Jak działa filtr polaryzacyjny

Tekst pochodzi z książki O fotografowaniu architektury.

Filtr polaryzacyjny

Uważam, że obecnie, w fotografii cyfrowej, jedynym filtrem wartym stosowania jest filtr polaryzacyjny.

Polaryzacja światła, według Encyklopedii PWN, to „całkowite lub częściowe uporządkowanie drgań fali świetlnej w wyniku odbicia, podwójnego załamania, rozpraszania na małych cząstkach”. Działanie filtra polaryzacyjnego jest trudne do wyjaśnienia w prostych słowach, bo to, co określamy jako światło niespolaryzowane, jest falą jakby spolaryzowaną, ale w wielu przypadkowych kierunkach, bo tak właśnie rozchodzą się jej drgania. To, co określamy mianem światła spolaryzowanego, jest falą, w której drgania rozchodzą się w określony sposób – np. drgania fali spolaryzowanej liniowo leżą w jednej płaszczyźnie. Filtr polaryzacyjny odcina z przechodzącego przez niego światła wszystko, co nie drga w tej płaszczyźnie. Dlatego też filtr polaryzacyjny oglądany w świetle „niespolaryzowanym” nie jest przezroczysty, a posiada pewną gęstość; gdy położymy go na białej kartce papieru, wygląda jak szary, ponieważ wycina ze światła tę jego część, która drga w płaszczyźnie prostopadłej do jego płaszczyzny polaryzacji. Filtr polaryzacyjny można porównać do grzebienia – jeśli fala jest spolaryzowana zgodnie z ustawieniem zębów, to przejdzie przez niego w całości; jeśli poprzecznie – zostanie w pełni zablokowana. Oczywiście możliwe też są stany pośrednie.

Filtr tego typu ma dwojakie zastosowanie. Przede wszystkim przepuszczając przez niego światło, możemy w warunkach kontrolowanych fotografować niektóre obiekty w świetle spolaryzowanym (np. skrystalizowane substancje chemiczne, minerały itp.). Jednak w fotografii codziennej stosujemy go najczęściej do przyciemniania nieba bądź likwidowania odbić od powierzchni niemetalicznych.

Jeśli połączymy dwa wysokiej jakości filtry polaryzacyjne i ustawimy je tak, żeby ich płaszczyzny polaryzacji były prostopadłe, żadne światło przez taki układ nie powinno przejść. Oczywiście w teorii, bo w praktyce skuteczność polaryzatora określa tzw. współczynnik ekstynkcji (wygaszania), który jest zależny także od długości fali. Przy ustawieniu równoległym światło będzie przechodzić bez przeszkód, uwzględniając oczywiście stratę z powodu wcześniej opisanej specyfiki filtra. Ustawiając wartości pośrednie, otrzymujemy filtr szary o zmiennej gęstości. Nadal teoretycznie, bo stopień tłumienia zależy od długości fali, więc może się okazać, że nie będzie to neutralna szarość.

Chyba wszyscy wiedzą, że głównym zastosowaniem filtra polaryzacyjnego jest przyciemnienie błękitu nieba oraz – to w zasadzie jego pierwotna funkcja, ale jednak rzadziej się o niej pamięta – tłumienie odblasków od powierzchni niemetalicznych (metaliczne nie polaryzują światła, które się od nich odbija). Stopień wygaszania odblasków (pomijając ustawienie płaszczyzny filtra) jest zależny od tego, ile światła spolaryzowanego znajduje się w świetle odbitym od danej powierzchni, a to określa prawo Brewstera, które według Encyklopedii PWN mówi, że „światło naturalne (niespolaryzowane) padające na granicę dwóch przezroczystych dielektryków pod takim kątem, że promień odbity i promień załamany tworzą kąt 90°, ulega przy odbiciu całkowitej polaryzacji liniowej w płaszczyźnie padania”. W takiej sytuacji, przy odpowiednim ustawieniu płaszczyzny filtra polaryzacyjnego, możemy, przynajmniej teoretycznie, całkowicie wygasić odblaski. Uwaga: nie należy mylić tego kąta z kątem, pod którym obserwujemy odbicie. W przypadku szkła czy wody maksymalne wygaszenie odbić uzyskamy, ustawiając się pod kątem około 30 – 40° w stosunku do płaszczyzny odbijającej. Podobnie jest z przyciemnianiem błękitu nieba – jego stopień zależy od kąta między osią optyczną aparatu a Słońcem. Najmocniej przyciemniany jest obszar nieba położony 90° od Słońca, dużo mniej 180°, a w okolicy Słońca – wcale.

Filtra polaryzacyjnego należy używać z rozwagą, szczególnie w fotografii architektury, gdyż jeśli przesadzimy, to może się okazać, że w wyniku nadmiernego wygaszenia odbić i odblasków świetlisty budynek zamieni się w barak z pustymi oczodołami okien, a wesoły pokój stanie się smutną matową norą.

Wygaszanie odblasków od powierzchni niemetalicznych powoduje również, że zdjęcia na wolnym powietrzu wykonane z filtrem polaryzacyjnym nabierają żywych kolorów. Efektu tego tak naprawdę nie da się uzyskać w postprodukcji, przynajmniej w akceptowalnie prosty sposób. W pogodny, zwłaszcza bezchmurny dzień w fotografowanych obiektach odbija się błękit nieba. Wszystkie powierzchnie położone pod określonym kątem – dachy, jezdnie, liście drzew – nabierają niebieskawego zabarwienia. Filtr polaryzacyjny usuwa tę dominantę selektywnie, nie wpływając na pozostałe kolory.

Znam osoby, które nie zdejmują filtra polaryzacyjnego z obiektywu. Nie polecam jednak takiego użytkowania chociażby ze względu na fakt, że filtr polaryzacyjny wymaga przedłużenia ekspozycji, najczęściej o 1,7 – 2 EV. Dodatkowo powstają podobne problemy z ingerencją w układ optyczny niektórych obiektywów – dlatego czasami stosuje się jako stały element ich układu płytkę płasko-równoległą, czyli np. filtr bezbarwny. Opiszę to dalej, przy omawianiu filtrów UV. Tutaj warto wspomnieć, że do stosowania w teleobiektywach wyprodukowano specjalne filtry polaryzacyjne, najwyższej jakości, mające precyzyjnie oszlifowane i spolerowane, płaskie powierzchnie, między którymi umieszczono wyselekcjonowaną folię polaryzacyjną.

Rozróżniamy filtry polaryzacyjne liniowe i kołowe. Teoretycznie filtry liniowe mogą zaburzać działanie autofokusa i pomiaru światła przez obiektyw, ale szczerze mówiąc osobiście nie spotkałem się z takim przypadkiem, a używam najczęściej starych filtrów liniowych. Producenci aparatów zalecają używanie filtrów kołowych, więc mniej zaawansowani fotoamatorzy powinni się do tego zalecenia stosować.

Filtry polaryzacyjne kołowe powinny dawać taki sam efekt jak liniowe, z jednym zastrzeżeniem: działają tylko w jedną stronę. Gdybyśmy zamontowali taki filtr tyłem do przodu, tzn. gwintem na zewnątrz obiektywu, nie zaobserwowalibyśmy żadnego efektu. Niedowiarkom polecam popatrzeć przez taki filtr z jednej, a potem z drugiej strony, a następnie powtórzyć doświadczenie z filtrem liniowym.

Jak wspomniałem, filtr polaryzacyjny wymaga przedłużenia ekspozycji. Natężenie światła spolaryzowanego po przejściu przez polaryzator określa prawo Malusa. Wynika z niego, że idealny polaryzator powinien przepuszczać połowę padającego na niego światła, czyli zabierać 1 EV. W praktyce jest to więcej, nawet do 2 EV, z powodu gęstości własnej materiałów użytych to budowy filtra.

Niższa wartość tłumienia może też wynikać z gorszej jakości folii polaryzacyjnej, czyli mniejszej selektywności. Potwierdzenie tego wymagałoby specjalistycznych urządzeń, ale warto przed kupnem sprawdzić filtr organoleptycznie, porównując go z innym, znanym i sprawdzonym.