Filtro de densidad neutra

En fotografía y óptica , un filtro de densidad neutra (o filtro ND ) reduce o modifica la intensidad de todas las longitudes de onda (o colores ) de la luz por igual, sin alterar el tono ni la reproducción del color. Puede ser un filtro incoloro (transparente) o gris, y se designa con el número Wratten 96. La función de un filtro de densidad neutra fotográfico estándar es reducir la cantidad de luz que entra en el objetivo. Esto permite al fotógrafo seleccionar combinaciones de apertura , tiempo de exposición y sensibilidad del sensor que, de otro modo, producirían imágenes sobreexpuestas. El objetivo es lograr efectos como una menor profundidad de campo o el desenfoque de movimiento del sujeto en una gama más amplia de situaciones y condiciones atmosféricas .

Por ejemplo, se podría querer fotografiar una cascada con una velocidad de obturación lenta para crear un efecto de desenfoque de movimiento intencional . El fotógrafo podría determinar que para obtener el efecto deseado, se necesita una velocidad de obturación de diez segundos. En un día muy soleado, podría haber tanta luz que, incluso con una sensibilidad mínima de la película y una apertura mínima, la velocidad de obturación de diez segundos dejaría pasar demasiada luz y la foto quedaría sobreexpuesta. En esta situación, aplicar un filtro de densidad neutra adecuado equivale a cerrar el diafragma uno o más pasos adicionales , lo que permite una velocidad de obturación más lenta y el efecto de desenfoque de movimiento deseado.

El término «filtro de densidad neutra» se refiere a cualquier filtro que bloquea uniformemente un rango de longitudes de onda, por lo que sus mecanismos y construcciones varían. Los filtros ND reflectantes utilizan recubrimientos delgados para reflejar la luz. Estos recubrimientos varían en composición, a menudo consisten en iones metálicos, y pueden especializarse según el caso de uso y el espectro. Los filtros absorbentes modifican la composición del vidrio y pueden incluir un recubrimiento antirreflectante. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

Para un filtro ND con densidad óptica d , la fracción de la potencia óptica transmitida a través del filtro se puede calcular como

${\displaystyle {\text{Transmitancia fraccional}}\equiv {\frac {I}{I_{0}}}=10^{-d},}$

donde I es la intensidad después del filtro, e I ₀ es la intensidad incidente. ^{[ 3 ]}

El uso de un filtro ND permite al fotógrafo utilizar una apertura mayor que se encuentre en o por debajo del límite de difracción , que varía según el tamaño del sensor (película o digital) y, para muchas cámaras, se sitúa entre f /8 y f /11. Los sensores más pequeños requieren aperturas mayores, mientras que los más grandes pueden utilizar aperturas menores. Los filtros ND también pueden utilizarse para reducir la profundidad de campo de una imagen (al permitir el uso de una apertura mayor) cuando esto no es posible debido a la limitación de la velocidad de obturación máxima.

En lugar de reducir la apertura para limitar la luz, el fotógrafo puede añadir un filtro ND para limitar la luz y, a continuación, ajustar la velocidad de obturación según el movimiento deseado (por ejemplo, el desenfoque del movimiento del agua) y la apertura según sea necesario (apertura pequeña para máxima nitidez o apertura grande para una profundidad de campo reducida (sujeto enfocado y fondo desenfocado)). Con una cámara digital, el fotógrafo puede ver la imagen de inmediato y elegir el mejor filtro ND para la escena que está capturando, conociendo primero la apertura óptima para obtener la máxima nitidez deseada. La velocidad de obturación se seleccionaría buscando el desenfoque deseado por el movimiento del sujeto. La cámara se configuraría en modo manual y, a continuación, se ajustaría la exposición general a una luz más oscura modificando la apertura o la velocidad de obturación, anotando el número de pasos necesarios para lograr la exposición deseada. Ese ajuste sería entonces el número de pasos necesarios en el filtro ND para esa escena.

Algunos ejemplos de este uso son:

• Difuminar el movimiento del agua (por ejemplo, cascadas, ríos, océanos).
• Reducción de la profundidad de campo en condiciones de luz muy brillante (por ejemplo, la luz del día).
• Al usar un flash en una cámara con obturador de plano focal, el tiempo de exposición se limita a la velocidad máxima (generalmente 1/250 de segundo, en el mejor de los casos), a la cual toda la película o el sensor se expone a la luz en un instante. Sin un filtro ND, esto puede requerir el uso de f /8 o superior.
• Utilizar una apertura más amplia para mantenerse por debajo del límite de difracción .
• Reduzca la visibilidad de los objetos en movimiento.
• Añade desenfoque de movimiento a los sujetos.
• exposiciones prolongadas

Los filtros de densidad neutra se utilizan para controlar la exposición con objetivos fotográficos catadióptricos , ya que el uso de un diafragma de iris tradicional aumenta la obstrucción central presente en esos sistemas, lo que conlleva un rendimiento deficiente.

Los filtros de densidad neutra (ND) se utilizan en diversos experimentos láser de alta precisión, ya que la potencia de un láser no se puede ajustar sin modificar otras propiedades de la luz láser (por ejemplo, la colimación del haz). Además, la mayoría de los láseres tienen una potencia mínima de funcionamiento. Para lograr la atenuación de luz deseada, se pueden colocar uno o más filtros de densidad neutra en la trayectoria del haz.

Los telescopios grandes pueden hacer que la Luna y los planetas brillen demasiado y pierdan contraste. Un filtro de densidad neutra puede aumentar el contraste y reducir el brillo, facilitando así la observación de estos objetos.

Un filtro ND graduado es similar, con la diferencia de que la intensidad varía a lo largo de su superficie. Esto resulta útil cuando una región de la imagen es brillante y el resto no, como en una fotografía de una puesta de sol.

La zona de transición, o borde, está disponible en diferentes variantes (suave, duro, atenuador). La más común es el borde suave, que proporciona una transición fluida entre el lado ND y el lado transparente. Los filtros de borde duro presentan una transición abrupta entre el lado ND y el transparente, y el borde atenuador cambia gradualmente a lo largo de la mayor parte del filtro, por lo que la transición es menos perceptible.

Otro tipo de configuración de filtro ND es la rueda de filtros ND . Consiste en dos discos de vidrio perforados con un recubrimiento progresivamente más denso alrededor de la perforación en la cara de cada disco. Al girar los dos discos en sentido contrario, su transmisión disminuye gradual y uniformemente desde el 100 % hasta el 0 %. Estos filtros se utilizan en los telescopios catadióptricos mencionados anteriormente y en cualquier sistema que deba funcionar al 100 % de su apertura (generalmente porque se requiere que el sistema funcione a su máxima resolución angular ).

En la práctica, los filtros ND no son perfectos, ya que no reducen la intensidad de todas las longitudes de onda por igual. Esto puede generar dominantes de color en las imágenes grabadas, especialmente con filtros económicos. Más importante aún, la mayoría de los filtros ND solo están especificados para la región visible del espectro y no bloquean proporcionalmente todas las longitudes de onda de la radiación ultravioleta o infrarroja . Esto puede ser peligroso si se utilizan filtros ND para observar fuentes (como el Sol o metal o vidrio al rojo vivo ) que emiten radiación invisible intensa, ya que el ojo puede dañarse aunque la fuente no parezca brillante al observarla a través del filtro. Es necesario utilizar filtros especiales para observar dichas fuentes de forma segura.

Una alternativa económica y casera a los filtros ND profesionales se puede fabricar con un trozo de vidrio de soldador. Dependiendo de la clasificación del vidrio, esto puede tener el efecto de un filtro de 10 pasos.

En fotografía, los filtros ND se cuantifican por su densidad óptica o, equivalentemente, por su reducción de apertura (número f ). En microscopía, a veces se utiliza el valor de transmitancia. En astronomía, a veces se utiliza la transmitancia fraccionaria (eclipses).

• Nota: Hoya, B+W, Cokin usan el código ND2 o ND2x, etc.; Lee, Tiffen usan el código 0.3ND, etc.; Leica usa el código 1×, 4×, 8×, etc. ^{[ 5 ]}
• Nota: ND 3.8 es el valor correcto para la exposición solar de CCD sin riesgo de daños electrónicos.
• Nota: ND 5.0 ​​es el mínimo para la observación solar directa sin dañar la retina. Se debe realizar una comprobación adicional del filtro utilizado, verificando en el espectrograma que la radiación UV e IR también se atenúen con el mismo valor.
• Nota: Los tonos ANSI se definen por norma como rangos con valores centrales. Aquí se aproximan utilizando la ecuación de ANSI Z87.1.${\displaystyle S={\dfrac {7}{3}}log_{10}{\dfrac {1}{T_{L}}}+1}$, que basa la transmitancia luminosa (${\displaystyle T_{L}}$) en el iluminante A de CIE ; los números de tono ANSI tienen límites mucho más bajos para la transmitancia ultravioleta. ^{[ 4 ]}

• Tabla de cálculo del filtro de densidad neutra
• Filtros de densidad neutra y filtros ND graduados
• ¿Qué hacen los filtros ND y qué NO hacen?
• Filtros de densidad neutra: ¿Qué son y cuándo usarlos  ? Archivado el 13 de junio de 2017 en Wayback Machine.
• Preguntas frecuentes sobre filtros de densidad neutra en el foro de fotografía Digital Grin (archivado el 7 de marzo de 2016 en Wayback Machine) .