المُستقطِب يُعتّم السماء الزرقاء ويقضي على الانعكاسات من الماء والزجاج والأوراق المبلّلة، إذ يُمرّر الضوء المتذبذب في مستوى واحد ويمتصّ الباقي. على الجانب المقابل للمشهد من العدسة، يؤدي المُستقطِب الخطي والمُستقطِب الدائري المهمة ذاتها: كلاهما يُسلّم ضوءًا مستقطَبًا خطيًا إلى العنصر الأمامي، وكلاهما يمنح تأثيرًا لونيًا متطابقًا على ورقة من HP5+ أو FP4+. يكمن الفارق كليًا داخل الكاميرا التي تأخذ عيّنة من الحزمة قبل وصولها إلى الفيلم.

معادلة واحدة تحكم كل شيء

القانون الناظم هو قانون Malus: الشدة المُنقَلة عبر مُستقطِب ثانٍ مضبوط على زاوية theta بالنسبة إلى الأول هي I = I₀ cos²(theta). عند theta = 0 تتوافق المحاور وتبلغ النفاذية أقصاها؛ وعند theta = 90 درجة تتعامد المحاور وتصبح النفاذية المثالية صفرًا (المُستقطِبات الحقيقية تسرّب ما بين 10⁻⁴ و10⁻⁶ وفق نسبة الانطفاء).

هذا الحدّ الوحيد cos² يؤدي وظيفتين في آنٍ معًا. أدِر المرشّح على مقدمة العدسة يتغيّر الزاوية بين محوره والضوء المستقطَب جزئيًا القادم من السماء، فتتعتّم السماء وتُضيء بمقدار cos² تلك الزاوية. الحدّ ذاته يحكم المشكلة داخل الكاميرا: المُستقطِب الخطي على العدسة يصبح العنصر الأول من زوج متعامد، فيما يكون مقسّم حزمة عداد أو التركيز التلقائي هو الثاني. كلما أدرت المرشّح، تأرجح التدفق إلى ذلك المستشعر الداخلي بمقدار cos² للزاوية بين الاثنين — مستقلًا تمامًا عن السطوع الفعلي للمشهد.

كيف تأخذ الكاميرا ذات المرآة المتأملة عيّنة من الحزمة

الكاميرا ذات التركيز التلقائي والمرآة المتأملة لا تُرسل كلَّ الضوء إلى الفيلم. المرآة الانعكاسية الرئيسية مطليّة جزئيًا بالفضة؛ الجزء الذي يمر خلالها مباشرة يصطدم بمرآة ثانوية صغيرة مثبّتة خلفها، تُوجّه الحزمة نحو الأسفل إلى وحدة التركيز التلقائي بالكشف الطوري في قاعدة الجسم. هناك، تأخذ عدسات الفصل أشعةً من أطراف متقابلة لبؤبؤ الخروج من العدسة وتُكوّن صورتين على CCD خطي. المسافة الفاصلة بين هاتين الصورتين تُشفّر خطأ التركيز: إذا اقتربتا أكثر من اللازم فالهدف مُركَّز أماميًا، وإذا ابتعدتا أكثر فهو مُركَّز خلفيًا، وثمة فجوة مرجعية ثابتة عند الضبط الصحيح.

كلٌّ من الطلاء العازل للمرآة الثانوية وعدسات الفصل يعكس وينقل بمقادير تعتمد على حالة استقطاب الضوء. أطعمها استقطابًا خطيًا نقيًا وستتحوّل الشدّات النسبية للصورتين المنقسمتين بدوران المرشّح. تقرأ المقارنة الطورية اختلالًا في الشدة فرضته البصريات، لا الخروج الفعلي من التركيز، فيتشتّت التركيز. الآلية ذاتها تُفسد خلية التعريض بمقسّم الحزمة: كما تقول camera-wiki، مع تركيب مُستقطِب خطي «لن يعمل كلٌّ من عداد التعريض والتركيز التلقائي بشكل صحيح.»

صفيحة ربع الموجة، ولماذا تواجه العدسة

المُستقطِب الدائري عبارة عن مُستقطِب خطي ملصوق بصفيحة ربع الموجة — معيد تأخير lambda/4 — بمحوريها السريع والبطيء على زاوية 45 درجة بالنسبة إلى محور النقل في المُستقطِب. يخرج الضوء من المُستقطِب الأمامي مُستقطَبًا خطيًا، ثم يُؤخّر المُعيد إحدى المركّبتين الميدانيتين المتعامدتين بمقدار ربع طول موجي — إزاحة طورية بمقدار 90 درجة — بالنسبة إلى الأخرى. تتجمع المركّبتان مُجدَّدًا كضوء مستقطَب دائريًا.

الغرض من هذه الحيلة أن الضوء المستقطَب دائريًا يُقدّم كميات متساوية من الحالتين الخطيتين إلى أي محلّل أسفله، عند كل دوران للمرشّح. الحدّ cos² الذي كان يتأرجح مع الزاوية يتوسّط الآن ليصبح ثابتًا: مقسّم الحزمة يُقسّم الضوء الدائري تمامًا كما يُقسّم الضوء غير المستقطَب، فيتصرّف العداد ووحدة التركيز التلقائي وكأنه لا يوجد مُستقطِب على العدسة. الاستقطاب المواجه للمشهد — السماء، الانعكاسات — لم يمسّه شيء، لأن ذلك العمل يقوم به العنصر الخطي في المقدمة. الترتيب مهم، وهذا هو السبب في أن المُستقطِب الدائري ذو اتجاه محدّد: يجب أن يواجه المُعيد العدسة. ركّبه معكوسًا وستُسلّم مقسّم الحزمة ضوءًا خطيًا مرة أخرى.

متى ظهرت المُستقطِبات الدائرية، ولماذا

هذا الحل موجود بسبب تغيير محدد في تصميم الكاميرات. طالما كانت الكاميرا تقيس بخلية غير مقسّمة أو كنت تستخدم عدادًا خارجيًا، كان المُستقطِب الخطي مناسبًا تمامًا. المشكلة برزت مع مقسّمات الحزمة للتركيز التلقائي وأجسام قياس TTL، بدءًا من Minolta Maxxum/Dynax 7000 في فبراير 1985، أول كاميرا بمرآة متأملة ذات نظام تركيز تلقائي متكامل داخل الجسم وتقديم فيلم محرّك. مع انتشار المرايا الثانوية الحساسة للاستقطاب وبصريات التركيز التلقائي والقياس في السوق، أصبح المُستقطِب الدائري التوصية الافتراضية. على كاميرا يدوية ميكانيكية بالكامل مع قياس خارجي، لا يزال المُستقطِب الخطي قابلًا للاستخدام تمامًا، وعادةً ما يكون أرخص مع نفاذية أعلى قليلًا.

ما يكلّفه من الضوء، مع مثال عملي

المرشّح ليس مجانيًا، لكن عبارة «من وقفة (stop) إلى ثلاث وقفات (stop)» الشائعة فضفاضة جدًا والحدّ الأعلى منها خاطئ. فيها ازدواج في الحساب: التعتيم المرتبط بالزاوية لسماء مستقطَبة بالفعل هو تأثير في المشهد اخترته أنت، لا تخفيف القاعدة للمرشّح. بيانات الشركات المصنّعة أكثر دقة. Heliopan تُقيّم معامل مرشّح يتراوح بين 2.3 و2.8، أي نحو +1.3 وقفة (stop)؛ مُستقطِبات B+W Kaesemann الدائرية تقع في النطاق نفسه، وطراز HTC (High Transmission Coating) Kaesemann يبلغ نحو 99.5 بالمئة من النفاذية لكل مركّبة مستقطَبة، مُقتبَسًا بنحو 1.5 وقفة (stop).

مع قياس TTL ومُستقطِب دائري على العدسة لا تُطبّق شيئًا يدويًا: العداد يقرأ الحزمة المُضعَفة ذاتها التي يراها الفيلم. مع عداد خارجي تُطبّق المعامل بنفسك. لنقل إنك تقيس نصف الدرجة الخامسة (منطقة V) من FP4+ وأعطاك القياس الساقطي EV 14، الذي كنت ستضبطه على f/11 عند 1/125 ثانية. ركّب Kaesemann وافتح +1.5 وقفة (stop): نحو f/6.7 عند 1/125 ثانية (منتصف المسافة بين f/8 وf/5.6)، أو أبقِ على f/11 واهبط إلى 1/45 ثانية. ثمة تفصيلة دقيقة لا يستطيع العداد رؤيتها عنك. تأثير المُستقطِب على السماء يبلغ ذروته حين تتجه الكاميرا بزاوية 90 درجة بعيدًا عن الشمس ويتلاشى عند التوجه نحوها أو بعيدًا عنها مباشرةً، لذا يرتفع المعامل الفعلي كلما أدرت نحو أقصى تأثير على سماء صافية بعيدة 90 درجة عن الشمس. عند الشك، قوّس وقفة (stop) في كل اتجاه.

هل يستحق الأمر مع فيلم أبيض وأسود؟

للحيلة الرئيسية — تعتيم السماء الزرقاء — عادةً ما يكون المُستقطِب الأداةَ الخاطئة في التصوير بالأبيض والأسود. المرشّحات الملوّنة تؤدي ذلك بشكل أفضل وأكثر قابلية للضبط، لأنها تعمل على اللون لا على الزاوية: Wratten 25 الأحمر، أو 15 الأصفر/البرتقالي الغامق، أو 12 minus-blue يُعتّم السماء بشكل متوقع أينما وجّهت الكاميرا. Ansel Adams لجأ إلى Wratten 29 الأحمر الغامق، لا إلى مُستقطِب، لتحقيق السماء الداكنة شبه السوداء في Monolith, the Face of Half Dome (1927). المُستقطِب يُعتّم أي سماء زرقاء بصرف النظر عن أي مرشّح تعامدي تستخدمه أيضًا، لكن قيمته الحقيقية في الأبيض والأسود تكمن في إزالة الانعكاسات غير المعدنية من الماء والزجاج والأوراق المبلّلة — انعكاسات لا يستطيع أي مرشّح ملوّن لمسها. ذلك هو المتى الذي تستحق فيه إنفاق وقفة ونصف (stop).

المصادر: HyperPhysics (Georgia State University) حول صفيحة ربع الموجة؛ Harvard Natural Sciences Lecture Demonstrations حول قانون Malus؛ camera-wiki.org وLensrentals حول التركيز التلقائي بالكشف الطوري ومقسّمات الحزمة؛ صحائف بيانات Heliopan وSchneider-Kreuznach/B+W لمعاملات المرشّحات؛ Wikipedia وmikeeckman.com حول Minolta Maxxum 7000؛ Ansel Adams، The Negative.