Поляризационные фильтры: Поляризационные фильтры: теория и практика

Содержание

Что такое поляризационный фильтр — как пользоваться.

Суть поляризационного фильтра очень проста – такой фильтр способен задерживать отраженный поляризованный свет. Например, можно задерживать отраженный свет от воды, стекла и т.п., делая  тем самым воду и стекло прозрачными. Но на этом способности фильтра не ограничиваются.

Поляризационный фильтр

Сам поляризационный фильтр состоит из двух частей – подвижной и неподвижной. Неподвижная часть фильтра вкручивается в резьбу светофильтра объектива. Подвижная часть может свободно вращаться на 360 градусов. С помощью вращения передней части поляризационного фильтра происходит подстройка фильтра под определенный тип поляризованного света, а вместе с тем с его задержкой таким фильтром. Из-за того, что работа фильтра связана с вращением передней части, такой фильтр лучше всего использовать на объективах с внутренней системой фокусировки. Если у объектива вращается передняя линза объектива вместе с оправой, то это вносит неудобства при работе с поляризационным фильтром.

Поляризационный фильтр можно накручивать на защитный фильтр. На поляризационный фильтр можно одевать крышку объектива, а можно и добавлять еще какой-то фильтр. Единственное, чем больше фильтров вкручены друг в друга, тем сильнее вероятность получить виньетирование по углам изображения. Некоторые поляризационные фильтры могут не иметь резьбы на своей передней части.

Чтобы подобрать поляризационный фильтр для объектива, нужно обязательно узнать диаметр резьбы объектива под светофильтр. Например, штатный объектив для ЦЗК Nikon Nikon 18-55mm f/3.5-5.6G VR имеет диаметр 52мм, и для него нужен поляризационный фильтр диаметром 52мм. Это может показаться смешным, но многие люди не могут выбрать фильтр именно из-за того, что не знают подойдет ли он к их объективу. Эффект от поляризационного фильтра можно будет увидеть на любом объективе.

Некоторые особенности:

  1. Поляризационный фильтр не пропускает отраженный поляризованный свет. Это основное свойство фильтра, его можно применять в большом количестве ситуаций. Например, с помощью поляризационного фильтра можно убирать блики воды (отраженный от воды свет) и фотографировать дно.

    Дно моря с разным положением PL-CIR фильтра

  2. Фильтр также удаляет отражения синевы неба с земли, травы, листьев. Небо добавляет лишние холодные тона (синий, голубой цвет) на фотографии. При использовании поляризационного фильтра все приобретает более теплый и натуральный цвет. Легкое изменения цвета можно проследить и на других примерах.

    Разные цвета при разном положении поляризационного фильтра

  3. При использовании поляризационного фильтра для предметной съемки можно добиться уменьшения бликов на предметах съемки.
  4. Такой фильтр позволяет добиться приятного синего неба с белыми тучами. Из-за мелких частиц в воздухе, свет неба отчасти является поляризованным. В общем случае появляется эффект более
    насыщенных цветов
    .

    Небо при использовании поляризационного фильтра. Фильтр позволяет выровнять светимость неба и обеспечивает немного другую передачу цвета зелени.

  5. В общем случае поляризационный фильтр работает как и нейтральный фильтр, пропуская меньше света. Например, с поляризационным светофильтром можно без проблем снимать ярким днем, используя светосилу F/1.4 при этом скорости работы затвора 1/4000 с и ISO 100  будет хватать для правильного экспонирования без пересвета. Многие упускают тот факт, что в любом случае поляризационный светофильтр уменьшает световой поток. В условиях с плохой освещенностью я рекомендую снимать полярик, чтобы объектив смог получать больше света. Очень интересной для использования является связка из ND и PL фильтров.

    Длинная выдержка. При использовании поляризационного фильтра можно заметно увеличить выдержку, что может послужить, например, для эффекта плавности воды на фотографиях.

  6. Если перевернуть круговой поляризационный фильтр задом наперед, то можно получить нейтральный фильтр, при вращении вокруг своей оси такого фильтра можно сдвигать баланс белого в теплые и холодные тона, при этом поляризационный фильтр перестает блокировать поляризованный свет.

    Цвет травы и листьев при использовании поляризационного фильтра в яркий солнечный день

  7. При использовании поляризационных фильтров с линейным типом поляризации на современных цифровых зеркальных камерах могут возникать серьезные ошибки с замером экспозиции и точностью фокусировки. Лечится это ручной настройкой фокусировки и экспозиции. А вот при использовании фильтров с круговой поляризацией каких-то особых проблем с замером экспозиции и точностью фокусировки я не наблюдаю.

Прозрачность воды за счет фильтрации фильтром бликов воды

Работу поляризационного фильтра легко увидеть используя обычный монитор компьютера. Свет дисплея всегда поляризован в определенной плоскости, а с помощью поляризационного фильтра его легко убрать как показано на примере ниже:

Пример работы поляризационного светофильтра

Сами поляризационные светофильтры бывают двух типов – с линейной и круговой поляризацией.  В общем случае фильтры с круговой поляризацией лучше. Не хочу повторяться, про это уже написано много раз, например здесь.

Сокращенно поляризационный фильтр называют ‘PL фильром’ или просто ‘поляриком’. Хороший полярик – вещь не из дешевых. Как обычно, чем дороже фильтр – тем он лучше. Правда, для любительской съемки подойдут и недорогие полярики. Например, я использую Hoya 58mm PL-CIR Made in Japan. Мои коллеги говорят, что очень качественные полярики это B+W и Rodenstock, но очень часто разницу между более дешевыми Hoya, Marumi, Kenko почувствовать очень сложно.

Выводы:

Поляризационный фильтр – это интересное и полезное устройство для достижения уникальных эффектов на фотографиях. Такой фильтр – незаменимая вещь для съемки пейзажей, работы на открытом воздухе при солнечном свете и т.д.

В комментариях можно задать вопрос по теме и вам обязательно ответят, а также можно высказать свое мнение или описать свой опыт. Для подбора фототехники я рекомендую большие каталоги, например E-katalog. Много мелочей для фото можно найти на Aliexpress.

Материал подготовил Аркадий Шаповал. Мой Youtube-канал, а также группа Радоживы на Facebook и VK.

Поляризационные фильтры Nikon C-POL 52 мм за 1 290 руб на Travelersphoto.ru

 

Вы наверняка испытываете проблемы со скучным белым небом без облаков, бликами на воде или горизонтом в белой полупрозрачной дымке?

От этого Ваши фотографии выглядят скучными и менее интересными в отличие от фотографий профессионалов.

А ведь добрая половина из них — это не искусная работа в фотошопе, а правильная подготовка к сьемке.

Существует много светофильтров, способных улучшить те или иные условия съемки, но самым заметным и, пожалуй, самым популярным у пейзажных фотографов является поляризационный фильтр.

 

Как выбрать поляризационный светофильтр Никон

 

1. Поскольку любой светофильтр — это дополнительная линза, которая так или иначе может оказывать влияние на контраст и резкость изображения, выбирайте самые лучшие светофильтры, которые можете себе позволить.

2. Существует несколько типов поляризационных светофильтров, но самыми подходящими для использования с цифровыми фотоаппаратами являются циркулярные, обзначаемые буквами C-POL, PL-C и CIR.

2. Размер светофильтра подбирается исходя из размера диаметра объектива, который Вы можете посмотреть либо на корпусе объектива со стороны передней линзы, либо на оборотной стороне крышки для объектива.

3. Если Вы приобретаете поляризационный светофильтр для широкоугольного объектива, то желательно выбирать светофильтр в тонкой оправе, так как в широкой он может создавать дополнительное виньетирование по краям кадра.

4. Поскольку светофильтр крепится к объективу, как правило, к внутреннему резьбовому соединению, то Вы без труда сможете также закрепить на нем и бленду.

 

Как работает поляризационный фильтр

 

Наша атмосфера содержит множество твердых частиц, которые отражают падающий свет в различных направлениях, создавая непреодолимую для человеческого глаза, фотопленки и матрицы фотоаппарата полупрозрачную завесу. Для того, чтобы его «выровнять», и применяют поляризационные фильтры, которые как сито просеивают падающий свет, направляя их под прямым углом в объектив Вашей камеры. Рис. 1

 

Рис. 1

 

Тот же принцип работает при съемке водных и стеклянных поверхностей. При этом степень поляризации света зависит от угла падения света и угла вращения кольца поляризационного фильтра.

 

 

Советы по использованию поляризационного фильтра

 

Если есть возможность совсем обойтись без светофильтра, воспользуйтесь ей. Поэтому не стоит пытаться выжать из полярика кучевые облака при пасмурной погоде.

Поляризационный эффект максимально заметен при ясной солнечной погоде, когда солнце расположено с одной из сторон от Вас. Меньше при контровом свете и практически отсутствует при расположении источника света позади.

Поскольку поляризационный эффект хорошо виден через видоискатель фотоаппарата, то поворотом кольца поляризационного фильтра Вы можете управлять степенью поляризации, изменяя угол отражения.

Если фотографируете в ручном режиме, то не забывайте о кратности фильтра, значение которого равно, как правило, 3-4, что требует увеличения экспозиции в 1,5-2 раза. 

ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ФИЛЬТРЫ

ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ФИЛЬТРЫ

Распространение света — это волновой процесс, подобный волнам на поверхности пруда от брошенного в воду камня. Только обычно колебания вектора напряженности волны света (свет представляет собой поперечную электромагнитную волну) не ограничены одной плоскостью, как в случае с поверхностью воды, а происходят во всех направлениях(перпендикулярно направлению распространения волны). Однако можно искусственным образом сделать так, чтобы колебания эти происходили в одной плоскости. В этом случае такой свет будет называться линейно-поляризованным и обладать некоторыми отличными от естественного (неполяризованного) света свойствами. По характеру воздействия на глаз или фотопленку линейно-поляризованный свет от неполяризованного ничем не отличается. Определить степень поляризованности света и направление его поляризации можно только одним способом — посмотрев на него через “анализатор” — среду, пропускающую только свет, поляризованный в одной плоскости и, соответственно, поглощающий свет, поляризованный в перпендикулярной плоскости. В качестве анализатора и выступает применяемый в фотографии поляризационный светофильтр. Он представляет собой пластинку специального материала, поляризующего свет (например, кристаллов герапатита), укрепленную между двумя оптически плоскими стеклами. Весь этот “бутерброд” монтируется в специальной вращающейся оправе, на которой одной или двумя точками наносится метка, показывающая положение плоскости поляризации фильтра. Как и для чего можно применить эти замечательные свойства поляризационного фильтра?

Поляризация света может происходить и в естественных условиях — при зеркальном отражении от любых неметаллических поверхностей. Естественный свет, будучи изначально неполяризованным (точнее, хаотически поляризованным, то есть состоящим из смеси волн с разным направлением поляризации), при зеркальном отражении от неметаллических поверхностей приобретает свойства линейно-поляризованного света. Физически это объясняется тем, что для света с разным направлением поляризации относительно поверхности, при зеркальном отражении от неметаллической поверхности создаются разные условия. Наиболее благоприятны условия отражения для света с поляризацией, параллельной плоскости падения — такой свет отражается без потерь. Свет с иной ориентацией плоскости поляризации в большей или меньшей степени гасится при отражении.

Поэтому наиболее очевидное применение поляризатора — это устранение (или, по крайней мере, уменьшение интенсивности) бликов, образующихся на блестящих неметаллических поверхностях, например, стеклянных витринах и окнах, окрашенных или покрытых пластиком поверхностях, водной глади и так далее. Использовать поляризационный светофильтр достаточно просто — ведь производимый им эффект заметен на глаз и хорошо виден в видоискателе фотоаппарата. При этом единственное, что желательно знать из теории, это то, что степень поляризации отраженного света варьируется при изменении угла падения (отражения) света. Угол, при котором поляризация отраженного света достигает максимума, зависит от материала отражающей поверхности и составляет обычно 50-60 градусов от нормали отражающей поверхности (соответственно — 30-40 градусов от самой поверхности). Поэтому для того, чтобы при помощи поляризационного светофильтра полностью ликвидировать нежелательное отражение от блестящей поверхности, есть смысл выбрать направление съемки таким образом, чтобы отражающая поверхность (блики с которой предполагается убирать) располагалась под оптимальным углом к фотоаппарату.

Поляризационный фильтр также весьма эффективен и в случаях, когда поверхность объекта съемки имеет смешанный зеркально-диффузный характер отражения. Достаточно совсем немного времени для того, чтобы найти вокруг себя уйму предметов, поверхность которых обладает таким типом отражения при разной ориентации плоскости поляризации фильтра меняется оттенок цвета многих предметов, окраска их становится сочнее и насыщеннее. Главное тут — не переусердствовать, потому как совсем лишенные бликов предметы выглядят бесформенными. Да и цвет некоторых предметов может измениться достаточно значительно, выйдя за пределы приемлемого для восприятия.

 

Кроме такого очевидного примера использования поляризационного светофильтра есть еще масса не столь очевидных, но не менее удачных и эффективных способов его применения — поляризованный свет присутствует вокруг нас в большом количестве. Голубое небо, например, обязано своим цветом рассеянию сине-фиолетовой части солнечного света на мельчайших капельках воды, составляющих атмосферную дымку. А поскольку отражение света от поверхности каждой капельки носит характер зеркального отражения от неметаллической поверхности, то свет, идущий от неба, оказывается линейно-поляризованным. Следовательно, выбрав соответствующее направление съемки, можно при помощи поляризационного светофильтра сделать голубое небо значительно темнее, не оказывая влияния на воспроизведение остальных деталей пейзажа. Максимальный эффект применения фильтра достигается в том случае, когда солнце находится под углом около 90 градусов к направлению съемки, а плоскость поляризации фильтра установлена в горизонтальное положение. Кстати, этот же принцип используется и в солнцезащитных очках, выпускаемых фирмой Polaroid corporation.

Кратность поляризационного фильтра составляет в среднем 3-4, то есть применение поляризационного фильтра требует увеличения экспозиции на 1.5-2 ступени (в 3-4 раза) в сравнении с экспозицией без фильтра. Несмотря на вносимый при вращении фильтра эффект, кратность фильтра, как правило, мало зависит от ориентации плоскости поляризации фильтра — ведь поляризационный фильтр используется для уменьшения ярких бликов, размеры которых чаще всего незначительны. Конечно, полную уверенность в точности экспонирования с фильтром можно получить при помощи замера света по системе TTL. Однако многие фотоаппараты, имеющие систему TTL-замера света, используют для разделения светового потока оптические элементы, сами по себе поляризующие свет. Например, в автофокусных фотоаппаратах таким элементом зачастую выступают полупрозрачные участки на зеркале, необходимые для работы датчиков системы автофокусировки (расположенных под зеркалом). В таком случае получается, что свет, прошедший через поляризационный фильтр, будучи уже практически на 100% поляризованным, на пути к датчику экспозамера проходит через еще один поляризатор. Тот в свою очередь при несовпадении плоскостей поляризации дополнительно ослабляет световой поток, а значит, вносит в экспонометрическую систему аппарата нежелательную “поправку”, приводящую к занижению показаний экспонометра и переэкспонированию пленки. Обойти такую неприятность можно, используя специально модифицированный поляризационный фильтр, называемый “циркулярным” (в отличие от обычного — “линейного” - поляризатора). В конструкцию циркулярного поляризационного фильтра кроме защитных стеклянных пластинок и пластинки поляроида, входит еще и пластинка “1/4 длины волны”, преобразующая линейно-поляризованный свет в цирку-лярно-поляризованный, который уже не ослабляется при дальнейшем прохождении через оптические элементы камеры, обладающие свойствами линейного поляризатора.

Не оставим без внимания и то, что циркулярный поляризационный фильтр идентичен линейному (за единственным исключением, о котором речь будет ниже) как по выполняемым функциям, так и по методам обращения с ним. Отличить их можно лишь по оответствующей надписи либо по тому факту, что циркулярный поляризационный фильтр притемняет злики только будучи развернутым присоединительной резьбой к глазу (или объективу), а линейный поляризатор - одинаково работает в любом направлении.

Для уменьшения количества применяемых одновременно светофильтров (от лишней пары границ воздух-стекло и лишней высоты оправы пользы ведь никакой) иногда выпускаются “гибриды”, обладающие свойствами циркулярного поляризационного и, например, ультрафиолетового (UV) или конверсионного (85В) фильтров одновременно.

Поляризационные светофильтры можно применять не только по одному, но и попарно, используя в качестве нейтрального фильтра с изменяемой плотностью. Вращая один фильтр относительно другого, можно изменять светопропускание такой пары в широких пределах — от минимума в 3-4 ступени (когда носкости поляризации обоих фильтров совпадают) до практически непрозрачного состояния, когда плоскости поляризации фильтров перпендикулярны — при том свет ослабляется более чем на 12-15 ступеней 4000-30000 раз). Применяя такую комбинацию, нужно помнить, что внешний (первый по ходу света) поляризационный фильтр обязательно должен быть линейным, а ближний к камере (в случае автофокусного аппарата) - циркулярным.

Некоторые производители выпускают уже готовые инструкции, построенные на использовании нескольких поляризационных фильтров одновременно. HOYA, например, выпускает насадку переменной оптической плотности POL-FADER (два поляризационных фильтра нейтральной окраски в одной оправе).

Кроме этого, при использовании комбинации окрашенных в разные цвета поляризаторов с поляризаторами нейтральной окраски появляется возможность создания фильтров с переменной плотностью окраски.

Фильтр PL-COLOR, позволяющий выбрать насыщенность окраски фильтра от нейтральной до полностью насыщенной, состоит из поляризатора с нейтральной окраской и второго поляризатора, окрашенного в насыщенный синий, желтый, оранжевый или красный цвет.

Комбинация из двух окрашенных в разные цвета поляризаторов и одного поляризатора нейтральной окраски выпускается под названием VARIO PL-COLOR и дает возможность еще больше разнообразить эффект, позволяя при вращении оправы фильтра легко изменять не только насыщенность окраски фильтра, но и его цвет.

 

Персональный сайт — Интерференционно-поляризационные фильтры

     Принцип действия и основные характеристики ИПФ

     ИПФ позволяет получать узкие полосы пропускания, строго центрированные на заданные длины волн. Оптическая часть ИПФ представляет собой стопу пластинок, изготовленных из двулучепреломляющих кристаллических материалов. Стопа на концах заканчивается поляризаторами и может иметь внутри в зависимости от схемы несколько промежуточных поляризаторов. Для удобства рассмотрения оптических схем целесообразно стопу мысленно разделить на части, состоящие из двух последовательных поляризаторов с заключёнными между ними кристаллическими пластинами. Таким образом, внутренний поляризатор должен считаться принадлежащим двум соседним частям оптической стопы. Отдельная часть стопы в дальнейшем будет называться интерференционно-поляризационной ступенью (ИП) или просто ступенью Вуда.

     Пластины для ИПФ вырезают из двулучепреломляющих монокристаллов параллельно оптической оси кристалла. Основные оптические свойства ступени ИПФ зависят от главных показателей преломления пластинок, от их числа и толщин, а также от углов ориентировки. Все эти параметры находятся в сложной зависимости.

     Число кристаллических пластинок ступени Вуда (основная однокомпонентная) равно еденице. Главные направления поляризаторов взаимно параллельны. Оптическая ось кристалла направлена под углом 45 град к главным направлениям поляризаторов. Если на ступень направить параллельный пучок лучей белого света, то после прохождения ступени ИПФ спектральное распределение интенсивности пучка сильно изменится вследствие интерференции.

 

     Если последовательно располагать несколько однокомпонентных ступеней, в которых толщины пластинок возрастают в два раза, то такая система может выделять части лучистого потока, заключённые в узкие спектральные интервалы, т.е. она является светофильтром, обладающим малой шириной полос пропускания. Спектральное расстояние между полосами может быть сделано настолько большим, что отдельыные полосы могут выделяться обычными абсорбционными фильтрами. Между полосами наблюдается слабый фон, образованный вторичными интерференционными максимумами. Такая система получила различные названия: фильтр монохроматический поляризационный, двоякопреломляющий фильтр, интерференционно-поляризационый фильтр или сокращённо ИПФ.

     Для выделения одного или нескольких рабочих максимумов пропускания необходимо, чтобы первая ступень давала бы достаточно большие спектральные интервалы между максимумами. Следовательно, значения волновой разности хода (ВРХ) в первой ступени должны быть малыми. Наоборот, в последней ступени для получения очень узких полос пропускания нужно иметь большое значение ВРХ.

     Идеальный ИПФ обладает рядом полос пропускания, причём длины волн, соответствующие максимумам пропускания системы в целом, совпадают с длинами волн максимумов пропускания первой ИП ступени.

     В ИПФ, обладающем одной рабочей полосой пропускани, нужно, во-первых, чтобы длина волны, соответствующая одному из главных максимумов пропускания системы, мало отличалась бы от заданной длины волны, во-вторых, чтобы длины волн, соответствующие соседним слева и справа нерабочим главным максимумам пропускания, отличались бы от заданной длины волны на достаточно большие величины, в третьх, чтобы система имела полосу пропускания шириной, близкую к заданной ширине. Удовлетворение первых двух требований достигается выбором толщины кристаллической пластины в первой ИП ступени, а третьего требования, касающегося получения полосы пропускания, выбором толщины кристаллической пластины в последней ступени.

 

     Управление спектральным положением полосы пропускания

     Способы управления полосой пропускания ИПФ основаны на изменении под действием одного или нескольких параметров величины ВРХ ступеней.

     Очевидным способом изменения ВРХ является изменение толщины кристаллических пластин. С этой целью все или только самые толстые пластины выполняются в виде клиновых компенсаторов. Смещение одного из клиньев компенсатора плавно меняет величину ВРХ. Этот способ перестройки позволяет получить ИПФ с максимальной областью смещения полосы пропускания, равной расстоянию между соседними полосами пропускания ступени с наименьшей разностью хода. Оданако введение клиновых компенсаторов сильно усложняет конструкцию прибора. Разработка приборов по такой схеме не получила достаточно широкого распространения.

     Существует способ управления полосой пропускания фильтра посредством изменения температуры. Возможность такого способа управления полосой пропускания объясняется зависимостью двойного лучепреломления и толщины кристаллических пластин от температуры: Temperaturnoe_smeschenie_polos_propuskaniya_IPF.pdf
 Основными недостатками способа температурного управления ИПФ является их инерционность. Кроме того, спектральная область сдвига при этом способе управления ограничена.

     Наиболее широко используемым способом управления положением полосы является введение в ступени фазоизменяющих устройств (ФИУ), состоящих из линейных фазовых пластинок : Lazernyi_termokompensirovannyi_IPF.pdf

     В лазерной технике широкое применение получили внутрирезонаторные ИПФ брюстеровского типа, предназначенные для селекции, стабилизации и перестройки частоты генерации лазерного излучения. В таких фильтах перестройка полосы пропускания осуществляется синхронным поворотом двупреломляющих кристаллических пластин вокруг нормали к их поверхностям. При этом все пластины установлены под углом Брюстера к падающему излучению: Smeschenie_polosy_propuskaniya_IPF_brjusterovskogo_tipa.pdf

     Помимо механических способов перестройки полосы пропускания ИПФ можно использовать явления изменения оптических свойств двулучепреломляющих кристаллов под действием электрических и магнитных полей (электрооптический эффект Поккельса и магнитооптический эффект Фарадея). Электрический способ управления положением полосы имеет ряд преимуществ перед другими способами. Он обеспечивает недостижимую при иных способах скорость спектрального смещения полосы пропускания, позволяет автоматизировать измерения, осуществлять дистанционное управление, освободиться от движущихся деталей: SHirokopolosnye_lazernye_IPF_s_jelektricheskim_upravleniem.pdf

 

Способы увеличения светового поля

     Общее количество света, проходящего через интерференционно-поляризационный фильтр (ИПФ), пропорционально квадрату диаметра светового отверстия кристаллических пластин и квадрату апертурного угла, определяемого допустимым изменением волновой разности хода при наклоне лучей. Диаметр узкополосного фильтра практически не превосходит 40 мм из-за трудности получения больших объёмов исландского шпата требуемого качества. В связи с этим при разработке ИПФ одной из наиболее важных задач является возможность создания приборов, допускающих значительный наклон лучей. Так как ИПФ часто работает в параллельных пучках и допустимый наклон лучей реализуется в виде углового поля, то в дальнейшем будем употреблять для характеристики фильтра термин «угловое поле».

     Изменение разности хода приводит к спектральному сдвигу полосы пропускания ИПФ, поэтому угловое поле прибора определяется максимально допустимой величиной изменения ВРХ для ступени, содержащей пластинку с наибольшей разностью хода.

      Обычно принимают допустимое изменение ВРХ не более 0,1, что соответствует смещению полосы пропускания по спектру на величину, не превыщающую 0,05 её ширины.

     В узкополосных фильтрах, в основу оптической схемы которых положены простые однокомпонентные ступени, при ширине полосы 0,1 нм угловое поле составляет примерно 1 град. . Принципиальной особенностью ИПФ, их преимуществом перед другими узкополосными фильтрами является возможность увеличения углового поля без изменения ширины полосы пропускания. Известны три типа широкоугольных ступеней. Ступень типа I отличается от простой ступени тем, что вместо одной кристаллической пластины толщиной l  она содержит ориентированные на вычитание две пластины из того же материала толщиной l /2. Помещённая между ними полуволновая пластинка, поворачивая на 90 град плоскость поляризации после первой кристаллической пластины, обеспечивает сложение волновых разностей хода обоих компонентов. В то же время изменения разности хода в обеиих пластинках, вызванные наклоном лучей, имеют разный знак, т.е. компенсируются.

     Коноскопическая картина такой ступени представляет собой концентрические окружности, т.е. в некотором диапазоне углов разность хода лучей не зависит от их наклона.

     У такой ступени, изготовленной из исландского щпата, угловое поле примерно в 4 раза больше, чем у простой неширокоугольной ступени. В случае применения кварца поле возрастает примерно в 16 раз. Недостатком ступени типа I является ограниченная спектральная область действия, определяемая той длиной волны, на которую рассчитана полуволновая пластина. При разработке широкоугольных ИПФ, спектрально перестраиваемых в широком диапазоне длин волн, необходимо использовать соответствующие ахроматические полуволновые пластинки.

 

     Двухкомпонентная широкоугольная ступень типа II состоит из двух пластин, изготовленных из кристаллов разного знака (отрицательного и положительного). Пластины ориентированы так, что их оптические оси параллельны. Полуволновая пластинка здесь не нужна. Подбором волновых разностей хода пластин можно добиться, чтобы изохромы приобрели форму колец. Вследствие этого угловое поле расширяется и не меняет своего значения с изменением азимутального угла плоскости падения. Угловое поле такой ступени в средней части видимого спектра в 9 раз больше, чем эквивалентной неширокоугольной кварцевой ступени. Недостаток двухкомпонентной широкоугольной ступени заключается в том, что из-за различной дисперсии показателей двупреломления кристаллов при удалении от рабочей длины волны, на которую рассчитан прибор, возрастает интенсивность фона.

 

 

 

     Широкоугольная ступень по третьему варианту состоит из трёх пластин. Две вырезаются из кристалла одного знака и ориентируются так, что их оптические оси скрещены. Третья пластина вырезается из кристалла противоположного знака и ориентируется так, чтобы её оптическая ось была параллельна оптической оси одной из первых пластинок.

При подборе кристаллов возможны два варианта (в обоих случаях будем иметь в виду одноосные кристаллы):

 Компонент а изготавливается из положительного кристалла, компоненты в и с – из отрицательного.

 Компонент а изготавливается из отрицательного кристалла, компоненты в и с – из положительного.

Рассмотрим следующие сочетания кристаллов: кварц – шпат,ц – KDP, кварц – ADP, вольфромат кальция – шпат. В трёх случаях, когда для компонента а был выбран кварц, исходные данные для расчёта определялись следующим образом. При изготовлении простой широкоугольной ступени ИПФ толщина кварцевой пластины обычно не превышает 30 мм (при большей толщине кварц выгоднее заменять кальцитом).      Сочетание кристаллов кварц – шпат для обеспечения широкоугольности практически трудно осуществимо: в ступенях низких порядков очень мала толщина компонентов из шпата. Использование этого сочетания в ступенях высоких порядков приводит к очень большой толщине кварцевых пластин (более 100 мм). Лучший вариант широкоугольной трёхкомпонентной ступени из кристаллов разного вида может быть осущуствлен на основе применения пар кварц – KDP или кварц – ADP в ступенях низких порядков и пары вольфромат кальция – шпат в ступенях высокого порядка.

 

Способы повышения пропускания

    

     Наиболее простым способом повышения общего количества света, проходящего через ИПФ, является увеличение светового диаметра оптических деталей. Однако в узкополосных ИПФ, содержащих ступени Лио, для формирования полосы пропускания по уровню 0,5 шириной 0,1 нм и менее используется исландский шпат, обладающий большим двупреломлением. Диаметр кристаллической оптики при этом не может быть более 40 мм из-за отсутствия крупных кристаллов высокого оптического качества. В связи с этим большое значение имеет разработка принципиальной схемы прибора, обеспечивающего узкую полосу пропускания при использовании лишь кристаллического кварца.

     В узкополосных интерференционно-поляризационных фильтрах пропускание на рабочей длине волны зависит от количества и качества поляризаторов. Рассмотрим ИПФ с полосой пропускания шириной 0,08 нм. В качестве двупреломляющего материала используем кристаллы кварца, исландского шпата и дигидрофосфата аммония. Всего схема содержит 18 кристаллических пластин, 7 поляроидов и интерференционный фильтр с шириной полосы пропускания 1,6 нм и пропусканием в максимуме 54 %. Пропускание прибора на рабочей длине волны излучения составляет 5,5 %, оно ограничивается большим числом поляризаторов и узкополосным интерференционным фильтром. В связи с этим большой интерес представляет вариант фильтра по схеме Шольца. Согласно этой схеме между двумя поляризаторами помещён ряд кристаллических пластин одинаковой толщины из одного материала. Такой фильтр может быть выполнен в двух вариантах. В первом варианте поляризаторы параллельны. Одно из главных направлений пластинок с нечётным номером составляет с главным направлением входного поляризатора угол х/2, отсчитанный, например, по часовой стрелке, а для пластин с чётным номером – тот же угол х/2, но отсчитанный против часовой стрелки. Во втором варианте поляризаторы скрещены, а кристаллооптическая ось каждой следующей пластины повёрнута относительно предыдущей на угол х в одну и ту же сторону. Приближённо х = 90град/m, где m – число пластинок: Mnogokomponentnaya_stupen.pdf

     Спектральное распределение пропускания имеет приблизительно тот же характер, что и пропускание фильтра Лио, состоящего из нескольких ступеней. Одна многокомпонентная ступень в некоторых отношения эквивалентна фильтру Лио, состоящему из нескольких ступеней. Для сравнения целесообразно взять многокомпонентную ступень Шольца, состоящую из m = 2 в степени n  одинаковых кристаллических пластин, где nчисло ступеней в фильтре Лио. Кроме того, следует задать толщину пластинок в многокомпонентной ступени равной толщине пластинки в первой ступени фильтра Лио (с наименьшей разностью хода). При этих условиях спектральный интервал между главными максимумами пропускания, число нулей и число вторичных максимумов получаются в многокомпонентной ступени одинаковыми по отношению к фильтру Лио. Однако анализ показывает, что полная ширина полосы пропускания, равная спектральному интервалу между минимумами, для многокомпонентной ступени в  0,87 раз меньше, чем в сопостовляемом фильтре Лио. При достаточно большом n (n  пропускание во вторичных максимумах близких к главному максимуму для фильтра Шольца примерно 2,5 раза больше, чем для эквивалентного ему фильтра Лио. Таким образом, в отношении вторичных максимумов многокомпонентная ступень значительно уступает фильтру Лио. Далее будет показана возможность снижения спектрального фона вне полосы пропускания путём определения закономерностей изменения величины углов ориентации пластин: Modificcirovannaya_mnogokomponentnaya_stupen.pdf

     Получение достаточно обширной области свободной дисперсии в одной многокомпонентной ступени связано с необходимостью применения большого количества кристаллических пластин. Например, при ширине полосы пропускания 0,3 нм необходимы 80 кварцевых пластин толщиной по 2,2 мм, что обеспечивает величину области дисперсии примерно 14 нм в видимой области спектра. При ширине полосы меньше 0,1 нм число пластин достигает нескольких сотен.

     В результате совместного действия нескольких многокомпонентных ступеней, содержащих пластины с несколько различной толщиной, можно одновременно расширить область свободной дисперсии и повысить селективность ИПФ. Селективность ИПФ определяется отношением области свободной дисперсии к ширине полосы пропускания. В ступени Вуда селективность равна 2. В многокомпонентной ступени эта величина зависит от числа пластин m и равна 2m. Для двух последовательных ступеней фильтра Лио отношение областей свободной дисперсии равно 2. Величина отношения областей свободной дисперсии двух многокомпонентных ступеней должна выбираться с учётом заданной ширины полосы пропускания ИПФ и требований к допустимому уровню вторичных максимумов пропускания.

     С целью повышения пропускания Эванс предложил ступень, состоящую из трёх кристаллических пластин. По этой схеме ориентация поляризаторов 45 град и 135 град, а пластин 0 град, 45 град и 0 град. Толщины крайних пластинок равны. Такая ступень по своему действию эквивалентна двум однокомпонентным ступеням Лио, поэтому получила название ступени двойного действия. Она позволяет уменьшить число поляризаторов, благодаря чему повышается пропускание ИПФ. Недостаток трёхкомпонентной ступени в том, что по мере удаления от рабочей длины волны она работает с погрешностями, устранить которые можно путём добавления к каждой из крайних пластин ахроматической пластинки в четверть волны.

 

 Способы уменьшения вторичных максимумов

     При разработке многокомпонентной ступени весьма существенно определение оптимального значения угла взаимной ориентации кристаллических пластин, при котором достигается наибольшее относительное пропускание в главных максимумах по сравнению с вторичными. При использовании приближённой формулы для определения величины углов ориентации пропускание в наиболее сильных вторичных максимумах достигает 10 – 12 % от пропускания в главном. Фон может быть снижен, если углы ориентации крайних пластин будут меньше, чем центральные, причём закон изменения азимутов пластин может быть различным («треугольник», Гаусс и т.д.): Kontrastnyi_interferenccionno.pdf
.
     Одной из наиболее существенных характеристик ИПФ, в частности, предназначенных для астофизических исследований, является качество изображения. Одним из способов повышения качества изображения является использование специальной корригирующей ступени, получившей название контраст – элемента. Назначение этой ступени – подавлять те вторичные максимумы, которые появляются и значительно возрастают при перемещении полосы пропускания по спектру (в управляемых ИПФ). В связи с этим толщина кристаллов контраст-элемента рассчитывается специальным образом, в то время как толщины пластин остальных ступеней подчиняются отношению 1:2:4:8:16 и т.д.

     Если ширина полосы пропускания ИПФ больше ширины линии излучения, в которой осуществляется наблюдение объекта, введение контраст – элемента позволяет сужать полосу пропускания фильтра, т.е. наблюдать структуру линии, а не всю линию сразу, как при широкой полосе. Если же ширина полосы фильтра меньше ширины линии излучения, использование контраст – элемента повышает контраст и качество изображения. Существует зависимость между толщиной контраст – элемента и отношением сигнала к шуму(S/N). При этом под шумом понимается общее количество энергии, проходящей через фильтр, а сигнал – это интеграл между точками, соответствующими интенсивности 50 %. Если ИПФ узкополосный, то хороший результат даёт контраст – элемент, толщина кристалла в котором равна тощине кристаллической пластины во второй ступени ИПФ (считая, что самую толстую пластину с наибольшей разностью хода содержит первая ступень).

    

     Уменьшение величины вторичных максимумов с одновременным сужением полосы пропускания может быть осуществлено путём введения в ИПФ внутренней модуляции, зависящей от формы поляризации светового потока после двулучепреломляющей пластины, в сочетании с электрической фазочувствительной регистрацией: Modulyaccionnye_IPF.pdf

 

 

 

 

 

    

 

типы, эффект, тонкости работы. :: АвтоМотоГараж

Фотографию мы для себя открыли достаточно давно, ещё в плёночные времена, и вот теперь появилось желание написать серию статей по фототехнике и фотосъёмке. Начать эту серию статей мы решили с фильтров для объективов.

Сегодня рассмотрим: что такое поляризационный фильтр; на чём основан принцип его работы; эффекты, которые можно с его помощью достичь. Также поговорим об условиях и тонкостях использования поляризационного фильтра. В качестве примера у нас будет фильтр производства компании Pixel. Принципиально эту фирму мы не подбирали, а диктовался бренд несколькими требованиями: срочностью/наличием, качеством исполнения и стоимостью. Забегая вперёд, скажем, что качеством мы остались довольны. Что это за производитель мы немного обсудим позже в одной из статей про фильтры Pixel, а сейчас перейдём непосредственно к нашей теме.

В большинстве случаев все мы осуществляем фотосъёмку на улице при естественном свете. Конечно же, есть фотографы, которые проводят фотосессии преимущественно в студии, где можно контролировать освещение, что облегчает получение желаемого эффекта. В частности, по этой причине, поляризационные фильтры в студиях не применяют. Другое дело если мы выходим на улицу, там властвует естественный свет, который контролировать уже не так просто, а иной раз просто невозможно.

Начнём с теории. Свет имеет волновую природу, и представляет собой электромагнитные колебания. Естественный свет — это совокупность хаотически излучаемых световых (электромагнитных) волн, векторы напряжённости которых лежат в различных плоскостях (см. рисунок ниже). Связано это в частности с тем, что свет может быть одновременно: направленный, рассеянный, отражённый и переотражённый.

Теперь о поляризации. Поляризация это одна из характеристик поперечных волн. Она бывает двух типов: круговая и линейная. Наглядно это показано на рисунке ниже.

Соответственно, поляризационные фильтры тоже бывают двух типов: линейные (linear) и круговые (circular). Так как имеются два типа поляризации, то возникает резонный вопрос, какой фильтр выбрать с круговой поляризацией или с линейной? В фототехнике первыми получили широкое распространение линейные фильтры, так как они просты, дёшевы в изготовлении и (на то время) не мешали работе фотоаппаратуре.

Принцип работы линейных фильтров основан на пропускании лучей только одной поляризации, то есть на выходе всегда будет только линейно поляризованный свет. Лучи соседних поляризаций буду ослаблены, а ортогональные вообще не будут пропущены. При повороте фильтра (изменении угла относительно оси симметрии) мы можем выбирать плоскость поляризации света. При использовании линейного типа поляризационного фильтра следует иметь ввиду, что ТТЛ экспонометр камеры будет работать неправильно, поэтому определять экспозицию придётся каким-нибудь другим способом, например при помощи внешнего экспонометра. Так же некорректно с этим фильтром себя ведёт и автофокус фотоаппарата, поэтому фокус нужно будет наводить вручную по видоискателю или шкале расстояний объектива.

Перейдём к рассмотрению фильтра круговой поляризации. Он в своей маркировке должен иметь хотя-бы одну из следующих надписей CIRCULAR, CIR, CPL, CIR-PL и т.д. Устройство данного фильтра несколько сложнее, следовательно, он и стоит дороже чем линейный. Фильтр круговой поляризации представляет собой сочетание фильтра линейной поляризации и четвертьволновой фазовой пластины. В этой пластине используется явление двойного лучепреломления. В саму физику пока углубляться не будем, так как это несколько выходит за рамки этой статьи. Скажем проще — фильтр этот уникален тем, что на выходе, из любой поляризации делает круговую, и таким образом не мешает работать ТТЛ экспонометру и автофокусу фотоаппарата.

Технически оба фильтра состоят из двух частей: неподвижной, которая имеет резьбу для установки на объектив, и вращающегося кольца (оправы), которое позволит добиться нужного эффекта.

Порядок работы с поляризационным фильтром круговой поляризации аналогичен работе с фильтром линейной — вращение оправы до получения желаемого визуального эффекта. Для обоих фильтров имеется рабочий диапазон поворота угла, он составляет от 0 до 90 градусов. Отметка нулевого отсчёта мнимая, она зависит от положения источников света в пространстве. В вышеуказанном рабочем интервале мы можем наблюдать всю эффективность фильтра. Далее при преодолении порога 90 градусов, эффект начинает спадать, а при достижении 180 градусов всё повторяется заново.

Теперь рассмотрим результаты, или правильнее сказать, эффекты, получаемые при использовании поляризационных фильтров. Сразу отметим, что разница в результатах при использовании линейного или кругового поляризационного фильтра отсутствует.

Итак, основные моменты, которых можно достичь при работе с поляризационными фильтрами:
— более насыщенные и контрастные небо и зелень (деревья, кусты, трава …),
— фильтр позволяет убрать блики с поверхности воды в водоёмах или со стекол автомобилей и домов,
— при съёмке радуги, фильтр может полностью ослабить её свечение или наоборот подчеркнуть и выделить цветовую гамму.

Параллельно с возможностями фильтра стоит отметить условия, при которых эффект от его использования очень слаб или отсутствует совсем. Поляризационные фильтры не работают, когда солнце находится непосредственно перед объективом или за объективом. В пасмурную погоду (рассеянный свет) особого эффекта тоже не будет, в лучшем случае можно будет убрать некоторые блики с листьев или других объектов. Ну и само собой ночью, тут думаю и так всем понятно. Поляризационный фильтр не сможет убрать блики с полированного металла и зеркала.

 

Тонкости работы с поляризационным фильтром.
— поляризационный фильтр затемняет кадр, и это не зависит от угла поворота оправы, следовательно, приходится увеличивать экспозицию. Для фильтров применяется термин «фактор пропускаемого света», величина безразмерная. Практически все поляризационные фильтры имеют значение – 4, что в свою очередь заставляет увеличивать экспозицию на две ступени.
— в случае использования поляризационного фильтра с широкоугольным объективом, эффект может быть неравномерным и здесь нужно правильно подобрать точку съёмки и ракурс. На сверхширокоугольных объективах от неравномерности эффекта по кадру никуда не уйти.

Теперь рассмотрим поляризационный фильтр, в сравнении с графическими программами типа «Адобе Фотошоп» (Photoshop) и подобными. Ни сегодня, ни и в будущем, ни один графический редактор не сможет заменить поляризационный фильтр. Первый момент — блики. Хоть немного, но программно над ними поработать можно. Это конечно достаточно сложно и зачастую результат не реалистичен. Второй момент — частичное или полное отсутствие информации об изображении под бликующей поверхностью.

При выборе и покупке поляризационного фильтра нужно обратить внимание на то, чтобы на фильтре не было никаких оттенков розового или голубого, фильтр должен быть нейтрально серым.

Теперь перейдём к распаковке нашего фильтра Pixel CPL. Для имеющегося объектива требуются фильтра с резьбовым соединением 82 мм. Фильтр упакован в цветную плотную картонную коробку. Внутри коробки находится ложемент из вспененного материала. В нем лежит полиэтиленовый пакет с фильтром и инструкцией.

Инструкция на английском языке.

С обеих сторон фильтр имеет защитные крышки, выполненные из алюминиевого сплава с анодированным покрытием.

Установка фильтра проста и осуществляется методом накручивания на внешнюю оправу объектива.

На данный фильтр надёжно устанавливается штатная защитная крышка объектива.

По поводу качества изделия. Упаковка надёжная и на этом этапе уже видно, что это далеко не ширпотреб. Отдельно стоит отметить защитные крышки, с ними в сумке фильтр будет надёжно защищён. После установки фильтра на объектив, чтобы крышки не болтались в сумке их можно скрутить между собой. На просвет фильтр не имеет никакого остаточного цвета, фильтр равномерно нейтрально серый. Все детали и элементы выполнены очень качественно.

Примеры фотографий с CPL фильтром можно посмотреть у нас на одном из каналов в инстаграмм — Instagram perfectstravel. На текущий момент образцов фотографий с данным фильтром не так много, но в будущем планируется провести ряд тестов и рассказать, как себя ведёт этот экземпляр на практике.

Подпишись, чтобы следить за новыми выпусками на нашем сайте, а также подписывайся в инстаграм. У нас их два один общий с техническим и разносторонним уклоном – Instagram automotogarage. ru и аккаунт для качественных фото из поездок и путешествий который мы уже указывали выше – Instagram perfectstravel.

 

Поляризационный фильтр – когда использовать, а когда нет?

Поляризационный фильтр может придать вашему изображению ясности и драматичности, но когда вам следует его избегать?

Поляризационные фильтры — почтенный инструмент в каждом серьезном наборе видеооператора. Но как они работают, и когда вы должны их использовать. Во-первых, немного науки.

Как работают поляризационные фильтры?

Видимый свет распространяется как поперечные волны. На земле свет падает на нас со всех сторон: отражается, преломляется и рассеивается. Поляризационный фильтр — это экран, пропускающий только прямые или параллельные поперечные волны, в то же время блокируя все остальные световые «шумы».

Этот фильтр ограничивает беспорядок атмосферного мусора, который запутывает изображение. В результате использования улучшается четкость, увеличивается насыщенность и выходит более правдоподобная тональность изображения. Поляризованное изображение обеспечивает более четкое изображение без атмосферных помех, бликов и отражений. Это отлично подходит для пейзажной фотографии, но не для лиц и рук.

Кожа живая! Поляризатор сокращает блеск и уменьшает естественную влажность здоровой кожи. Получается не очень хороший вид. Вот почему я не буду использовать поляризационный фильтр при съемке людей, размер которых больше половины вертикального размера кадра. Если лицо слишком блестящее, нанесите макияж — он разработан так, чтобы выглядеть естественно, подавляя блеск.

Но хотя поляризационный фильтр не очень хорош для портретов, в больших, широких пейзажах, он улучшает вид.

Поляризационные фильтры в действии.

На американском Западе фотографы могут делать кадры с горизонтом находящимся в пятидесяти милях от них. Поляризатор прорезает дымку и блики, делая изображение почти сюрреалистическим. Но вот в чем дело: это не фотошопленный снимок — изображение подлинное. Поляризационный фильтр очищает мусор, как чистят грязное окно. Если вам нужна ясность, примените поляризационный фильтр.

Людей, разговаривающих в автомобилях, часто снимают в кино и телевидении начиная с 1930-х годов. В старые времена камеру помещали внутрь машины или снимали с открытым окном, но сейчас мы снимаем большинство таких эпизодов снаружи.

На двух фронтальных снимках, где между объективом и актерами находится лобовое стекло, отражения на стекле могут отвлекать. Вы можете уменьшить почти все или некоторые из этих отражений с помощью поляризатора. Как я упомянул выше, мне не нравится, как выглядит поляризованная кожа, но такой вид не кажется таким ужасным, когда снимаешь автомобиль, особенно, если использовать фильтр наполовину. Некоторые поляризационные фильтры поглощают две ступени света, поэтому убедитесь, что вы компенсируете это в настройках камеры.

Чтобы увидеть поляризационные фильтры в действии, посмотрите это видео.

Как мы фотографировали на новый телефон, сделав поляризационный фильтр из старого

Решили сделать ремейк нашего старого поста про поляризационный фильтр, вынутый из мобильного телефона и записали видео для YouTube канала: