Светофильтры

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.

Световой поток, попадая в оптическую среду светофильтра, претерпевает явления отражения, пропускания и поглощения света. Его оптические свойства характеризуют спектральные коэффициенты отражения, пропускания и поглощения (ρ_ג, τ_ג, α_ג), показывающие, какая доля светового потока соответственно отражена, пропущена и поглощена светофильтром. Отражение, пропускание и поглощение света происходит одновременно, но их соотношение различно и зависит от длины волны излучения. При этом количество отраженного, поглощенного и пропущенного света равно общему количеству падающего светового потока, а сумма коэффициентов отражения, поглощения и пропускания равна единице:

.

Спектральные коэффициенты отражения, пропускания, поглощения представляют безразмерные величины, максимально равные единице, либо выражаются в процентах. Их измеряют, воздействуя на светофильтр монохроматическими излучениями видимой и невидимой зон спектра. Для оценки спектральных свойств светофильтра строят зависимость изменения коэффициентов пропускания (поглощения) от длины волны излучения. Данные характеристики представляют собой кривые, построенные в прямоугольной системе координат: по оси абсцисс откладывают длины волн излучения, по оси ординат – значения спектрального коэффициента пропускания (поглощения).

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 (см. рис. 53).

Форма кривой зависит от характера избирательного поглощения вещества красителя, использованного при изготовлении светофильтра, его концентрации и толщины слоя.

Коэффициенты пропускания и поглощения – обратные по отношению друг к другу величины. Поэтому спектральная кривая поглощения имеет по отношению к спектральной кривой пропускания зеркальный вид.

Спектральные свойства светофильтров изучают на специальных приборах – спектрофотометрах. Наиболее совершенными из них являются фотоэлектрические саморегистрирующие спектрофотометры. Они представляют собой двулучевые приборы, которые сравнивают прошедший через среду световой поток с эталонным для непрерывного ряда длин волн излучения. Основными их элементами являются осветительное устройство, монохроматор и фотометрическое устройство с записывающим приспособлением, которое автоматически регистрирует результаты сравнения и вычерчивает кривую спектрального пропускания (поглощения) в прямоугольной системе координат: по оси абсцисс откладываются длины волн излучения, по оси ординат – значения спектрального коэффициента пропускания (поглощения).

Кривые спектрального пропускания (поглощения) светофильтров для стекол определенной толщины сводят в атласы. Анализируя спектральные свойства, подбирают один либо два составленных вместе светофильтра с необходимой областью спектрального пропускания (поглощения). Сопоставляя спектральную кривую светофильтра и спектральную чувствительность фотоматериала, можно в определенной степени предвидеть получаемые при съемке результаты.

При съемке со светофильтром определенная доля излучения поглощается, уменьшая количество световой энергии, попадающей на светочувствительный слой. Соответственно следует увеличивать и экспозицию. Число, показывающее во сколько раз необходимо увеличить экспозицию при съемке со светофильтром по отношению к съемке без светофильтра (при неизменной освещенности) для получения негативов одинаковой плотности, называется кратностью. Кратность светофильтра выражают через отношение величин общей и эффективной светочувствительности фотоматериала (S_общ., S_эф.). Ее определяют либо в ходе сенситометрических испытаний фотоматериала со светофильтром и без него по получаемым кривым почернения; либо экспериментально – фотографируя объект со светофильтром и без него с различными выдержками. После обработки фотоматериала выбирают негативы равной плотности, а из соотношения выдержек, использованных при съемке, определяют значение кратности.

Значение кратности светофильтра не является величиной постоянной. Она зависит от спектрального состава излучения источника света и спектральной чувствительности применяемого фотоматериала.

Для источников излучения солнца, дуговых и импульсных ламп, в спектре которых преобладает коротковолновое излучение, желтые, оранжевые и красные светофильтры, поглощающие ультрафиолетовые, фиолетовые и сине-голубые лучи, имеют большую кратность, а для ламп накаливания меньшую. Синие и голубые светофильтры имеют большую кратность для освещения, создаваемого лампами накаливания, поскольку в их спектре преобладает длинноволновое излучение.

Кратность съемочных светофильтров (желтых, оранжевых и красных), указанная на оправе, в справочной литературе, справедлива только для изопанхроматических фотоматериалов (рис. 54 б). Для несенсибилизированных – их кратность равна бесконечности. Для ортохроматических – бесконечности равна кратность оранжевых и красных светофильтров, поскольку они поглощают спектральную зону излучений, к которой чувствительны данные фотоматериалы (рис. 54 а).

Рис. 54. Зависимость кратности светофильтров от спектральной чувствительности

фотоматериала: а – ортохроматического; б – изопанхроматического

Марку и значение кратности обычно наносят на оправу светофильтра. В справочной литературе имеются и сводные таблицы кратности для съемки на различные по сенсибилизации фотоматериалы, как для естественного, так и для искусственного освещения (см., например, табл. 5, 6).