Нейтральные светофильтры: снижение интенсивности света в оптике и фотографии.

Введение

Устройство в оптике, уменьшающее интенсивность света.

В фотографии и оптике фильтр нейтральной плотности, или ND-фильтр, – это фильтр, который равномерно уменьшает или изменяет интенсивность всех длин волн, или цветов света, не влияя на цветопередачу. Он может быть бесцветным (прозрачным) или серым и обозначается номером 96 по шкале Враттена. Основная задача стандартного фотофильтра нейтральной плотности – уменьшить количество света, попадающего в объектив. Это позволяет фотографу выбирать комбинации диафрагмы, выдержки и чувствительности матрицы, которые в иных условиях привели бы к переэкспонированным снимкам. Это необходимо для достижения таких эффектов, как малая глубина резкости или размытие движения объекта в различных ситуациях и при разных погодных условиях. Например, можно захотеть сфотографировать водопад на длинной выдержке, чтобы создать эффект намеренного размытия движения. Фотограф может определить, что для достижения желаемого эффекта нужна выдержка в десять секунд. В очень яркий день света может быть настолько много, что даже при минимальной чувствительности и закрытой диафрагме выдержка в десять секунд пропустит слишком много света, и снимок получится переэкспонированным. В такой ситуации использование подходящего ND-фильтра эквивалентно прикрытию объектива на одну или несколько ступеней, что позволяет использовать более длинную выдержку и добиться желаемого эффекта размытия движения.

Сорты

Градуальный ND-фильтр устроен схожим образом, но интенсивность изменения затемнения варьируется по поверхности фильтра. Это полезно, когда одна часть изображения яркая, а остальная – нет, например, при съемке заката. Область перехода, или край, бывает разных типов (мягкий, жесткий, аттенюаторный). Наиболее распространенным является мягкий край, обеспечивающий плавный переход от затемняющей части фильтра к прозрачной. Фильтры с жестким краем имеют четкий переход от затемнения к прозрачности, а аттенюаторный край изменяется постепенно на большей части фильтра, делая переход менее заметным. Другой тип конструкции ND-фильтра – фильтровое колесо ND. Оно состоит из двух перфорированных стеклянных дисков, на лицевые стороны которых нанесено постепенно уплотняющееся покрытие вокруг отверстий. При вращении дисков в противоположных направлениях они плавно и равномерно переходят от 100% пропускания света к 0%. Такие фильтры используются в катадиоптрических телескопах, упомянутых выше, и в любых системах, которым необходимо работать на 100% светосилы (обычно потому, что система должна обеспечивать максимальное угловое разрешение). На практике ND-фильтры не идеальны, поскольку не уменьшают интенсивность всех длин волн равномерно. Это иногда может приводить к цветовым искажениям на полученных изображениях, особенно при использовании недорогих фильтров. Более существенно, большинство ND-фильтров специфицированы только для видимого диапазона спектра и не блокируют пропорционально все длины волн ультрафиолетового или инфракрасного излучения. Это может быть опасно при использовании ND-фильтров для наблюдения за источниками (например, Солнцем или раскаленным металлом или стеклом), излучающими интенсивное невидимое излучение, поскольку глаз может быть поврежден, даже если источник не кажется ярким при взгляде через фильтр. Для безопасного наблюдения за такими источниками необходимо использовать специальные фильтры. Недорогую альтернативу профессиональным ND-фильтрам можно сделать из куска сварочного стекла. В зависимости от степени защиты сварочного стекла, оно может эквивалентно фильтру с 10 ступенями затемнения.

A graduated ND filter is similar, except that the intensity varies across the surface of the filter. This is useful when one region of the image is bright and the rest is not, as in a picture of a sunset. The transition area, or edge, is available in different variations (soft, hard, attenuator). The most common is a soft edge and provides a smooth transition from the ND side and the clear side. Hard edge filters have a sharp transition from ND to clear, and the attenuator edge changes gradually over most of the filter, so the transition is less noticeable. Another type of ND filter configuration is the ND filter wheel. It consists of two perforated glass disks that have progressively denser coating applied around the perforation on the face of each disk. When the two disks are counter rotated in front of each other, they gradually and evenly go from 100% transmission to 0% transmission. These are used on catadioptric telescopes mentioned above and in any system that is required to work at 100% of its aperture (usually because the system is required to work at its maximal angular resolution). In practice, ND filters are not perfect, as they do not reduce the intensity of all wavelengths equally. This can sometimes create color casts in recorded images, particularly with inexpensive filters. More significantly, most ND filters are only specified over the visible region of the spectrum and do not proportionally block all wavelengths of ultraviolet or infrared radiation. This can be dangerous if using ND filters to view sources (such as the Sun or white hot metal or glass), which emit intense invisible radiation, since the eye may be damaged even though the source does not look bright when viewed through the filter. Special filters must be used if such sources are to be safely viewed. An inexpensive, homemade alternative to professional ND filters can be made from a piece of welder's glass. Depending on the rating of the welder's glass, this can have the effect of a 10 stop filter.

Фильтр с переменной нейтральной плотностью

Основным недостатком нейтрально-серых фильтров является то, что для разных ситуаций может потребоваться целый ряд различных фильтров. Это может оказаться дорогостоящим, особенно при использовании резьбовых фильтров разных размеров, что потребует носить с собой набор для каждого диаметра объектива (хотя недорогие переходные кольца могут решить эту проблему). Для решения этой проблемы некоторые производители разработали переменные ND-фильтры. Они работают, используя два поляризационных фильтра вместе, при этом хотя бы один из них может вращаться. Задний поляризационный фильтр блокирует свет в одной плоскости. По мере вращения переднего элемента он блокирует все большее количество оставшегося света, по мере приближения переднего фильтра к перпендикулярному положению относительно заднего фильтра. Благодаря этой технологии можно плавно регулировать количество света, достигающего сенсора. Преимущество этого подхода – уменьшение габаритов и затрат, но одним из недостатков является снижение качества изображения, вызванное использованием двух элементов вместе и комбинированием двух поляризационных фильтров.

Экстремальные фильтры ND

Для создания неземных ландшафтов и морских пейзажей с сильно размытой водой или другими движущимися объектами может потребоваться использование нескольких наложенных ND-фильтров. Это, как и в случае с переменными ND-фильтрами, может привести к снижению качества изображения. Чтобы компенсировать это, некоторые производители выпускают высококачественные ND-фильтры с экстремальной плотностью. Обычно они имеют степень затемнения в 10 ступеней, что позволяет использовать очень длинные выдержки даже в относительно светлых условиях.

Рейтинги

В фотографии ND-фильтры характеризуются оптической плотностью или, эквивалентно, уменьшением светосилы (f-stop). В микроскопии иногда используется значение пропускания. В астрономии иногда используется относительное пропускание (для затмений).

In photography, ND filters are quantified by their optical density or equivalently their f stop reduction. In microscopy, the transmittance value is sometimes used. In astronomy, the fractional transmittance is sometimes used (eclipses). Notation Lens area opening, as fraction of the complete lens f stop reduction (approx.) ANSI shade (approx.) Fractional transmittance Optical density ND1number ND. number NDnumber 0.0 1 0 — 100% 1 0.3 ND 101 ND 0.3 ND2 1/2 1 1.7 50% 0.5 0.6 ND 102 ND 0.6 ND4 1/4 2 2.4 25% 0.25 0.9 ND 103 ND 0.9 ND8 1/8 3 3.11 12.5% 0.125 1.0 ND 1.0 ND10 1/10 ≈ 3 1/3 3.33 10 % 0.10 1.2 ND 104 ND 1.2 ND16 1/16 4 3.81 6.25% 0.0625 1.5 ND 105 ND 1.5 ND32 1/32 5 4.51 3.125% 0.03125 1.8 ND 106 ND 1.8 ND64 1/64 6 5.21 1.563% 0.015625 2.0 ND 2.0 ND100 1/100 ≈ 6 2/3 5.67 1% 0.01 2.1 ND 107 ND 2.1 ND128 1/128 7 5.92 0.781% 0.0078125 2.4 ND 108 ND 2.4 ND256 1/256 8 6.62 0.391% 0.00390625 2.6 ND400 1/400 ≈ 8 2/3 7.07 0.25% 0.0025 2.7 ND 109 ND 2.7 ND512 1/512 9 7.32 0.195% 0.001953125 3.0 ND 110 ND 3.0 ND1024 (also called ND1000) 1/1024 10 8.00 0.1% 0.001 3.3 ND 111 ND 3.3 ND2048 1/2048 11 8.72 0.049% 0.00048828125 3.6 ND 112 ND 3.6 ND4096 1/4096 12 9.45 0.024% 0.000244140625 3.8 ND 3.8 ND6310 1/6310 ≈ 12 2/3 9.86 0.016% 0.000158489319246 3.9 ND 113 ND 3.9 ND8192 1/8192 13 10.15 0.012% 0.0001220703125 4.0 ND 4.0 ND10000 1/10000 ≈ 13 1/3 10.33 0.01% 0.0001 5.0 ND 5.0 ND100000 1/100000 ≈ 16 2/3 12.67 0.001% 0.00001
Note: Hoya, B+W, Cokin use code ND2 or ND2x, etc. ; Lee, Tiffen use code 0.3ND, etc. ; Leica uses code 1×, 4×, 8×, etc. Note: ND 3.8 is the correct value for solar CCD exposure without risk of electronic damage. Note: ND 5.0 is the minimum for direct eye solar observation without damage of retina. A further check must be performed for the particular filter used, checking on the spectrogram that also UV and IR are mitigated with the same value. Note: ANSI shades are defined by standard as ranges with central values. They are here approximated using the equation from ANSI Z87.1, , which bases luminous transmittance on CIE Illuminant A; ANSI shade numbers have much lower limits for ultraviolet transmittance.

Обозначение:
Открытие площади линзы, как доля полной уменьшение светосилы (приблизительно) Тень по стандарту ANSI (приблизительно) Относительное пропускание Оптическая плотность
ND1 номер ND 0.0 1 0 — 100% 1 0.3
ND2 1/2 1 1.7 50% 0.5 0.6
ND4 1/4 2 2.4 25% 0.25 0.9
ND8 1/8 3 3.11 12.5% 0.125 1.0
ND10 1/10 ≈ 3 1/3 3.33 10% 0.10 1.2
ND16 1/16 4 3.81 6.25% 0.0625 1.5
ND32 1/32 5 4.51 3.125% 0.03125 1.8
ND64 1/64 6 5.21 1.563% 0.015625 2.0
ND100 1/100 ≈ 6 2/3 5.67 1% 0.01 2.1
ND128 1/128 7 5.92 0.781% 0.0078125 2.4
ND256 1/256 8 6.62 0.391% 0.00390625 2.6
ND400 1/400 ≈ 8 2/3 7.07 0.25% 0.0025 2.7
ND512 1/512 9 7.32 0.195% 0.001953125 3.0
ND1024 (также называемый ND1000) 1/1024 10 8.00 0.1% 0.001 3.3
ND2048 1/2048 11 8.72 0.049% 0.00048828125 3.6
ND4096 1/4096 12 9.45 0.024% 0.000244140625 3.8
ND6310 1/6310 ≈ 12 2/3 9.86 0.016% 0.000158489319246 3.9
ND8192 1/8192 13 10.15 0.012% 0.0001220703125 4.0
ND10000 1/10000 ≈ 13 1/3 10.33 0.01% 0.0001 5.0
ND100000 1/100000 ≈ 16 2/3 12.67 0.001% 0.00001

Примечание: Hoya, B+W, Cokin используют код ND2 или ND2x и т.д.; Lee, Tiffen используют код 0.3ND и т.д.; Leica использует код 1×, 4×, 8× и т.д.
Примечание: ND 3.8 – правильное значение для экспонирования солнечных CCD без риска электронного повреждения.
Примечание: ND 5.0 – минимальное значение для прямого наблюдения за солнцем без повреждения сетчатки. Необходимо провести дополнительную проверку используемого фильтра, убедившись по спектрограмме, что ультрафиолетовое и инфракрасное излучение также ослабляются с тем же значением.
Примечание: Оттенки ANSI определены стандартом как диапазоны с центральными значениями. Здесь они приближены с использованием уравнения из ANSI Z87.1, которое основывает светопроницаемость на CIE Illuminant A; номера оттенков ANSI имеют гораздо более низкие пределы для ультрафиолетовой проницаемости.