Polarizační filtr

1. Úvod

Tento filtr se v nabídkách objevuje pod různými názvy. Může to být Landscape filter nebo Landscape CPL. Název odpovídá nejčastějším použití, což je krajinářská fotografie (landscape). Zkratka CPL znamená circular polarizing lens, přestože o čočku ve skutečnosti nejde. Je tím označen filtr s kruhovou polarizací, což vysvětlíme později.

S polarizačními filtry je spojena řada mýtů. Abychom pochopili, jak je to ve skutečnosti, musíme začít alespoň trochou teorie.

2. Trocha teorie

Polarizace světla je jev spadající do vlnové optiky. Podrobný výklad včetně matematických rovnic lze nalézt v mnoha dokumentech i na internetu, včetně Wikipedie. Pro naše účely však taková exaktnost není nutná, postačuje zjednodušené vysvětlení základních principů. Obrázky, použité v této části, jsou zobrazovány přímo z Wikimedia Commons.

Vlnovou povaha světla s můžeme představit jako sinusovku okolo osy, podél níž se šíří. Světlo však nekmitá v jedné rovině, ale náhodně ve všech rovinách. Existují však možnosti, jak propustit jen světelné vlny kmitající v jedné rovině. Takovému světlu se pak říká lineárně polarizované. Lineární polarizace je znázorněna na níže uvedeném obrázku. Pokud bychom vložili do cesty lineárně polarizovanému světlu další lineární polarizátor, pak by výsledek závisel na jejich vzájemném úhlu. Při nulovém úhlu by světlo prošlo, při úhlu 90° by žádné světlo neprošlo.

K polarizaci světla dochází i v přírodě. Nejznámějším zdrojem lineárně polarizovaného světla je modrá obloha za slunečného počasí, a to především ve směru kolmém na směr slunečních paprsků. Protože světlo odražené od ostatních předmětů polarizované není, můžeme použitím polarizačního filtru ztmavit oblohu bez barevného posunu.

Polarizované světlo má však jednu podstatnou nevýhodu, polovodičové optoelektronické součástky reagují na polarizované světlo, můžeme si je tedy představit jako další polarizátor v cestě světla. A tak se může stát, že na čip, který měří dopadající světlo pro určení expozice a zaostřování, vlastně žádné světlo nedopadne. Tento problém se projevil už u hodně starých kinofilnových zrcadlovek s měřením světla za objektivem (TTL = through the lens). Na opačné straně lineárního polarizátoru je proto čtvrtvlnná destička, která mění lineárné polarizované svělo na světlo polarizované cirkulárně (kruhově), které se z hlediska optoelektroniky chová stejně jako světlo nepolarizované. Schéma je na obrázku níže.

Další, animovaný obrázek ilustruje cirkulárně (kruhově) polarizované světlo. Jsou možné dvě polarizace lišící se tím, zda se vektor otáčí ve směru, nebo proti směru hodinových ručiček.

Přehledně je to znázorněno na této stránce hindské Wikipedie, kde postupně (zleva doprava) समतल ध्रुवित označuje lineárně polarizované, दीर्घवृत्त ध्रुवित elipticky polarizované a वृत्त ध्रुवित kruhově polarizované světlo: ध्रुवण के प्रकार. Stránka se otevře v samostatném okně.

Podstatné jsou tedy dvě věci:

1. Zkratka CPL znamená, že světlo má na výstupu kruhovou polarizaci. Vzhledem k tomu, že zrcadlovky s měřením světla za objektivem byly uvedeny na trh před více než půlstoletím, zřejmě se fotografické filtry s lineární polarizací již nevyrábějí.
2. Účinek čtvrtvlnné destičky při kruhové polarizaci závisí na vlnové délce. Použití CPL tedy může způsobit barevný posun.

3. Obloha

Polarizační filtr se používá nejčastěji na fotografiích obsahujících oblohu. Světlo oblohy je částečně lineárně polarizované, nejvyšší podíl polarizovaného světla vychází kolmo ke směru slunečních paprsků. Světlo vycházející z mraků polarizované není. Polarizační filtr tedy zvýší kontrast mezi mraky a oblohou. A protože se podíl polarizovaného světla mění s úhlem, mění se i barva oblohy na snímku se širokým úhlem pohledu. Všimněte si, že na snímcích dole se mění barva jak vodorovně, tak svisle.

4. Duha

Duha vzniká lomem na vodních kapkách, její světlo je tedy lineárně polarizované. Při použití polarizačního filtru tedy záleží na úhlu. V jednom úhlu je duha zcela potlačena, při otočení o 90° je zdůrazněna a je odstraněna část rozptýleného světla oblohy, což změní barvu (softwarově nebyla provedena žádná barevná úprava). Snímky nebyly pořízeny ze stativu.

5. Odraz

Lineární polarizaci má i světlo odražené od některých materiálů. Patří k něm vodní hladina. Příklad je uveden zde. Polarizačním filtrem bylo zdůrazněno zrcadlení oblohy na hladině.

Polarizovaný je i odraz ve skle. Příklad na stránce Vermeidung von Spiegelungen ukazuje postupně (zleva doprava) snímek bez filtru, zdůraznění odrazu a potlačení odrazu.

Na dalším obrázku je srovnání odrazu v okně při použití polarizačního filtru a bez filtru. Vidíte, že na pohledu ven je částečně polarizovaná obloha i odraz střechy. Při posunu rozhraní doleva si všimněte, že se mění barva budovy v odrazu. Je to způsobeno tím, že stěna za oknem je světle žlutá. Bez filtru se tedy odraz míchá se světle žlutým rozptýleným světlem. Polarizační filtr, nastavený tak, aby zdůraznil odraz, většinu toho žlutého světla potlačí, takže barva budovy v odrazu se přiblíží barvě budovy venku.

Lineárně polarizovaný je i odraz od krystalů minerálů. Barvy na obrázku níže nejsou prostým okem viditelné, byly zdůrazněny použitím polarizačního filtru.

6. Absolutní ne!

V mnoha radách pro fotografy se vyskytuje řada nepravdivých mýtů, kdy se polarizační filtr použít nesmí. Jedna instrukce je ale pravdivá. Řekli jsme si, že u snímků oblohy závisí podíl polarizovaného světla na úhlu. Polarizační filtr tedy nelze použít u širokoúhlých objektivů, jak ukazuje následující obrázek. Při použítí filtru je na snímku znatelný nepřirozený, výrazně tmavší pruh, zatímco na snímku bez filtru je barva oblohy vyrovnaná.

Dalším zdrojem lineárně polarizovaného světla jsou LCD displeje. Na obrázku je stolní monitor, iPad, iPhone a digitální hodiny. Všimněte si, úhel polarizace displejů se navzájem liší.

Vliv úhlu natočení polarizačního filtru (vlevo nahoře bez filtru)

Jako jediný z výše uvedených přístrojů pouze iPhone při žádném natočení filtru nebyl zcela černý. Zřejmě je displej opatřen čtvrtvlnnou destičkou. Její účinek, jak jsme již uvedli, závisí na vlnové délce. Horní pruh na obrázku vlevo (bez filtru) je bílý, pokud nemáte zapnutý noční režim na monitoru. Další dvojice obrázků ukazuje, že polarizace je eliptická a dochází k významnému barevnému posunu. Podobný experiment jsem pouze vizuálně provedl ve voze Toyota Auris. Světlo středového informačního displeje (pod volantem) je polarizováno lineárně, zatímco multimediální displej (obsahující navigaci) má kvalitní čtvrtvlnnou destičku zajišťující hruhovou polarizaci v celém viditelném spektru.

Vliv úhlu natočení polarizačního filtru (iPhone XS Max)
Bez filtru	~ 0°	~ 90°

7. Závěr

V této části jsme vlastně neprovedli žádný skutečný test. Po stručném výkladu teorie jsme si ukázali použití, vyvrátili některé mýty a předvedli, kdy se polarizační filtr určitě použít nemá. Test, zda filtr, který máte, skutečně polarizuje, si určitě uděláte sami.