減光フィルター

写真および光学において、減光フィルター（NDフィルター）は、すべての波長または色の光の強度を均等に低減または変更し、色相や演色性に変化を与えないフィルターです。無色（透明）またはグレーのフィルターで、ラッテン番号96で示されます。標準的な写真用減光フィルターの目的は、レンズに入る光の量を減らすことです。これにより、写真家は、そうでなければ露出オーバーになるような絞り、露出時間、センサー感度の組み合わせを選択できます。これは、より広範囲の状況や大気条件において、より浅い被写界深度や被写体のモーションブラーなどの効果を実現するために行われます。

たとえば、シャッター速度を遅くして滝を撮影し、意図的にモーション ブラー効果を演出したいとします。撮影者は、目的の効果を得るにはシャッター速度を 10 秒にする必要があると判断します。非常に明るい日には、光が強すぎて、フィルム速度と絞りを最小にしても、シャッター速度を 10 秒にすると光が入り過ぎて写真が露出オーバーになります。このような状況では、適切な減光フィルターを適用すると、さらに 1 段以上絞りを絞るのと同じことになり、シャッター速度を遅くして目的のモーション ブラー効果を実現できます。

光学密度 dのNDフィルターの場合、フィルターを通過する光パワーの割合は次のように計算できます。

${\displaystyle {\text{分数透過率}}\equiv {\frac {I}{I_{0}}}=10^{-d},}$

ここでIはフィルター通過後の強度、I0_は入射強度である。^[1]

ND フィルターを使用すると、写真家は回折限界以下のより大きな絞りを使用できます。回折限界は感覚媒体 (フィルムまたはデジタル) のサイズによって異なり、多くのカメラではf /8 からf /11 の間です。感覚媒体のサイズが小さい場合は、より大きなサイズの絞りが必要になり、感覚媒体が大きい場合は、より小さな絞りを使用できます。ND フィルターは、最大シャッター速度制限のために不可能な場合に、画像の被写界深度を縮小するためにも使用できます (より大きな絞りを使用できるようにするため)。

絞りを絞って光を制限する代わりに、写真家は ND フィルターを追加して光を制限することができます。その後、必要な特定の動き (たとえば、水の動きによるぼかし) に応じてシャッター速度を設定し、必要に応じて絞りを設定します (最大の鮮明度を得るには絞りを小さく、被写界深度を狭くするには絞りを大きくします (被写体に焦点が合っていて背景がぼやけている))。デジタル カメラを使用すると、写真家は画像をすぐに確認して、まず最大の鮮明度を得るために使用する最適な絞りを知ることで、撮影するシーンに最適な ND フィルターを選択できます。シャッター速度は、被写体の動きから必要なぼかしを見つけて選択します。カメラを手動モードで設定し、絞りまたはシャッター速度を調整して全体的な露出を暗く調整し、露出を必要な値にするために必要な絞りの数を確認します。そのオフセットが、そのシーンで使用する ND フィルターに必要な絞りの量になります。

この使用例には次のものがあります:

• 水の動きをぼかす（例：滝、川、海）。
• 非常に明るい光（日光など）での被写界深度を浅くします。
• フォーカルプレーン シャッター付きのカメラでフラッシュを使用する場合、露出時間は最大速度 (多くの場合、最速で 1/250 秒) に制限され、その速度ではフィルムまたはセンサー全体が 1 秒間に光にさらされます。ND フィルターがない場合、f /8 以上を使用する必要がある場合があります。
• 回折限界を下回るために、より広い絞りを使用します。
• 移動する物体の視認性を低下させます。
• 被写体にモーションブラーを追加します。
• 長時間露光

従来の虹彩絞りを使用すると、これらのシステムに見られる中央の遮蔽物の比率が増加し、パフォーマンスが低下するため、ND フィルターは写真用カタディオプトリック レンズの露出を制御するために使用されます。

ND フィルターは、レーザー光のその他の特性(ビームのコリメーションなど)を変えずにレーザーの出力を調整することができないため、いくつかの高精度レーザー実験で使用されています。さらに、ほとんどのレーザーには、動作可能な最小出力設定があります。必要な光減衰を実現するには、1 つ以上の ND フィルターをビームのパス上に配置します。

大型の望遠鏡を使用すると、月や惑星が明るくなりすぎてコントラストが失われることがあります。減光フィルターを使用すると、コントラストが高まり、明るさが抑えられるため、これらの天体を見やすくなります。

段階的 ND フィルターも同様ですが、フィルターの表面全体で強度が変化する点が異なります。これは、夕焼けの写真のように、画像の一部の領域が明るく、残りの領域が明るくない場合に便利です。

遷移領域、つまりエッジには、さまざまなバリエーション (ソフト、ハード、減衰器) があります。最も一般的なのはソフト エッジで、ND 側とクリア側からのスムーズな遷移を実現します。ハード エッジ フィルターは、ND からクリアへの遷移が急峻で、減衰器エッジはフィルターの大部分にわたって徐々に変化するため、遷移は目立ちません。

ND フィルター構成のもう 1 つのタイプは、ND フィルター ホイールです。これは、2 つの穴あきガラス ディスクで構成され、各ディスクの表面の穴の周囲には、徐々に密度が高くなるコーティングが施されています。2 つのディスクを互いの前で反対方向に回転させると、透過率が 100% から 0% まで徐々に均等に変化します。これらは、上記の反射屈折望遠鏡や、口径の 100% で動作する必要があるシステム (通常は、システムが最大角度解像度で動作する必要があるため) で使用されます。

実際には、ND フィルターはすべての波長の強度を均等に減らすわけではないため、完璧ではありません。特に安価なフィルターでは、記録された画像に色かぶりが生じることがあります。さらに重要なことは、ほとんどの ND フィルターはスペクトルの可視領域のみを対象としており、紫外線や赤外線のすべての波長を比例的にブロックするわけではないということです。ND フィルターを使用して、目に見えない強力な放射線を発する光源 (太陽や白熱した金属やガラスなど) を観察する場合、フィルターを通して見ると光源が明るく見えなくても、目が損傷する可能性があるため、危険です。このような光源を安全に観察するには、特別なフィルターを使用する必要があります。

プロ仕様の ND フィルターの安価な自家製代替品は、溶接用ガラスから作ることができます。溶接用ガラスの定格によっては、10 ストップ フィルターの効果が得られます。

ND (減光) フィルターの主な欠点の 1 つは、さまざまな撮影状況でさまざまなフィルターが必要になることが多く、非常に高価になる可能性があることです。たとえば、ねじ込み式フィルターを使用する場合は、レンズの直径ごとに別々のセットが必要ですが、安価なステップアップ リングを使用すると、この要件を最小限に抑えることができます。

この問題に対処するため、一部のメーカーは可変 ND フィルターを開発しました。これらのフィルターは 2 つの偏光フィルターで構成され、少なくとも 1 つは回転可能です。後部フィルターは 1 つの平面で光を遮断し、前部フィルターは調整可能です。前部フィルターが回転すると、カメラ センサーに到達する光の量が減少し、光のレベルをほぼ無限に制御できるようになります。

この方法の利点は、大きさと費用が削減されることですが、2 つの要素を一緒に使用し、2 つの偏光フィルターを組み合わせることによって画質が低下するという欠点があります。

水やその他の動きが極端にぼやけた、幻想的な風景や海の景色を撮影するには、複数の ND フィルターを重ねて使用する必要があります。可変 ND の場合と同様に、これにより画質が低下します。これに対処するために、一部のメーカーは高品質のエクストリーム ND フィルターを製造しています。通常、これらのフィルターは 10 ストップの絞り値で評価されており、比較的明るい条件でも非常に遅いシャッター速度で撮影できます。

写真撮影では、ND フィルターは光学濃度、または同等のf ストップの減少によって定量化されます。顕微鏡検査では、透過率の値が使用されることがあります。天文学では、分数透過率が使用されることがあります (日食)。

• 注: Hoya、B+W、CokinはコードND2またはND2xなどを使用します。Lee、Tiffenはコード0.3NDなどを使用します。Leicaはコード1×、4×、8×などを使用します。^[3]
• 注: ND 3.8 は、電子損傷のリスクなしに太陽 CCD を露出するための正しい値です。^{[引用が必要]}
• 注: ND 5.0 は、網膜を損傷することなく太陽を直接観察するための最小値です。使用する特定のフィルターについては、スペクトログラムで UV と IR も同じ値で軽減されているかどうか確認して、さらに確認する必要があります。^{[引用が必要]}
• 注: ANSIシェードは、標準規格によって中心値の範囲として定義されています。ここでは、ANSI Z87.1の式を使用して近似値を示しています。この式では、 CIE光源Aの光透過率（）に基づいています。ANSIシェード番号は、紫外線透過率の制限がはるかに低くなっています。^[2]${\displaystyle S={\dfrac {7}{3}}log_{10}{\dfrac {1}{T_{L}}}+1}$${\displaystyle T_{L}}$

ウィキメディア・コモンズには、ND フィルターに関連するメディアがあります。

• 減光フィルター計算表
• 減光フィルターとグラデーションNDフィルター
• ND フィルターは何をするものですか、また何をしないのですか?
• ニュートラル デンシティ フィルター: それは何で、いつ使うのか? 2017-06-13 にWayback Machineでアーカイブ
• Digital Grin 写真フォーラムのニュートラル デンシティ フィルターに関する FAQ