Объектив под водой

tg = n,

(1)

где - угол падения светового луча; n - показатель преломления оптической среды

Угол поляризации обозначается _р. Поскольку показатель преломления морской воды равен 1,33², то угол, при котором наступит полная поляризация света, будет равен 37°. Полная поляризация наступит при условии падения солнечного света под углом 53°7' (рис. 10),

Рис. 10. Поляризация света при отражении от воды: А - входящие луча солнца; В - отраженный луч; В - луч, проникший в воду; а - плоскости колебаний естественного света; а₁ - плоскость колебаний поляризованного света (колебания направлены параллельно поверхности воды, заштрихованная часть подавлена); б - правильная в данном случае ориентация плоскости пропускания поляроида.

Применяя поляризационные светофильтры, пропускающие свет, поляризованный только в плоскости пропускания данного светофильтра, можно в значительной степени увеличить дальность подводной съемки. Поляризационные светофильтры, или поляроиды, снижают действие рассеянного света в воде, подавляют частично или полностью влияние бликования предметов и тем самым обеспечивают более «сочные» цветовые и чернобелые снимки.

Трудность применения поляроидов заключается в том, что для получения желаемого эффекта их необходимо ориентировать таким образом, чтобы плоскости пропускания светофильтра и поляризации света были параллельны, тогда свет, поляризованный в других плоскостях, будет задерживаться. В примере, приведен ном на рис. 10, плоскость пропускания фильтра должна быть направлена перпендикулярно поверхности воды. Следует иметь в виду, что на рисунке рассматривался идеальный случай, возможный только при абсолютно спокойной поверхности воды. В реальных условиях направление преимущественной поляризации равно 90-120° к направлению луча, падающего на поверхность воды. Так как свет, проникающий в воду, поляризован в той же плоскости, что и на поверхности, имеется возможность достигнуть правильной ориентации светофильтра до погружения под воду.

Для этого нужно смотреть сквозь поляроид на небо у горизонта, поворачивая светофильтр в руке до получения наибольшего потемнения и в таком положении укрепить его перед объективом. Однако данный способ пригоден только при нахождении солнца в зените.

При других углах падения света на поверхность воды следует ориентировать светофильтр непосредственно под водой, глядя сквозь него на снимаемые предметы.

Для этой цели автор предлагает пользоваться следующим устройством (рис. 11).

К боксу крепится два поляризационных светофильтра, один из которых установлен на иллюминаторе объектива и свободно вращается относительно оптической оси, а сквозь второй смотрит фотограф. Оба поляроида соединены между собой раздвижной штангой. Поскольку плоскости пропускания обоих поляроидов устанавливают параллельно друг другу, то можно визуально контролировать их правильное положение и добиться подавления световых бликов до желаемого уровня.

При съемке зеркальными камерами эффект от применения поляризационного светофильтра наблюдается непосредственно по матовому стеклу. Отрицательной стороной использования поляроидов является их сравнительно высокая оптическая плотность, требующая увеличения экспозиции в 4-8 раз.

Рис. 11. Приспособление для ориентации поляроида под водой а - поляроид перед объективом; б - поляроид для наблюдения.

Кроме описанной выше естественной поляризации света освещение объекта поляризованным светом достигается и искусственно. Для этого перед источником света устанавливают поляризатор, направление пропускания которого заранее согласовывается с плоскостью пропускания поляроида перед объективом. Это особенно эффективно помогает снижать действие рассеяния света водой при съемках с импульсными лампами, жестко фиксируемыми к боксам и имеющими направленность света под углами 45-90° к оптической оси, когда свет полностью или в большей степени поляризован.

Преломление света и оптика

Если лучи света падают на поверхность воды под некоторым углом, то они частично отражаются обратно в атмосферу, а частично преломляются и проникают в воду. При этом падающий, отраженный и преломленный лучи лежат в одной плоскости с нормалью к поверхности воды в точке падения луча (рис. 12).

Угол отражения ₁ всегда равен углу падения (по закону отражения).

Рис. 12. Отражение и преломление света, проходящего из воздуха в воду.

Направление преломленного луча, под которым он проникнет в воду, отличается от первоначального направления падающего луча. Свойство оптической среды изменять направление входящего в нее луча характеризуется показателем преломления. Угол в, образуемый преломленным лучом с нормалью АБ к поверхности раздела, и угол падения а - связаны зависимостью

sin / sin = n ₁  / n ₂

(2)

где n₁ и n₂ - показатели преломления воздуха и воды, а и - соответственно углы падения и преломления.

Показатель преломления для воздуха принимается равным единице, а показатель преломления для воды равен 1,33, или 4/3. Падающий и преломленный лучи при переходе из воды в воздух взаимно обратимы.

Проникая в оптическую среду с большим показателем преломления, луч света приближается к нормали, поэтому всегда

sin > sin

(4)

С увеличением угла угол будет также увеличиваться. Когда угол достигнет 90° (sin 90° = 1), т. е. луч будет параллелен поверхности, преломленный луч будет еще направлен в толщу воды под углом 48,5° Этот угол носит название критического.

Рис. 13. Схема, поясняющая явление критического угла.

Если угол более критического, то человек, находящийся под водой и смотрящий в сторону поверхности под этим углом, не увидит предметы, расположенные над водой, а будет наблюдать подводные объекты, отраженные от поверхности воды. Это явление в оптике носит название полного внутреннего отражения (рис. 13).

При наблюдении предметов под водой незащищенными маской глазами четкое изображение на сетчатке не получается в силу близкого значения показателей преломления воды и глазных сред. Хрусталик глаза, выполняющий роль линзы, фокусирующей изображение на сетчатку глаза, не может преломить на достаточный угол лучи света. Поэтому изображение предметов фокусируется за сетчаткой, как при дальнозоркости.

Когда подводник смотрит через стекло маски, он видит все предметы четкими, но увеличенными в масштабе и приближенными на 1/4 действительного расстояния.