Πολωτικό φίλτρο (φωτογραφία)

Το πολωτικό φίλτρο ή πολαριζέ φίλτρο είναι ένα φωτογραφικό φίλτρο το οποίο βιδώνεται στον φωτογραφικό φακό της μηχανής. Το φίλτρο αποτελείται από δύο δακτυλίδια και περιστρέφοντας το ένα από αυτά επιλέγουμε το επιθυμητό φιλτράρισμα πόλωσης φωτός. Το φίλτρο αυτό πολώνει το φως κατά την λήψη της φωτογραφίας με στόχο να εξαλείφονται οι ανακλάσεις, να έχει ζωντανότερα (πιο κορεσμένα) χρώματα αλλά και καλύτερη αντίθεση - διαύγεια η τελική φωτογραφία. Το πολωτικό φίλτρο είναι βασικό φίλτρο στην ψηφιακή φωτογραφία. Δεν υπάρχει λογισμικό επεξεργασίας εικόνας που να μπορεί να προσομοιώσει το αποτέλεσμα του φίλτρου πόλωσης (πολλά φίλτρα της κλασικής φωτογραφίας με φιλμ προσομοιώνονται με κατάλληλο λογισμικό επεξεργασίας εικόνας).

Είδη
Υπάρχουν διάφορα είδη πολωτικών φίλτρων. Τα φίλτρα γραμμικής πόλωσης (linear polarizers - PL) χρησιμοποιούνται από τις μηχανές SLR χειροκίνητης εστίασης και τις τηλεμετρικές μηχανές και τα φίλτρα κυκλικής πόλωσης (circular polarizers PL-CIR) τα οποία χρησιμοποιούνται από τις σύγχρονες μηχανές με σύστημα αυτόματης εστίασης και φωτομέτρησης TTL.

Για να λειτουργεί το σύστημα αυτόματης εστίασης (auto focus) όπως και τεχνολογία φωτομέτρησης TTL στις σύγχρονες μηχανές χρησιμοποιούνται τα φίλτρα κυκλικής πόλωσης (circular polarizers PL-CIR) και όχι τα φίλτρα γραμμικής πόλωσης. Σε αυτές τις μηχανές, το σύστημα φωτομέτρησης και αυτόματης εστίασης λειτουργεί διαχωρίζοντας το φως χρησιμοποιώντας την πόλωση του φωτός. Η χρήση του φίλτρου κυκλικής πόλωσης δεν επηρεάζει τον μηχανισμό αυτό.

Το αποτέλεσμα του φίλτρου κυκλικής πόλωσης είναι ίδιο με αυτού της γραμμικής πόλωσης και το φίλτρο κυκλικής πόλωσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε μηχανή χειροκίνητης εστίασης ή τηλεμετρική. Τα φίλτρα γραμμικής πόλωσης συνήθως είναι φθηνότερα από τα φίλτρα κυκλικής πόλωσης.

Αρχή λειτουργίας

Το φως (ως ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία) είναι εγκάρσια ηλεκτρομαγνητικά κύματα τα οποία κινούνται ευθύγραμμα προς όλες τις κατευθύνσεις ξεκινώντας από μια φωτεινή πηγή. Το φως είναι σύνθεση πολλών κυμάτων με διαφορετικά επίπεδα ταλάντωσης (συχνότητες). Η κάθε μεμονωμένη ακτίνα φωτός χαρακτηρίζεται από ένα συγκεκριμένο γεωμετρικό επίπεδο, το οποίο είναι παράλληλο στην κατεύθυνση διάδοσής της. Το φως είναι γραμμικά πολωμένο όταν το επίπεδο ταλάντωσης του ηλεκτρικού πεδίου κάθε επιμέρους ακτίνας έχει καθορισμένο προσανατολισμό και διεύθυνση διάδοσης. Το φως μιας πηγής επειδή προέρχεται από την ταλάντωση πολλών ατόμων-μορίων δεν είναι πολωμένο.

Το πρώτο δακτυλίδι του πολωτικού φίλτρου είναι ένας γραμμικός πολωτής. Ο πολωτής επιτρέπει να διέλθει μόνο ένα συγκεκριμένο επίπεδο πόλωσης του φωτός. Το γραμμικά πολωμένο φως προσπίπτει σε ένα δεύτερο πολωτή με διαφορετικό επίπεδο πόλωσης. Το πολωμένο φως το οποίο φιλτράρεται σχετίζεται με το επίπεδο πόλωσης του δεύτερου φίλτρου. Σε έναν ιδανικό πολωτή, αν τα δύο επίπεδα πόλωσης των φίλτρων διαφέρουν κατά 90° το πολωμένο φως αποσβένεται τελείως, αν διαφέρουν κατά 0° ο πολωμένο φως περνά αφιλτράριστο, ενώ αν διαφέρουν κατά θ° αποσβένεται μερικών σύμφωνα με την μαθηματική σχέση: . Το δεύτερο δακτυλίδι στο φίλτρο κυκλικής πόλωσης είναι ειδικό φίλτρο το οποίο πολώνει κυκλικά το φως ώστε να μην έχουμε παρενοχλήσεις στους αισθητήρες του συστήματος αυτόματης εστίασης του φακού.

Όταν το φως ανακλάται σε μία υλική επιφάνεια, ένα μέρος του διεισδύει στο σώμα (διάθλαση) και ένα άλλο μέρος ξαναγυρίζει προς το σώμα που ήταν πιο πριν (ανάκλαση). Υπάρχει και μια συνήθως αμελητέα ποσότητα του φωτός η οποία απορροφάται από το σώμα (θέρμανση) ή διαχέεται (διάχυση) ή σκεδάζεται (σκέδαση) και άλλα. Το ανακλώμενο φως πολώνεται ελαφρά με επίπεδο πόλωσης το ίδιο με το υλικό επίπεδο, ενώ το διαθλώμενο πολώνεται προς το κάθετο στην επιφάνεια επίπεδο.  Η γωνία πρόσπτωσης όπου η πόλωση μεγιστοποιείται ονομάζεται γωνία πρόσπτωσης Μπρούστερ ή γωνία ολικής πόλωσης. Για παράδειγμα σε γυαλί η γωνία πρόσπτωσης Μπρούστερ είναι περίπου 56° ενώ σε νερό είναι περίπου 53°.

Το φως το οποίο καταλήγει σε μια φωτογραφική μηχανή προέρχεται συνήθως από ανακλάσεις στις επιφάνειες, διάχυση του αέρα, διάθλαση στα υγρά όπως το νερό, και σκέδαση σε όλα τα μη αόρατα σώματα (η σκέδαση είναι υπεύθυνη για το χρώμα της εικόνας). Επομένως, αν το επίπεδο πόλωσης είναι κάθετο στο επίπεδο της επιφάνειας του αντικειμένου αποσβένονται οι ανακλάσεις, αλλά δεν αποσβένονται οι διαθλάσεις, δηλαδή το φως που διαπερνάει το σώμα. Αν αντίστροφα το επίπεδο πόλωσης είναι παράλληλο στο επίπεδο της επιφάνειας δεν αποσβένονται οι ανακλάσεις, αλλά αποσβένονται οι διαθλάσεις.

Το πολωτικό φίλτρο είναι πάντα ενεργό σε κάποιο επίπεδο πόλωσης. Το φως που διέρχεται από το φίλτρο αν δεν είναι πολωμένο ή είναι πολωμένο ομοιόμορφα προς όλα τα επίπεδα έχει κατά μέσον μειωμένη ένταση κατά 50%. Δηλαδή το πολωτικό φίλτρο μειώνει ένα φωτογραφικό στοπ την φωτεινότητα του φακού.

Χρήση
Στις παρακάτω εικόνες παρατηρούμε πως αλλάζει/εξαλείφεται η αντανάκλαση της οθόνης του κινητού περιστρέφοντας το δακτυλίδι του φίλτρου πόλωσης. Ο φωτογράφος επιλέγει την επιθυμητό φιλτράρισμα πόλωσης με αυτόν τον τρόπο.

Λειτουργία
Το φως όταν αντανακλάται από μη-μεταλλικές επιφάνειες είναι πολωμένο ενώ όταν αντανακλάται από μεταλλικές επιφάνειες δεν είναι πολωμένο. Με το δακτυλίδι του φίλτρου πόλωσης ρυθμίζουμε την ποσότητα του πολωμένου φως το οποίο θα εισέλθει στο φακό ώστε να απορροφούνται οι αντανακλάσεις.

Για παράδειγμα μπορούν να μειωθούν οι αντανακλάσεις που έχουν τα τζάμια σε ένα παράθυρο, οι αντανακλάσεις μιας λακκούβας με νερό στο δρόμο αλλά και οι αντανακλάσεις γυαλιστερών επιφανειών (φύλλα) φυτών. Για παράδειγμα οι αντανακλάσεις των τζαμιών ενός παραθύρου μπορούν να μειωθούν αισθητά και να φαίνεται το εσωτερικό του παράθυρου.

Ένα μέρος του φωτός που έρχεται από του ουρανό είναι πολωμένο (οι μέλισσες χρησιμοποιούν το φαινόμενο αυτό για πλοήγηση). Τα ηλεκτρόνια στα μόρια του αέρα δημιουργούν διασπορά του ηλιακού φωτός σε όλες τις κατευθύνσεις. Για αυτό το λόγο ο ουρανός δεν είναι σκοτεινός-σκούρος κατά την διάρκεια της ημέρας. Το φως που εκπέμπεται από ένα ηλεκτρόνιο είναι πολωμένο . Μια λήψη φωτογραφίας με κατεύθυνση 90 μοιρών σε σχέση με τον ήλιο μπορεί να εκμεταλλευτεί αυτή την πόλωση. Η χρήση του πολωτικού φίλτρου σε σωστή κατεύθυνση μπορεί να φιλτράρει το πολωμένο φως του ουρανού με αποτέλεσμα να βγει σκούρος ο ουρανός, να τονιστούν τα σύννεφα και η φωτογραφία να γίνει πιο δραματική (τα σύννεφα δεν επηρεάζονται από το φίλτρο πόλωσης).

Τα πολωτικά φίλτρα είναι βασικά φίλτρα στην ψηφιακή φωτογραφία. Τα πλεονεκτήματα των πολωτικών φίλτρων δεν έχουν επηρεαστεί με την εξέλιξη της ψηφιακής φωτογραφίας και των λογισμικών επεξεργασίας εικόνας. Τα σύγχρονα λογισμικά επεξεργασίας εικόνας μπορούν να προσομοιώσουν πολλά είδη φίλτρων που χρησιμοποιούνται στην κλασική φωτογραφία με φιλμ. Όμως το πολωτικό φίλτρο αποτελεί εξαίρεση γιατί δεν μπορεί να προσομοιωθεί με λογισμικό αφού η αποθηκευμένη φωτογραφία δεν έχει καταγεγραμμένες πληροφορίες για τον βαθμό πόλωσης του φωτός κατά την ώρα της λήψης. Το αποτέλεσμα του φίλτρου πόλωσης κατά την λήψη της φωτογραφίας δεν μπορεί να προσομοιωθεί - αναπαραχθεί με λογισμικό, έτσι το φίλτρο αυτό είναι βασικό στην ψηφιακή φωτογραφία.

Παραδείγματα
Στην έγχρωμη φωτογραφία το πολωτικό φίλτρο χρησιμοποιείται συχνά για την πόλωση του χρώματος του ουρανού ή της θάλασσας σε ηλιόλουστα τοπία ενώ στην ασπρόμαυρη φωτογραφία χρησιμοποιείται για την εξάλειψη των αντανακλάσεων.

Παραπομπές

Φωτογραφικός εξοπλισμός