Co to jest filtr o neutralnej gęstości i jak działa?

A filtr o neutralnej gęstości to akcesorium do obiektywu, które równomiernie przycina światło wpadające do aparatu we wszystkich długościach fal, bez zmiany koloru. Filtr o neutralnej gęstości równomiernie pochłania lub odbija część przychodzącej wiązki. Działanie to ogranicza ilość światła wpadającego do obiektywu i umożliwia fotografom korzystanie z dłuższych czasów otwarcia migawki lub szerszych przysłon w jasnych warunkach. Standardowy filtr fotograficzny o neutralnej gęstości działa w ten sam sposób. Jak więc filtry ND zachowują neutralność kolorystyczną, jednocześnie ograniczając ilość światła? Odpowiedź leży w płaskiej odpowiedzi widmowej. Filtry o neutralnej gęstości nie wychwytują ani nie usuwają żadnych pasm kolorów. W dalszej części wyjaśniono gęstość optyczną i dobór filtrów.

Kluczowe dania na wynos

• Filtr ND odcina światło równomiernie, nie zmieniając kolorów. Dzięki temu w jasnym świetle można używać dłuższych czasów otwarcia migawki lub szerszych przysłon.

• Gęstość optyczna (OD) mierzy, ile światła blokuje filtr. Każde 0,3 OD oznacza jeden stopień redukcji światła.

• Stałe filtry ND dają ci jedną siłę. Zmienne filtry ND umożliwiają ich ciągłą regulację. Stopniowane filtry ND równoważą jasne i ciemne obszary, takie jak niebo i ziemia.

• Wybierz filtr ND, licząc przerwy między oświetleniem sceny a żądanym czasem otwarcia migawki lub przysłoną. Następnie dopasuj tę liczbę do średnicy zewnętrznej filtra.

• Filtry ND pozwalają tworzyć ciekawe efekty, takie jak jedwabista woda i rozmyte tło. Nie należy jednak układać filtrów jeden na drugim. Układanie ich w stosy może powodować zmiany kolorów i sprawić, że zdjęcia będą mniej ostre.

Jak działa filtr o neutralnej gęstości

A filtr o neutralnej gęstości odcina światło wpadające do aparatu poprzez jego pochłanianie, odbijanie lub jedno i drugie. Materiał lub powłoka znajduje się przed soczewką i przejmuje część przychodzącej wiązki, a resztę przepuszcza. Redukcja ta zachodzi równomiernie w całym kadrze. Żaden obszar obrazu nie jest bardziej tłumiony niż inny. Rezultatem jest równomierny spadek jasności, a nie niejednolity lub stopniowany. Fotograf może więc zwolnić czas otwarcia migawki lub otworzyć przysłonę, nie prześwietlając fotografowanej sceny. Ta sama zasada działa w przypadku stanowiska laserowego lub układu do testowania czujników, gdzie celem jest kontrolowane tłumienie, a nie obraz.

Gęstość optyczna i przystanki

Gęstość optyczna (OD) to standardowa liczba określająca, o ile filtr zmniejsza ilość światła. OD jest logarytmicznie powiązane z transmitancją, zdefiniowaną jako OD = log₁₀(I₀/I_T) = −log₁₀(T), gdzie I₀ to moc padająca, I_T to moc nadawana, a T to transmitancja. Związek pomiędzy gęstością optyczną i transmisją opiera się na prostej zasadzie:

T = 10^(−OD) × 100%, gdzie T oznacza procentową transmisję.

Ta skala logarytmiczna ułatwia zarządzanie liczbami. OD2 przepuszcza około 1% światła, OD3 około 0,1%, a OD4 około 0,01%. Słaby filtr OD 0,04 przepuszcza około 90%. Poniższa tabela przedstawia typowe wartości.

Zamiast tego fotografowie często myślą o przystankach. Jeden przystanek przecina światło na pół. Dwa przystanki skracają go do jednej czwartej. Każdy przystanek dodaje około 0,3 do wartości OD. Filtr ND o OD 0,3 oznacza jeden stopień, OD 0,6 oznacza dwa stopnie, a OD 0,9 równa się trzem stopniom. To łącze umożliwia użytkownikowi przekształcenie docelowej zmiany czasu otwarcia migawki w liczbę OD i z powrotem. Redukcja o 10 przystanków odpowiada OD bliskiemu 3,0. Scena mierzona z szybkością 1/1000 sekundy przy f/8 w jasnym słońcu staje się ekspozycją 1-sekundową z tym filtrem ND. Matematyka pozostaje prosta, gdy użytkownik przypomni sobie zasadę 0,3 na przystanek.

Dlaczego neutralna gęstość pozostaje neutralna pod względem koloru

Słowo neutralny oznacza, że ​​filtr traktuje każdą długość fali w ten sam sposób. Nie faworyzuje jednego pasma kolorów kosztem drugiego. Filtr środkowoprzepustowy, długoprzepustowy lub krótkoprzepustowy wybiera lub odrzuca określone obszary widma zgodnie z projektem. Filtr o neutralnej gęstości tego nie robi. Obniża intensywność wszystkich długości fal w podobnej proporcji. Ta płaska charakterystyka widmowa zapobiega przesunięciu kolorów w ostatecznym obrazie.

Prawdziwe filtry raczej zbliżają się do tego ideału, niż idealnie go trafiają. Filtry o neutralnej gęstości firmy Band Optics są specyfikowane ze zmiennością transmisji poniżej 2% w całym zakresie roboczym. Wybrane przykłady z powłoką AR wykazują zmienność poniżej 1% w zakresie 400–700 nm. Tolerancje te utrzymują stabilną równowagę kolorów zarówno w aparacie, jak i przyrządach laboratoryjnych. Użytkownik, który układa filtry ND lub pracuje z bardzo ciemnymi gęstościami, powinien mimo to sprawdzić wynik, ponieważ niewielkie odchylenia mogą się sumować. Kontrola ta zajmuje niewiele czasu i chroni jakość obrazu.

Rodzaje filtrów ND

Stałe i zmienne filtry ND

Stałe filtry ND zachowują jedną gęstość na jednostkę. Fotograf wybiera siłę sceny i ją montuje. Stałe filtry ND są proste i przewidywalne. Stałe filtry ND sprawdzają się dobrze w przypadku powtarzalnych ustawień ekspozycji, takich jak ustawiony czas otwarcia migawki dla wodospadu. Każdy drugi filtr daje za każdym razem ten sam wynik, więc użytkownik może zbudować procedurę w oparciu o znane wartości. Tego typu filtr o neutralnej gęstości pozwala również uniknąć zmiany koloru, ponieważ powłoka traktuje wszystkie długości fal w jednakowy sposób.

Zmienne filtry ND dostosowują tłumienie w sposób ciągły. Dwie warstwy polaryzacyjne są ustawione pod kątem, a obracanie jednej warstwy względem drugiej zmienia ilość światła, przez które przechodzi. Ta zmienna konstrukcja zapewnia płynną kontrolę zamiast stałych kroków. Zmienne modele Band Optics wykorzystują mechanizm obrotu o 270 stopni ze skalą, śrubami blokującymi i dołączoną tabelą kalibracyjną. Wykres łączy kąt obrotu z gęstością optyczną i transmisją, dzięki czemu użytkownik może wrócić do wybranego ustawienia. Tego rodzaju zmienny filtr nd zastępuje stos jednostek o pojedynczej gęstości. Band Optics oferuje rozwiązania ze stałym i zmiennym tłumieniem w zakresie gęstości 0,04–2,0 do obrazowania ogólnego i 0,04–4,0 do prac związanych z kalibracją lasera i detektora.

Stopniowane filtry ND

Filtry stopniowane nd różnią się od powyższych typów jednolitych. Filtry o stopniowanej gęstości neutralnej mają gęstość zmieniającą się w całym kadrze. Jedna część pozostaje przezroczysta, a druga jest ciemniejsza. Użytkownik wyrównuje ciemną część z najjaśniejszą częścią sceny, np. z niebem. Ten krok zmniejsza różnicę jasności pomiędzy jasnymi i ciemnymi obszarami.

Przepływ pracy rozpoczyna się od odczytów liczników. Użytkownik mierzy najciemniejsze i najjaśniejsze obszary, często pierwszy plan i niebo. Różnica między tymi odczytami pokazuje potrzebną siłę. Jeśli niebo wskazuje 1/250 s, a pierwszy plan 1/30 s, przerwa wynosi trzy stopnie, zatem scenę równoważy filtr neutralny o stopniowanej gęstości 0,9 (3 stopnie). Zamontowanie urządzenia ciemną stroną nad najjaśniejszym obszarem pozwala kamerze uchwycić szczegóły w obu obszarach jednocześnie. Ten typ najlepiej sprawdza się w pracach krajobrazowych, gdzie niebo i ziemia wymagają różnych poziomów.

Wybór odpowiedniej mocy filtra ND

Obliczanie przystanków i ekspozycji

Fotograf zaczyna od dwóch liczb: czasu otwarcia migawki lub przysłony, na jaką pozwala dana scena, oraz określenia wymagań twórczych. Odstęp między nimi, liczony w przystankach, określa siłę filtra. Jeden przystanek zmniejsza o połowę światło. Gęstość optyczna i przystanki łączą się według prostej zasady. Każde 0,3 gęstości optycznej równa się w przybliżeniu jednemu przystankowi, więc przystanki ≈ OD / 0,3. Użytkownik, który potrzebuje 10-stopniowej redukcji, mnoży 10 przez 0,3 i otrzymuje OD 3,0. Poniższa tabela przedstawia wzór.

Odwrotny kierunek działa równie dobrze. Użytkownik posiadający filtr o neutralnej gęstości OD 3.0 wie, że zapewnia on 10 stopni redukcji. Podzielenie OD przez 0,3 potwierdza zliczenie. Ta pojedyncza relacja obejmuje większość decyzji w terenie i zapewnia początkującym jasność matematyki.

Długi czas ekspozycji i mała głębia ostrości

Większość zakupów ND wynika z dwóch kreatywnych celów. Pierwszą z nich jest długa ekspozycja w świetle dziennym. 10-stopniowy filtr zamienia jasną scenę południową w płótno do rozmycia ruchu. Wodospady stają się jedwabiste, chmury tworzą smugi, a ruch uliczny staje się lekkimi smugami. Odczyt licznika wynoszący 1/500 sekundy oznacza 2-sekundową ekspozycję przy założonym filtrze. Tego rodzaju wydłużone czasy naświetlania wymagają statywu i stabilnej ramy.

Drugim celem jest płytka głębia ostrości. Osoby wykonujące portrety w jasnym słońcu chcą, aby szeroka przysłona rozmyła tło, a mimo to aparat najlepiej radzi sobie z krótkim czasem otwarcia migawki. 3-stopniowy filtr nd odcina wpadające światło o trzy stopnie. Dzięki tej redukcji przysłona otwiera się mniej więcej o trzy stopnie szerzej, a ekspozycja pozostaje prawidłowa. Obiekt wyróżnia się na tle delikatnego rozmycia tła.

Kompensacja ekspozycji jest zgodna z celem twórczym. Użytkownik goniący za rozmyciem ruchu wydłuża czas otwarcia migawki. Użytkownik goniący za rozmyciem tła otwiera przysłonę. Użytkownik, który chce obu, podnosi ISO lub akceptuje kompromis. Wykresy kalibracji i podziałki kątowe firmy Band Optics pomagają użytkownikom odtworzyć wybrane ustawienie tłumienia w różnych modelach, dzięki czemu przetestowana konfiguracja powraca przy następnym zdjęciu.

Korzyści i ograniczenia filtrów ND

Praktyczne korzyści

Filtr o neutralnej gęstości pozwala fotografowi kontrolować ekspozycję, gdy światło jest jasne. Filtr redukuje wpadające światło, dzięki czemu migawka może pozostać otwarta znacznie dłużej. Jednostka 10-stopniowa może zmienić odczyt 1/60 s na ekspozycję 15 s. Dłuższe czasy ekspozycji powodują większe rozmycie ruchu. Woda staje się jedwabista, jeziora szkliste, a chmury przesuwają się po kadrze. Użytkownik może także otworzyć przysłonę w świetle dziennym, aby uzyskać płytką głębię ostrości.

Normalne zdjęcie zrobione w czasie 1/30 s, f22, ISO 400 zamroziło zmarszczki i chmury. Kolejne zdjęcie z 10-stopniowym filtrem ND trwało 30 sekund, f22, ISO 400 — to samo całkowite światło, ale poruszające się chmury były rozmazane, a fale wody zmieszane, podczas gdy drzewa i góry pozostały ostre.

Ten sam pomysł pomaga w pracach technicznych. Filtry o neutralnej gęstości obniżają moc projektora, osłabiają wiązki laserowe, zatrzymują nasycenie detektora i pomagają w kalibracji czujnika. Używane są filtry o neutralnej gęstości firmy Band Optics Podłoża z krzemionki topionej promieniami UV , powłoki Inconel lub dielektryczne oraz mocowania z anodyzowanego aluminium. Dzięki tym materiałom filtry są trwałe i niezawodne. Optyka pasmowa filtry optyczne są testowane w laboratorium metrologicznym i w 100% kontrolowane wizualnie przez QA.

Kompromisy w stosunku do oczekiwań

Rzeczywiste filtry nie są doskonałe. Jednostka, która przepuszcza więcej czerwieni niż błękitu, powoduje, że obraz jest cieplejszy, a jednostka, która blokuje zieleń, dodaje odcień magenty. Przesunięcie kolorów można naprawić za pomocą balansu bieli lub przetwarzania końcowego. Lepiej unikać tego u źródła, szczególnie przy przełączaniu mocy w trakcie strzelania. Każdy filtr może dodać inne przesunięcie koloru, które należy następnie dopasować. Dobry filtr ND działa jak ściemniacz: przyciemnia światło bez zmiany koloru.

Układanie wielu filtrów nd w celu uzyskania większej wytrzymałości działa w mgnieniu oka, ale należy go unikać. Każda warstwa szkła lub żywicy przed obiektywem obniża ogólną jakość obrazu. Może to oznaczać bardziej miękkie szczegóły, zmianę kolorów lub aberrację chromatyczną. Grube lub ułożone w stos filtry mogą również powodować winietowanie, czyli przyciemnienie rogów. Dobrze zaprojektowane filtry zmniejszają to ryzyko. Wysokiej jakości filtry o neutralnej gęstości są droższe, a bardzo ciemne gęstości utrudniają ustawienie ostrości i kadrowanie. Użytkownik powinien rozważyć te kompromisy w stosunku do korzyści twórczych.

Filtr o neutralnej gęstości równomiernie redukuje światło, nie zmieniając koloru. Ta jedna cecha wyjaśnia, dlaczego to akcesorium powinno znaleźć się w prawie każdej torbie na aparat. Filtry o stałej, zmiennej i stopniowanej gęstości neutralnej rozwiązują inny problem. Jednostki stałe sprawdzają się dobrze w przypadku powtarzalnych ustawień, modele zmienne dostosowują się w sposób ciągły, a wersje stopniowane równoważą jasne niebo z ciemniejszym podłożem. Logika wyboru pozostaje prosta: policz przystanki między sceną a żądanym czasem otwarcia migawki lub przysłoną, a następnie dopasuj tę liczbę do wartości neutralnej gęstości. Dobrze zastosowany filtr II zapewnia większą kreatywną kontrolę w jasnym świetle. Drobne kompromisy z filtrami nd, takie jak ostrożne obchodzenie się z bardzo ciemnymi gęstościami, są nadal możliwe do pokonania.

Często zadawane pytania

Co oznacza liczba gęstości optycznej na drugim filtrze?

Gęstość optyczna pokazuje, ile światła blokuje filtr. Zależność wynosi T = 10^(−OD), gdzie T jest transmisją. Jednostka OD 2 przepuszcza około 1% światła. Jednostka OD 0,04 przepuszcza około 90%. Dzięki tej regule użytkownicy mogą zamienić dowolną wartość gęstości na procent transmisji.

Czy filtry o neutralnej gęstości zmieniają kolory na zdjęciu?

Nie. Filtr o neutralnej gęstości równomiernie obniża światło w całym spektrum. Nie zaznacza ani nie usuwa kolorowego pasma. Optyka pasmowa utrzymuje zmienność transmisji poniżej 2% w całym zakresie roboczym. Wybrane przykłady z powłoką AR pozostają poniżej 1% w zakresie 400–700 nm. Zatem balans kolorów pozostaje stabilny.

W jaki sposób zmienne filtry nd dostosowują swoją siłę?

Wewnątrz uchwytu znajdują się dwie warstwy polaryzacyjne, ustawione pod kątem. Obracanie jednej warstwy zmienia ilość przepuszczanego światła. Zmienne modele Band Optics wykorzystują mechanizm obrotu o 270 stopni ze skalą i śrubami blokującymi. Dołączona tabela kalibracyjna łączy kąt obrotu z gęstością optyczną i transmisją.

Jaki zakres widmowy pokrywają te filtry?

Wersje niepowlekane działają w zakresie 240–1200 nm. Wersje z powłoką AR pokrywają zakres 350–1050 nm i zmniejszają odbicie powierzchniowe. Podłoża z krzemionki topionej UV obsługują oba zakresy. Powłoki Inconel lub dielektryczne zapewniają trwałe tłumienie. Użytkownicy powinni dopasować powłokę do swojego pasma długości fali i zastosowania.

Czy użytkownik może zamontować filtr w konfiguracji niestandardowej?

Tak. Firma Band Optics dostarcza wersje montowane i niezamontowane. W mocowaniach zastosowano anodowane aluminium z adapterami 8-32 lub M4. Filtry gołe są dostępne w średnicach 25 mm, 50 mm i 75 mm. Niestandardowe rozmiary, mocowania i zmotoryzowane systemy obrotowe są dostępne na żądanie, z zastrzeżeniem przeglądu technicznego.