ニュートラルデンシティフィルター

写真や光学において、ニュートラルデンシティフィルター（NDフィルター）とは、色相や再現性に変化を与えることなく、光のすべての波長（色）の強度を均等に低減または調整するフィルターです。無色（透明）またはグレーのフィルターがあり、ラッテン番号96で表されます。標準的な写真用ニュートラルデンシティフィルターの目的は、レンズに入る光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の写真になってしまうような絞り、露光時間、センサー感度の組み合わせを選択できるようになります。これは、より広い状況や大気条件下で、被写界深度を浅くしたり、被写体の動きをぼかしたりといった効果を得るために行われます。

例えば、意図的にモーションブラー効果を出すために、滝を低速シャッタースピードで撮影したいとします。写真家は、目的の効果を得るには10秒のシャッタースピードが必要だと判断するかもしれません。しかし、非常に明るい日には、光量が多すぎて、フィルム感度と絞りを最小にしても、10秒のシャッタースピードでは光が入りすぎて露出オーバーになってしまう可能性があります。このような場合、適切なNDフィルターを使用することで、絞りを1段以上絞ったのと同じ効果が得られ、より遅いシャッタースピードで目的のモーションブラー効果を実現できます。

「ニュートラルデンシティフィルター」という用語は、波長範囲を均一に遮断するフィルター全般を指すため、その機構や構造は様々です。反射型NDフィルターは、薄いコーティングを用いて光を反射します。コーティングの組成は様々で、多くの場合金属イオンから構成され、用途やスペクトルに合わせて特化させることができます。吸収型フィルターはガラス自体の組成を変え、反射防止コーティングを施すこともあります。^{[ 1 ] [ 2 ]}

光密度dのNDフィルターの場合、フィルターを透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。^{[ 3 ]}

NDフィルターを使用することで、写真家は回折限界以下のより大きな絞り値を使用できます。回折限界は、センサー媒体（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。センサー媒体が小さいほど大きな絞り値が必要になり、大きいほど小さな絞り値を使用できます。また、NDフィルターは、最大シャッタースピードの制限により不可能な場合、より大きな絞り値を使用することで画像の被写界深度を浅くするためにも使用できます。

光量を制限するために絞りを小さくする代わりに、写真家はNDフィルターを追加して光量を制限し、その後、特定の動き（たとえば、水の動きのブレ）に応じてシャッタースピードを設定し、必要に応じて絞りを設定します（最大のシャープネスを得るには絞りを小さく、被写界深度を浅くするには絞りを大きくします（被写体にピントを合わせ、背景にピントを外す））。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、まず希望する最大のシャープネスを得るために使用する最適な絞りを知ることで、撮影するシーンで使用する最適なNDフィルターを選択できます。シャッタースピードは、被写体の動きから希望するブレを見つけることで選択されます。カメラはマニュアルモードでこれらの設定を行い、絞りまたはシャッタースピードを調整して全体の露出を暗く調整し、露出を希望の露出にするために必要な段数を記録します。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段数になります。

この使用例としては、以下のようなものがあります。

• 水の動きをぼかす（例：滝、川、海）。
• 非常に明るい光（例えば日光）の中で被写界深度を浅くする。
• フォーカルプレーンシャッター搭載カメラでフラッシュを使用する場合、露光時間はフィルムまたはセンサー全体が一度に光にさらされる最大速度（多くの場合、最速でも1/250秒）に制限されます。NDフィルターを使用しない場合、絞りをf /8以上に設定する必要が生じる場合があります。
• 回折限界を下回るように、より広い開口部を使用する。
• 動いている物体の視認性を低減する。
• 被写体にモーションブラー効果を加える。
• 長時間露光

中性濃度フィルターは、写真用反射屈折レンズで露出を制御するために使用されます。これは、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部の遮蔽率が大きくなり、性能が低下するためです。

NDフィルターは、レーザー光の他の特性（例えば、ビームの平行性）を変えずにレーザー出力を調整することはできないため、高精度レーザー実験において様々な用途で利用されています。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。所望の光減衰を実現するには、1つまたは複数のニュートラルデンシティフィルターをビーム経路に配置することができます。

大型望遠鏡では、月や惑星が明るすぎてコントラストが失われることがあります。ニュートラルデンシティフィルターを使用すると、コントラストを高めて明るさを抑えることができるため、これらの天体を見やすくなります。

グラデーションNDフィルターは、フィルター表面全体で光の強度が変化する点を除けば、同様のフィルターです。これは、夕日の写真のように、画像の一部が明るく、残りの部分が暗い場合に便利です。

遷移領域、つまりエッジには、ソフト、ハード、アッテネーターなど、さまざまな種類があります。最も一般的なのはソフトエッジで、ND側とクリア側が滑らかに遷移します。ハードエッジフィルターはNDからクリアへの遷移がシャープで、アッテネーターエッジはフィルターの大部分で徐々に変化するため、遷移は目立ちにくくなります。

NDフィルター構成のもう一つのタイプは、NDフィルターホイールです。これは、穴の開いた2枚のガラスディスクで構成されており、各ディスクの表面の穴の周囲に、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枚のディスクを互いに逆方向に回転させると、透過率が100%から0%へと徐々に均一に変化します。これらは、前述の反射屈折望遠鏡や、開口率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分解能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衰させるわけではないため、完璧ではありません。そのため、特に安価なフィルターでは、撮影画像に色かぶりが発生することがあります。さらに重要なのは、ほとんどのNDフィルターは可視光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遮断するわけではないということです。太陽や白熱した金属、ガラスなど、目に見えない強い放射線を発する光源をNDフィルターで観察する場合、フィルターを通して見ると光源が明るく見えなくても、目に損傷を与え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、専用の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代替品として、溶接用ガラス片を自作する方法があります。溶接用ガラスの透過率によっては、10段分の減光効果が得られる場合もあります。

写真撮影において、NDフィルターは光学的濃度、あるいはそれに相当するF値の減少量によって定量化されます。顕微鏡観察では、透過率が用いられることがあります。天文学では、透過率比が用いられることがあります（日食・月食など）。

• 注：Hoya、B+W、CokinはND2またはND2xなどのコードを使用し、Lee、Tiffenは0.3NDなどのコードを使用し、Leicaは1×、4×、8×などのコードを使用します^{[ 5 ] 。}
• 注：ND 3.8は、電子機器の損傷リスクなしに太陽光CCDを露光するための適切な値です。
• 注：ND 5.0は、網膜を損傷することなく太陽光を直接目視観察するための最低限のND値です。使用するフィルターの種類に応じて、スペクトル図で紫外線と赤外線も同じ値で減衰されていることを確認する必要があります。
• 注: ANSI シェードは、標準では中心値を持つ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しています。${\displaystyle S={\dfrac {7}{3}}log_{10}{\dfrac {1}{T_{L}}}+1}$光透過率の基礎となる（${\displaystyle T_{L}}$CIE光源Aにおける値。ANSIシェード番号は紫外線透過率の下限値がはるかに低い。^{[ 4 ]}

• ニュートラルデンシティフィルター計算表
• ニュートラルデンシティフィルターとグラデーションNDフィルター
• NDフィルターにはどのような機能があり、どのような機能がないのでしょうか？
• ニュートラルデンシティフィルター：その概要と使用タイミングとは ？ （2017年6月13日にWayback Machineにアーカイブ済み）
• デジタルグリン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よくある質問（ 2016年3月7日にWayback Machineにアーカイブ済み）