פילטר מקטב הוא כנראה השימושי ביותר מבין כל הפילטרים הקיימים והיחיד, למעט פילטר IR, שאין שום דרך לקבל את אותה תוצאה בלעדיו. במאמר זה נסקור את היתרונות והחסרונות של השחמוש בפילטר זה ונצלול לפיזיקה שמאחורי דרך הפעולה שלו.

השימוש בפילטר מקטב

הפילטר בנוי משתי שכבות של זכוכית, הנתונות בשתי טבעות מתכת, כך שהטבעת החיצונית ניתנת לסיבוב כדי לקבל את האפקט הרצוי.

לפילטר מקטב שלושה שימושים עיקריים:

• ביטול הבהקים והשתקפויות ממשטחים מחזירי אור כמו מים או זכוכיות (אך לא מתכת) - תהליך ההשתקפות נוטה ל"יישר" את האור המוחזר לקיטוב מסויים ואם נכוון את הפילטר לחסום אם אותו אור בפועל נבטל את ההשתקפות.
  בדוגמה הבאה ניתן לראות שהפילטר העלים חלק גדול מהעננים המשתקפים במים:
  
  
  
  
• העמקת הניגוניות והרוויה של הצבעים בתמונה - אור שמש שמגיע לעדשת המצלמה מוחזר מכיוונים שונים וכן מהאטמוספירה עצמה. האור הזה “מדלל” את האור שמגיע ישירות מנושא התמונה וגורם לו להראות עכור יותר (washed-out). כיוון נכון של הפילטר המקטב מאפשר לבטל חלק מ"רעש" האור הזה ומשאיר יותר אור “נקי” שמגיע מהאובייקט וכתוצאה מכך משתפרת הניגודיות ורווית הצבעים שלו. השיפור ברוויה ניכר במיוחד בגוונים ירוקים של צמחיה.
  בדוגמה הזו הפילטר העלים חלק מה"חלביות" בשמיים והדגיש את הגוון הכחול שלהם, שיפר את הניגודיות של העננים ושיפר את הרוויה של הצמחיה:
  
  
  
  
• העמקת הגוון הכחול של השמים - השמיים הם מקרה פרטי של הסעיף הקודם אבל אני מציין אותם בנפרד כי זה ככל הנראה השימוש הנפוץ ביותר בפילטר מקטב.
  זו דוגמה, קיצונית למדי, להשפעה שיכלה להיות לפיטר מקטב על השמיים ועל התמונה כולה:
  

שימו לב שההבדל בין שתי הדוגמאות הראשונת הוא רק בזווית סיבוב הפילטר בעת צילום התמונה.

חסרונות השימוש בפילטר מקטב

כפי שנראה בהמשך, הפילטר חוסם חלק מהאור שמגיע אליו (בין 1 ל-½1 f-stops) ומונע ממנו להמשיך לכיוון העדשה, כתוצאה מכך תידרש חשיפה ארוכה יותר / צמצם פתוח יותר / רגישות גבוהה יותר מאשר ללא הפילטר. עם זאת, ברוב המקרים זו אינה בעיה, כיוון שהשימוש העיקרי בפילטר הוא בתנאי תאורה חזקים.
נקודה נוספת שיש לשים אליה לב היא שמידת חסימת האור אינה אחידה ותלויה בזוית שבה האור מגיע לפילטר. בצילום נוף, עם עדשה רחבה, עלול להווצר מצב שבו חלק מהשמיים כהה יותר מחלקים אחרים. רצוי להמנע ממצב כזה, בפרט כאשר האזור הכהה הוא באמצע התמונה כיוון שזה מצב שקשה לתקן בשלב העריכה.

השפעת הפילטר על האור

תכונות פיזיקליות של האור

כדי להבין איך הפילטר המקטב עובד יש להתחיל בהבנה של מספר תכונות בסיסיות של האור¹. האור הנראה הוא סוג של קרינה אלקטרומגנטית והוא מהווה חלק קטן מהספקטרום האלקרומגנטי. גם קרינה אולטרה-סגולה ואינפרא-אדומה הן סוגים של קרינה אלקטרומגנטית וכך גם גלי רדיו וגלי המיקרו בהם נעשה שימוש בתנורי מיקרוגל, ואפילו קרני רנטגן. כולם נוצרים בדיוק ע"י אותה תופעה פיזיקלית וההבדל היחיד ביניהם הוא אורך הגל (אורך הגל משפיע גם על תכונות אחרות אבל לא ניכנס לזה). קרינה אלקטרומגנטית היא תופה קוונטית ולכן היא גם חלקיק (פוטון) וגם גל בו זמנית. לצורך הדיון הנוכחי נתמקד בתכונות הגליות של האור. האור הנראה מאופיין באורך גל שנע בין כ-300nm ל-700nm (ננומטר הוא החלק המיליארד של מטר) והדבר היחיד שהופך את האור הנראה למיוחד הוא שבמקרה אנחנו מצויידים בחיישנים שמסוגלים לקלוט קרינה אלקטרומגנטית בטווח הזה, העיניים, וזו בדיוק הסיבה שהוא “נראה”.
מעניין לדעת שחיישנים במצלמות דיגיטליות מסוגלים לקלוט אורכי גל ארוכים יותר מהאור הנראה לעין, זהו טווח האינפרה-אדום, ולכן בכל מצלמה מותקן על החיישן פילטר שחוסם את הקרינה הזו כך שרק אור בטווח הנראה יקלט ע"י החיישן.

בדר"כ אנחנו רגילים לראות גלים בצורה דו מימדית בערך כך:

אבל בפועל הגלים נעים במרחב תלת מימדי והם יכולים להסתובב במרחב. צורת הסיבוב והכיוון מגדירה את הקיטוב של הגל. למשל גלים לינאריים יכולים להסתובב סביב ציר ההתקדמות שלהם, כך:

או להסתובב סביב עצמם בכיוון ההתקדמות וליצור הליקס (צורה של פותחן בקבוקי יין) ואז יש להם קוטביות מעגלית:

פילטר מקטב

פילטר מקטב הוא פילטר שמעביר אור בעל קיטוב בכיוון אחד בלבד, גלי אור בעלי קיטוב שונה מוחזרים או נבלעים ע"י הפילטר. אפשר לדמות את הפילטר המקטב למחיצת סורגים אנכיים, ואת האור לחבל שעובר מצד לצד של הסורג. אם ננענע את החבל מלמעלה למטה, במקביל לסורגים התנועה לא תוגבל ותעבור מצד אחד של הסורג לצד השני ללא בעיה. אבל אם ננסה לנענע את החבל מימין לשמאל הוא יתקל בסורגים והתנועה תחסם. בשרטוט הבא אפשר לראות דוגמה לכך, הגל הירוק מגיע בקיטוב שמתאים למבנה של הפילטר ומצליח לעבור אבל הגלים הכתומים מגיעים בקיטובים אחרים ונחסמים:

ברמה הטכנית, ניתן לייצר פילטר מקטב בכל מיני שיטות אבל השיטה שמשמשת ברוב המוחלט של המקרים, כולל בפילטרים למצלמות ובמשקפי פולארויד, מבוססת על יריעת פלסטיק דקה (PVA - Polyvinyl Alcohol) אשר נטבלת בתמיסת יוד. בתהליך היצור היריעה נמתחת כך שכל המולקולות שלה מסתדרות בשורות מקבילות וישרות. המולקולות האלו בולעות אור שפוגע בהן ולכן, ממש כמו בדוגמת הסורגים, רק אור שמגיע בקוטביות המקבילה לשורות המולקולות יכול לעבור הלאה.

מקטב לינארי (Linear Polarizer) לעומת מקטב סיבובי (Circuler Polarizer - CPL)

הפילטרים המקטבים המיועדים למצלמות מודרניות נקראים Circular Polarizer Filters (CPL) ורבים טועים לחשוב שהם נקראים כך כיוון שניתן לסובב אותם. למעשה אין הבדל במבנה החיצוני בין פילטר לינארי לפילטר סיבובי, את שניהם ניתן לסובב, והמילה לינארי לעומת סיבובי קשורה לדרך הפעולה האופטית שלהם.
התיאור שהובא למעלה מתאר את פעולתו של פילטר לינארי. אור לא מקוטב, כלומר עם הרבה קיטובים שונים מגיע לפילטר ואור מקוטב בכיוון אחד בלבד יוצא ממנו. הבעיה היא שמערכות האוטו-פוקוס במצלמות רגישות לקיטוב של האור. אם לא יגיע למערכת אור בקיטוב שהיא מסוגלת לקרוא היא לא תצליח להתמקד. כדי להתגבר על בעיה זו פילטרים מקטבים סיבוביים מכילים למעשה שתי שכבות של פילטרים. הראשונה היא פילטר מקטב לינארי רגיל, כמו בתיאור למעלה. השניה נקראת לוח רבע-גל (Quarter-wave Plate) והיא שיכבה שמערבלת את האור, שעבר את השיכבה הראשונה, ומעבירה אותו לצורה סיבובית, כמו בשרטוט הגל המעגלי למעלה. באופן זה השיכבה הראשונה עושה את פעולת הסינון של הפילטר והשיכבה השניה “מתקנת” את הקיטוב של האור המסונן כך שלא יפגע בתפקוד מערכת האוטו-פוקוס.

פילטרים בעלי צפיפות ניטרלית משתנה - Variable Neutral Density Filters - VND

פילטרים אלו נועדו לחסום חלק מהאור שעובר דרכם כדי לאפשר חשיפה ארוכה גם בתנאים של תאורה חזקה.
הפילטר בנוי בדומה לפילטר מקטב, משתי שכבות זכוכית, אלא שבמקרה זה שתי השכבות מכילות פילטרים מקטבים לינאריים. כל אחת מהשכבות חוסמת אור בקיטוב מסויים.
אם נחזור לדימוי הסורגים אז כאשר הסורגים בשתי השכבות מקבילים זה לזה השיכבה הראשונה מכסה במדויק את השניה ולכן אין לה השפעה. כאשר מסובבים את השיכבה הראשונה הסורגים מתחילים להצטלב יותר ויותר וחוסמים יותר ויותר אור. כאשר השכבות נמצאות ב-90⁰ זו לזו נוצרת חסימה מוחלטת ואור אינו יכול לעבור בכלל. בפועל, היצרנים מגבילים את הסיבוב לכ-70⁰ כדי למנוע תופעות לא רצויות של חסיבה לא אחידה.