POLARIZACIÓN DE LA LUZ. POLARIZADORES Y SU USO EN FOTOGRAFÍA.

Por Vogelfrei

ÍNDICE: CAPÍTULO I: POLARIZACIÓN DE LA LUZ........................................... 1 1. CONCEPTO DE POLARIZACIÓN. .................................................................1 2. TIPOS DE POLARIZACIÓN.............................................................................2 2.1. POLARIZACIÓN LINEAL. ....................................................................2 2.2. POLARIZACIÓN ELÍPTICA..................................................................3 2.3. POLARIZACIÓN CIRCULAR. ..............................................................3 3. LUZ NATURAL Y LUZ POLARIZADA...........................................................4

CAPÍTULO II: POLARIZADORES. ........................................................... 4 1. DEFINICIÓN, PRINCIPIOS Y COMPOSICIÓN. ..........................................4 2. TIPOS DE FILTROS POLARIZADORES........................................................5

CAPÍTULO III: APLICACIONES EN FOTOGRAFÍA............................ 6 1. EFECTOS EN LA EXPOSICIÓN......................................................................6 2. FORMA DE UTILIZACIÓN..............................................................................6 3. INCONVENIENTES DE LOS FILTROS POLARIZADORES. ......................7

Polarización de la luz. Polarizadores y su uso en fotografía.

CAPÍTULO I: POLARIZACIÓN DE LA LUZ. 1. CONCEPTO DE POLARIZACIÓN. Hoy en día se acepta que una onda luminosa es una superposición de varias ondas. Asimismo, también se la puede considerar como "una superposición de dos ondas luminosas armónicas, perpendiculares, de igual vector de propagación y frecuencia (monocromáticas)". Según la teoría electromagnética de Maxwel, la luz es una onda electromagnética →

→

caracterizada por los vectores E (intensidad del campo eléctrico) y B (inducción magnética), que vibran perpendicularmente entre sí y a la vez a la dirección de propagación de la energía →

luminosa. En óptica nos ocuparemos fundamentalmente del vector E , el cual recibe el nombre de vector óptico. →

→

Considerando que en este tipo de ondas, la función E = (r , t ) varía sinusoidalmente con el tiempo perpendicularmente a la dirección de propagación (aquí según el eje z); se puede concluir que: →

→ →

→

E x ( z , t ) = E 0 x e iφ donde: φ = k ⋅ z − ωt

Luego los vectores que constituyen el campo eléctrico se pueden expresar como: →

→

∧

→

E x ( z , t ) = E 0 x e i ( kz −ωt ) i

→

∧

E y ( z , t ) = E 0 y e i ( kz −ωt + ∆φ ) j

y x Eox

Eo

z

Eoy y Superposición de dos ondas luminosas.

La suma de estos dos vectores es: ∧ → ∧ iφ  E ( z , t ) =  i E 0 x e iφ x + jE 0 y e y   

donde φx y φy son las fases respectivas de cada onda. Despejando, la ecuación anterior también se puede expresar como: 1

Polarización de la luz. Polarizadores y su uso en fotografía.

→  ∧ ∧ E 0 y i∆φ  i (→k ⋅→z −ωt ) E ( z, t ) =  i + j e e E0 x  

Se acepta que E0x y E0y son las componentes de E, desfasadas en ∆φ. La onda E está polarizada si: φy - φx ≡ ∆φ = constante en el tiempo. 2. TIPOS DE POLARIZACIÓN. 2.1. POLARIZACIÓN LINEAL. Si las dos ondas están en fase (diferencia de fases ∆φ = nπ, n = 0, +/-2, +/-4,...) la resultante será una onda definida por un vector de dirección fija y de amplitud oscilante. Se dice entonces que la onda está polarizada linealmente:

Ex

Eoy

Ey

Eox

Polarización lineal, Ex y Ey en fase; con Ex = Ey.

Por tanto, la orientación de la dirección de polarización en el plano (x,y) depende del coeficiente Eoy/Eox que es semejante a la tangente del ángulo :

Ex Eoy Ey

Eox

Polarización lineal, Ex y Ey en fase; con Ex ≠ Ey.

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Polarización de la luz. Polarizadores y su uso en fotografía.

2.2. POLARIZACIÓN ELÍPTICA. La polarización elíptica es aquella en la que la fase entre Ex y Ey ∆φ ≠ nπ; y por tanto el vector resultante cambiará su dirección a lo largo del tiempo, girando en un plano perpendicular a la dirección de propagación.

Ex

Eoy

Ey

Eox

Polarización elíptica.

2.3. POLARIZACIÓN CIRCULAR. Es un caso particular de la polarización elíptica y se produce cuando la diferencia de fase es de ∆φ = π/2 + nπ, con n = (0, +/-1, +/-2, ...); y Eox = Eoy, y el vector E tendrá una amplitud constante: Eoy Ex

Ey

Eox

Polarización circular.

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Polarización de la luz. Polarizadores y su uso en fotografía.

3. LUZ NATURAL Y LUZ POLARIZADA. La luz natural es aquella en que su vector óptico vibra con la misma probabilidad en todas las direcciones perpendiculares a la dirección de su propagación. La luz polarizada es aquella que vibra en una sola dirección (al plano en el que vibra se le llama plano de polarización). Este tipo de luz se produce: a) cuando la luz no polarizada (o parte de ella) se refleja en una superficie brillante y pulida no metálica (vidrio, agua, plástico, barniz, etc.); b) cuando es dispersada por las diminutas partículas de gas y polvo de la atmósfera y c) cuando atraviesa ciertos tipos de cristales traslúcidos (como los filtros polarizadores): Luz no polarizada

Luz polarizada

Vibración en todos los planos

Vibración en un solo plano

Superficie no metálica

Luz no polarizada Atmósfera (gas y polvo) Vibración en todos los planos

Vibración en un plano

Luz polarizada

CAPÍTULO II: POLARIZADORES. 1. DEFINICIÓN, PRINCIPIOS Y COMPOSICIÓN. Los polarizadores son aquellos dispositivos que permiten obtener luz linealmente polarizada a partir de luz natural. Por tanto, poseen la característica de permitir únicamente el paso de aquellas componentes de la onda cuyos vectores eléctricos vibren paralelamente a su dirección característica de polarización, por tanto, la luz que atraviesa uno de estos dispositivos está linealmente polarizada. 4

Polarización de la luz. Polarizadores y su uso en fotografía.

Hablando en cristiano, los filtros polarizadores son elementos que absorben la luz no polarizada en todos los planos excepto en uno, es decir, sólo permite el paso de la vibración de un rayo de luz en un plano. Por tanto, funcionan como una puerta que permite detener o dejar pasar la luz previamente polarizada. Como un ejemplo gráfico podríamos decir que es un tamiz con cuerdas longitudinales y paralelas que sólo dejan pasar aquellos rayos de luz que estén paralelos a las cuerdas del tamiz; los que se encuentren en otra dirección quedarán "atrapados" en "la criba":

Función de un filtro polarizador

Por consiguiente, si disponemos dos filtros polarizadores cruzadamente, con sus direcciones de polarización formando un ángulo de 90º (las cerdas de las dos cribas a 90º), un haz de luz natural no los podrá atravesar. [Esto también tiene su utilidad en fotografía; ya que combinando dos filtros polarizadores podemos conseguir un filtro de Densidad Neutra (ND) de densidad variable]. Los filtros polarizadores están formados por específicos y diminutos cristales traslúcidos (que tienen la propiedad de polarizar la luz) montados entre dos vidrios ópticos que permiten detener en mayor o menor medida, en función de la rotación que se efectúe, la luz polarizada, ya sea proveniente de la atmósfera o de superficies brillantes no metálicas. El filtro lo que hace en realidad es cortar el paso a unos rayos luminosos que previamente habían sido polarizados y permitirlo a los que no lo habían sido.

2. TIPOS DE FILTROS POLARIZADORES. Existen dos tipos de polarizadores: los lineales y los circulares (ya estudiamos en el primer epígrafe la diferencia entre luz polarizada linealmente y circularmente). Un polarizador lineal deja pasar únicamente la luz que vibra en un determinado plano y la luz que sale del filtro sigue vibrando únicamente en ese plano. Un polarizador circular cumple la misma función que uno lineal, dejando pasar únicamente la luz que vibra en un plano, pero además provoca que la luz que sale del filtro deje de estar polarizada (polariza la luz al entrar y la despolarizara al salir). Estos filtros son unidireccionales; es decir, sólo funcionan en una dirección; si invertimos la colocación del filtro, éste no producirá ningún efecto. 5

Polarización de la luz. Polarizadores y su uso en fotografía.

Una vez definidos los distintos tipos de filtros, se nos plantea la siguiente disyuntiva: ¿cuál de ellos utilizar?. Pues bien, como regla general, si la cámara tiene enfoque automático (AF) se deberá utilizar uno circular; ya que los lineales pueden tener problemas con el AF y con el fotómetro. En realidad no es con estos elementos con los que se originan los problemas; sino con el espejo (pero ese es otro tema que no trataremos en este tutorial). En una cámara de enfoque manual, lo más común es utilizar filtros lineales, ya que su precio es menor.

CAPÍTULO III: APLICACIONES EN FOTOGRAFÍA. 1. EFECTOS EN LA EXPOSICIÓN. De todo lo visto en los anteriores epígrafes, se puede concluir que la principal facultad de estos filtros consiste en detener, en mayor o menor medida, según la rotación que se efectúe, la luz polarizada que procede de la bóveda celeste o de las superficies brillantes no metálicas. Así, se puede aumentar el contraste entre las nubes y el cielo y eliminar los molestos reflejos de determinados motivos (pintura, agua, vidrios, etc.). ¡Ojo!, no sólo, los vidrios, el agua, el barniz, ... reflejan la luz; todos, absolutamente todos los cuerpos la reflejan en mayor o menor medida (dejemos aparte el color negro -ausencia de color- y el blanco -suma de todos los colores-); por tanto en todos los motivos se incrementará el contraste con el uso del polarizador. Luego, a efectos prácticos, un filtro polarizador se puede utilizar para: -

Eliminar los reflejos del agua y del cristal.

-

Aminorar los brillos de las superficies no metálicas, (plástico, pintura, hojas de árboles, etc.) con lo que se incrementa el contraste y la saturación del color.

-

Intensificar el azul del cielo incrementando también el contraste con las nubes.

-

Utilizarlo como un filtro de densidad neutra de densidad variable.

2. FORMA DE UTILIZACIÓN. Una vez colocados (normalmente se enroscan en la parte frontal del objetivo), miramos a través del visor y se van girando sobre sí mismo hasta conseguir el efecto deseado. (Es de destacar que este tipo de filtros se puede utilizar en cualquier modo de exposición: manual, prioridad a la abertura, prioridad a la velocidad y automático). Para la reducción de reflejos, el efecto máximo de un polarizador se consigue cuando el ángulo de la cámara está a unos 35º de la superficie reflectora (ello depende de la naturaleza de la superficie); disminuyendo a medida que nos alejemos de este ángulo y siendo nulo a 90º. Para incrementar el azul del cielo intensificando también el contraste con las nubes, así como para intensificar los colores de la vegetación, el efecto máximo se consigue cuando la cámara forma un ángulo de 90º respecto al eje solar (es decir, cuando el sol incide un uno de nuestros hombros -lateralmente-); disminuyendo a medida que nos apartamos de esta posición. 6

Polarización de la luz. Polarizadores y su uso en fotografía.

Cuando la manilla indicadora del filtro está dirigida hacia el sol, nos advierte que se encuentra a 90º del eje solar. Si el filtro carece de manilla, se puede determinar el área efectiva del polarizador mediante la regla de los dedos pulgar e índice: "se forma un ángulo recto con los dedos índice y pulgar; con el índice se apunta al sol y a medida que se gira la mano, el pulgar indica el área del cielo en la que el polarizador es efectiva". Según esto, cuando nos disponemos de espaldas al sol (180º) no existe luz que polarizar, por tanto no será necesario su uso.

Por tanto, los polarizadores arrojan muy buenos resultados en días luminosos y soleados (mucha luz polarizada) y dependiendo de la posición que tengamos respecto al sol. No es recomendable su uso en condiciones de poca luz, ya que sus efectos serán casi nulos y disminuirán la intensidad de luz que incide sobre la óptica, obligando a aumentar el tiempo de exposición al doble o incluso al triple. Algunos ilustres fotógrafos de paisajes utilizan los polarizadores en combinación con filtros de tonos cálidos (81B y/o 81C), ya que en condiciones de mucha incidencia solar, las fotografías expuestas con polarizador aparecen con un ligero velo azul, efecto que desaparece con esa combinación.

3. INCONVENIENTES DE LOS FILTROS POLARIZADORES. El empleo de estos filtros, como en el de los demás, tiene sus inconvenientes: -

Disminuye la luminosidad en 1,5 ó 2 diafragmas.

-

Sólo actúa sobre la luz previamente polarizada y no sobre la luz difusa; es decir, su uso sólo es satisfactorio en atmósferas diáfanas y sin bruma; el efecto puede llegar a ser nulo en días totalmente cubiertos o con niebla.

-

Debido a que su efectividad depende del ángulo respecto al sol, no se puede utilizar el polarizador en la misma posición cuando se realizan fotografías panorámicas, ya que se cambia la posición de la cámara respecto al eje de incidencia de los rayos solares. 7

Polarización de la luz. Polarizadores y su uso en fotografía.

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La utilización de los polarizadores con objetivos gran angulares (28 mm o menor), también pueden originar problemas, ya que estos objetivos captan gran área del cielo y, por tanto, se puede apreciar un oscurecimiento progresivo en la dirección opuesta al sol.

No obstante lo anterior, un uso racional de este tipo de filtros puede mejorar sustancialmente nuestros resultados fotográficos. La experiencia es la que hará decidirnos por su empleo, o no, en determinadas condiciones.

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