Какие светофильтры следует применять для наблюдательных приборов
Обновлено: 05.05.2024
Светофильтры используются в фотографии очень давно. Они не утратили свою актуальность и в век цифровой фотографии. На первый взгляд может показаться, что светофильтры предназначены только для профессионалов. На самом деле это не совсем так. Какие фильтры выбрать, какие эффекты они дают на снимке – обо всем этом пойдет речь в данной статье.
Нейтральный защитный фильтр
Бесцветный прозрачный фильтр, который будет полезен каждому владельцу цифровика. Можете купить его вместе с камерой и сразу прикрутить, так как он защитит линзу объектива от отпечатков пальцев, пыли, грязи, а самое главное – от царапин и механических повреждений. Фильтр будет полезен как на пляже, где он предохранит от морских брызг и песка, так и в походах, поездках. Согласитесь, ведь лучше сменить фильтр, чем камеру или объектив.
ND – нейтрально-серые фильтры. Используются при чрезмерном освещении. Они не меняют цветовую тональность, контролируя количество света. Будут полезными в заснеженных горах, на берегу моря. Нейтральные фильтры позволяют удлинять выдержку и больше открыть диафрагму.
Ультрафиолетовые и Skylight фильтры можно постоянно носить на объективе
Поляризационный фильтр
По популярности и частоте использования он уступает первенство лишь утрафиолетовым фильтрам. Поляризационный фильтр поможет избавиться от бликов при съемке отражающих поверхностей – воды, стекла. Он затемняет голубое небо, цветовой баланс при этом не меняется. Фильтр представляет собой две линзы, одна из которых неподвижна, а вторая – вращающаяся. Такая конструкция позволяет подбирать цветовую насыщенность, свечение бликов, контраст. На оправы фильтров иногда наносятся шкала или точки для помощи в установке нужного угла.
Слева – снимок без фильтра, справа – с поляризационным фильтром
Хорошо использовать этот светофильтр и для черно-белой фотографии, например совместно с красным светофильтром.
После вращения фильтра зона максимального эффекта будет находиться примерно в 90 градусах от начального положения. При повороте на 180 градусов изображение вернется в тот же вид, что и в начальном положении. При съемке с этими светофильтрами не меняется передача участков неба рядом с солнцем, а также сильно удаленных от солнца. Перед съемкой определите, влияет ли поляризационный светофильтр на цвет и насыщенность, посмотрев через него.
Если вы прикрутили на объектив поляризационный светофильтр, увеличьте выдержку примерно на 1-2 ступени. Угол поворота линзы светофильтра или объекта съемки не имеет значения – увеличивать выдержку все равно надо, связано это с тем, что светофильтры задерживают определенную часть света.
Слева – снимок без фильтра, справа – с фильтром Skylight
При установке на объектив двух или трех светофильтров их кратность перемножается. Если вы установили два фильтра кратностью 2, то экспозицию нужно увеличить в 4 раза. Фильтр, поглощающий половину падающего света, имеет коэффициент поглощения 2, поправка на экспозицию составит одну ступень. При увеличении выдержки либо диафрагмы на ближайшее значение количество света увеличивается вдвое.
Circular Polarizer – этот светофильтр целесообразно использовать при дневном освещении на улице. Он используется для увеличения насыщенности цвета и контраста при съемке неба и подчеркивания белоснежных облаков.
Warm Polarizer – поляризационный светофильтр с "теплой" цветовой гаммой, делает изображение мягче. Подходит для портретной и сюжетной съемки.
Для широкоугольных объективов созданы специальные Wide-CPL-фильтры в узкой оправе. Они предотвращают виньетирование и рекомендуются для оптики с фокусным расстоянием 28 мм и меньше.
Цветокоррекционные фильтры, или конверсионные, помогают получить точную цветопередачу при съемке со сложными условиями освещения, когда, например, автоматика камеры не справится с балансом белого. Фильтр вносит сдвиг в цветовую температуру, этот сдвиг измеряется в майредах (mired). У каждого фильтра свое значение сдвига. Для точного подбора понадобится прибор – колориметр, специальные таблицы или большой опыт.
Слева – снимок без фильтра, справа – с ультрафиолетовым фильтром
Цветоусиливающие фильтры позволяют выделить один избранный цвет – синий, красный, зеленый. Фильтры подчеркивают определенный цвет, не изменяя тональности фотографии.
Цветоизменяющие фильтры
Changeable color – цвет изменяется при вращении оправы фильтра.
Exoticolor set – набор фильтров, создающих интенсивные цвета, привлекающие внимание. Например, синий морской, ярко-розовый, фиолетовый.
Bi-color, tri-color – состоят из двух или трех разделенных цветных секторов во вращающейся оправе.
Wonder color – одноцветный фильтр, который при вращении оправы меняет цветовые оттенки.
Смягчающие фильтры
Soft-фильтры обеспечивают смягчение объекта съемки. Четкость изображения остается достаточной, и одновременно мелкие детали (морщины, пятна на коже) не бросаются в глаза. Существуют разные вариации Soft-фильтров.
Слева – снимок без фильтра, справа – с Soft- фильтром
Warm Soft – дает теплую тональную гамму и уравновешивает контрастные участки. Идеально подходит для съемки нескольких людей, особенно, если их цвет кожи заметно различается.
Silky soft – уменьшает резкость изображения, эффект подобен взгляду через тонкий шелк. Подходит для фотографирования портретов, живописных пейзажей, цветов.
Spot – в центральной области выпуклой линзы есть отверстие, дающее резкость в центре кадра, в то время как по краям кадра изображение размывается. Лучший результат достигается при съемке широкоугольной оптикой.
Soft-spot – мягко размывает края кадра, оставляя центр ясным и четким.
Sand-spot – поверхность фильтра по краям матовая, напоминает замерзшее стекло. При съемке объект следует располагать по центру.
Duto – делает фотографию мягкой. Эффективен на больших фокусных расстояниях и открытой диафрагме.
Фильтр Soft spot имеет отверстие, дающее резкость в центре кадра
Foggilizer (туманный) – дает рассеянное изображение. Походит для портретов, а также для съемки утром. Вечером фильтр не сбивает работу автофокуса.
Diffusion, Diff II (рассеивающий) – создает мягкий эффект естественного размытия. Нежное изображение особенно подходит для женских портретов.
Светофильтры для получения специальных эффектов
Существует большое число творческих фильтров, дающих множество всевозможных спецэффектов. Несколько перечисленных фильтров уже дают возможность получить представление о том, какие оригинальные эффекты можно получить с их помощью.
Слева – снимок без фильтра, справа – с цветным фильтром
Dr-oreol (дифракционный ореол) – Создается радужный кружок вокруг яркого источника света на темном фоне.
Triangle (трехгранная призма) – утраивает изображение. Вращением фильтра меняется положение объекта. Также существуют 2-, 4-, 5-, 6-секционные фильтры, вертикальные и параллельные призмы.
Odd out (соединяет невозможное) – скрывает центральную часть изображения, убирает ее вовсе с картинки. Боковые части снимка как бы сдвигаются и склеиваются, при этом выглядя вполне естественно.
Слева – снимок без фильтра, справа – с фильтром-призмой
Filt (макрополулинза) – половина макролинзы дает возможность на снимке передать резко объект переднего плана, когда вы фокусируетесь на удаленный объект.
Close-up – прикрутив такой фильтр на обычный объектив, вы сможете делать макроснимки обычной оптикой. Используются во всем диапазоне зуммирования, и вы не ограничены расстоянием до объекта.
Светофильтры для черно-белой съемки
Ультрафиолетовый фильтр (правый снимок) пригодится и при черно-белой съемке
Фильтры высветлят объекты, которые по цвету близки к цвету фильтра, а объекты, которые отличаются от фильтра по цвету, получатся на снимке темнее. Голубое небо при съемке с желтым светофильтром получится темным, а с красным фильтром – почти черным. А вот зеленые листья отражают свет не только зеленой части спектра, но и в инфракрасном диапазоне. При использовании красного фильтра зеленая листва станет светлее.
Большинство светофильтров изготовлено в резьбовой оправе. Это круглые фильтры, которые накручиваются на резьбу объектива. Каждый объектив имеет свой диаметр под светофильтр. Он указывается на объективе, в документации, на коробке от объектива. Стандартный шаг резьбы – 0,75 мм, значительно реже встречается 0,5 мм. Светофильтры могут иметь не только круглую, но и прямоугольную форму. Такую пластину вставляют в специальный держатель, в который можно установить до трех фильтров одновременно.
Существуют также желатиновые фильтры. Из квадратных пластин вырезается нужная форма – под объектив и крепится в держателе перед объективом. Они изготавливаются так: в желатине растворяется краситель, затем этот раствор наносится на полированное стекло. После высыхания пленку снимают со стекла и вырезают части нужного размера. Качество желатиновых светофильтров очень высоко, однако желатиновая пленка достаточно нежна, боится сырости, тепла и отпечатков пальцев.
Какого размера купить фильтр?
Слева – снимок без фильтра, справа – с цветокоррекционным фильтром
Если установить фильтр через "понижающее" кольцо, то может появиться виньетирование, затемнение в углах изображения. Перед съемкой через фильтр с меньшим, чем у объектива, диаметром резьбы, проверьте отсутствие виньетирования на открытой и закрытой диафрагмах, особенно на крайних фокусных расстояниях зум-объектива. Использовать светофильтры намного меньшего, чем у объектива, диаметра нежелательно из-за гарантированного виньетирования.
Чем больше диаметр фильтра, тем он дороже. Как правило, чем выше цена фильтра, тем он лучше. Цены здесь могут отличаться серьезно. Тот фильтр, который вы будете использовать чаще остальных, лучше купить из числа дорогих.
Производитель
Уход за фильтрами
Мы производим светофильтры из цветного стекла по ГОСТ 9411-91, а также из цветного стекла SHOTT. Светофильтры могут быть изготовлены, как в виде единичного изделия из конкретной марки стекла в оправе и без, так и в виде набора светофильтров различных марок в оправе и футляре, в т. ч. поверенные, пригодные для проведения калибровки фотометрических приборов и др. целей (набор светофильтров КС-105, КС-102). Кроме того, возможно изготовление комбинированных светофильтров – склеек из стекла нескольких марок, которые будут рассчитаны исходя из поставленной заказчиком задачи.
Цветное стекло предназначено для выделения определённой части спектра от УФ (стекло УФС) до средневолновой ИК (стекло КС). Каждая марка стекла имеет цифробуквенное обозначение, которое соответствует рабочей части области спектра. При этом спектральная характеристика стекла различна в зависимости от варки, условий хранения и толщины стекла, что стоит учитывать при использовании светофильтров из цветного стекла в приборах, где требуется высокая точность результатов измерений. Мы рекомендуем рассматривать в качестве альтернативы светофильтрам из цветного стекла интерференционные фильтры.
| Вид изделия | Описание | График |
|---|---|---|
| Ультрафиолетовое стекло УФС | Люминесцентный анализ. Выделение областей спектра УФС1 240-420 нм, УФС5 250-400 нм, УФС2 270-380 нм, УФС6 310-390 нм, УФС8 320-390 нм. | Характеристики пропускания |
| Фиолетовое стекло ФС | Выделение областей спектра ФС1 330-640 нм, ФС6 290-460 и 720-1200 нм, ФС7 300-440 и 720-1100 нм. | Характеристики пропускания |
| Синее стекло СС | Выделение областей спектра: СС4 340-470 нм, СС5 370-500 нм, СС15 360-490 нм. СС13 Голубой фотометрический. | Характеристики пропускания |
| Сине-зелёное стекло СЗС | Поглощение областей спектра: СЗС7/СЗС8 580-1200 нм, СЗС9 540-2500 нм, СЗС23 680-1200 нм, СЗС22 580-700 нм, СЗС21 620-1500 нм, СЗС20 540-730 нм. СЗС15 Светофильтр для сенситометрии. СЗС16/СЗС24/СЗС25/СЗС26 Теплозащитные стёкла. | Характеристики пропускания |
| Зеленое стекло ЗС | Выделение областей спектра: ЗС10 500-600 нм, ЗС11 480-570 нм, ЗС2 500-560 нм ЗС10 тройное цветоделение ЗС3 зеленый сигнальный | Характеристики пропускания |
| Желто-зеленое стекло СЗС | ЖЗС19 УФ микроскопия ЖЗС9 цветное освещение ЖЗС1/ЖЗС12/ЖЗС13ЖЗС17 Светофильтры для дальномеров ЖЗС18 выделение области 520-620 нм. | Характеристики пропускания |
| Желтое стекло ЖС | Поглощение УФ области спектра: ЖС4, ЖС19 короче 390 нм, ЖС11 короче 410 нм ЖС3 выделение линии ртутного спектра 313 нм ЖС20 выделение области спектра 280-320 нм (в комбинации с УФС5 или УФС2) | Характеристики пропускания |
| Оранжевое стекло ОС | ОС17 наблюдательные приборы ОС6 колориметрия, фотометрия ОС5 цветное освещение | Характеристики пропускания |
| Красное стекло КС | Выделение областей спектра: КС10 от 600 нм, КС17 670-2800 нм, КС18 680-2800 нм, КС19 700-2800 нм. КС15 светофильтр для оптических пирометров | Характеристики пропускания |
| Инфракрасное стекло ИКС | Выделение областей спектра: ИКС5 860-3000 нм, ИКС6 900-3000, ИКС7 950-3000 | Характеристики пропускания |
| Нейтральное стекло НС | НС6/НС7/НС8/НС9/НС10/НС11/НС12 Фотометрия, спектрофотометрия | Характеристики пропускания |
| Темные стекла ТС | Защитные очки: ТС6/ТС7 от солнечного света ТС1 от УФ лучей ТС4/ТС2 при газовой сварке ТС3 при электросварке | Характеристики пропускания |
| Белые стекла БС | Пропускание УФ излучения: БС11 до 160 нм, БС12 до 240, БС3 до 270 нм, БС4 до 290 нм, БС5 до 310 нм, БС6 до 320 нм, БС7 до 360 нм, БС8 до 380 нм. БС14 пропускание ИК области спектра до 5,5 мкм БС15 пропускание ИК области спектра до 4,7 мкм. | Характеристики пропускания |
| Параметр | Значение | |
|---|---|---|
| Стандартное | Достижимое | |
| Диаметр | 10-80 мм | 5-100 мм |
| Допуск на диаметр | ± 0.1 мм | ± 0.03 мм |
| Допуск на толщину | ± 0.1 мм | ± 0.03 мм |
| Класс чистоты поверхности | III | I |
| Световой диаметр | >90% | >95% |
| Разнотолщинность по краю | ≤0.05 мм | ≤0.03 мм |
| Точность центрирования | 0.03 мм | 0.01 мм |
| Базовые размеры светофильтров | 40х40х2 мм | 80х80х3-4 мм |
В этом разделе сайта размещен широкий ассортимент производимых нашей компанией световых фильтров для лазеров , что позволяет подобрать лучший для своих целей вариант изготовления защитной оптики. В зависимости от необходимости есть возможность приобретения как единичных изделий для установки в различные оптические системы, так и специализированных наборов светофильтров, применяемых для настройки и калибровки оборудования.
Назначение и особенности
Цветное стекло применяется для избирательного пропускания проходящего излучения в соответствии с определённой частью спектра. В зависимости от выполняемых задач, условий изготовления и физических характеристик изделия, светофильтр способен эффективно работать в диапазоне от ультрафиолетовых (стекло УФС), до средних инфракрасных волн (стекло КС).
При этом важно учитывать, что в отличие от спектральных светофильтров , цветное стекло способно сохранять эффективность исключительно в заданной изначальной проектировкой области излучения, что требует тщательного выбора и применение исключительно по назначению.
Типы изготовления
Наличие собственных производственных линий высокой мощности и соблюдение технологических аспектов позволяет специалистам нашей компании выпускать широкий перечень светофильтров для различных приложений и выполняемых задач.
- Ультрафиолетовое стекло (УФС) – предназначено для работ с различными диапазонами ультрафиолетовой части излучения и применяется при проведении люминесцентного анализа;
- Синее стекло – используется при выполнении фотометрических операций и способно выделять спектр излучения в диапазоне 340-500 нм;
- Сине-зелёное стекло – показывает эффективность при выполнении фотометрии, а также может использоваться в качестве защиты компонентов оборудования от чрезмерного теплового излучения.
Более подробная информация о вариантах изготовления цветных светофильтров представлена в приведённой выше таблице.
Отдельно необходимо добавить, что для проведения калибровки оптического оборудования может потребоваться наличие сразу нескольких фильтров, при этом учитывая необходимость их предварительного приобретения, оптимальным вариантом будет обратить внимание на специализированные наборы. Так, например, комплект светофильтров КС 105 рассчитан на проверку шкал фотометрических приборов, а также спектрофотометров.
Варианты заказа
Вне зависимости от того, какой светофильтр применяется (УФС, КС, СЗ и пр.) наша компания предлагает две основных формы изготовления изделий – стандартная и индивидуальная. В первом случае речь идёт о серийном производстве, которое позволяет ускорить процесс изготовления и сократить издержки, при сохранении высокого качества обработки поверхностей и соответствия параметров заявленным значениям. Второй вариант подразумевает дополнительную обработку изделий, в результате чего их свойства могут меняться в более широком диапазоне значений. Выбор в данном случае необходимо осуществлять, исходя из специфики выполняемых задач и технологических особенностей используемого оборудования.
Осуществить заказ наших изделий можно через специальную форму, предусматривающую загрузку собственных чертежей и добавление поясняющих примечаний. В случае возникновения вопросов звоните по указанным номерам, и наши менеджеры с радостью окажут необходимую консультацию.
Цель работы: Ознакомление с принципами действия основных типов светофильтров. Определение их основных параметров.
Приборы и принадлежности: монохроматор УМ-2; ртутная лампа; неоновая лампа; лампа накаливания; источники питания; набор абсорбционных светофильтров; набор интерференционных светофильтров C1, C2 и СЗ; гониометрический столик.
Краткая теория
Большое значение в оптике имеет проблема монохроматизации света, то есть выделение определенного интервала длин волн. Сравнительно узкие спектральные области излучения можно выделить с помощью монохроматических светофильтров. В отличие от более сложных спектральных приборов - монохроматоров, светофильтры обладают значительно большим сечением светового пучка и большей апертурой.
Светофильтры меняют спектральный состав или энергию падающего на них светового излучения без изменения формы его фронта. Основные характеристики (параметры) светофильтров следующие:
а) Спектральная ширина полосы пропускания δl, равная ширине спектрального интервала, на границах которого интенсивность прошедшего света равна половине интенсивности в максимуме полосы пропускания (Рис.1).
б)Пропускание (прозрачность) в максимуме полосы пропускания
где I0 - интенсивность света, падающего на светофильтр, Im - интенсивность света, прошедшего через светофильтр в максимуме полосы пропускания.
в)Длина волны lm , соответствующая максимуму полосы пропускания.
г)Остаточное пропускание Ir, равное интенсивности света, пропускаемого светофильтром в области спектра, отстоящего от Im на расстоянии много большем lm. Вместо остаточного пропускания часто используют так называемый фактор контрастности светофильтра
Светофильтры называются серыми или нейтральными, если их пропускание в исследуемом спектральном интервале не зависит от длины волны. Фильтры, не удовлетворяющие этому условию, называются селективными. Селективные светофильтры предназначаются либо для отделения широкой области спектра, либо для выделения узкой спектральной области. Светофильтры последнего типа называются монохроматическими. Они часто применяются вместо других спектральных приборов, так как обычно пропускают гораздо больший световой поток, чем приборы с диспергирующими элементами (призмами, дифракционными решетками и др.). Однако разрешающая способность светофильтров часто невелика - в большинстве случаев ширина полосы пропускания составляет десятки и сотни ангстрем. Лучшие узкополосные светофильтры имеют ширину полосы пропускания меньше 1 ангстрема, однако интенсивность пропускаемого ими света невелика. Поэтому основное назначение светофильтров - грубая монохроматизация или неселективное ослабление излучения.
Существуют несколько типов монохроматических светофильтров.
а)Абсорбционные светофильтры.
Применяются наиболее широко. Ослабление света в них происходит главным образом в результате поглощения веществом фильтра. Интенсивность света Il0, прошедшего через поглощающий слой светофильтра, уменьшается в соответствии с законом Бугера-Ламберта:
где k - коэффициент поглощения, l - толщина слоя.
Коэффициент пропускания (пропускание) абсорбционных фильтров определяется формулой
где Rl - коэффициент отражения света от поверхности фильтра. Задержанный фильтром световой поток полностью преобразуется в тепло, что приводит к их нагреванию и некоторому изменению оптических свойств.
В настоящее время наиболее употребительны стеклянные абсорбционные светофильтры, которые устойчивы к световым и тепловым воздействиям и имеют высокие оптические качества. Располагая друг за другом несколько стеклянных светофильтров, можно получить довольно узкополосные фильтры для всей видимой и ближней ультрафиолетовой части спектра.
Сравнительно реже применяются жидкостные и газовые абсорбционные фильтры. Например, для выделения ультрафиолетовой области спектра используют фильтр в виде кварцевой кюветы с насыщенными парами брома. Такая кювета практически непрозрачна в области длин волн 400-600нм. Воздух непрозрачен для области спектра с длинами волн короче 180нм благодаря главным образом поглощению кислорода. Поэтому воздух служит в спектроскопических исследованиях естественным газовым фильтром.
Известно, что полупроводники непрозрачны для излучения с длиной волны меньшей некоторого значения l0 и прозрачны для более длинноволнового излучения. Положение края или границы поглощения определяется зонной структурой полупроводника и соответствует энергии перехода электрона из валентной зоны в зону проводимости. Таким образом, полупроводник - прекрасный светофильтр, резко ограничивающий спектр с коротковолновой стороны. Большинство полупроводников прозрачно лишь в инфракрасной области спектра. Некоторые стеклянные фильтры обязаны своими свойствами присутствию мельчайших полупроводниковых кристаллов.
б)Отражательные светофильтры.
К ним относятся тонкие металлические пленки и многослойные диэлектрические покрытия. Тонкие металлические пленки наносятся на кварцевую или стеклянную подложку испарением или катодным распылением.
На рис.2 приведены спектральные коэффициенты отражения Rl серебра и алюминия.
Для получения нейтральных металлических слоев обычно используют платину, палладий и родий, реже алюминий. Тонкие металлические пленки серебра и щелочных металлов служат для выделения разных участков в ультрафиолетовой области спектра (см. рис.2). Фильтры с металлическими пленками ослабляют свет главным образом в результате отражения от поверхности.
в)Селективные отражательные светофильтры.
К отражательным светофильтрам принадлежат также многослойные диэлектрические зеркала. В них отражение излучения определенных длин волн происходит в результате многолучевой интерференции. Этот метод позволяет создать отражательные системы с очень высоким коэффициентом отражения при малых потерях на поглощение, что является существенным преимуществом по сравнению с металлическими зеркалами. Необходимость изготовления зеркал с малым коэффициентом поглощения сильно возросла в связи с развитием лазерной техники.
На рис.За представлена схема, поясняющая увеличение коэффициента отражения стеклянной пластинки с показателем преломления n0 за счет нанесения на ее поверхность диэлектрической пленки с показателем преломления n > n0. Толщина такой пленки определяется из условия:
где n·d - оптическая толщина пленки,
l - длина волны, для которой коэффициент отражения будет максимальным.
Оптическая разность хода интерферирующих волн (отраженных от границ раздела воздух - пленка и пленка - стекло) составляет в этом случае
т.е. соответствует максимуму интенсивности.
Дополнительная разность хода волн появляется в связи с тем, что при отражении волны на границе воздух-пленка происходит потеря полуволны, поскольку nвозд 30%) таким образом однако не удается. Для достижения этой цели необходимо перейти к многолучевой интерференции, которая осуществляется в многослойных диэлектрических зеркалах.
Такие зеркала получают нанесением на прозрачную подложку тонких диэлектрических слоев с одинаковой оптической толщиной (четвертьволновые слои):
но с разными показателями преломления: между двумя слоями диэлектрика с высоким показателем преломления n1 помешают слой диэлектрика с малым показателем. В этом случае все отраженные волны синфазны и усиливают друг друга в результате интерференции. Разность хода, которую отраженные лучи приобретают в каждом из слоев, составляет при нормальном падении:
Для некоторого интервала длин волн в результате интерференции всех взаимодействующих волн получается максимум, ширина которого тем меньше, чем больше число интерферирующих пучков.
Комбинируя слои различной толщины, можно получать нужные спектральные кривые для коэффициента отражения Rl. Для получения значений Rl. ~ 99% и более (такие коэффициенты необходимы в лазерной технике) необходимо нанести 11-13 слоев и более (рис.36). Такие интерференционные зеркала отражают в довольно узкой спектральной области, и чем больше коэффициент отражения, тем уже область длин волн, для которой реализуется такое значение Rl..
г)Интерференционные светофильтры.
Действие их основано на явлении многолучевой интерференции. Простейшие светофильтры состоят из плоскопараллельной пластинки типа интерферометра Фабри-Перо с очень малым расстоянием d между зеркалами (порядка нескольких длин волн или нескольких десятков длин волн). В настоящей работе применяются интерференционные фильтры, изготовленные следующим образом: на стеклянную подложку р (рис.4) методом электронно-лучевого напыления в вакууме нанесены последовательно диэлектрическое зеркало S1 прозрачный разделительный слой D и второе диэлектрическое зеркало S2. Центральный элемент фильтра D выполнен из SiО2 и имеет толщину , где - длина волны, соответствующая максимуму пропускания фильтра (при нормальном падении лучей), =1,45 - показатель преломления слоя.
Каждое зеркало представляет из себя одиннадцать последовательных слоев ZrO2- и SiO2 с оптическими толщинами, равными . Зеркала S1 и S2 имеют коэффициенты отражения R близкие к единице.
Падающие на светофильтр лучи испытывают многократные отражения от зеркальных поверхностей S1 и S2, вследствие чего возникают лучи 1,2,3,4, которые, интерферируя между собой, дают в проходящем свете распределение интенсивности с резкими полосами пропускания. Это распределение зависит от разности хода между соседними лучами, от коэффициентов отражения и поглощения зеркал. Если луч падает на светофильтр под углом и испытывает в центральном слое многократное отражение, то два последовательно выходящих луча буду иметь разность хода (см. рис. 4):
где r - угол преломления.
Интерференция на максимум будет наблюдаться при условии:
из которого следует, что значение длины волны максимума пропускания светофильтра уменьшается с увеличением угла преломления r или угла падения i.
Таким образом, если оптическая толщина центрального слоя фильтра равна dn то имеется ряд полос пропускания, длины волн максимумов которых составляют соответственно (при нормальном падении):
Рис.5 схематически представляет полосы пропускания интерференционного светофильтра. Фильтры, предназначенные для выделения первой наиболее длинноволновой полосы пропускания, называются фильтрами первого порядка. Такие фильтры используются в данной работе. Они имеют оптические толщины d·n=lт1 и нуждаются в подавлении лишь коротковолновых максимумов пропускания с длиной волны lт2, lт3 и т.д.
Обычно это легко осуществляется либо специальными абсорбционными фильтрами, либо поглощением материала подложки самого фильтра.
Отметим, что спектр пропускания интерференционного фильтра наряду с lт1, lт2 будет иметь ряд других полос различной интенсивности, связанных со сложным характером интерференции на многослойном покрытии фильтра.
В работе используются интерференционные светофильтры C1, C2 и С3. Для них значения lт1 равны 6290, 5670 и 4960 А соответственно.
д) Дисперсионные светофильтры.
Действие таких фильтров основано на дисперсии света - зависимости показателя преломления от длины волны. Они представляют собой кювету, наполненную порошком из прозрачного материала. В кювету заливается жидкость, зависимость показателя преломления которой от длины волны такова, что показатели преломления жидкости (1) и порошка (2) совпадают лишь для определенной длины волны (рис.6).
Тогда кювета оптически однородна для лучей света этой длины волны, но рассеивает излучение других длин волн, лежащих по обе стороны от заданной. Чтобы полоса пропускания фильтра была узкой, необходимо чтобы наклоны кривых дисперсии жидкости и порошка различались как можно больше.
Лампы накаливания — пока ещё самые распространенные лампы, используемые для внутреннего освещения, — имеют непрерывный спектр излучения. А вот лампы, используемые для уличного освещения, в основном излучают на определенных длинах волн.
Так, в натриевых лампах высокого давления (их можно определить по характерному желтому свету) основной поток излучения приходится на полосу от 550 нм до 630 нм. Зачастую именно такие лампы используются для уличного освещения городов. Еще один вид ламп уличного освещения — ртутные лампы. Они тоже имеют линейный спектр. Основная яркость ртутных ламп приходится на 405 нм, 436 нм, а также на полосу от 540 до 630 нм.
Помимо искусственного светового загрязнения, наше небо имеет собственное свечение. Это объясняется тем, что верхние слои атмосферы непрерывно бомбардируются заряженными частицами, которые вызывают свечение атомов кислорода в диапазоне волн 560– 630 нм.
Итак, мы выяснили, что фон неба имеет определенный спектр, в котором паразитному свету отведены довольно отчетливые полосы. В то же время основное излучение туманностей тоже сосредоточено на определенных длинах волн. Волею судеб основные линии свечения неба и туманностей не пересекаются, поэтому если аккуратно ослабить яркость фона, не затронув свет туманности, мы повысим контраст туманности по отношению к небу. Именно по такому принципу работают современные дипскай-фильтры: они блокируют наиболее интенсивное излучение естественного фона неба, а также натриевых и ртутных ламп, но не затрагивают полезный свет, приходящий от туманностей. Стоит подчеркнуть, что фильтры бесполезны при наблюдении галактик и звёздных скоплений. Поскольку звёзды (а галактики также состоят из звёзд) излучают в непрерывном спектре, фильтруя паразитный свет, мы автоматически отсекаем и полезный — идущий от звезд.
Типы фильтров Дипскай-фильтры делятся на три вида: широкополосные, узкополосные и монохроматические (они же линейные).
Широкополосные фильтры, как правило, пропускают свет в диапазоне от 430 нм до 550 нм. Их главное назначение — борьба с искусственным световым загрязнением. Типичные представители широкополосных фильтров — Lumicon Deep-Sky, Celestron LPR, Astronomik CLS и Baader UHC-S. Такие фильтры будут весьма полезны наблюдателям, живущим и наблюдающим в городах и пригородах.
Более распространенные узкополосные фильтры имеют полосу пропускания в пределах 480 нм – 520 нм. Типичные представители узкополосных фильтров — это фильтры, в названиях которых имеется маркировка UHC. Узкополосные фильтры получили широкое распространение среди любителей астрономии благодаря тому, что существенно увеличивают контраст множества туманностей.
И, наконец, монохроматические фильтры, пропускающие свет в очень узком диапазоне, вблизи определенных длин волн. Это фильтры OIII и Hβ.
Как выбрать фильтры
На сегодняшний день множество производителей имеют в своем ассортименте все вышеперечисленные типы фильтров, которые отличаются друг от друга не только ценой, но и эффективностью. К каждому фильтру прилагается график их пропускной способности, проанализировав который и сравнив с графиками фильтров-конкурентов, можно сделать вполне определенный вывод об эффективности каждого фильтра и подобрать наиболее оптимальный. Важно лишь правильно прочитать заложенную в графике информацию.
Как это сделать? Давайте посмотрим на изображение выше. На данном графике показаны основные источники светового загрязнения атмосферы и указаны линии наиболее интенсивного излучения туманностей.
По оси X отложена длина волны видимой части спектра (указана в нанометрах, нм).
Обратите внимание: нередко длину указывают не в нанометрах, а в ангстремах (Å). Запомните, что 1 нм = 10 Å.
Ось Y показывает интенсивность излучения в процентах. Жёлтые линии отмечают частоту естественного свечения неба, синяя вертикаль — линия Hβ, красная — Hα, а зелёная — линии OIII. Кривая на графике характеризует интенсивность суммарного излучения ртутных Hg и натриевых ламп на различных длинах волн. Пики излучения ламп не совпадают, и над каждым пиком на графике указан тип лампы, которая даёт основной вклад в излучение.
Обычно наблюдатели туманностей держат в комплекте одновременно фильтр UHC и OIII, что дает возможность подбирать их под конкретную туманность. Например, UHC фильтр более полезен при наблюдении туманностей, погруженных в звёздные скопления, так как благодаря более широкой полосе пропускания он в меньшей степени гасит фоновые звёзды, делая картинку эстетически более приятной. Фильтр OIII более эффективен при наблюдении маленьких планетарных туманностей.
К выбору этой пары фильтров подходите более тщательно. UHC с более узкой полосой приближается по возможностям к OIII, а ОIII с более широкой полосой — к UHC. Иметь одновременно такие фильтры не эффективно: они близки по свойствам, так что один из них окажется менее востребованным.
При наличии финансовой возможности разумно дополнить коллекцию фильтром Hβ. Это фильтр редко используемый, но весьма эффективный при наблюдении таких туманностей, как Калифорния и Конская Голова.
Сравнение спектра популярных фильтров между собой, а также с основными источниками свечения неба.
Заключение
Подводя итог, стоит упомянуть о некоторых заблуждениях, которые в том или ином виде встречаются в разговорах любителей астрономии об использовании таких фильтров при наблюдениях.
1. Широкополосные фильтры и, в частности, фильтры LPR, призванные бороться с засветкой, успешно избавляют от любого паразитного света.
Это не так. Подобные фильтры не способны сколько-нибудь эффективно бороться со светом от ламп накаливания, которые излучают на всех длинах волн. А составляющая таких ламп в общем световом загрязнении весьма внушительна — это и свет автомобильных фар, и освещение зданий и т.д.
2. Фильтры делают туманности ярче.
Это еще одна ошибка. Количество света, пришедшего от объекта, одинаково и под городским засвеченным небом, и под истинно-тёмным горным. Как мы теперь знаем, фильтры всего лишь задерживают часть ненужного света, тем самым затемняя фон и увеличивая контраст. Человеческому глазу проще разглядеть туманность, но от этого она не становится ярче.
3 Способность фильтра сильно гасить фон породила мнение, что фильтры, особенно монохроматические, менее эффективны на небольших телескопах, и их применение нецелесообразно.
Это не совсем так. Практически любой телескоп подходит для работы с фильтрами и способен показать больше и лучше. Другое дело, что и без того тусклая картинка, даваемая небольшими телескопами, чрезмерно затемняется монохроматическими фильтрами, от чего сильно страдает эстетическое восприятие. Поэтому встречается рекомендация, что владельцам небольших телескопов имеет смысл ограничиться покупкой широкополосных или узкополосных фильтров, например Baader UHC-S или Astronomik UHC. Такая рекомендация не лишена смысла.
4. Еще один живучий миф гласит, что фильтры имеет смысл использовать только в условиях городской и пригородной засветки, а наблюдателям, имеющим возможность выезжать на незасвеченное небо, использование фильтров не принесет существенных выгод.
Опыт показывает, что применение узкополосных и монохроматических фильтров даже в условиях тёмного неба дает ощутимый эффект при наблюдении эмиссионных и планетарных туманностей.
Читайте также: