CATTURA DELL’IMMAGINE NELL’UV (ultra violetto)

A differenza di quanto accade nell’infrarosso (Near Infrared), la ripresa nell’UV è estremamente più difficoltosa. Gli aspetti che determinano queste difficoltà sono da inquadrare in due punti:

- Tipologia di lente utilizzata (sia in fotografia che nella ripresa video)
- Efficacia quantica del CCD
- Filtri

TIPOLOGIA DI LENTE UTILIZZATA

E’ notoriamente risaputo che dietro un vetro non ci si abbronza. Questo se vogliamo è il punto saliente della discussione l’ultravioletto non passa il comune vetro. Perché?

Molto semplicemente perché l’ampiezza di onda è più corta rispetto a quella del visibile o Ir, (siamo al di sotto dei 400nm) per cui scendendo in termini di nm nello spettro delle onde elettromagnetiche l’onda ha difficoltà nel passare i materiali, basti pensare alle onde ULF/ELF che contrariamente attraversano la crosta terrestre, oppure le temibili onde alpha e beta che non riescono ad attraversare neanche (fortunatamente) la nostra atmosfera.

Tornando a allo spettro che ci sta più a cuore ossia le UV (dai 10nm ai 400nm), esso ha una ulteriore suddivisione UV-A,UV-B,UV-C, oppure Near UV e Estreme UV. Generalmente lo spettro associato ad ognuna delle suddivisioni è il seguente: UV-A (400-315 nm), UV-B (315-280 nm) e UV-C (280-10 nm). Le normali lenti utilizzate in fotografia o ripresa video (da ora chiameremo più genericamente “lenti”) hanno una risposta spettrale che bene che vada, parte dai 360 nm. Qui di seguito abbiamo un grafico (fig1) molto interessante che raffronta la risposta spettrale di due lenti Nikon eccellenti, ma una nel particolare decisamente fuori della norma il UV Nikkor 105 mm specifico per l’ultravioletto.

fig 1

Questa differente risposta spettrale è dovuta essenzialmente alla tipologia di lenti utilizzate e le loro peculiarità. Le comuni lenti sono un mix di vari elementi come: Lantanio, Bario, Tantalio, Boro a volte anche Torio e Uranio (i famosi vetri radioattivi), spesso questi elementi hanno il compito di bloccare le radiazioni infrarosse e ultraviolette per una maggiore resa fotografica, oppure per ridurre l'aberrazione cromatica o correzioni varie, di norma la risposta spettrale di queste comuni lenti è dai 430nm ai 700nm e non di minore importanza è il trattamento antiriflesso che comunemente hanno tutte le lenti, il quale ci taglia via tutta la banda UV.
Tutti questi aspetti sono un impedimento alla riuscita di una foto/ripresa nella banda UV. Per avere un vetro che permetta di arrivare a immortalare l’UV alcune storiche case quali: Nikkor ,Carl Zeiss, Asahi Pentax, Coastal Optical ecc.. hanno prodotto delle lenti speciali (anche nel prezzo) che permettono di scendere addirittura fino a 200 nm (al di sotto anche l’aria diventa un filtro). Tali lenti hanno avuto i più disparati utilizzi: fotografia scientifica, indagini nelle scene di crimini, ambito medico ecc.. anche nella missione Apollo veniva utilizzata una lente per foto nell’ultravioletto la lente nello specifico era l’UV-nikkor 55mm. Per produrre queste lenti vengono utilizzati minerali decisamente diversi, normalmente il più diffuso è il quarzo di silicio che ha una risposta spettrale eccellente.
fig2

Coastal Optical Systems Type: 60mm 1:4 UV-VIS-IR Apo Macro

Molte di queste lenti sono praticamente introvabili e rarissime, oggetti per collezionisti, ecco alcuni esempi:
Steinheil Quarz 776mm
Wollensak UV
Amaton
Wollensak UV
Anastigmat 4” (100mm) f/4,5
Zeiss jena UV-Objektiv 60mm f/4
Zeiss
UV-Planar 60mm f/4
UA-Takumar 85mm f/4,5
UV-micro-Nikkor
105mm f/4,5

Per la ripresa UV ho scelto una lente Giapponese della Mutron (Fig. S1), e per la fotografia un Nikkor 63mm con un adattatore autocostruito (Fig. S3), come meccanica una Nikon DX2 (Fig. S2)

EFFICACIA QUANTICA DEL CCD

Ammesso che abbiamo individuato la lente che ci permetta di riprendere l’UV, l’altro aspetto che potrebbe influire sulla riuscita della foto o ripresa che si voglia fare è il supporto del fotorecettore, che esso sia un CCD una emulsione o meno comune fototubo. La loro efficacia quantica (a) potrebbe influire sulla riuscita del tutto. Ogni tipologia di fotorecettore ha un efficacia quantica diversa (fig3).
 
fig3. Grafico dell’efficacia quantica di diversi fotorecettori

Per ovvie ragioni conviene concentrarci sui CCD, escludendo CMOS e le altre tecnologie che per le riprese IR/UV non devono essere neanche prese in considerazione (b).

Anche per ciò che concerne il CCD le prestazioni non sono uguali per tutti i sensori.

Nella scelta del nostro CCD, come dicevamo sopra, è importante analizzare la sua efficacia quantica, questo si può fare ricercando direttamente dalla casa produttrice, magari sul website, la documentazione necessaria. A volte abbiamo la lente giusta, un hardware eccellente, ma con un CCD con bassa efficacia quantica non faremo altro che una foto leggermente violacea, e non uno scatto UV efficace. Qui di seguito (fig4) è mostrata la differenza di prestazioni in termini di efficacia quantica tra un normale CCD e quello da me utilizzato per la ripresa UV.


Fig4. Differenza nella risposta spettrale tra un comune CCD e un UV-CCD, il punto di ns. interesse risiede tra 200nm e 300nm.

I CCD possono essere di tre tipologie principalmente (fig.5):
Fronte illuminati
Retro Illuminati
Assottigliati

E le varie combinazioni dei primi due con il terzo. Nell’ottica di un efficacia quantica maggiore in termini percentuali, il migliore è il retro illuminato assottigliato.
Fig5. Esempio di interazione CCD-Fotone nelle varie tipologie di CCD

Detto ciò la scelta nel CCD per la ripresa UV a “buon mercato” è ricaduta sul Pulnix (fig. S5)


(figS5) CCD camera Pulnix

FILTRI

Quasi tutti i sensori sono provvisti di un filtro direttamente applicato sopra il sensore stesso, comunemente chiamato “filtro low-pass”. Tale filtro è un impedimento per la fotografia UV-IR. La sua presenza è coadiuvante alla realizzazione di una bella ripresa o fotografia eliminando tutte le frequenze che potrebbero inficiare il prodotto finale, ma nel nostro caso ci limita o ci impedisce totalmente la realizzazione della foto/ripresa. Detto ciò è ovvio che dovremo, là dove è presente, rimuovere il filtro e mettere a nudo il sensore, attenzione alla variazione della messa a fuoco, occorre correggerla.

Per la ripresa UV, cosi’ come quella IR, è possibile sostituire il filtro Low Pass con il filtro UV Pass, questo permette: di ovviare al montaggio del filtro anteriore, ad avere diversi filtri a seconda delle ottiche utilizzate, di accorciare i tempi di esposizione. I filtri possono essere principalmente di due tipologie:

1. Gelatin Filter
2. Glass Filter

Detto ciò i filtri che possiamo utilizzare per la ripresa UV sono i seguenti:

• Hoya U-360
• Schott UG-1
• B+W 403
• Kodak's Wratten 18A

Generalmente questi filtri sono Glass Filters ad esclusione del Kodak’s Wratten che è in gelatina, per cui richiede il porta filtri AS1 filter holder, è importante per cui verificare i mm della lente, prima di acquistarlo.

La risposta spettrale di questi filtri è la seguente.






Come si evince tutti i filtri hanno una risposta dai 280 ai 400 nm, ossia nel UV, come è normale che sia, ma anche dai 700 fino ai 1000 nm, questo significa che avremo una ripresa UV sporcata dall’IR, mentre noi ci aspettiamo una immagine UV pura. Per ovviare a questo problema normalmente al filtro UV-Pass si monta in modalità “sandwich” un filtro IR-Cut che ci elimina completamente l’IR: Baader IR-CUT



Ovviamente la risultante nella sommatoria dei due filtri è il solo passaggio di radiazione dai 250 circa nm ai 400 nm.



© 2009 Massimiliano Gasbarra



Note:
Per la comparazione tra fotocamere con tecnologia CCD e CMOS, vedere  http://www.naturfotograf.com

Efficacia quantica fotorecettore: 
Capacità del fotorecettore di catturare fotoni, espressa in termini percentuali. In ambito digitale è la capacità di un CCD di catturare fotoni e convertirli in elettroni liberi.