Ratgeber

Polarisationsfilter in der digitalen Fotografie

Zahlreiche Fotografen nutzen Polarisationsfilter, um Spiegelungen an Glasoberflächen zu verringern oder Farben kräftiger erscheinen zu lassen. Dietmar Wüller erläutert, wie diese Filter funktionieren und was das zirkulare vom linearen Polfilter unterscheidet.

Polarisationsfilter in der digitalen Fotografie: Aufmacher

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Polarisationsfilter in der digitalen Fotografie: Aufmacher

Für die Funktion eines Polarisationsfilters sind  die Welleneigenschaften des Lichtes entscheidend. Im Gegensatz zu Wasserwellen schwingen Lichtwellen nicht nur nach oben und unten, sondern auch nach links und rechts sowie diagonal in alle möglichen Richtungen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Auch das Licht der Sonne besteht aus Wellen mit allen möglichen Schwingungsrichtungen.

Trifft Licht auf eine spiegelnde Oberfläche, dann lässt sich bei zahlreichen Oberflächen feststellen, dass sie bestimmte Schwingungsrichtungen bevorzugt reflektieren. Polarisationsfilter lassen aufgrund einer speziellen Kristallstruktur nur eine Schwingungsrichtung des Lichtes passieren und löschen die anderen. Wird nun ein Polarisationsfilter vor das Objektiv gesetzt, dann kann man dieses so drehen, dass genau die Vorzugsrichtung einer Spiegelung nicht durchgelassen wird, was die Spiegelung drastisch reduziert, wie unser Bildbeispiel zeigt.

Gleichzeitig reduziert das Polarisationsfilter die Lichtmenge insgesamt, weil bestimmte Anteile nicht mehr durchgelassen werden. So "kostet" der Einsatz des Polarisationsfilters in der Regel 1-1,5 Blenden an Licht. Die Verwendung eines einfachen, linearen Polarisationsfilters kann in einigen Fällen zu Problemen bei der Verwendung von Spiegelreflex- und digitalen Kameras führen.

Prinzip des Polarisationsfilters

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Prinzip des Polarisationsfilters: Das lineare Polfilter lässt nur eine Schwingungsrichtung durch. Das ist auch beim zirkularen der Fall. Hier sorgt aber das Lambda/4-Plättchen dafür, dass dahinter wieder alle Polarisationsrichtungen entstehen.

Wenn das Polarisationsfilter die Spiegelung ausblendet, wird nur noch das Licht anderer Schwingungsrichtungen (Polarisationsrichtungen) durchgelassen. In einer Spiegelreflexkamera trifft es im weiteren Verlauf zum einen auf den Spiegel für den Sucher und zum anderen auch auf den Spiegel dahinter, der einen Teil des Lichts zum Autofokus-Modul weiterleitet. Auch wenn diese Oberflächen üblicherweise so gefertigt sind, dass sie möglichst alle Polarisationsrichtungen reflektieren, gibt es doch in einigen Fällen Vorzugsrichtungen, die je nach Orientierung der Spiegel und des Polfilters im Licht fehlen. Zusammen mit der Reduktion der Lichtmenge insgesamt kann es dadurch besonders bei schwierigen Lichtverhältnissen zu einem Problem mit dem Autofokus kommen.

Ein weiteres Problem, das bei der Verwendung solcher linearer Polfilter auftreten kann, wird vom "Anti-Aliasing"-Filter (auch optischer Tiefpassfilter genannt) hervorgerufen. Dieses Filter sitzt direkt vor dem Sensor in der Kamera und soll verhindern, dass im Bild Artefakte und Moirestrukturen entstehen. Das sind beispielsweise die schimmernden Farbringe, die manchmal im Fernsehen zu sehen sind, wenn ein Moderator ein fein gemustertes Jackett trägt.

Dieses Filter besteht üblicherweise aus einem Kristall, der das Licht der einen Polarisationsrichtung gegenüber der um 90° verdrehten zweiten Polarisationsrichtung um tausendstel Millimeter versetzt und es dadurch gezielt leicht unscharf macht. Auf diese Weise verschwinden die Artefakte auf Kosten der Detailwiedergabe durch die geringe Unschärfe bei den hohen Frequenzen. Fehlt eine Polarisationsrichtung, so wird das von den Herstellern exakt ausbalancierte Gleichgewicht gestört und es kann zu Artefakten in den Bildern kommen. Nach Aussage eines Mitarbeiters von Canon kosten die qualitativ hochwertigen Anti-Aliasing-Filter inzwischen fast genauso viel wie der Sensor.

Das zirkulare Polarisationsfilter unterscheidet sich vom linearen Filter durch ein zusätzliches Lambda/4-Plättchen hinter dem Filter (die Dicke des Lambda/4-Plättchen entspricht 1/4 Wellenlänge des Lichts). Das Lambda/4-Plättchen sorgt durch seine 45°-Stellung zum Polarisationsfilter dafür, dass das linear polarisierte Licht, das aus dem Filter kommt, in zwei Bestandteile zerlegt wird, die im Winkel von 90 Grad zueinander stehen. Gleichzeitig wird der eine Bestandteil um eine viertel Wellenlänge verzögert, so dass sich die Polarisationsrichtung beider Bestandteile zusammengenommen ständig ändert: Die Polarisationsrichtung läuft im Kreis. Das Ergebnis ist, dass hinter dem Filter wieder alle Polarisationsrichtungen vorhanden sind, diese aber nicht gleichzeitig, sondern im zeitlichen Wechsel auftreten. Da dieser Wechsel sich mit Lichtgeschwindigkeit vollzieht, kann ihn weder die Kamera noch das Auge wahrnehmen. Das Lambda/4-Plättchen löst so die obengenannten Autofokus-Probleme; zugleich bleiben jedoch die gewünschten Effekte wie das Ausblenden der Spiegelungen und die damit verbundene höhere Farbsättigung erhalten.

Immer wieder stellen Fotografen allerdings bei einem zirkularen Polarisationsfilter eine geringfügige farbliche Veränderung des Bildes fest, die von der Stellung des Filters abhängt. Dieser Effekt ist darauf zurückzuführen, dass das Lambda/4-Plättchen nur für eine Lichtwellenlänge (Farbe) exakt funktioniert und für die anderen lediglich annähernd.

Entwarnung

So viel zur Theorie der Polarisationsfilter. Wir haben sowohl lineare als auch zirkulare Polarisationsfilter an verschiedenen Kameras (Canon-SLR, Fujifilm-SLR, Nikon-SLR, Sony-SLR) getestet und waren - mit Ausnahme der üblichen Autofokusprobleme bei schlechten Lichtverhältnissen - nicht in der Lage, die oben beschriebenen Probleme zu rekonstruieren. Aus diesem Grunde darf man durchaus zum preiswerteren linearen Polarisationsfilter greifen.

Beispielbild ohne Polarisationsfilter

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ohne Polarisationsfilter
Beispielbild mit Polarisationsfilter

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mit Polarisationsfilter
Beispielbild ohne Polarisationsfilter

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ohne Polarisationsfilter
Beispielbild mit Polarisationsfilter

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mit Polarisationsfilter

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