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.