Come funzionano i polarizzatori?

| 16/10/2010 | 1.754 Letture |

Successivamente ad alcune domande che mi sono state poste da alcuni amici da poco introdotti al mondo della fotografia ho deciso di descrivere brevemente utilizzo e funzionalità  dei filtri polarizzatori.

I Filtri polarizzatori servono principalmente ad eliminare, o almeno ridurre considerevolmente, la luce polarizzata riflessa dalle particelle atmosferiche in sospensione (polveri, goccioline d’acqua ecc.) ed in generale dalle superfici riflettenti come accqua, vetri, automobili, fogliame ecc, senza effetti sulla parte utile della luce che entra nella camera. I polarizzatori possono essere di due tipi: lineari (PL) e circolari (CPL), identici nell’uso e negli effetti, e diversi solo per compatibilità con la camera. Per intenderci, i polarizzatori lineari non sono compatibili con le camere che montano ottiche in cui la lente dello zoom ruota durante la regolazione, ma sono utilizzabili tipicamente nei casi di zoom manuali meccanici. Per capirci meglio i lineari  possono dare qualche problema se impiegati in combinazione con fotocamere che hanno la cellula esposimetrica (o del sistema autofocus) posta dietro specchi secondari o elementi parzialmente riflettenti: in questi casi, per evitare imperfezioni nel funzionamento AF o dell’esposizione, sarà bene impiegare il più costoso polarizzatore circolare. Uso e Benefici: Usati in modo appropriato, i polarizzatori possono scurire il blu del cielo, mettere in risalto le nuvole, ridurre la luminosità eccessiva di un oggetto, e migliorare in generale la saturazione dei colori eliminando le riflessioni atmosferiche ed ambientali e riducendo di molto la velatura della foschia. I polarizzatori richiedono sempre una notevole compensazione dell’esposizione. In condizioni di forte polarizzazione della luce ambientale, il filtro può facilmente tagliare fino a 3-4 f-stop mentre in assenza di luce polarizzata, mediamente un filtro polarizzatore si comporta come un filtro neutro riducendo la luce da 1 a 2 f-stop.

Parliamo di “luce”. La luce bianca emessa dalle sorgenti naturali, come il sole, oppure da quelle artificiali, come le lampadine, non è polarizzata, ovvero non ha una organizzazione precisa nella sua propagazione attraverso lo spazio. Quando questa luce viene riflessa dalla superficie di alcuni soggetti, tutta o in parte, cambia le sue caratteristiche e diviene luce polarizzata. In natura la luce può essere polarizzata linearmente o circolarmente, per spiegarla in breve si può dire che sono due modi di propagazione della luce che dipende dalla caratteristica di riflessione o di trasmissione delle sostanze con cui essa interagisce. Nelle immagini seguenti viene spiegato la tipologia di polarizzazione lineare o circolare e degli effetti dei relativi filtri lineari e circolari . La  polarizzazione lineare si manifesta quando la luce viene riflessa dall’acqua, da alcuni tipi di plastica, dal vetro, oppure quando attraversa l’atmosfera sotto certe angolazioni (cioè in generale quando la luce viene riflessa da materiali isolanti), la polarizzazione circolare è invece tipica della riflessione sulle superfici metalliche.

La luce emessa dal sole non è polarizzata, cioè non è organizzata dal punto di vista del campo elettromagnetico associato. Quando viene riflessa da alcune superfici, come l'acqua, oppure quando attraversa l'atmosfera e viene diffusa, una parte della luce si polarizza: il vettore del campo elettrico e magnetico associato viene orientato nello spazio in modo preciso. Ciò non cambia il nostro modo di percepire quella luce, ma ci permette di usare un filtro polarizzatore per controllare i riflessi. (fonte sito ufficiale Nikon Experience)

SCHEMA POLARIZZAZIONE LINEARE

SCHEMA POLARIZZAZIONE LINEARE: Un filtro polarizzatore lineare agisce come la superficie dell'acqua, cioè è in grado di organizzare la luce orientando il vettore campo elettrico (e di conseguenza quello del campo magnetico) in una direzione precisa, che giace quindi su un piano. Questo piano viene definito il piano di polarizzazione. Viene in genere identificato nei filtri polarizzatori lineari con un punto bianco sulla montatura. (fonte sito ufficiale Nikon Experience)

SCHEMA POLARIZZAZIONE CIRCOLARE

SCHEMA POLARIZZAZIONE CIRCOLARE: Un filtro polarizzatore circolare agisce come una superficie metallica, cioè organizza la luce inducendo una rotazione al vettore campo elettrico (e di conseguenza a quello del campo magnetico). Ne risulta una periodicità che può essere anche interpretata come risultante di due polarizzazioni lineari. (fonte sito ufficiale Nikon Experience)

Ritornando alle tipologie di filtri polarizzatori, per approfondire l’argomento: (Da Nikon Experience, articolo di Guido Bartoli)

Come già detto le due tipologie di tipi di filtri polarizzatori disponibili sono: - il polarizzatore lineare: in grado di modificare la luce non polarizzata e trasformarla in polarizzata linearmente. - il polarizzazione circolare: che organizza la propagazione dell’onda luminosa nello spazio, generando una luce il cui piano di polarizzazione ruota con regolarità nello spazio.

Ambedue i filtri permettono il passaggio della sola componente polarizzata presente nella luce non polarizzata, fungendo quindi da selezionatori di luce, senza alterare la cromia. Si può rappresentare la luce non polarizzata come formata da radiazione che “vibra” su infiniti piani, cioè in cui le forze elettrica e magnetica associate assumono direzione casuale in ogni punto dello spazio durante il suo allontanamento dalla sorgente. È come se un ragazzino dispettoso lanciasse dei bastoncini uno via l’altro nella stessa direzione, ma tutti orientati diversamente. Il polarizzatore lineare seleziona la componente polarizzata linearmente e permette il passaggio solo a questa. Per questo motivo appare scuro e assorbe comunque una certa quantità di luce quando lo si pone davanti all’obiettivo. Possiamo paragonare questo polarizzatore a un cancello formato da sbarre parallele, che lascia passare solo i bastoncini orientati parallelamente alle sue sbarre. Tutti gli altri saranno bloccati, non potranno passare e rimarranno all’esterno. Nella polarizzazione circolare il vettore del campo elettromagnetico ruota con regolarità nello spazio, quindi non vi è un vero e proprio piano di polarizzazione. Il polarizzatore circolare imprime quindi alla luce non polarizzata una variazione ciclica dell’orientamento delle forze elettrica e magnetica, selezionando la componente adatta. Anch’esso appare scuro e assorbe luce davanti all’obiettivo. È come un’immaginaria macchina che cattura i bastoncini dell’esempio precedente, li seleziona e ne lascia passare una parte imprimendovi un movimento circolare, come se uscissero dalla macchina (il filtro) con una rotazione attorno al loro punto medio mentre si allontanano. Il polarizzatore circolare è il solo utilizzabile con le macchine fotografiche autofocus, in quanto i sistemi di messa a fuoco automatica a contrasto di fase (misurato anche attraverso uno vetro semitrasparente ed uno specchio) non possono operare in presenza di luce polarizzata linearmente. Utilizzando due polarizzatori, con il piano di polarizzazione orientato a 90° l’uno con l’altro, si può ottenere il buio quasi totale, in quanto la luce polarizzata dal primo viene sbarrata dal secondo. Ne passerà comunque un minimo in quanto nessun filtro è perfetto. È un ottimo sistema per crearsi un filtro a densità neutra variabile, dosando la rotazione di un filtro rispetto all’altro, quando per esempio serve aprire il diaframma e allungare il tempo in pieno sole. Attenzione però che l’autofocus (e con lui il telemetro elettronico) non funziona e che la messa a fuoco manuale a vista diventa estremamente difficoltosa.

Per comprendere più rapidamente riporto un’ottima spiegazione, riadattata, di un utente sul sito amico Nikon Club Italia su come e quando i filtri vengono utilizzati,in base ai due fenomeni precedentemente descritti:

1) Polarizzazione per diffusione 2) Polarizzazione per riflessione

1) un raggio di luce non polarizzata che colpisce una molecola d’aria o una particella piccola (il quanto piccola dipende dalla lunghezza d’onda della luce incidente) viene diffuso e si polarizza in un piano perpendicolare alla direzione di propagazione del raggio incidente. La luce del cielo è parzialmente polarizzata dalla diffusione atmosferica. Se si prova ad usare il polarizzatore per assorbire i raggi naturalmente polarizzati per diffusione si dovrebbe ottenere un cielo più scuro. Tale effetto è massimo quando una persona si trova il sole a 90 gradi (perpendicolarmente alla direzione del sole) ed è sostanzialmente nullo in direzione parallela. L’effetto della polarizzazione tende ad essere massimo durante giornate limpide (quando hai giornate poco limpide si ha una diffusione multipla che tende a depolarizzare) e a seconda delle ore della giornata in orizzonti diversi (Nord, Sud, Ovest, Est). Quindi col polarizzatore si può scurire il cielo e si può in generare utilizzarlo per saturare i colori quando si è in una situazione di luce polarizzata.

2) Semplificando sempre di molto possiamo dire che la luce che colpisce una superficie liscia viene riflessa sotto un angolo uguale e opposto all’angolo d’incidenza. Che superficie? Dobbiamo distinguere tra superfici metalliche e non-metalliche (vabbè senza entrare nel merito di classificazioni dielettrici e conduttori). Con superfici non-metalliche una parte della luce riflessa è polarizzata anche se quella incidente è non polarizzata. Con superfici metalliche questo invece non accade e se incide luce non polarizzata la luce riflessa sarà non polarizzata (ovviamente se la luce incidente è già polarizzata rimane polarizzata) e si può usare il polarizzatore per eliminare  i riflessi da tali superfici. Per eliminare i riflessi basta semplicemente ruotare il polarizzatore fino a trovare la posizione di massimo assorbimento della luce polarizzata riflessa.

Oltre alle definizione delle tipologie di luce bisogna ricordare però sul campo che l’uso di un filtro comporta una variazione dei tempi di esposizione, per spiegare meglio riporto parte dell’articolo di Nikon Experience

Il polarizzatore, che come molti altri filtri assorbe sempre una parte della luce, richiede un allungamento del tempo di posa come compensazione. Poiché il filtro polarizza qualsiasi tipo di luce che lo attraversa, l’assorbimento minimo della luce è di 1 stop, anche senza vedere l’effetto polarizzante (quindi anche senza aver ruotato il filtro per assorbire ad esempio la luce del cielo). Quando lo si ruota per ottenere l’effetto desiderato si deve calcolare un assorbimento che può arrivare fino a un altro stop. Ciò significa che in pratica si può arrivare ad un assorbimento fino a 2 stop fra una foto eseguita senza il polarizzatore, oppure con il polarizzatore al massimo della sua efficienza. Al contrario di altri filtri il cui assorbimento è stabilito dalle specifiche costruttive, il polarizzatore ha una certa variabilità nel calcolo della compensazione dell’esposizione, dovuta alla quantità di luce polarizzata presente nella scena e quindi eliminata dal filtro stesso nella sua azione. Il valore della luce assorbita, e il conseguente aumento dell’esposizione, viene indicato dal costruttore mediante il fattore filtro, o fattore di compensazione, relativo all’assorbimento della luce trasmessa. Viene indicato con una scala aritmetica: 2x, 3x, 4x … Ciò significa che al raddoppiare del numero dimezza la luce trasmessa e quindi va raddoppiato il tempo di posa. Per il polarizzatore si ha un fattore filtro da 2x a 4x, che corrisponde a una trasmissione di metà o un quarto della luce. Quindi se si agisce sul tempo di posa bisogna raddoppiare o quadruplicare il tempo di esposizione. Agendo sul diaframma si ha una variazione rispettivamente di 1 o 2 stop, come evidenziato dalla seguente tabella.

Fattore Filtro
Variazione tempo di posa
Esempio tempo di posa
Esempio diaframma
Variazione stop
Tempi lunghi
Tempi brevi
1x nessuno
1s
1/1000s
11
0
1,25x moltiplicare x 1,25
1,25”
1/800
10
+ 1/3
1,33x moltiplicare x 1,33
1,33”
1/750
9,5
+ 1/2
1,6x moltiplicare x 1,6
1,6”
1/640
9
+ 2/3
2x raddoppiare
2s
1/500s
8
+1
2,5x moltiplicare x 2,5
2,5s
1/400s
7
+ 1 1/3
3x triplicare
3s
1/320s
6,3
+ 1 2/3
4x quadruplicare
4s
1/250s
5,6
+2
5x quintuplicare
5s
1/200s
5
+ 2 1/3
6x sestuplicare
6s
1/160s
4,5
+ 2 2/3
7x moltiplicare x 7
7s
approssimare (1/140s)
approssimare
+ 2 4/5
8x moltiplicare x 8
8s
1/125s
4
+3
I valori di tempo e diaframma indicati in tabella sono approssimati ai valori presenti nelle scale dei tempi e dei diaframmi nei menu delle DSLR.

La precedente tabella indica le variazioni da apportare all’esposizione in rapporto al fattore filtro indicato dal costruttore. È valida per qualsiasi filtro in modo molto preciso, in quanto il costruttore ha già fatto i calcoli relativi; mentre i valori per il polarizzatore sono indicativi, poiché dipendono dalla quantità di luce polarizzata intercettata dal polarizzatore. I valori di questa tabella vanno applicati solo se si usa un esposimetro esterno, che non è il caso delle reflex DSLR, tuttavia danno un idea dell’assorbimento da parte del filtro e aiutano in fase di programmazione delle riprese o per un calcolo dell’assorbimento di luce se il filtro è posto di fronte alla sorgente luminosa. L’aumento di esposizione degli esempi va applicato o al tempo o al diaframma; in alternativa a entrambi ripartendolo in modo che sia complessivamente lo stesso. I valori di aumento in stop possono apparire strani in rapporto al fattore filtro, ma ciò dipende dalla natura logaritmica del concetto di stop. Dato il fattore filtro la formula per trovare la variazione in stop è la seguente: Δstop = log (fattore filtro) / log 2 (Da: Fondamenti di Fotografia, a.v., Zanichelli p. 316)

Quando si usano più filtri contemporaneamente, il fattore filtro viene moltiplicato: usando ad esempio un filtro polarizzatore con fattore filtro 2,5x in abbinamento a un filtro neutro da 4x, il fattore filtro totale sarà 10x. Ciò significa un assorbimento di 3 stop e 1/3. Non è tuttavia mai consigliabile usare più di un filtro sull’ottica, causa la notevole modificazione del percorso luminoso che, specialmente con le digitali, si fa sentire con un calo di nitidezza. Altra motivazione per evitare di abbinare più filtri è la possibilità di avere una vignettatura agli angoli del fotogramma.

Ovviamente vi rimando al sito dove ho preso materiale e descrizioni tecniche: Nikon Experience.

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Categoria: Attrezzatura

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