مرشح الكثافة المحايدة

في التصوير الفوتوغرافي والبصريات ، يُعرف مرشح الكثافة المحايدة ( ND ) بأنه مرشح يُقلل أو يُعدّل شدة جميع أطوال موجات الضوء ، أو ألوانه ، بالتساوي، دون تغيير في درجة اللون. قد يكون هذا المرشح عديم اللون (شفافًا) أو رماديًا، ويُرمز له برقم Wratten 96. يتمثل الغرض من مرشح الكثافة المحايدة القياسي في تقليل كمية الضوء الداخلة إلى العدسة، مما يسمح للمصور باختيار توليفات من فتحة العدسة ووقت التعريض وحساسية المستشعر التي قد تُنتج صورًا مُفرطة التعريض. يُستخدم هذا لتحقيق تأثيرات مثل عمق مجال ضحل أو ضبابية الحركة في نطاق أوسع من الظروف الجوية والبصرية .

على سبيل المثال، قد يرغب المصور في تصوير شلال بسرعة غالق بطيئة لخلق تأثير ضبابية الحركة المقصود . قد يقرر المصور أن سرعة غالق تبلغ عشر ثوانٍ ضرورية لتحقيق التأثير المطلوب. في يوم مشمس جدًا، قد يكون الضوء ساطعًا لدرجة أنه حتى مع أدنى حساسية للفيلم وأضيق فتحة عدسة، فإن سرعة الغالق البالغة عشر ثوانٍ ستسمح بدخول كمية كبيرة من الضوء، مما يؤدي إلى فرط تعريض الصورة. في هذه الحالة، يُعد استخدام مرشح الكثافة المحايدة المناسب بمثابة تقليل فتحة العدسة بمقدار درجة أو أكثر ، مما يسمح باستخدام سرعة غالق أبطأ والحصول على تأثير ضبابية الحركة المطلوب.

يشير مصطلح "مرشح الكثافة المحايدة" إلى أي مرشح يحجب نطاقًا من الأطوال الموجية بالتساوي، لذا تختلف آلياته وتصميماته. تستخدم مرشحات الكثافة المحايدة العاكسة طبقات رقيقة لعكس الضوء. وتختلف هذه الطبقات في تركيبها، وغالبًا ما تتكون من أيونات معدنية، ويمكن تخصيصها وفقًا لحالة الاستخدام والطيف. أما المرشحات الماصة، فتُغير تركيب الزجاج نفسه، وقد تتضمن طبقة مضادة للانعكاس. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

بالنسبة لمرشح الكثافة المحايدة ذي الكثافة البصرية d ، يمكن حساب نسبة الطاقة الضوئية المنقولة عبر المرشح على النحو التالي:

${\displaystyle {\text{معامل النفاذية الجزئي}}\equiv {\frac {I}{I_{0}}}=10^{-d},}$

where I is the intensity after the filter, and I₀ is the incident intensity.^[3]

The use of an ND filter allows the photographer to use a larger aperture that is at or below the diffraction limit, which varies depending on the size of the sensory medium (film or digital) and for many cameras is between f/8 and f/11, with smaller sensory medium sizes needing larger-sized apertures, and larger ones able to use smaller apertures. ND filters can also be used to reduce the depth of field of an image (by allowing the use of a larger aperture) where otherwise not possible due to a maximal shutter speed limit.

Instead of reducing the aperture to limit light, the photographer can add a ND filter to limit light, and can then set the shutter speed according to the particular motion desired (blur of water movement, for example) and the aperture set as needed (small aperture for maximal sharpness or large aperture for narrow depth of field (subject in focus and background out of focus)). Using a digital camera, the photographer can see the image right away and choose the best ND filter to use for the scene being captured by first knowing the best aperture to use for maximal sharpness desired. The shutter speed would be selected by finding the desired blur from subject movement. The camera would be set up for these in manual mode, and then the overall exposure adjusted darker by adjusting either aperture or shutter speed, noting the number of stops needed to bring the exposure to that which is desired. That offset would then be the amount of stops needed in the ND filter to use for that scene.

Examples of this use include:

• Blurring water motion (e.g. waterfalls, rivers, oceans).
• Reducing depth of field in very bright light (e.g. daylight).
• When using a flash on a camera with a focal-plane shutter, exposure time is limited to the maximal speed (often 1/250th of a second, at best), at which the entire film or sensor is exposed to light at one instant. Without an ND filter, this can result in the need to use f/8 or higher.
• Using a wider aperture to stay below the diffraction limit.
• Reduce the visibility of moving objects.
• Add motion blur to subjects.
• Extended time exposures

تُستخدم مرشحات الكثافة المحايدة للتحكم في التعريض مع العدسات الكاتاديوبرتية الفوتوغرافية ، حيث أن استخدام غشاء قزحية تقليدي يزيد من نسبة الانسداد المركزي الموجود في تلك الأنظمة، مما يؤدي إلى ضعف الأداء.

تُستخدم مرشحات الكثافة المحايدة في العديد من تجارب الليزر عالية الدقة، إذ لا يمكن تعديل قدرة الليزر دون تغيير خصائص أخرى لضوء الليزر ( مثل توازي الشعاع). علاوة على ذلك، تتميز معظم أجهزة الليزر بحد أدنى من القدرة التي يمكن تشغيلها عندها. ولتحقيق التوهين المطلوب للضوء، يمكن وضع مرشح واحد أو أكثر من مرشحات الكثافة المحايدة في مسار الشعاع.

قد تتسبب التلسكوبات الكبيرة في زيادة سطوع القمر والكواكب وفقدان تباينها. يمكن لمرشح الكثافة المحايدة أن يزيد التباين ويقلل السطوع، مما يجعل رؤية هذه الأجرام أسهل.

يُشبه مرشح الكثافة المحايدة المتدرج مرشح الكثافة المحايدة المتدرج، إلا أن شدة الإضاءة فيه تتفاوت على سطحه. وهذا مفيد عندما تكون إحدى مناطق الصورة ساطعة بينما بقية أجزاء الصورة مظلمة، كما هو الحال في صورة غروب الشمس.

تتوفر منطقة الانتقال، أو الحافة، بأشكال مختلفة (ناعمة، حادة، مخففة). الأكثر شيوعًا هي الحافة الناعمة التي توفر انتقالًا سلسًا من جانب مرشح الكثافة المحايدة (ND) إلى الجانب الشفاف. أما مرشحات الحافة الحادة، فتتميز بانتقال حاد من مرشح الكثافة المحايدة إلى الجانب الشفاف، وتتغير حافة التخفيف تدريجيًا على معظم أجزاء المرشح، مما يجعل الانتقال أقل وضوحًا.

يُعدّ مرشح الكثافة المحايدة (ND) ذو العجلة نوعًا آخر من أنواع مرشحات الكثافة المحايدة . يتكون هذا المرشح من قرصين زجاجيين مثقبين، مُغطّيين بطبقة ذات كثافة متزايدة حول الثقوب على سطح كل قرص. عند تدوير القرصين في اتجاهين متعاكسين، ينتقلان تدريجيًا وبشكل متساوٍ من نفاذية 100% إلى نفاذية 0%. تُستخدم هذه المرشحات في التلسكوبات العاكسة الكاسرة المذكورة سابقًا، وفي أي نظام يتطلب العمل بكامل فتحة عدسته (عادةً لأن النظام يحتاج إلى العمل بأقصى دقة زاوية ممكنة ).

عمليًا، لا تُعدّ مرشحات الكثافة المحايدة مثالية، إذ لا تُخفّض شدة جميع الأطوال الموجية بالتساوي. قد يُؤدي ذلك أحيانًا إلى ظهور تدرجات لونية في الصور المُسجّلة، خاصةً مع المرشحات الرخيصة. والأهم من ذلك، أن معظم مرشحات الكثافة المحايدة مُصممة فقط للنطاق المرئي من الطيف، ولا تحجب جميع أطوال موجات الأشعة فوق البنفسجية أو تحت الحمراء بشكل متناسب . قد يكون هذا خطيرًا عند استخدام مرشحات الكثافة المحايدة لمشاهدة مصادر (مثل الشمس أو المعادن أو الزجاج شديد السخونة ) التي تُصدر إشعاعًا غير مرئي شديدًا، إذ قد تتضرر العين حتى وإن لم يبدُ المصدر ساطعًا عند النظر إليه من خلال المرشح. لذا، يجب استخدام مرشحات خاصة لمشاهدة هذه المصادر بأمان.

يمكن صنع بديل منزلي غير مكلف لمرشحات الكثافة المحايدة الاحترافية باستخدام قطعة من زجاج اللحام. وبحسب تصنيف زجاج اللحام، يمكن أن يكون لهذا البديل تأثير مرشح ذي عشر درجات توقف.

في التصوير الفوتوغرافي، تُقاس مرشحات الكثافة المحايدة بكثافتها الضوئية أو ما يعادلها من تقليل فتحة العدسة . وفي المجهر، تُستخدم قيمة النفاذية أحيانًا. أما في علم الفلك، فتُستخدم النفاذية النسبية أحيانًا (في حالات الكسوف).

• Note: Hoya, B+W, Cokin use code ND2 or ND2x, etc.; Lee, Tiffen use code 0.3ND, etc.; Leica uses code 1×, 4×, 8×, etc.^[5]
• Note: ND 3.8 is the correct value for solar CCD exposure without risk of electronic damage.
• Note: ND 5.0 is the minimum for direct eye solar observation without damage of retina. A further check must be performed for the particular filter used, checking on the spectrogram that also UV and IR are mitigated with the same value.
• Note: ANSI shades are defined by standard as ranges with central values. They are here approximated using the equation from ANSI Z87.1, ${\displaystyle S={\dfrac {7}{3}}log_{10}{\dfrac {1}{T_{L}}}+1}$, which bases luminous transmittance (${\displaystyle T_{L}}$) on CIE Illuminant A; ANSI shade numbers have much lower limits for ultraviolet transmittance.^[4]

• مخطط حساب مرشح الكثافة المحايدة
• مرشحات الكثافة المحايدة ومرشحات الكثافة المحايدة المتدرجة
• ما الذي تفعله مرشحات الكثافة المحايدة، وما الذي لا تفعله؟
• مرشحات الكثافة المحايدة: ما هي ومتى تُستخدم  ؟ (مؤرشفة بتاريخ ١٣ يونيو ٢٠١٧ في أرشيف الإنترنت)
• الأسئلة الشائعة حول مرشح الكثافة المحايدة في منتدى التصوير الفوتوغرافي Digital Grin ( مؤرشف بتاريخ 7 مارس 2016 في Wayback Machine)