Polarización circular y enfoque automático pasivo [duplicado]

Hace un par de semanas, me asignaron una tarea en uno de mis cursos de maestría en Física Aplicada. Mi profesor pidió que explicara por qué el enfoque automático pasivo funciona solo con polarizadores circulares.

No soy un fotógrafo muy experimentado (todavía no he comprado una DSLR...) pero en mis cámaras compactas no creo que se necesite una polarización especial.

Más tarde pensé que esto se debe a que mis cámaras usan enfoque automático activo. Traté de recopilar la mayor cantidad de información posible sobre cómo funciona el enfoque automático pasivo, pero no encontré ninguna indicación sobre si necesitan polarización circular.

¿Es cierta esta afirmación? ¿El enfoque automático requiere luz polarizada circularmente para funcionar? ¿Por qué solo los sistemas AF pasivos son sensibles a la polarización?

¿Cómo se ve afectado el sistema AF por la polarización de la luz incidente? ¿Esto tiene que ver con el propio censor?

A pesar de la diferencia en el título, esta es la pregunta esencial formulada por (y respondida en) ¿Cuál es la diferencia entre un polarizador lineal y uno circular?
También esto, en cámaras compactas: photo.stackexchange.com/q/9488/1943
@mattdm: ¡Muchas gracias por tu comentario y ayuda! Sin embargo, no estoy seguro de que sus enlaces respondan completamente mi pregunta. Es cierto que un divisor de haz es un elemento óptico "sensible a la polarización". Pero no puedo entender por qué los sensores son sensibles a la polarización... ¿Qué hace que la polarización sea sensible? ¿Y por qué solo el AF pasivo es sensible a la polarización?
está en algunas de las respuestas allí, pero la versión rápida es: todos los espejos tienen un efecto de polarización (lineal), y los sensores AF en las SLR están detrás del espejo réflex, por lo que si la luz golpea el espejo polarizado en la orientación incorrecta, es podría filtrarse por completo y no reflejarse en los sensores. Los sistemas AF que no tienen un espejo en el camino no están sujetos a este problema.
@mattdm: Lo que no soy consciente de un efecto relacionado con la reflexión, que afecta a una luz ya polarizada. La polarización a través de la reflexión afecta solo a un componente del haz reflejado (es decir, el componente p). Entonces, no puedo entender eso, ¿cómo una luz puede verse afectada por la reflexión si ya está polarizada linealmente?
Esto podría estar mejorando para physics.stackexchange.com . Pero según tengo entendido, es porque el espejo está medio plateado y se reflejará o pasará una cantidad diferente según la polarización lineal.
@mattdm: ¡Muchas gracias por su tiempo! Ya he preguntado en physics.se pero no creo que me den una respuesta... La respuesta tiene que ver con el propio censor. Estoy convencido y seguro de que el reflejo de una luz ya polarizada no es malo; la propia luz polarizada lineal interactuando con el censor es probablemente la clave. ¿Alguna idea sobre eso?
@mattdm: Por lo que sé, el AF pasivo funciona con comparación de contraste, por lo tanto, no creo que un sistema AF pueda tener dificultades con un filtro lineal. Sin embargo, el sistema de medición (después del cual está el sistema de exposición automática) es muy sensible a la intensidad. Según su experiencia, ¿un filtro lineal realmente puede causar problemas de enfoque o de exposición?

Respuestas (1)

Primero, debemos aclarar una confusión causada por fotógrafos que con demasiada frecuencia no prestan atención en la clase de física. Hay dos tipos de polarización, lineal y circular.

La polarización lineal define en qué plano se orienta la luz. Podría ser horizontal versus vertical, por ejemplo. La luz del cielo que rebota en un dieléctrico horizontal, como un charco, por ejemplo, se polarizará horizontalmente. Este efecto depende del ángulo, y en realidad hay un ángulo en el que toda la luz está 100% polarizada (toda horizontal, ninguna vertical). Un filtro polarizador lineal orientado para pasar solo el componente vertical (el producto escalar con la dirección vertical) bloqueará el reflejo del cielo polarizado horizontalmente en el charco. Con un buen polarizador y con la luz rebotando en el charco en el ángulo correcto, bloqueará casi todo.

La polarización circular es un atributo de la luz separado de la polarización lineal. Es una especie de "mano" de la luz. La luz de mano derecha está bloqueada por un filtro polarizador circular de mano izquierda, y viceversa. Estos tipos de filtros polarizadores se usan a menudo en anteojos 3D que no son del tipo rojo-azul. Esto le permite no tener que tener la cabeza perfectamente nivelada para que cada ojo obtenga la imagen deseada. La luz de mano izquierda todavía está bloqueada por un polarizador de mano derecha, independientemente de cuánto se gire.

Todo eso tenía sentido hasta que los fotógrafos antes mencionados que no prestaron atención en la clase de física se involucraron. Por lo que he visto, los polarizadores fotográficos son todos del tipo lineal. Esto tiene sentido porque están destinados a efectos como mejorar o atenuar los reflejos de los charcos y similares. Un polarizador circular no sería útil para eso. Lo que se llama un "polarizador circular" en fotografía, no es un polarizador circular como lo entiende el resto del mundo.

Entonces, ¿qué son los "polarizadores circulares" fotográficos y por qué los tenemos? Originalmente, los polarizadores lineales rectos se usaban en fotografía. Hicieron exactamente lo que debían hacer, que era jugar con los reflejos de los charcos, dispersar la luz del cielo, etc. Luego llegaron las cámaras con medidores de luz incorporados. En una SLR, no hay nada entre la lente y la película o el sensor mientras se toma la imagen, por lo que los polarizadores lineales están bien para eso. Sin embargo, para realizar la medición antes de la exposición, por lo general se requiere el rebote de la luz o un espejo. La luz también debe ir al visor, por lo que a menudo hay espejos parcialmente reflectantes para dividir la luz. A diferencia de los espejos plateados normales, donde la luz rebota en una capa de metal, los espejos parciales generalmente involucran la luz que rebota en un dieléctrico en alguna parte. Entonces esa luz se polariza linealmente. O dicho de otra manera, dicho espejo parcial divide la luz en una proporción diferente según el ángulo de polarización. Eso es malo si el medidor de exposición cree que está viendo una fracción conocida de la luz que entra.

La solución fue agregar otra capa al filtro polarizador en la parte frontal de la lente. El frente del filtro pasa solo la parte de la luz alineada con cualquier orientación a la que gire el filtro. Se agregó una segunda capa que puede pensar en codificar la polarización lineal. En términos más técnicos, esto se denomina "placa de 1/4 de onda", como se señala en un comentario de Mattdm. Ahora el espejo parcial, que es en efecto un filtro algo polarizador, dejará pasar aproximadamente la misma fracción de luz en cada dirección, independientemente de cómo se gire el polarizador lineal en la parte delantera de la lente.

Esta situación es tan común que los "polarizadores circulares" (en realidad, un polarizador lineal con un despolarizador después, como se mencionó anteriormente) ahora son más comunes en la fotografía que los verdaderos polarizadores lineales puros. En muchos casos, los "polarizadores circulares" estarán más disponibles y costarán menos debido al volumen.

Estás equivocado aquí. La segunda capa no "revuelve" la luz; es una placa de cuarto de onda. Esto da como resultado una luz polarizada circularmente; en otras palabras, este es un polarizador circular real.
@mattdm: estaba tratando de describir el efecto relevante, que es que la luz ya no tiene una polarización lineal única. He editado la respuesta para referirme a tu comentario.
@OlinLathrop: ¡Muchas gracias por tu comentario! Sin embargo, la cosa es que me interesa entender por qué los sistemas AF pasivos (y no activos) son "sensibles a la polarización"... ¡Cualquier ayuda/idea sobre eso sería más que bienvenida!
Una mejor manera de decirlo sería que, aunque es un polarizador circular, todavía tiene el efecto de filtrar la luz que no está polarizada en una cierta orientación lineal, que es el efecto útil en fotografía.
@Thanos: "Enfoque automático pasivo" (más correctamente, enfoque automático de detección de fase) involucra varios espejos. En "enfoque automático activo" (enfoque automático de detección de contraste), la luz brilla directamente sobre el sensor o la película sin encontrar un espejo. Ahora deberías poder conectar los puntos... :)
@ChinmayKanchi: Contrast detect autofocusy Phase Detect autofocusson dos métodos de enfoque automático pasivo. El autofuc activo implica la emisión de un pulso de ultrasonido (técnica antigua) o luz visible o IR (técnica moderna). Midiendo el tiempo de retardo del pulso obtenemos una estimación de la distancia entre la lente y el objeto a capturar.
@Thanos: Bastante justo. Sin embargo, CDAF no debería verse afectado por un polarizador lineal, ya que no hay espejos en el camino de la luz. Si se transmite un pulso de IR/ultrasonido, creo que es bastante obvio por qué un filtro polarizador no lo afecta.
@ChinmayKanchi: Tienes razón. Creo que ambos métodos de AF pasivo no deberían verse afectados por el filtro, porque en ambos métodos lo que se mide es la diferencia de intensidad o posición. ¡Creo que la exposición automática es más frágil allí!
@Thanos: PDAF se verá afectado porque, en primer lugar, funciona con una fracción de la luz disponible para el sensor. Cualquier cosa que reduzca aún más esa fracción afectará al PDAF.