2.0) Nocività degli UV
La descrizione del lato sinistro del diagramma di flusso è molto più lunga e pallosa.
Il primo bivio riguarda la nocività degli UV.
è evidente a tutti che se gli UV NON sono nocivi filtrarli non serve a nulla.
Con sicurezza possiamo solo dire che gli UV sono nocivi se, e solo se, colpiscono il sensore con una intensità sufficiente a generare un segnale elettrico.
Infatti i normali obiettivi fotografici, anche di eccellente qualità, non sono corretti per le frequenze fuori della banda visibile e gli UV, finendo fuori fuoco, causano una generale velatura dell’immagine. Si veda questa tipica curva del piano focale.
Fig. 2.1 Piano Focale ottica APO.
Ma appunto questa intensità, come già detto, deve essere sufficientemente elevata altrimenti non si ha nessuna velatura ed è del tutto inutile filtrarli.
Per sapere se l’intensità è sufficiente occorre conoscere tutti questi parametri:
. 1) Efficienza quantica del sensore.
. 2) Coefficiente di trasmissione del filtro IR.
. 3) Coefficiente di trasmissione dell’obiettivo.
. 4) Rapporto delle intensità Visibile/UV della sorgente.
Io non ho trovato NULLA che possa dire in modo incontrovertibile se SI o se NO.
Qualcosa si trova, ma non è sufficiente (almeno secondo me) per una risposta sicura.
Qui di seguito riassumo comunque tutto quello che sono riuscito a rintracciare in Rete limitando la Bibliografia ai Link che ritengo affidabili.
2.1) Efficienza quantica del Sensore
I membri del Gruppo b) ossia quelli che una volta si chiamavano Fotoamatori Evoluti affermano che ai tempi della pellicola era necessario filtrare gli UV, ma sul digitale è inutile filtrarli.
Anzi, siccome in genere sono appassionati anche di fotoritocco, affermano che gli artefatti(per loro sono esclusivamente una dominate Blu) si correggono molto meglio in Post-Produzione che con il filtro UV.
I due sensori (la pellicola è un sensore) indubbiamente sono diversi:
Le pellicole, anche quelle pancromatiche, hanno una maggiore sensibilità alle lunghezze d’onda corte, i sensori al silicio a quelle lunghe.
La Kodak produce sia pellicole che sensori e sul suo sito troviamo le caratteristiche(cosa che sta diventando sempre più rara) di entrambi.
Pellicola = http://motion.kodak.com/motion/uploadedFiles/US_plugins_acrobat_en_motion_products_lab_5369.pdf
Fig. 2.2 Sensibilità Pellicola Pancromatica.
Fig. 2.3 Sensibilità sensore Kaf_16801.
Il KAF_16801 è un sensore CCD, ma esaminando anche sensori CMOS vediamo che la curva di sensibilità è più o meno uguale e quindi anche i Canon, su cui non ho trovato nulla, dovrebbero situarsi più o meno lì.
Queste curve sono tratte da vari siti:
http://www.imagesensors.org/Past%20Workshops/2007%20Workshop/2007%20Papers/077%20Lepage%20et%20al.pdf
http://ericfossum.com/Papers/CMOS%20active%20pixel%20sensor%20technology%20for%20machine%20vision.pdf
http://www.paper.edu.cn/download_feature_paper.php?serial_number=Agilentgs2007A-003
http://oatao.univ-toulouse.fr/308/1/Martin-Gonthier_308.pdf
Ne esistono diverse altre più o meno simili, dipende dalla tecnologia degli APS.
Dove APS non è il formato 22.3×14.9mm, ma è l’acronimo di: Active Pixel Sensors.
Fig. 2.4 Sensibilità sensori Cmos.
Queste caratteristiche partono da 400nm e quindi la parte UV (da 300nm a 400nm) manca.
Guardiamo gli andamenti.
Sulla pellicola a 400nm la sensibilità è circa 0.3 stop più elevata del giallo-verde.
Sotto i 400nm comincia a piegare verso il basso. È l’effetto dello strato anti-UV aggiunto alle pellicole a partire dagli anni 60.
Sul sensore a 400nm abbiamo un calo di sensibilità rispetto al giallo-verde di 0.7 stop e di 1.2 rispetto al rosso. Differenza che è in buona parte compensata dal filtro IR (vedi dopo).
Da qui in poi la differenza non dovrebbe superare il 1/3 i 2/3 di stop che si hanno a 400nm.
Finora abbiamo visto la sensibilità di un sensore monocromatico, ma il sensore delle fotocamere ha sovrapposto un filtro colorato a pattern di Bayer.
Alcuni sensori Canon, includendo la maschera colorata, sono stati misurati dagli astrofili francesi.
Il risultato delle loro misure si trova a:
http://www.astrosurf.com/~buil/50d/test.htm
Fig. 2.5 Confronto sensibilità sensori Canon.
Fig. 2.6 Sensibilità geometrica sensori Canon.
È il medesimo diagramma di prima, ma esteso in scala.
Nel confronto è rappresentato anche un sensore monocromatico il KAF 3200ME.
Dal diagramma vediamo che:
1) Il rendimento Elettroni/Fotoni per un sensore monocromatico(seza filtri colorati é dell’80%.
Un sensore con la maschera colorata(pattern di bayern) e:
Verde(2 pixel) = 20%
Blu__(1 pixel) = 10%
Rosso(1 pixel) = 5%
La maschera colorata assorbe da 2 a 4 stop di luce.
2) La sensibilità dei nuovi sensori non è significativamente diversa dai precedenti.
Quindi, o non usano i nuovi pigmenti minerali che non depolimerizzano con gli UV, o la trasmissione tra vecchi e nuovi pigmenti non cambia significativamente.
3) Nel confronto tra 5D e 5D Mark II si nota l’arcinota cattiva progettazione del sensore della 5D.
Sensore che, rapportando l’area, era quasi 1 stop peggiore del coevo sensore della 20D.
4) La sensibilità finale agli UV del sensore sembra nulla.
Osserviamo ora questo diagramma Kodak esteso anche nell’UVA:
http://www.kodak.com/global/plugins/acrobat/en/business/ISS/datasheet/fullframe/KAF-50100LongSpec.pdf
Oltre ad una migliore efficienza globale rispetto al Canon nell’UV-A lascia passare un 2%.
È molto poco, ma è diverso da niente e potrebbe avere qualche influenza.
Fig. 2.7 Efficienza Quantica KAF 50100.
2.2) Attenuazione del filtro Ir_Cut
Sul sito degli astrofili francesi
http://www.astrosurf.com/~buil/filters/curves.htm
Troviamo molte curve di filtri.
Tra di esse anche la curva del filtro posto davanti al sensore della 350D.
Fig. 2.8 Banda filtro IR-Cut 350D.
Vediamo due cose:
1) Da 500nm a 700nm la curva del filtro compensa quella del sensore rendendola piatta.
2) Ai 400nm inizia un taglio negli UV che sembra efficiente.
3) L’attenuazione del filtro è molto morbida rispetto ad altri filtri tipo questi visibili a:
http://www.alpineastro.com/filters/uv_ir_cut_specs.htm
http://www.schneiderkreuznach.com/pdf/filter/bw_filter_transmission_curves.pdf
Fig. 2.9 Filtri Ir Interferenziali B+W e Baader
Questo punto è facile da spiegare.
Filtri così ripidi sono filtri interferenziali ed i filtri interferenziali richiedono raggi paralleli.
Sono quindi utilizzabili solo con tele molto spinti od ottiche posteriormente telecentriche per quelli posti sul sensore.
Per vedere come cambia la risposta, anche ad angoli molto piccoli, si veda il Schuler Astromik Hbeta
http://www.astrosurf.com/~buil/filters/curves.htm
Fig. 2.10 Spostamento Banda con l’inclinazione dei raggi.
Il filtro posto sul sensore deve invece funzionare con qualsiasi ottica.
È quindi un filtro ad assorbimento, ed i filtri ad assorbimento hanno curve molto meno ripide.
Un secondo esempio lo vedi qui:
Fig. 2.11 Banda filtro Ir-Cut Heliopan.
2.3) Trasparenza dell’Obiettivo
Il vetro delle normali lenti ad uso fotografico è un efficiente filtro anti-UVB, anti-UVC e, parzialmente, anche anti-UVA.
Per gli obiettivi storici si trovano diverse curve sull’ottimo sito di Marco Cavina.
http://www.luciolepri.it/lc2/marcocavina/articoli_tecnici_fotografici.htm
Per gli obiettivi attuali nisba!
Le curve di trasmissione sono rigorosamente celate al pubblico.
Meglio dell’oro di Fort Knox.
Ora quanto sono cambiati gli obiettivi nel tempo?
Se intendiamo cambiamenti rivoluzionari, l’unica vera rivoluzione (opinione strettamente personale) sono gli obiettivi di alta qualità(ottica) a basso costo.
Esempi tipici: il plasticotto ed il 50mm f/1.8.
Ci sono peró stati cambiamenti lenti, ma continui sia nei vetri sia nei trattamenti antiriflesso.
I trattamenti antiriflesso attuali attenuano molto meno nella banda visibile ed attenuano di più fuori banda(UV ed IR).
Due siti con le curve di trasmissione sono:
http://www.molalla.net/~leeper/ar_coa~1.pdf
http://www.heliopan.de/Heliopan-Filters.pdf
Fig. 2.12 Banda Trattamenti Antiriflesso.
Nei due diagrammi si vede molto bene che l’unità di grandezza dell’ordinata è il coefficiente di riflessione.
Il trattamento antiriflesso multi-layer si comporta infatti in modo abbastanza simile ad un filtro interferenziale, le frequenze fuori banda non le assorbe, ma le riflette.
Sul sensore arrivano perció meno UV (quindi meno sfocatura), ma nè circolano di più in giro per l’obiettivo(quindi meno contrasto).
L’effetto complessivo è da valutare, sicuramente l’annerimento del barilotto richiede specifiche più stringenti.
Anche i vetri sono cambiati, ma senza rivoluzioni.
I Vetri tipo BK7, molto trasparenti agli UVA, sono usati in quantità limitata e non modificano in modo significativo la trasparenza dell’obiettivo.
I Vetri ad elevato indice di rifrazione, che sono quelli con la maggiore attenuazione degli UV, esistevano già negli anni 70.
Oggi peró nè vengono usati di più ed a volte con spessori maggiori
Le caratteristiche dei vetri(questa volta tutti) sono visibili sui siti dei produttori.
Nè elenco alcuni:
http://www.schott.com/advanced_optics/english/download/tie-35_transmittance.pdf
http://www.mellesgriot.com/pdf/CatalogX/X_04_14.pdf
http://www.escoproducts.com/esco_catalog.pdf
Come esempio inserisco alcuni diagrammi:
Fig. 2.13 Trasmissione Vetri Schott parte 1.
Fig. 2.14 Trasmissione Vetri Schott parte 2.
Fig. 2.15 Trasmissione Vetro BK7.
Come si vede al di sotto di circa 330nm non passa praticamente nulla.
Conclusione:
Anche se i dubbi sono molti e le certezze poche direi che si puó essere ragionevolmente sicuri che gli obiettivi più moderni presentino una attenuazione agli UV maggiore di quelli più datati.
Il termine Datati e poi da definire.
Leggendo gli interventi sul Forum sembra che 4 anni siano da paragonare al Neolitico e l’Analogico risalga addirittura al Giurassico.
Se invece intendiamo 30/40 anni la cosa è quasi sicuramente vera.
2.4) Percentuale di UV nella sorgente
L’unica sorgente di luce, usata abitualmente dai fotoamatori, che contiene UV in percentuale elevata è il Sole.
L’irradiazione solare attualmente è monitorata da diversi satelliti.
Per sapere quanti UV contiene non occorre più farsi i calcoli con il corpo nero equivalente.
Tutti i dati sono disponibili in rete a questo link:
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/vision/solirrad.html#c1
che fornisce sia la tabella dati, sia il diagramma visibile qui sotto.
Fig. 2.16 Irradiazione solare. Nello Spazio ed a Terra.
Su questo link invece si trova la trasparenza atmosferica per alcuni osservatori astronomici.
http://articles.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-iarticle_query?bibcode=1988A%26AS…74…67N&db_key=AST&page_ind=3&data_type=GIF&type=SCREEN_VIEW&classic=YES
Allego i diagrammi di 4 osservatori posti a quote differenziate.
Fig. 2.17 Attenuazione Atmosferica per diversi Osservatori.
Il diagramma rappresenta l’attenuazione atmosferica in funzione dell’angolo di vista riferito allo Zenit.
Naturalmente con cielo limpidissimo, aria molto secca e di notte.
Si puo tenere valido anche di giorno, ma occorre considerare una attenuazione maggiore dovuta agli aerosol, principalmente vapore acqueo.
Nel caso del Sole rappresenta l’attenuazione solare in funzione dell’altezza dell’astro.
Da una prima occhiata ai diagrammi si vede immediatamente che per giustificare la dominate blu in montagna non è necessario ricorrere agli UV.
L’attenuazione, variabile con la quota, delle lunghezze d’onda del visibile è gia sufficiente di suo.
Gli UV possono (forse) dare una mano, ma non sono necessari.
Moltiplicando i due grafici, irradiazione solare ed attenuazione atmosferica, otteniamo la luce diretta solare.
Visto che tra 0 e 45 gradi la differenza è piccola, sicuramente inferiore alla variabile atmosferica, possiamo prendere la sola curva dei 0 gradi(con il sole basso gli UV non sono un problema).
L’integrazione, alquanto approssimativa, della curva fornisce i seguenti dati:
Tab. 3.1 Percentuale UVA con la quota.
Significato delle colonne
Quota . . . . . : Ovvio. è la quota dell’osservatorio.
UV(300-400) . . : è la quantità, in unità arbitrarie, di radiazione UV a quella quota.
________________ ai 2861m e 4215m è stata aggiunta la piccolissima parte sotto i 300nm.
Visual(400-700) : è la quantità, in unità arbitrarie, di radiazione visibile a quella quota.
UV/Vis% . . . . : Rapporto percentuale UV/Visibile
Stop. . . . . . : Lo stesso rapporto espresso in Stop.
K100m / K300m . : Tasso di incremento degli UV ogni 100m o 300m.
________________ Ad esempio K=1.074 @ 0m significa che moltiplicano gli UV=471 per 6.65 volte
________________ abbiamo gli UV=823 di 665m.
Il motivo della colonna K100m/K300m è il seguente:
Cercando l’incremento degli UV con la quota sui siti metereologici che eseguono il monitoraggio dello strato di ozono, ad esempio:
http://www.arpa.piemonte.it/upload/dl/Pubblicazioni/Controllo_ambientale_degli_agenti_fisici:_dal_monitoraggio_alle_azioni_di_risanamento_e_bonifica/Contributi/4_1_Bonasoni.pdf
si trova un tasso costante di aumento del 4% ossia 1.04.
Ma questo tasso è dato, a seconda dei siti, a volte per ogni 300m a volte per ogni 100m.
È evidente che almeno uno dei due dati è errato.
Ho perció riportato i due valori ricavati dagli osservatori astronomici.
Questi valori diminuiscono con la quota.
Come del resto c’era da attendersi, visto che la densità dell’aria cala.
La discrepanza tra i due dati, quello fornito dai siti di controllo e quello ricavato dagli osservatori astronomici, è abbastanza forte.
Si puó peró spiegare anche senza ipotizzare errori, ma con altri parametri:
1) La trasparenza atmosferica importante per gli osservatori astronomici è quella notturna, quando l’aria è meno carica di aerosol e quindi più trasparente.
La trasparenza importante per la valutazione degli UV è invece quella di giorno con un elevato carico di aerosol dovuto al calore solare.
2) La trasparenza astronomica tiene conto esclusivamente del coefficiente di trasmissione dell’atmosfera.
L’irraggiamento invece tiene conto anche della luce diffusa dal cielo e dalle superfici.
A quote elevate ad esempio abbiamo sempre la neve, e la neve ha un albedo dell’85% negli UV(in pratica li raddoppia).
3) Siti con la trasparenza indicata non sono comuni.
Nei casi abituali si avrà una trasparenza inferiore con un contenuto di UV(più attenuati del visibile) a sua volta più basso.
Prima di leggere questi numeri ero convinto che la percentuale di UV ad alta quota fosse maggiore.
Vedo che non è così. In posti secchi, anche a livello del mare, il contenuto di UV è abbastanza alto (7%).
Altra cosa.
Mettere tutte assieme le radiazioni sotto i 400nm è errato.
La defocalizzazione è maggiore per le frequenze più distanti e salendo di quota diventa più pronunciata.
Per stimare questo peró occorre conoscere:
a) La curva del piano di fuoco con la frequenza, curva che non è pubblicata.
b) La trasparenza dell’ottica. Come sopra.
