Polarisationsfilter

Polarisationsfilter

Der Polarisationsfilter (kurz auch Polfilter) ist ein optisch transparentes Medium, das nur elektromagnetische Wellen, i.a. Licht, einer bestimmten Polarisation durchlässt.

Wirkungsweise

Licht stellt eine elektromagnetische Welle dar, die transversal (also senkrecht) zur Ausbreitungsrichtung schwingt. Hierbei kann es in allen möglichen Richtungen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung schwingen. Polarisiertes Licht hingegen schwingt nur noch in eine ganz bestimmte, zur Ausbreitungsrichtung senkrechte Richtung. Unpolarisiertes Licht lässt sich als Überlagerung mehrerer polarisierter Teilwellen auffassen.

Polarisationsfilter können nur dann wirksam eingesetzt werden, wenn ein bestimmter Teil des eintreffenden Lichts polarisiert ist. Dies erfolgt z.B. bei der Reflexion an nichtmetallischen Oberflächen, wie z.B. Glasscheiben, Wasseroberflächen, aber auch den fein zerstäubten Wasserteilchen in der Luft. Das Polarisationsfilter kann nun durch Drehung genau so eingestellt werden, dass eben dieses polarisierte Licht nicht hindurch kommt. Dadurch werden Farben satter, Himmel blauer und Wasseroberflächen durchsichtig.

Man unterscheidet zwischen linearen und zirkularen Polarisationsfiltern, je nach Art der Polarisation der ausfallenden Lichts: Beim linearen Polarisationsfiltern ist das ausfallende Licht immer Licht einer bestimmten Polarisation, es schwingt also in genau einer Richtung und wird linear polarisiertes Licht genannt. Bei zirkularen Polarisationsfiltern wird das linear polarisierte Licht wieder so "durcheinandergewirbelt", dass es dann zwar noch in einer Polarisationsrichtung schwingt, diese sich jedoch um die Ausbreitungsachse dreht. Der Kamera erscheint das unpolarisiert, und das mag sie lieber. Man erreicht das, indem das Licht nach der Polarisation durch eine so genannte λ/4-Folie gesendet wird, welche für verschieden polarisiertes Licht verschiedene Ausbreitungsgeschwindigkeiten hat. Wie das im einzelnen funktioniert, müssen wir als Fotografen nicht wissen, nur, dass das ausfallende Licht wieder nicht polarisiert erscheint. Polarisiertes Licht kann nämlich die Lichtmessung der Kamera irritieren. Deshalb ist es besser ein zirkulares Polarisationsfilter zu verwenden als ein lineares.

Anwendungen

In der Fotografie kann ein Polarisationsfilter unerwünschte Reflexionen von glatten, nichtmetallischen Oberflächen (Wasser, Glas, polierte Tischplatten, glänzende Gegenstände oder Haut), die selbst stark polarisiert sind, unterdrücken. Wenn das Polarisationsfilter geeignet ausgerichtet ist, werden die reflektierten Lichtwellen, die in einer bestimmten Polarisation ausgerichtet sind, unterdrückt, so dass der unpolarisierte Hintergrund nicht von den Reflexionen überstrahlt wird.

Vollständig polarisiert ist das reflektierte Licht nur, wenn es unter dem "Brewsterschen Winkel" (ca. 43 Grad) auftrifft. Dann kann man die Reflexe ganz beseitigen. Z. B. liegt der Winkel von Windschutzscheiben in dieser Größenordnung, so dass man mit einem Polarisationsfilter die Insassen eines Autos sichtbar machen kann. Bei Schaufensterscheiben muss man entsprechend schräg fotografieren. Die Filter sind, auch wenn sie aufgeschraubt sind, drehbar, so dass man sich die beste Wirkung einstellen kann.

Das Blau eines wolkenlosen Himmels ist ebenfalls polarisiert. Durch ein Polarisationsfilter kann ein Großteil des hellen Himmelslichts zurückgehalten werden, so dass der Himmel auf dem Foto dunkler und kräftiger in seiner Farbe erscheint. Weiße Wolken treten deutlicher vor dem blauen Himmel hervor. Am stärksten tritt dieser Effekt in 90° zur Sonnenrichtung auf, am schwächsten bis gar nicht in Sonnennähe und in entgegengesetzter Richtung zur Sonne. (Bienen können polarisiertes Licht erkennen und orientieren sich am Himmelsblau, auch wenn die Sonne nicht zu sehen ist.)

Den gleichen Effekt kann man auch beim blauen Dunst vor entfernten Bergen beobachten. Wenn der Winkel stimmt, kann man den Blauschleier reduzieren. Im konkreten Fall kann man das testen, wenn man das Filter in die Hand nimmt, durchguckt und es dabei dreht. Ändert sich der Blauschleier nicht mit der Drehung, ist der Winkel ungünstig, das Filter wirkungslos (die Sonne genau im Rücken oder gegenlichtig?) Im allgemeinen Falle sollte man eigentlich einen Effekt sehen, auch wenn er nur klein ist. Den besten Effekt erhält man wieder in 90° zur Sonnenrichtung (die Sonne scheint von der Seite oder senkrecht von oben).

Konstruktionsbedingt erfordern Kameras mit TTL-Belichtungsmessung und Autofokus meist den Einsatz eines zirkularen Polarisationsfilters, sonst kann die Lichtmessung irritiert werden.

Polarisationsfilter werden in wissenschaftlichen Instrumenten, z. B. Mikroskopen, benutzt, um Strukturen deutlicher hervortreten zu lassen.

In Polarimetern werden zwei Polarisationsfilter zur Messung von optischer Aktivität organischer Stoffe verwendet. Auf diese Weise kann z. B. der Zuckergehalt einer wässrigen Lösung bequem gemessen werden, denn der Zucker dreht die Polarisationsebene.

Alle modernen Flachbildschirme (LCD, TFT) wären ohne Polarisationsfilter undenkbar, da nur durch ihren Einsatz der notwendige Kontrast geschaffen werden kann. Man nehme einmal das Polarisationsfilter und schaue auf den TFT-Bildschirm, dabei das Filter drehen! Dabei das Filter aber richtig herum halten, so dass das Auge von der Kameraseite aus guckt. (Bei einem linearen Polfilter ist die Blickrichtung gleichgültig, bei einem zirkularen nicht.)

Weblink

Quelle: Polarisationsfilter bei Wikipedia (http://de.wikipedia.org/wiki/Polarisationsfilter)

Onlinevideo zur Wirkungsweise und Anwendung von Polfiltern (http://www.ff-fotoschule.de/news/optische-filter-einsatz-polfilter-graufilter-grauverlauffilter)