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Polarisationsfilter (Polfilter)
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Home : Fotografie : Filter : Typen : Polarisationsfilter
Erstellt/bearbeitet: 20-Apr-1998/08-Jan-06
Systemzeit: 12.10.2008 00:12:11;
Übersicht
 Das Polarisationsfilter (kurz auch Polfilter) ist ein
optisch transparentes Medium, das nur elektromagnetische Wellen – i.a.
Licht – einer bestimmten Polarisation durchlässt.
Das Polarisationsfilter ist vielleicht das wichtigste Filter in der
professionellen und semiprofessionellen Fotografie, wird aber auch von
ambitionierten Fotoamateuren häufig verwendet.
Wirkungsweise
Es ist allgemein bekannt, daß Polarisationsfilter Reflexe von
nichtmetallischen Oberflächen, wie beispielsweise Wasser, Glas, glänzende
Kunststomeile, poliertes Holz, lackierte Flächen, nassem Straßenbelag oder
reflektierendes Blattgrün in der Sonne, beseitigen können. Weniger bekannt
sind die physikalischen Grundlagen der Polarisation, deren Kenntnis jedoch
unerläßlich ist für den richtigen Einsatz von Polarisationsfiltern.
Polarisationstheorie
Licht besteht, wenn man einmal von der Teilchennatur absieht, aus
elektromagnetischen Wellen, die sich ausbreiten, indem sie senkrecht zur
Fortpflanzunsrichtung innerhalb eines Scheitelwertes (Amplitude) in
allen Richtungen schwingen.
Das kann man sich modellhaft im Querschnitt so vorstellen, wie die Speichen eines Rades (= Lichtwellen), die von der
Nabe strahlenförmig auseinandergehen (= Schwingungsebenen), sich
senkrecht zur Achse (= Fortpflanzungsrichtung) befinden, und deren Länge
von den Felgen bestimmt wird (= Amplitude).
Wenn ein Lichtstrahl nur noch
in einer Ebene schwingt, spricht man von linear polarisiertem Licht.
Wenn ein Lichtstrahl nur in zwei senkrecht zueinander liegenden Ebenen
schwingt, spricht man von elliptisch oder zirkular polarisiertem Licht:
Bei der elliptischen Polarisation sind die Amplituden beider Wellen
unterschiedlich groß und weisen außerdem eine Phasendifferenz von 1/4
der Wellenlänge auf.
Bei der zirkularen Polarisation sind die Amplituden
beider Wellen gleich groß. Die Ausbreitung des zirkular polarisierten
Lichtes kann man sich bildlich etwa so vorstellen, wie die gleichzeitige
Längs- und Drehbewegung eines Korkenziehers.
Der Vollständigkeitshalber
sei noch erwähnt, daß es links und rechts elliptisch beziehungsweise
zirkular polarisiertes Licht gibt. Lichtbrechung, Teilreflexion und
Streuung können die Schwingungsebenen reduzieren. Wenn natürliches Licht
auf ein teildurchlässiges Medium, wie Glas oder Wasser (gilt nicht für
fließende oder bewegte Gewässer) trifft, wird ein Teil des Lichtes beim
Eintritt in das Medium (durch Verringerung der
Fortpflanzungsgeschwindigkeit) gebrochen, während der andere Teil
reflektiert wird.
Der reflektierte Lichtstrahl ist in einem Winkel von
90° zum gebrochenen Strahl vollständig linear polarisiert. Daraus folgt,
daß der Polarisationswinkel vom Brechungsindex des Mediums abhängig ist.
Eine vollständige Ausschaltung der Reflexe durch das Polarisationsfilter
ist nur unter diesem Winkel möglich. Je größer die Abweichung des
Aufnahmewinkele zum Polarisationswinkel ist, desto geringer fällt die
Reflexminderung aus. Der Aufnahmewinkel, unter dem
die Polarisation weitgehend ausgeschaltet werden kann, liegt
normalerweise, je nach Medium und Lichtrichtung, zwischen 30° und 40°.
Man unterscheidet zwischen linearen und zirkulären Polarisationsfiltern,
je nach Art der Polarisation der ausfallenden Lichts:
- Bei 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 zirkulären
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. Dies wird erreicht, indem das Licht nach der
Polarisation durch ein so genanntes λ/4-Plättchen gesendet wird, welches
für verschieden polarisiertes Licht verschiedene
Ausbreitungsgeschwindigkeiten hat.
Ein Polarisationsfilter blockiert nun Licht einer bestimmten
Polarisation, also Licht, das in genau einer bestimmten Richtung
schwingt. Ein Polarisationsfilter lässt nur Licht hindurch, welches in
der Polarisationsebene des Filters liegt. Dem zufolge ist das Licht,
welches den Polarisationsfilter verlässt, immer polarisiert.
Reflexionen, die beispielsweise an der Oberfläche von verchromtem
Metall entstehen, können nicht unmittelbar mit einem Polarisationsfilter
beseitigt werden, weil das auftreffende Licht aufgrund der
Totalreflexion und der fehlenden Brechung nicht polarisiert wird. Bei
Studioaufnahmen von hochglänzenden Metallobjekten oder auch in der
Reprofotografie wird das Studiolicht durch Polarisationsfolien, die vor
den Reflektoren befestigt werden, polarisiert. Mit einem
Polarisationsfilter vor dem Objoktiv lassen sich dann auch diese Reflexe
beseitigen.
Licht kann nicht nur durch Brechung und Reflexion, sondern auch durch
Streuung polarisiert werden, wobei der Streueffekt senkrecht zur
Fortpflanzungsrichtung am größten ist. Das kann man vor allem bei
Landschaftsaufnahmen feststellen. Wenn die Aufnahmerichtung etwa im
rechten Winkel zur Sonne steht, genügt bereits ein kleiner Dreh am
Polarisationsfilter um das Streulicht zu unterdrücken und den Himmel
dunkler wiederzugeben. Das ist übrigens die einzige Methode in der
Farbfotografie, das Blau des Himmels dunkler wiederzugeben, ohne die
anderen Farben zu verändern (Grauverlauffilter gleichen lediglich die
Kontraste zwischen Himmel und Landschaft aus). Bei Landschaftsaufnahmen
mit Weitwinkelobjektiven und Polarisationsfiltern ist aber zu beachten,
daß durch den großen Bildwinkel oft große Himmelpartien erfaßt werden,
die normalerweise unterschiedlich starke Polarisation aufweisen. In
diesen Fällen wird der Himmel auf den Fotos nicht gleichmäßig
»abgedunkelt«.
Das Polarisationsfilter verringert aber nicht nur das Streulicht,
sondern auch die Reflexe, die in der Vegetation und an den Oberflächen
verschiedener Objekte in der Landschaft entstehen. Als Folge davon
werden auch die übrigen Farben reiner, brillanter und gesättigter
wiedergegeben (gute Polarisationsfilter erzeugen keinen Farbstich). Aus
diesen Gründen sind die Polarisationsfilter aus der professionellen
Landschafts- und Reisefotografie nicht mehrwegzudenken.
Bei Autofokus-Spiegelreflexkameras sollten nur zirkulare Polarisationsfilter verwendet
werden, um Fehlmessungen weitgehend zu vermeiden. Die Wirkung des
Polarisationsfilters läßt sich unmittelbar im Sucher betrachten. Das
Filter wird so lange gedreht, bis die gewünschte Wirkung sichtbar wird.
Einige Zoomobjektive sind aber ohne Geradführung konstruiert, so daß sich der
Tubus mit dem Filtergewinde beim Fokussieren mitdreht. Dadurch verändert
sich beim Fokussieren die Position und somit die Wirkung des Polfilters.
Folglich sollte bei diesen Objektiven die Position des Polfilters erst
nach erfolgter Fokussierung bestimmte werden, wobei manuelle
Scharfeinstellung bei Verwendung eines Polfilters angebracht ist.
Besondere Beachtung muß man aber trotz TTL-Messung der Belichtung
schenken. Immer wieder wird man belehrt, daß der mit
Zirkular-Polarisationsfiltern gemessene Belichtungswert übernommen
werden kann. Weitverbreitet ist auch die Ansicht, daß der
Verlängerungsfaktor bei Polarisationsfiltern sich nicht mit der Stellung
des Filters verändert, sondern stets gleich bleibt. Das wird von der Dichte des Filters abgeleitet, die immer
konstant bleibt. In der Praxis der TTL-Messung begegnet man aber
folgendem Aspekt: Mit der TTL-Messung kann man nämlich einwandfrei
feststellen, daß sich der Belichtungswert mit der Position des
Polfilters ändert.
Das Ausmaß der Veränderung hängt vom Anteil des
polarisierten Lichtes und vom Winkel dieses Lichtes zum Filter ab. Je
mehr polarisiertes Licht vom Filter gesperrt wird, desto dunkler werden
die reflektierenden nichtmetallischen Flächen im Bild wiedergegeben. Die
TTL-Messung steuert bei dem dunkler erscheinenden Motiv eine
reichlichere Belichtung, so daß die Aufnahme mehr oder weniger
überbelichtet wird, was die Filterwirkung im Bild wiederum abschwächt.
Im Fotoalltag kann man sich folglich auf den durch TTL-Messung
ermittelten Belichtungswert nicht immer verlassen.
Bei der Verwendung eines Zirkular-Polarisationsfilters sollte man
daher folgendermaßen vorgehen: Das Filter sollte man zunächst in die
Position drehen, in der die schwächste Wirkung sichtbar und der Meßwert
für die knappere Belichtung angezeigt wird. Dieser Meßwert ist
maßgeblich für die anschließende Belichtung und muß gespeichert oder
fest eingestellt werden. Danach kann das Polarisationsfilter in die
gewünschte Position gedreht werden, ohne den nun angezeigten Wert für
eine reichlichere Belichtung zu berücksichtigen. Für eine bequeme und
korrekte Arbeitsweise mit Polarisationsfiitern sind die manuelle
Belichtungseinstellung und Fokussierung die geeigneten Arbeitsmethoden.
Anwendungen
- Polarisationsfilter werden in wissenschaftlichen Instrumenten, z. B.
Mikroskopen, benutzt, um Strukturen deutlicher hervortreten zu lassen.
- In Polarimetern werden zwei Polarisationsfilter zur Messung der
optischen Aktivität organischer Stoffe verwendet.
- Für die Projektion von 3D-Filmen werden zwei Projektoren mit
vorgesetzten Polarisationsfiltern verwendet. Die Polarisationsebenen
sind dabei um 90° gegeneinander gedeht. Bei den projezierten Bildern
handelt es sich um Aufnahmen, von zwei verschiedenen Punkten aufgenommen
wurden. Der Zuschauer betrachtet diese mit einer Brille, die ebenfalls
aus zwei, gegen einander geneigeen, Polfiltern besteht. Dadurch sieht
jedes Auge ein unterschiedliches Bild und ein räumlicher Eindruck
entsteht.
- In der Fotografie kann ein Polarisationsfilter unerwünschte Reflexionen
von glatten, nichtmetallischen Oberflächen (z.B. Wasser, Glas)
unterdrücken.
Licht, welches an solchen Flächen reflektiert wird, wird
nämlich bei der Reflexion polarisiert, wenn der Ausfallswinkel etwa 30°
bis 40° beträgt, also nahe dem Brewsterwinkel liegt. Wenn der
Polarisationsfilter geeignet ausgerichtet ist, werden die reflektierten
Lichtwellen unterdrückt, so dass der unpolarisierte Hintergrund nicht
von den Reflexionen überstrahlt wird. So ist es z.B. möglich, störende
Reflexionen auf Fensterscheiben oder Wasseroberflächen auszublenden.
Das Blau eines wolkenlosen Himmels ist ebenfalls polarisiert. Durch
einen Polarisationsfilter kann ein Großteil des hellen Himmels
zurückgehalten werden, so dass der Himmel auf dem Foto dunkler und somit
kräftiger in seiner Farbe erscheint. Weiße Wolken treten deutlicher vor
dem blauen Himmel hervor.
Konstruktionsbedingt erfordern Kameras mit TTL-Belichtungsmessung und
Autofokus häufig den Einsatz eines zirkulären Polarisationsfilters.
- Alle modernen Displays wären ohne Polarisationsfilter undenkbar, da nur
durch ihren Einsatz der notwendige Kontrast geschaffen werden kann.
Beispiel
Im folgenden Beispiel wurde das Motiv zuerst ohne Polfilter und
unmittelbar danach mit Polfilter fotografiert. Wie deutlich zu erkennen
wirken Himmel und Meeresoberfläche durch den Polfilter wesentlich
gesättigter und der Kontrast nimmt deutlich zu.
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