Светофильтры

Светофильтры — оптические детали, изготовленные из сред, обладающих избирательным пропусканием света, и предназначенные для изменения спектрального состава или уменьшения интенсивности проходящего через них светового потока.

Классификация светофильтров

Применяемые в чёрно-белой фотографии светофильтры подразделяются на цветные (используются для регулирования относительной яркости цветовых тонов) и контрастирующие (для получения тонального контраста, различные краски которого при съёмке на панхроматическую плёнку дают одинаковые малоконтрастные серые тона).

Набор M77×0,75 светофильтров и насадочная линза для кинокамеры Красногорск-3

В цветной фотографии, чтобы исключить ошибки в зональных экспозициях, используют конверсионные светофильтры . Эти светофильтры предназначены для подгонки световых условий освещения объекта к балансу светочувствительности фотоплёнки.

Как для цветной, так и для чёрно-белой фотографии также используются нейтральные (для уменьшения интенсивности света во избежание передержки) и поляризационные (для уменьшения или устранения бликов на изображении) светофильтры.

Существующая классификация светофильтров из-за обилия классифицируемых признаков носит достаточно условный характер.

Светофильтры различают по: форме кривой спектрального пропускания (поглощения), по целевому назначению, по способу изготовления и конструкции и некоторым другим признакам.

По форме кривой спектрального пропускания светофильтры принято делить на три основные группы: монохроматические, селективные и нейтрально-серые. Первые из перечисленных пропускают только узкий диапазон волн; вторые, наоборот, задерживают часть спектра, а остальное — пропускают; третьи — поглощают свет равномерно для всех длин волн.

По целевому назначению выделяют: компенсационные, аддитивные, субтрактивные, корректирующие, защитные (фильтры неактиничного света) и другие. К защитным относятся и теплозащитные фильтры.

В цифровых фотокамерах перед светоприёмной матрицей обычно устанавливается несъёмный светофильтр (который можно считать частью матрицы), назначение которого состоит в той или иной коррекции итоговой спектральной чувствительности сенсора, в частности — поглощения излишней для целей фотографии чувствительности современных сенсоров в инфракрасной области спектра.

Эффектные светофильтры

Так называемые «эффектные фильтры» используются для решения различных творческих задач в фотографии. Подразделяются на туманные (для создания эффекта тумана, дымки, понижения контраста и степени насыщенности цвета изображения), диффузные (для снижения, смягчения резкости изображения, приглушения мелких деталей), звёздные (для преобразования света точечных источников и ярких бликов в различные «звёзды»), цветные и многоцветные (для изменения цветового решения сюжета или его части).

К «эффектным фильтрам» относятся также и различные множительные призмы, предназначенные для многократного повторения изображения.

Характеристики светофильтров

Основная пользовательская характеристика светофильтров — кратность — множитель, на который необходимо увеличить экспозицию при использовании светофильтра для фотоаппаратов, не имеющих системы светоизмерения TTL и для коррекции измеренного системой экспонометрии фотокамеры.

Общая светочувствительность фотоматериала определяется всей областью спектра, в которой он светочувствителен, и является суммарной. Изменение спектральной чувствительности изменяет и общую светочувствительность материала. Применение светофильтра в сравнении со съёмкой без него снижает общую светочувствительность. Значение светочувствительности фотоматериала при его экспонировании за светофильтром называется эффективной светочувствительностью . Кратность светофильтра — отношение общей светочувствительности к эффективной.

Кратность светофильтра — величина непостоянная, она изменяется как при изменении спектральной светочувствительности фотоматериала, так и при изменении спектрального состава экспонирующего света. Так, например, кратность светофильтра Ж-2 x при постоянном спектральном составе экспонирующего света, близкого к дневному, по отношению к изоортохроматическому фотоматериалу равна примерно 6, а к панхроматическому — только 2. Чем дальше сенсибилизирован фотоматериал, тем меньше кратность одного и того же фильтра. В то же время, если в этом же примере перейти к кратности Ж-2 x при свете ламп накаливания, то для изоортохроматического материала она окажется большей, а для панхроматического — меньшей.

Спектральная характеристика светофильтров выражается численными значениями показателя поглощения для различных длин волн, спектральными кривыми оптической плотности и коэффициентами пропускания стекла и самого светофильтра.

Для поляризационных светофильтров определяются следующие параметры: коэффициент светопропускания (у фильтров серии ПФ он равен 32–40%), степень поляризации (98%), разрешающая способность (8 угловых секунд).

Типы светофильтров

В фотографической оптике применяются главным образом абсорбционные светофильтры, основанные на поглощении света. Они представляют собой или плоско-параллельные пластины из окрашенного в массе стекла или две плоско-параллельные пластинки из бесцветного стекла, между которыми помещена плёнка из окрашенной желатины.

Для желатиновых светофильтров помимо стекла, могут использоваться и иные — нитроцеллюлозные, триацетатные и другие подложки. Иногда желатиновые светофильтры используют в виде гибкой плёнки — фолии , которую сначала поливают на стеклянную подложку, а затем отделяют от стекла. Желатиновые светофильтры пользуются успехом благодаря простоте изготовления и возможности более точно подбирать кривые пропускания.

Поляризационный светофильтр представляет собой поляроид — поляризирующую свет плёнку, заключенную между защитными стёклами, — в оправе.

Намного реже используются жидкостные светофильтры, представляющие собой сосуды — кюветы со стеклянными стенками, наполненные растворами красителей.

Кроме абсорбционных, существуют интерференционные светофильтры, имеющие совершенно иной принцип поглощения световой энергии определённого диапазона длин волн. Избирательное поглощение света осуществляется не частицами растворенного красителя, а путем гашения почти всех волн (кроме одной заданной), вследствии интерференции в тонком слое, нанесённом на стеклянную подложку. Светофильтр пропускает свет только той длины волны, на которую рассчитана толщина интерференционного покрытия. Эти светофильтры обладают самой высокой монохроматичностью для любой длины видимой части спектра. Кривая пропускания интерференционных светофильтров представляет собой узкую симметричную «пиковую» полоску, занимающую диапазон длин волн порядка 5–10 нм .

Крепление светофильтров

Светофильтры, применяющиеся в отечественной практике при фото- и киносъёмке, обычно крепятся посредством резьбового соединения на передней части оправы объектива или за его последней линзой.

Для исключения влияния плоско-параллельной пластинки светофильтра на качество изображения, даваемого объективом, её помещают в параллельном пучке лучей, что имеет место, когда светофильтр расположен перед объективом.

В ряде фотографических объективов светофильтр приходится помещать внутри системы, либо за задней линзой, в непараллельном пучке лучей, что должно быть учтено при расчёте объектива и при использовании объектива без светофильтра. Примером такого объектива может служить объектив MC Зенитар 2,8/16 «рыбий глаз».

Маркировка светофильтров

Маркировка отечественных стеклянных светофильтров на оправах включает в себя: обозначение типа светофильтра (до 1974 года напрямую указывался сорт стекла), диаметр оправы или резьбы объектива, для которого предназначен светофильтр, и эмблему (товарный знак) завода-изготовителя.

Обозначение		Назначение	Цвет	Марка стекла	Кратность
Отечественное	Экспортное				при дневном освещении	при освещении лампами накаливания
УФ-1 x	UV-1 x	Для уменьшения влияния ультрафиолетовых лучей на контраст получаемого изображжения при съёмках в горах или рано утром.	бесцветный	ЖС-10	1	1
ЖЗ-1,4 x	YG-1.4 x	Для приближения соотношения яркостей в чёрно-белом изображении к соотношению яркостей цветного объекта съёмки.	светло-жёлто-зелёный	ЖЗС-5	1,4	1,4
ЖЗ-2 x	YG-2 x	Дает аналогичный ЖЗ-1,4 x , но более ярко выраженный эффект.	жёлто-зелёный	ЖЗС-9	2	2
Ж-1,4 x	Y-1.4 x	Для ослабления воздействия сине-голубых лучей на эмульсионный слой фотоплёнки. При съёмке голубого неба с облаками усиливает контраст.	светло-жёлтый	ЖС-12	1,4	1
Ж-2 x	Y-2 x	Поглощает сине-голубые лучи в большей степени, чем светофильтр Ж-1,4 x . Голубое небо получается серым, средней плотности. Ослабляет влияние атмосферной дымки.	жёлтый	ЖС-17	2	1,4
О-2,8 x	O-2.8 x	Поглощает сине-зелёные и фиолетовые лучи. Голубое небо получается тёмно-серым. Повышает контраст изображения дальних планов, завуалированных атмосферной дымкой.	оранжевый	ОС-12	2,8	2
К-8 x	R-8 x	Поглощает синие, зелёные и фиолетовые лучи. Применяется при съёмках в целях уничтожения атмосферной дымки и для специальных эффектов, например, для съёмки днем «под ночь».	красный	КС-11	8	4
Г-1,4 x	B-1.4 x	Ослабляет оранжево-красные лучи. Позволяет уменьшать контраст изображения дальних планов с целью усиления эффекта воздушной перспективы.	голубой	СС-2	1,4	2
Н-4 x	N-4 x	Для уменьшения освещённости за объективом, когда уменьшить её с помощью диафрагмы невозможно или нежелательно.	нейтрально-серый	НC-8	4	4
ПФ-14 x	P-14 x	Для устранения бликов, гашения яркости фона и изменения контрастности различных объектов при фотографировании.	(поляроид)	14	14

Кратность светофильтров, указанная в вышеприведенной таблице, определена для изопанхроматических фото- и киноматериалов.

Примечания:

Основные источники:
Фотография. Энциклопедический справочник — «Беларуская Энцыклапедыя» имени Петруся Бровки, Минск, 1992 г.
Урмахер Л.С.: «Оптика фотографических и аэрофотограмметрических приборов» — «Недра», М., 1965 г.
«Оптические товары народного потребления. Каталог.» — «Дом оптики», М., 1985 г.
Тамицкий Э.Д., Горбатов В.А.: «Учебная книга по фотографии» — «Лёгкая индустрия», М., 1976 г.
Б.Н. Бегунов, Н.П. Заказнов: «Теория оптических систем» — «Машиностроение», М., 1973 г.

Источник

Светофильтры, их свойства и назначение. Классификация светофильтров по спектральному пропусканию (поглощению), назначению, способу изготовления.

Светофильтры – это плоскопараллельные оптические среды, избирательно поглощающие (пропускающие) проходящее через них излучение, ослабляющие мощность и изменяющие структуру светового потока как в видимой, так и невидимой зонах спектра.

Назначение светофильтров. В практике фотографии светофильтры используют для различных целей: исправления цветопередачи; получения специальных фотографических эффектов, например, грозового небосвода при съемке с оранжевыми и красными светофильтрами; выявления дописок, исправлений в документах, слабоокрашенных следов, не различимых в естественных условиях; изменения цветовой температуры источника света при съемке на цветные негативные фотоматериалы; коррекции цвета в цветном позитивном процессе; получения неактиничного освещения в фотолабораториях; выделения излучения в невидимых зонах спектра; устранения бликов при съемке бликующих предметов; ослабления мощности и изменения структуры светового потока.

Светофильтры отражают, поглощают и пропускают свет селективно, т. е. не одинаково для излучений различных длин волн. Любая спектральная характеристика светофильтра включает зону полного поглощения, зоны частичного поглощения и пропускания и зону полного пропускания

Классификация светофильтров. Светофильтры классифицируют по различным основаниям: по способу изготовления светофильтры делят на твердые (стеклянные и пластмассовые, желатиновые), жидкостные и газообразные; по принципу действия на абсорбционные (цветные), интерференционные, поляризационные, клиновые, рассеивающие и изменяющие цветовую температуру источника; по форме кривой спектрального пропускания (поглощения) на нейтрально–серые, монохроматические, селективные (зональные), субтрактивные и компенсационные; по назначению на съемочные, защитные, исследовательские.

Наиболее удобны в работе твердые светофильтры, изготовленные из стекла и пластмассы. Краситель в массе стекла чаще всего распределен равномерно и практически изолирован от воздействия внешних факторов. Светофильтры этого типа наиболее долговечны, обладают высокими эксплуатационными свойствами, менее всего подвержены механическим повреждениям. Иногда различное количество красителя ровным слоем наносят на бесцветную пластинку, позволяя получать светофильтры одинаковой толщины, но различной плотности. Желатиновые светофильтры представляют собой тонкий слой окрашенной желатины, нанесенный на стекло (триацетатную или нитроцеллюлозную подложку) либо вклеенный между двумя защитными стеклами. Такие светофильтры неустойчивы к термическому воздействию, в результате чего краситель выгорает. Разрушению желатиновой пленки способствуют влага и органические растворители. В лабораторных условиях желатиновые светофильтры получают, окрашивая отфиксированную фотопленку или пластинку в растворе красителя. Жидкостные светофильтры изготавливают из растворов различных красителей, залитых в прозрачные кюветы с плоскопараллельными стенками. При необходимости комбинируют несколько красителей для достижения максимума пропускания в определенной спектральной области. Плотность таких светофильтров легко изменить, добавляя в кювету концентрированный раствор либо дистиллированную воду. В качестве красителей чаще всего используют соли различных металлов или органические (анилиновые) красители.

Газообразные светофильтры в практической фотографии распространены мало. Обычно они предназначены для выделения ультрафиолетовой зоны спектра с длиной волны менее 300 нм. Для получения соответствующих спектральных свойств используют газообразный хлор, пары брома под давлением в несколько атмосфер. Поляризационные светофильтры ослабляют блики от зеркально отражающих свет поверхностей. Они необходимы, например, при съемке обстановки помещений через витрины магазина, оконные стекла помещений, предметов с полированными поверхностями или залитыми водой и т. п. Такие светофильтры не изменяют спектральный состав света, пропуская излучение со строго определенным направлением электромагнитных колебаний. Этот эффект обеспечивают ультрамикроскопические кристаллы поляризующего вещества, входящие в состав светофильтра. Обычно свет, используемый при съемке, составляют лучи с хаотичным направлением электромагнитных колебаний. Зеркальные, полированные поверхности отражают только частично или полностью линейно-поляризованный свет – лучи со строго определенным направлением электромагнитных колебаний. Полностью поляризуется отраженный свет при падении под определенным углом (угол Брюстера). Для различных материалов он составляет 53-57°. Несовпадение плоскости поляризации светофильтра и зеркально отраженных лучей приводит к полному или частичному поглощению последних. В клиновых светофильтрах концентрация красителя наращивается от вершины к основанию. Их можно представить в виде набора небольших светофильтров с возрастающей плотностью. Направляя световой поток на тот или иной участок, можно плавно или ступенчато изменять степень поглощения. Клиновые светофильтры широко применяются при сенситометрических испытаниях черно-белых фотоматериалов. Цветные светофильтры селективно (избирательно) поглощают световое излучение. Этот эффект обеспечивают входящие в их состав частицы адсорбирующего свет вещества – красителя. К их числу относятся монохроматические, зональные, субтрактивные и компенсационные светофильтры .

Монохроматические светофильтры пропускают узкую полосу излучения в интервале длин волн 5-10 нм, поглощая остальную его часть. Это плотные одноцветные светофильтры, применяемые для исследовательских целей. К числу монохроматических относятся и интерференционные светофильтры. У них иной принцип поглощения света. Избирательное поглощение излучения (кроме заданного интервала длин волн) основано на явлении интерференции в тонком слое, нанесенном на стеклянную подложку. Из потока света светофильтр пропускает лучи с длиной волны, равной удвоенной толщине. Современные технологии позволяют изготавливать светофильтры, обладающие монохроматичностью для любой длины волны видимой части спектра. Селективные (зональные) светофильтры пропускают излучение в более широком интервале – обычно одну из зон видимого спектра (синюю, зеленую или красную). Их используют для исследовательских целей и в аддитивном цветографическом процессе. Субтрактивные светофильтры, наоборот, поглощают одну из зон видимого спектра (синюю, зеленую, красную), пропуская остальные. Они используются в субтрактивном цветографическом процессе и для исследовательских целей. Компенсационные светофильтры поглощают коротковолновую область спектра излучения. Одни из них применяют для исправления цветопередачи при съемке цветных объектов на черно-белые фотоматериалы, другие – для получения определенных художественных эффектов или при решении исследовательских задач. Для исправления цветопередачи используют желтые и желто-зеленые светофильтры различной плотности. Они в различной степени поглощают ультрафиолетовые, фиолетовые и сине-голубые лучи, ослабляя их воздействие на светочувствительный материал. Светофильтр ЖС-10 ослабляет действие ультрафиолетовых лучей. ЖС-12 значительно улучшает передачу цветовых оттенков при съемке на панхроматические и изопанхроматические фотоматериалы. Применяются рано утром или поздно вечером, когда синих лучей мало, облака выделяют слабо. ЖС-17 дает почти правильную цветопередачу на панхроматических и изопанхроматических материалах. Используется при съемке в разное время, удовлетворительно выделяет облака. В этих случаях лучшие результаты дает светофильтр ЖС-18. Желто-зеленые светофильтры являются универсальными и могут быть использованы во многих случаях съемки. Они приближают спектральную чувствительность изопанхроматических фотоматериалов к спектральной чувствительности глаза. Поглощая ультрафиолетовые лучи и ослабляя действие фиолетовых, сине-голубых и красных, они с большой точностью передают цветовые оттенки объектов, хорошо выделяют облака, тени на снегу. Оранжевые и красные светофильтры в большей степени, чем желтые и желто-зеленые, поглощают фиолетовые и сине-голубые лучи. Предметы, окрашенные в синие и голубые тона, на снимках выглядят более темными, а в оранжевые и красные – более светлыми. Примером применения оранжевого светофильтра может служить полученный на снимке эффект грозового небосвода при обычной облачности в солнечную погоду. Съемка с красными светофильтрами усиливает контраст между синими и красными деталями объекта. Проводя съемку со светофильтром КС-11 против света на изопанхроматический фотоматериал, получают эффект лунного освещения в дневное время. Нейтрально-серые светофильтры ослабляют мощность светового потока. Спектральные коэффициенты пропускания у данных светофильтров одинаковы для всех длин волн. Они имеют нейтрально-серый цвет и различную плотность. Матовые светофильтры изменяют структуру светового потока, преобразуя направленный свет в рассеянный. При съемке на цветные фотоматериалы в утренние и вечерние часы нередко применяют конверсионные светофильтры, изменяющие цветовую температуру источника света и, соответственно, приводящие спектральный состав излучения в соответствие с требованиями, предъявляемыми к освещению для используемого фотоматериала.

Источник