Как работает поляризация в оптике

Готовы сразу перейти к покупкам?

• Солнцезащитные очки с поляризацией
• Сноубордические и горнолыжные очки
• Солнцезащитные очки
• Велоочки
• Очки для альпинизма
• Мультиспортивные очки
• Очки для беговых лыж

Каждый из нас периодически думает об отпуске. Для кого-то идеальный формат — покататься на лыжах или сноуборде в горах, кто-то выбирает проводить время у моря, а кому-то хочется просто гармонии и слияния вечного с бесконечным. Воспоминания об отдыхе прекрасны, но некоторые моменты стираются из памяти: как слепит снег и лёд в высокогорье, как волны пускают в глаза сверкающих солнечных зайчиков и как блестят под солнцем лужи на автотрассе после дождя.

При активном движении на сапборде, сноуборде или вождении автомобиля яркие блики быстро утомляют глаза и могут привести к кратковременной, но опасной слепоте. Нейтрализовать отброшенный отражающими поверхностями интенсивный свет и блики поможет оптика с поляризованными линзами. С ней любое окно, лужа или плёнка становятся прозрачными почти под любым углом. Чтобы понять принцип работы таких линз, немного погрузимся в физику света.

Взгляд на отражающую поверхность через поляризованную линзу и без неё

Содержание

• Физика света и поляризация
• Об истории поляризованных линз
• Как работает поляризация в оптике
• Как проверить наличие поляризации
• Кому подойдут поляризованные линзы

Физика света и поляризация

Для того чтобы понять, откуда берутся блики и как работает поляризация в линзах, придётся окунуться в курс физики.

Все цвета, что мы видим вокруг, — это волны определённой длины, которые по-разному отражаются различными объектами. Те цвета спектра, что мы не видим, объект поглощает.

Видимый свет — это электромагнитное излучение с длиной волны в диапазоне от 380 до 760 нанометров. Блик — это яркий отражённый свет, световое пятно от выпуклой или плоской глянцевой поверхности, во всём видимом спектре. Раздражающее воздействие от бликов сопоставимо с переносом взгляда на источник света. Соответственно, чем ярче источник света, тем более интенсивное раздражающее воздействие оказывается на глаза.

Согласно теории Максвелла, световые волны поперечны, то есть векторы колебания магнитного и электрического поля перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны. В вопросе борьбы с бликами нас интересуют колебания только электрического поля.

Источники света — солнце, лампочки, огонь — излучают каждым атомом волны, у которых колебания электрического поля образуются в произвольных плоскостях, а не строго в одной. Источник света содержит множество атомов, излучающих электромагнитные волны. Все эти атомы испускают волны одномоментно, а углы плоскостей электрических полей каждого непредсказуемы и не упорядочены.

Поляризация упорядочивает плоскости колебания электрического поля путём отсеивания части светового потока — например, во всех плоскостях, кроме одной. Солнце, к примеру, испускает неполяризованный свет, то есть один и тот же луч может иметь множество плоскостей колебания электрического поля. Различают несколько видов поляризации, но в вопросе создания спортивной оптики важна только линейная поляризация, как раз когда пропускаются волны с электрическим полем только в одной плоскости.

Один из способов поляризации света — это отражение от прозрачных сред, например от воды или стекла. При отражении свет становится частично или почти полностью поляризованным в той плоскости, от которой отражается. То есть отражённые световые волны становятся горизонтально поляризованными. Из-за этого свойства возникает возможность бороться с бликами. Поляризованная оптика использует вертикальный поляризационный светофильтр, который отсекает горизонтальные составляющие отражённого светового потока.

Таким образом, вертикально поляризованные линзы нейтрализуют блики, снижая напряжение глаз и убирая паразитную засветку.

Линейная поляризация естественного света светофильтрами в вертикальной и горизонтальной плоскостях

Об истории поляризованных линз

Явление поляризации при отражении света было открыто в 1808 году учёным Э. Л. Малюсом. Первые очки с поляризацией появились в 1936 году, после изобретения сотрудниками компании Polaroid линейного поляризующего светофильтра в виде плёнки. Во главе разработки стоял Э. Г. Лэнд, основатель компании, а изобретение получило название «поляроид», которое впоследствии стало нарицательным, как «ксерокс», по отношению ко всем поляризующим светофильтрам малой толщины. Любопытно, что по количеству полученных патентов на изобретения Лэнд уступает только Томасу Эдисону.

Как происходит поляризация света в оптике? Если свет пустить через вертикальную щель очень малой толщины, то все плоскости, в которых колеблется электрическое поле, кроме одной, не пройдут сквозь неё. То же самое произойдёт, если вертикальных щелей будет много.

Поляризационный фильтр Polaroid работает по принципу такой сетки: в прозрачную плёнку нитроцеллюлозного полимера заключены кристаллы герапатита, ориентированные электромагнитным полем. Герапатит — кристаллическое органическое сложное соединение, которое было обнаружено в 1852 году У. Б. Герапатом. Его помощник случайно синтезировал кристаллы, добавив йод в мочу подопытной собаки, которой давали хинин. Впоследствии учёный заметил, что у вещества проявляются свойства поляризации света.

Плёнка с кристаллами герапатита поглощает свет, поляризованный параллельно направлению кристаллов, и пропускает перпендикулярно поляризованную составляющую. В дальнейшем технологию усовершенствовали, используя пластик на основе поливинилового спирта с добавлением йода.

Одни из первых моделей поляризованных очков в рекламе Polaroid

В итоге полученная плёнка достаточно надёжна и великолепно справляется с бликами. Её наносят отдельным слоем на все очки производства Polaroid. Другие производители используют плёнку, заключая её в свои линзы и снабжая их пометками P, Polarized, Quattro, Polar и другими сокращениями.

Поляризованные линзы и явление поляризации используются во многих научных изысканиях. Кроме покрытия для солнцезащитных очков и масок, поляризацию применяют для квантовых вычислений и криптографии, в антеннах космических линий связи, в микроскопах и анализаторах. Даже в некоторых стоматологических приборах применяется поляризация света.

В 3D-кинотеатрах используют очки с линзами, каждая из которых имеет поляризацию, перпендикулярную плоскости второй линзы. Так один глаз видит изображение с вертикальной поляризацией, другой — с горизонтальной, а наш мозг «собирает» объёмную картинку. Фотографы используют поляризационные светофильтры для повышения контрастности, а также избавления от бликов. Даже свет, испускаемый жидкокристаллическими мониторами, тоже поляризованный.

Как работает поляризация в оптике

Принцип работы и создания поляризованных линз после изобретения Лэнда не менялся: специальный слой помещается в многослойную структуру линзы и отсекает определённую часть света. Как следствие, категория светопропускаемости таких линз начинается с S1, но чаще с S2.

Из-за «упорядочивания» светофильтром всех отражённых лучей поляризация положительно влияет на контрастность и чёткость изображения. Например, в солнцезащитных очках и масках Alpina пометка Quattro говорит о высокой контрастности оптики и поляризации одновременно.

Также поляризационный слой сохраняет цветопередачу, а оттенок линз зависит от технологических решений конкретного бренда. Обычно жёлтый оттенок помогает при пасмурной погоде, в условиях плохой освещённости, например в сумерках. Розовый повышает контрастность на снегу и в условиях переменного освещения, как вариант — в лесистой местности. А серый и коричневый оптимальны при ярком освещении на открытых пространствах. Эти рекомендации справедливы для большинства пользователей, но, так как строение глаза у всех индивидуальное, иногда они могут быть неэффективными.

На восприятие окружающего мира влияет не столько цвет линз, сколько категории затемнения, подробнее о которых написано в статье про фотохром. На контрастность изображения влияют, помимо цвета и поляризации, технологические решения брендов, например: Atomic HD, Oakley Prizm, Scott AMP Pro и другие.

Как проверить наличие поляризации

Чтобы понять, что перед вами оптика с поляризованными линзами, её можно протестировать:

• Самый простой вариант — посмотреть сквозь линзы на экран монитора или смартфона, а затем повернуть очки или маску на 90 градусов. При повороте изображение начнёт темнеть и может вовсе исчезнуть. Как упоминалось выше, гаджеты излучают поляризованный свет, поэтому оптика будет блокировать его под определённым углом. Если же изображение не меняется, то в руках обычные неполяризованные линзы.

Некоторые именитые бренды компьютерной техники грозились не использовать линейную поляризацию света в своих мониторах, чтобы за ними можно было работать в таких очках. В сфере защиты информации витает идея использовать поляризацию для защиты от подглядываний в экраны персональных мониторов и гаджетов в общественных местах.

• Иногда в магазинах оптики встречаются специальные тестеры. При просмотре через соответствующие линзы на тестовой картинке появляются элементы, невидимые при взгляде без очков. Выглядит эффектно, но тестовые изображения встречаются далеко не везде.
• Ещё один вариант — взять две модели поляризованных очков или масок, а затем посмотреть через них на источник света. При этом одну маску расположите ровно, а вторую — последовательно за ней, повернув на 90 градусов. В итоге свет при прохождении через две линзы с взаимоисключающим расположением померкнет. Если изображение не потемнело, значит, одна или обе модели не обладают эффектом поляризации.

Поляризованная оптика не всегда совместима с дисплеями гаджетов. Поэтому пилотам и владельцам машин, оснащённых мониторами, рекомендуем протестировать очки на совместимость с техникой, прежде чем садиться за руль или за штурвал.

Первый тест на проверку поляризации оптики

Кому подойдут поляризованные линзы

Водителям. Первые, кому критически важно всегда контролировать ситуацию и беречь зрение, — это водители. Следить за дорогой в поляризованных очках намного проще. Например, в Англии рекомендуют водителям использовать в дневное время поляризованные очки с категорией светопропускаемости не темнее S2, VLT 18–45%.

В России не регламентированы требования к водителям относительно солнцезащитных очков. Но избыточно тёмные линзы для автомобильных дорог могут привести к повышению аварийности. Поэтому рекомендуем выбирать для вождения автомобиля модели солнцезащитных очков категории S2 с поляризацией.

Так как лобовое стекло поглощает большую часть ультрафиолета, стоит обратить внимание на фотохромные модели с поляризацией и категорией светопропускаемости от S1, например очки солнцезащитные Alpina Twist Five Qv Black Matt Cat. 1-3. Очки будут менее затемнены за стеклом автомобиля, а поляризация нейтрализует блики. 

В водных видах спорта. Блики от волн утомляют глаза очень быстро. Поэтому любой инструктор или профессионал, связанный с водной стихией, обязательно посоветует поляризованные очки. Категорически рекомендуем использовать поляризованную оптику для любых видов активности на воде, в том числе для:

• сёрфинга, кайтсёрфинга, виндсёрфинга и других подвидов сёрфинга;
• сапборда;
• яхтинга и парусного спорта;
• вейкборда;
• рыболовства.

Горнолыжникам и альпинистам. Частой проблемой становятся ледники на солнце, да и состояние трасс по весне порой заставляет прикрывать глаза. Так как поляризация добавляет контрастности, в солнечный день поляризованные линзы точно сделают изображение только лучше. Особенно актуальна универсальная модель для альпинистов и скитурщиков, которые путешествуют по высокогорью, — горнолыжная маска Julbo Aerospace Otg Black-Reactiv 2-4 Polarized Flash Silver.

Для остальных видов аутдор-активностей поляризация не так критична, но при подходящей категории светопропускаемости защита от бликов всегда будет полезным дополнением.

Ещё двадцать лет назад поляризованные и самозатемняющиеся очки, повышающие чёткость и контрастность изображения, были ближе к научной фантастике. Сейчас ассортимент «Канта» позволяет выбрать подходящий вариант с такими свойствами из десятков моделей солнцезащитных очков и горнолыжных масок. Поэтому, при стремлении к безопасному и комфортному активному отдыху, стоит осмысленно подходить к выбору качественной оптики.

Автор статьи:
Кирилл Гурьев — сертифицированный инструктор пешего туризма - стаж 3 года. Лидер команды по прыжкам с веревкой WS Ropejump, на протяжении 12 лет. Промышленный альпинист - 15 лет стаж. Организатор спортивных мероприятий и фестивалей с 2012 года.

Читать статьи по теме:

• Как выбрать горнолыжную или сноубордическую маску
• Оптика для восхождений
• Как работают фотохромные линзы
• Обзор масок Alpina
• Горнолыжная маска на очки. Как кататься на горных лыжах и сноуборде людям, носящим очки?