СмартПульс - держите руку на пульсе высоких технологий! Новости, статьи, обзоры мобильных устройств, компьютеров, комплектующих, радиолюбительских конструкций

   Главная - Фото, видео, оптика - Поляризационные солнцезащитные очки: правда и вымысел (на примере велосипедных очков - обзор)

Поляризационные солнцезащитные очки: правда и вымысел о них (на примере велосипедных очков)

Предисловие

Поляризационные очки - предмет, обросший массой легенд и народных сказаний. Не обходится и без массированной рекламы: какие они замечательные, и чем дороже - тем лучше, само собой! Ну, кто бы сомневался... :)

Между тем, в их принцип действия заложена интересная техническая идея, и какая-то польза от них есть. А какая именно, и насколько она существенна - разберёмся далее.

(Кликнуть для увеличения, откроется в новом окне)

Оглавление

1. Теория поляризационных очков (почему они должны быть полезны?)
 

2. Конструкция велосипедных поляризационных очков
 

3. Тест поляризационных очков
 

4. Окончательный диагноз

Теория поляризационных очков (почему они должны быть полезны?)

Поляризационные очки позиционируются производителями как защищающие от бликов. А блики - это отражения источников света на различных поверхностях, мешающие видеть путь впереди и окружающую обстановку.

По-существу, на практике источником бликов являются отражение источников света от водной поверхности: от луж на дорогах (если речь идёт о сухопутном транспорте) или от поверхности водоёмов (если речь идёт о водном транспорте, или, в некоторых случаях, о воздушном транспорте). Изредка возможны комбинированные случаи: например, отражение Солнца от водной поверхности, которое мешает водителям, едущим по мосту через водоём.

В чём состоит идея поляризационных очков?!

Идея состоит в использовании свойства света менять поляризацию при отражении от предметов. При рассмотрении этого вопроса будем считать свет электромагнитной волной; хотя, как мы знаем из школьной физики, свет - дуален: он является и волной, и частицей одновременно.

Волна в электромагнитном излучении - поляризована, то есть, имеет определённое направление вектора электрического поля: вертикальное, горизонтальное, наклонное, либо волна может иметь круговую поляризацию - если вектор поля вращается.

Обычный свет - не поляризован: он состоит из волн, имеющих хаотическую поляризацию. Но при отражении от границы раздела двух сред поляризация становится более упорядоченной, поскольку коэффициент отражения волн с вертикальной поляризацией не совпадает с коэффициентом отражения волн с горизонтальной поляризацией. Это всё получается из законов электродинамики и из них же и рассчитывается.

Идея поляризационных очков состоит в том, чтобы задержать отраженный свет (т.е. блики) с той поляризацией, которая в бликах превалирует. В результате уровень бликов снизится, а в некоторых случаях вообще уменьшится до нуля!

На следующей иллюстрации представлен график коэффициента отражения от воды света c вертикальной (P) и горизонтальной (S) поляризацией электрического поля:

На этом графике под углом падения света имеется в виду отклонение угла от вертикали (0 градусов - вертикальное падение света на поверхность, 90 градусов - скользящее падение).

На этом графике есть точка, где коэффициент отражения света с P-поляризацией становится нулевым. Такой угол падения света называется углом Брюстера и для воды он составляет 53 градуса.

Теперь - внимание! Если свет падает под углом Брюстера (отражения света с P-поляризацией нет), а наблюдатель при этом оденет очки, задерживающие свет с S-поляризацией, то он вообще никакого отраженного света не увидит! Всё, блики пропали! Бинго!

Но есть нюанс: если угол падения света отличается от угла Брюстера (а точное совпадение с углом Брюстера маловероятно), то полного подавления бликов не будет. И хуже того: в наиболее неприятном случае, когда Солнце находится низко над горизонтом и светит прямо в глаза (скользящий свет), то и подавление бликов тоже будет очень малым. В этом случае Вам в глаза будут светить сразу два Солнца; хоть одевайте очки, хоть нет!

Но из этого графика происходит и хорошая новость: при углах падения света меньше угла Брюстера (т.е. падение света приближается к вертикали) подавлять блики даже и не нужно: коэффициент отражения и без подавления бликов очень мал (10% и менее).

Теперь - следующий вопрос: а если поляризация света - линейная, но не вертикальная или горизонтальная, а наклонена под некоторым углом; то что будет происходить, и как рассчитывать результат отражения? Вопрос - почти чисто теоретический, ибо наклонные лужи встречаются крайне редко. :)

Очень просто: по правилам работы с векторными величинами раскладываем вектор поляризации на два: вертикальный и горизонтальный, и обрабатываем их по отдельности.

Практическая плоскость этого вопроса состоит в том, что, если человек в поляризационных очках будет наклонять голову вбок, то уровень бликов будет увеличиваться (S-поляризация будет не полностью подавлена).

И наконец, как себя будут вести поляризационные очки не для бликов, а для обычного света?!

Для обычного света они будут тёмными, поскольку подавляют S-поляризацию, которая в обычном свете с хаотической поляризацией составляет ровно половину силы света. Плюс к этому, ещё будет некоторое уменьшение яркости за счёт отражения света от внешней поверхности очков. И, вдогонку, не исключено, что поляризационный слой будет нанесён на изначально тёмные очки - тогда они станут ещё темнее.

Ещё довольно интересным будет вопрос, как будут выглядеть сквозь поляризационные очки устройства с дисплеями, тоже имеющими поляризационные фильтры: от банальных калькуляторов до смартфонов и мониторов ПК.

С теорией разобрались, обратимся теперь к практике.
 

Конструкция велосипедных поляризационных очков

Велосипедными эти очки можно назвать лишь условно за их спортивный дизайн, не препятствующий, впрочем, их использованию и за пределами спорта.

Поляризационные очки выглядят тёмными, в полном соответствии с изложенной выше теорией:

Оправа не полностью охватывает стёкла очков, а только верхнюю часть. Благодаря этому оправа не будет закрывать обзор снизу и частично по бокам.

Правда, термин "стёкла очков" здесь - не совсем точный. В спортивных очках стекло никогда не применяется, только пластик (это - безопаснее).

Посмотрим на очки сбоку:

Каждая дужка очков имеют две вставки красного цвета (цвет может быть и другим по выбору пользователя). Их назначение - разное.

Вставка вблизи оси дужки - жесткая; она - чисто декоративная.

А красная вставка вблизи кончика дужки - прорезиненная, она препятствует скольжению очков при движении владельца.

Теперь посмотрим на очки сзади:

В этом ракурсе видна ещё одна красная вставка, расположенная над переносицей. Она тоже - прорезиненная, и тоже препятствует скольжению очков на владельце.

Теперь посмотрим, как тестируемые поляризационные очки выглядят на одной суровой, но прекрасной спортсменке (фото сделано в одном из московских парков):

Теперь переходим к практическим испытаниям.
 

Тест поляризационных очков

Начнём практические тесты издалека: проверим, являются ли очки чисто поляризационными или поляризационными и затемняющими одновременно.

Для этого измерялся ток от кустарно-колхозного датчика освещённости (описание). Сначала измерение проводилось с прямым падением света на датчик, а затем - при прохождении через тестируемые очки. Оказалось, что при прохождении света через тестируемые очки сила тока датчика снижается в 7 раз. Как уже упоминалось выше, согласно теории для чисто поляризационных очков сила света должна была бы снизиться только в два раза (точнее, примерно в 2.1 - 2.2 раза с учетом отражения света от внешней поверхности очков).

Таким образом, тестируемые поляризационные очки являются комбинированными: и тёмными, и поляризационными одновременно; причём в качестве тёмных они ослабляют свет в 3 раза (а остальное даёт поляризационный фильтр). В общем-то, и на приведённых выше фотографиях видно, что очки - весьма тёмные; а теперь этому получено и экспериментальное подтверждение.

Теперь проверяем их работу в основном назначении: в качестве поляризационных.

Первое испытание: проверяем зависимость подавления бликов от угла падения света. Для этого фотографируем протяженный водный объект в двух вариантах: без очков, и с очками, прижатыми к объективу фотоаппарата. В воде отражается небо со сплошной облачностью (это даёт равномерный свет).

И вот - пара совмещённых снимков:

Слева здесь - "нормальный" снимок, справа - сделанный через поляризационные очки.

На что здесь надо обратить внимание?

На обоих снимках яркость отражения неба в воде снижается по мере приближения к наблюдателю, но на правом снимке (через поляризационные очки) это снижение - значительно сильнее по мере приближения угла падения света к углу Брюстера.

В дальней зоне яркость отражения остаётся высокой на обоих снимках. И это полностью совпадает с изложенной выше теорией: для подавления отражения скользящего света поляризационные фильтры (очки) являются бесполезными.

Заодно заметим, что мелкие предметы, плавающие в воде, на снимке через очки получились более чёткими.

Теперь проведём ещё один эксперимент.

Согласно теории, с помощью поляризационных очков (фильтров) должны быть видны предметы, находящиеся в воде, которые в обычных условиях невозможно увидеть из-за бликов.

Ещё пара совмещённых снимков:

Слева - снова "нормальный" снимок, справа - сквозь поляризационные очки.

Здесь обращаем внимание на то, что на левом снимке совсем не видна крышка люка теплосети под лужей; а на правом снимке она, хоть и не идеально, но достаточно чётко различима в центре снимка.

Также заметно и смещение палитры снимка в красную сторону, но это уже вторичный эффект (возможно, усиленный не точным цветовым балансом камеры).

Таким образом, по результатам тестовых снимков можно подтвердить работоспособность и полезность поляризационных очков, но с ограничениями: для борьбы с бликами от скользящего света они практически бесполезны.

Теперь -  ещё несколько экспериментов, позволяющих оценить возможности совместного применения поляризационных очков и устройств, имеющих дисплеи с собственными поляризационными фильтрами.

Первое совмещённое фото - наблюдение компьютерного жидкокристаллического монитора (LCD) через поляризационные очки в двух ориентациях очков:

Здесь всё просто: в "правильном" положении очков (горизонтальном) они свет от монитора пропускают, в "неправильном" (вертикальном) - не пропускают.

Теперь - более сложный случай: экран смартфона, но не жидкокристаллический, а AMOLED:

Здесь ось поляризации экрана смартфона оказалась повёрнутой на 45 градусов. И это, пожалуй, правильный вариант для смартфонов: при их стандартном применении (в  вертикальном или горизонтальном положении) изображение сохранит видимость; а под углом 45 градусов обычно смартфоны не применяют.

И ещё один интересный случай: смартфон с жидкокристаллическим дисплеем (LCD). У этого смартфона изображение не пропадало ни при каких углах поворота, но под некоторыми углами изображение становилось полосатым:

Во всех трёх рассмотренных случаях наблюдение дисплеев электронных устройств оказалось успешным: т.е. при штатной работе с этими устройствами видимость экранов сохранялась. Это важно с точки зрения использования смартфонов в качестве путевых навигаторов.

Тем не менее надо иметь в виду, что эти положительные результаты могут быть не действительны для всего многообразия дисплеев электронных устройств. Возможно, в каких-то случаях попадутся неудачные экраны с "плохой" ориентацией поляризации, которые нельзя будет использовать с поляризационными очками (изображение не будет видно).

И, наконец, для проформы проверим, защищают ли тестируемые очки от ультрафиолета. Для этого достаточно просветить их ультрафиолетовым фонариком (методика и тест ультрафиолетового фонарика - здесь).

Внизу на фото - обычные стеклянные очки с диоптриями; вверху - тестируемые велоочки.

Как можно видеть на фото, обычные очки для ультрафиолета прозрачны; а велоочки дают чёрную тень (задерживают ультрафиолет). В общем, всё нормально, ставим "плюсик" за защиту от ультрафиолета.

Проверка поляризационных очков

Проверить очки, действительно ли они - поляризационные, можно по описанным выше эффектам, возникающим при наблюдении сквозь очки дисплеев, имеющих собственные поляризационные фильтры (подойдёт даже бухгалтерский калькулятор). При этом очки необходимо поворачивать на разные углы, так как эти эффекты возникают при определённом повороте между осями очков и дисплеев.

Например, дисплей калькулятора в данном случае стал чёрным при повороте на 45 градусов:

В крайнем случае для проверки поляризационных очков можно использовать лужи после дождя на улице. :)

На этом можно перейти к итогам.

Окончательный диагноз

Итак, поляризационные очки оказались полезны; но полезность эта ограничена и гораздо ниже той, которую им предписывают народные сказания и легенды (а также недобросовестная реклама).

От бликов они защищают только в ближней зоне, когда угол падения света от Солнца достаточно крутой (Солнце поднято над горизонтом хотя бы на 20 градусов). То есть, в самом тяжелом случае (низкое Солнце над горизонтом светит прямо в глаза) они не помогут никак.

И не верьте, если Вам будут рассказывать, что вот поляризационные очки ценой не в 3, а в 300 долларов точно защитят от всех бликов. Законы физики нельзя обойти даже за 300 долларов. :)

Кстати, а применять их, когда Солнце закрыто облаками, вообще нет смысла: каких-то реально мешающих бликов просто нет. Аналогично, нет смысла применять в сухую погоду: тогда блики на дороге просто не образуются.

Узкая область их применения - сырая дорога после (или во время) дождя с проглядывающим Солнцем.

Возможность рассмотреть что-то с помощью поляризационных очков в воде реально имеется. Так что можно применить поляризационные очки для рыбалки: может быть, рыболовы смогут разглядеть, не плавает ли в воде рыбка. Но и это - при условии достаточно чистой воды.

Наиболее полезное их применение - в качестве тёмных очков. В этом случае к стандартной функции солнцезащитных тёмных очков (уменьшению чрезмерного потока света) добавится ещё и подавление бликов (при их наличии). Защита от ультрафиолета тоже в комплекте.

В этом качестве протестированные очки подойдут не только велосипедистам, но и любителям самокатов (простых и электро-), моноколёс, роликов, лыжероллеров и просто любителям пеших прогулок.

Протестированные велосипедные поляризационные очки можно купить на Алиэкспресс в официальном магазине производителя. Цена на дату обзора - около $4.5 с учётом доставки (в дальнейшем может меняться, проверяйте!). Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158

Перейти на Главную

  Ваш Доктор.
 20 июня 2024 г.

Вступайте в группу SmartPuls.Ru  Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.

  Комментарии вКонтакте:

При копировании (перепечатке) материалов или использовании изображений ссылка на источник (сайт SmartPuls.ru) обязательна!  Доктора! (Администрация сайта - контакты и информация)
  Группа SmartPuls.Ru  Контакте - анонсы обзоров, актуальные события и мысли о них