tròn.

Gọi là bộ lọc phân cực tròn bởi vì sau khi lọc, ánh sáng ló ra là ánh sáng phân cực tròn.

Ánh sáng ló ra là ánh sáng phân cực tròn sẽ giúp hình ảnh trung thực hơn. Có thể giải

thích điều này một cách đơn giản như sau:

- Bình thường, hình ảnh đầy rẫy những ánh sáng phân cực theo phương x và

phương y nào đó.

- Nếu dùng bộ lọc phân cực thẳng, ta loại bỏ toàn bộ phương y trong hình ảnh ->

không còn trung thực nữa

- Nếu dụng bộ lọc phân cực tròn, ta giúp tái tạo lại phương y với cường dộ tương

đương phương x -> hình ảnh trung thực với thực tế hơn.

Cấu tạo của bộ lọc phân cực tròn: một kính phân cực thẳng có phương phân cực nằm trên

một trong hai mặt phẳng phân đôi của một bản phần tư sóng được đặt ở phía sau.

Nhờ có bộ lọc phân cực này, chất lượng hình ảnh trở nên tốt hơn:

- Giảm thiểu những hình ảnh phản chiếu không mong muốn

- Giảm thiểu độ chói, độ sáng không đều của hình ảnh

- Làm cho hình ảnh (đám mây, bầu trời) rõ nét hơn

- Tăng độ bão hòa màu sắc

- Tăng độ tương phản của mây và giảm thiểu màu xanh của bầu trời

Tuy nhiên, bộ lọc phân cực có thể làm hình ảnh trở nên tối hơn. Ngoài ra, bộ lọc phân

cực đòi hỏi nếu đặt ống kính sao cho phương phân cực vuông góc với phương của bộ lọc

thì sự phân cực hiệu quả nhất. Do đó, không thể dùng bộ lọc phân cực nếu góc chụp rộng.

(Tức là ống kính nên đặt như ở hình sau).

hay

Một số hình ảnh so sánh khác

lần lượt xoay bộ lọc phân cực ở các góc 0, 30, 60, 90 độ

Tương phảng tăng lên khi dùng bộ lọc phân cực (hình bên phải)

http://www.youtube.com/watch?v=X6yjMqDCp0s