Выбор УФ светофильтров и анализ фильтров типа «UV MC» разных производителей

Материал специально для Радоживы подготовил Родион Эшмаков.

Светофильтры, отсекающие ультрафиолетовую область спектра, изначально появились для работы с фотопленкой. Материалы на основе галогенидов серебра, как правило, и после сенсибилизации к видимому диапазону спектра сохраняли чувствительность к коротковолновому излучению. В ряде ситуаций, например, при съемке пейзажей в солнечную погоду, избыток УФ излучения, пропускаемого стеклом объектива (~360-400 нм), мог создавать дополнительное вуалирование, что ухудшало качество снимков. Современные матрицы фотокамер, как правило, не имеют значительной чувствительности в УФ диапазоне, потому что уже и так имеют матричный светофильтр для отсечения ИК и УФ диапазонов света, а потому УФ фильтры никакого улучшения качества изображения создать не могут, что бы ни говорили не очень честные производители.

УФ фильтры играют еще одну важную роль для пользователя: они предохраняют переднюю линзу объектива от попадания грязи и пыли, а также от механических повреждений. Таким образом, появилось понятие «защитный фильтр», которое стало во многом синонимично с понятием «УФ фильтр». Разумеется, это не вполне правильно, ведь конкретно защитный фильтр должен обладать механическими свойствами, отличающими его от обычного светофильтра – повышенными ударной прочностью и стойкостью к царапинам, например. Впрочем, светофильтры УФ действительно часто используются именно как защитные.

Вторая часть: здесь.

Светофильтр как часть оптической системы

С точки зрения оптики УФ фильтр – это прозрачная для всего рабочего диапазона системы плоскопараллельная пластинка, являющаяся частью системы. При работе фотообъективов при фокусировке на бесконечность или близко к тому светофильтр не оказывает существенного влияния качество изображения. Однако, теоретически это возможно, если объектив будет работать при масштабе съемки около 1:1 и более, когда фильтр оказывается в сходящемся пучке света. Проблемы также могут возникнуть и при несоблюдении требований к качеству изготовления светофильтра: регулярные и иррегулярные ошибки задания плоскости приводят к ухудшению резкости изображения, а клиновидный дефект – к появлению хроматических аберраций, что может быть замечено при использовании систем с дифракционным качеством изображения (телескопы-апохроматы, например). В целом, в подавляющем большинстве случаев влиянием светофильтра на аберрации системы можно пренебречь.

Светофильтр влияет на общее светопропускание, светорассеяние и светоотражение в системе. На это влияют состав материала фильтра и тип просветляющего покрытия. Самые простые и дешевые фильтры обычно вообще не имеют просветляющего покрытия. Обычно такие фильтры заметно ухудшают контраст изображения из-за повышения светорассеяния. Также они могут давать серые блики от источников света.

Бывают также и фильтры с однослойным просветлением. В качестве примера можно привести недорогие KnightX MC UV (обратите внимание на маркировку, которая указывает на многослойное покрытие, которого там нет), имеющие простое покрытие с фиолетовым цветом блика. Подобные УФ фильтры немного лучше, чем варианты без просветления, но все так же склонны к вуалированию и бликованию. К тому же, они могут оказывать влияние на цветопередачу.

Оптимальными по характеристикам являются светофильтры с многослойным просветлением (2-4 слоя). Производители могут заявлять, что их фильтр имеет хоть 100500 слоев просветления, но это не имеет физического смысла и является не более чем дешевой маркетинговой уловкой.

УФ фильтры с многослойным антибликовым покрытием отличаются, как правило, зеленым цветом блика (2-3 слоя), но особенно качественные (3-4 слоя) могут иметь тусклый блик фиолетового цвета (наподобие покрытий Zeiss T*, Voigtlander) или даже серо-зеленого.

Вообще, невооруженным определить тип и качество покрытия можно далеко не всегда, особенно не обладая должным опытом. Общие соображения таковы, что качественный фильтр должен иметь неяркий блик, причём прозрачность и оттенок фильтра должны быть таковы, что не понятно, есть стекло в оправе или нет. Для характеризации просветляющего покрытия фильтра наилучшим методом является спектроскопия диффузного/зеркального отражения в видимом диапазоне.

Влияние на свойства фильтра оказывает и тип применяемого стекла. Материал должен быть достаточно химически и механически стойким. Также стекло должно задерживать коротковолновое излучение (если это все же УФ светофильтр). По-видимому, оптимальными материалами для изготовления УФ фильтров являются тяжелые флинты и тяжелые лантановые флинты – такие стекла хорошо задерживают УФ спектр, хотя и не являются очень прочными механически.

К сожалению, производители обычно не указывают марку используемого стекла. Установить тип материала и его свойства можно при помощи спектроскопии рентгеновской флуоресценции и спектроскопии светопропускания.

Тестирование светофильтров

Мною был выполнен анализ имеющихся у меня светофильтров, каждый из которых обладает многослойным просветляющим покрытием и относится к самым бюджетным решениям:

• KFConcept UV MC 40.5 mm – светофильтр 2020 г. выпуска, от которого у меня сохранилось только само стекло, а оправа была экспроприирована для переделки объектива Индустар-61. Точная маркировка не сохранилась. Отличительная особенность – ярко-синий блик просветления. Мой экземпляр даже новым имел неоднородности на покрытии.
• Weyllan HD Slim MC UV 46mm – с KnightX самые доступные из приведенных в этом перечне светофильтры.
• Kase Protector MCUV 46mm AGC CK01 – отличается от предыдущего более холодным цветом блика.
• Minolta AC L37(UV) Japan 49 mm – очень старый оригинальный японский светофильтр из 1980-х.
• KnightX HD Ultra Slim MC-UV 52mm – с Weyllan самые доступные из приведенных в этом перечне светофильтры.
• Green.L Slim MRC UV 55mm – ранее были доступны на Aliexpress.

Анализ материалов фильтров был выполнен при помощи спектрометры рентгеновской флуоресценции Bruker M1 Mistral. Записанные спектры приведены далее.

Стекло фильтра KFConcept можно отнести к обычным кронам. Из особенностей – довольно высокое содержание железа, а также присутствие небольших количеств рубидия в отсутствие калия. Скорее всего, это некий специальный материал на основе натрий-кальций-силикатного стекла с улучшенными механическими свойствами (наличие рубидия). Однако его светопропускание может быть сниженным за счет присутствия ионов железа.

Фильтр Weyllan выполнен из стекла типа крон. На спектре присутствует пик титана, который может быть и добавкой к стеклу (повышает стойкость материала к повреждениям), и компонентом пленки просветляющего покрытия.

Материал фильтра Kase содержит значительные количества стронция и следовые количества гафния. Также детектируется пик титана. Вероятно, это стекло типа флинт с повышенной за счет диоксида циркония механической прочностью.

Фильтр Minolta сделан из стекла старого типа (практически выведены из обращения к 1990-м), содержащего большие количества свинца и добавку из оксида церия. Стекло можно отнести к радиационно стойким тяжелым флинтам (аналог серии стекол ТФ100 или ТФ200 каталога ЛЗОС). Свинец снижает светопропускание в коротковолновом области спектра. Тому же способствует и церий, который также улучшает механические свойства стекла.

Стекло фильтра KnightX HD MC UV тоже содержит значительное количество железа. Присутствуют также титан, лантан, рубидий, стронций, кальций. Материал можно отнести к кронам с улучшенным механическими свойствами.

Светофильтр Green.L сделан из стекла типа крон, вероятно – с небольшой добавкой оксида титана. Этот простенький материал похож на тот, что используется в фильтре Weyllan.

Итак, только фильтры Kase и Minolta оказались выполненными из стекол с высокой степенью легирования тяжелыми элементами. В фильтрах KnightX и KFConcept обнаружено значительное количество железа, что должно снижать их светопропускание в коротковолновой области и в целом.

Следующим этапом стало измерение спектров светопропускания тестируемых светофильтров при помощи спектрофотометра Varian Cary 300. Результаты приведены далее.

Вид спектров светопропускания для всех испытуемых фильтров свидительтствует об использовании двухслойного просветляющего покрытия. Как нетрудно заметить, спектр фильтра KFConcept имеет крайне странный вид: его просветление приводит к выраженному искажению цветопередачи и падению коэффициента светопропускания для рабочего диапазона спектра 400-700 нм на 12%!

Спектральные характеристики остальных фильтров довольно схожи между собой, разве что старый фильтр Minolta выделяется низким пропусканием в коротковолновой области спектра из-за использования свинцового флинта с церием, но даже он плохо отсекает свет 380-400 нм, который обычно хорошо пропускают фотообъективы.

Вероятно, наиболее оптимальный вид спектра пропускания в области 400-700 нм имеют фильтры Kase и KnightX, которые обладают полосами пропускания равной высоты для синей и красной области, а также сравнительно небольшим «провалом» спектра в зеленой области, соответствующей рефлексу покрытия. Такой вид спектра обеспечивает наименьшие цветовые искажения при использовании двухслойного просветления.

Заключение

С позиции практического применения практически все испытанные современные светофильтры имеют одинаковые свойства, кроме странного желтящего фильтра от KFConcept. Однако то же нельзя сказать про еще один важный для потребителя параметр, а именно стоимость. Так, фильтры Weyllan и KnightX примерно в 3 раза дешевле, чем Kase, и в 4 раза дешевле, чем Green.L и KFConcept Nano-X Series UV MRC.

При использовании приведенных в этой статье светофильтров Weyllan, Kase, Minolta, KnightX, Green.L с обычными фотообъективами (широкоугольными, нормальными и умеренными телевиками) я не заметил никакого падения резкости или общего контраста изображения. Все эти фильтры могут формировать в определенных условиях зеленоватый блик, но не более того. Таким образом, никакой ощутимой на практике разницы между самыми бюджетными и более дорогими светофильтрами обнаружено не было. Если у вас есть опыт использования данных фильтров с телескопами или другими дифракционно-ограниченными объективами, поделитесь своим мнением в комментариях. Текущая гипотеза состоит в том, что более дорогие светофильтры от более дешевых отличаются скорее дорогой красивой упаковкой, нежели более качественным исполнением.

Вторая часть: здесь.