Sonnenbrille Polarisation. Foto: Vaude

Polarisation bei Sonnenbrillen – was ist das?

18. September 2015

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Polarisation bei Sonnenbrillen

Was ist überhaupt eine Polarisation und welche Effekte hat eine polarisierte Brille?

Polarisationsfilter sind jedem Fotografen bekannt. Sie erhöhen den Kontrast und blenden Spiegelungen ab. Aber gilt das auch für polarisierte Brillen? Welchen Zweck erfüllen sie und wie funktioniert das Ganze eigentlich? Und vor allem: braucht man das wirklich?

Das Auge kann sich auf wechselnde Helligkeiten bis zu einem gewissen Grad einstellen. Wird es jedoch zu hell, helfen wir uns, indem wir eine Sonnenbrille aufsetzen. Bei extremer Belastung, zum Beispiel bei Gletschertouren, setzen wir auf Gletscherbrillen der höchsten Schutzkategorie. Diese lassen kaum noch Licht durch und bieten dem Auge ausreichend Schutz.

Viele dieser Brillen sind zu dem noch polarisiert. Das dient vordergründig nicht direkt dem Schutz der Augen, sondern der Sicherheit bei Aktivitäten in den Bergen, denn polarisierte Brillen erhöhen den Kontrast, den wir wahrnehmen. Wie das funktioniert, erklären wir jetzt.

Worum geht es überhaupt?

Wir reden über Licht. Licht wird in der Physik als elektromagnetische Welle beschrieben. Eine Welle ist die Ausbreitung einer Schwingung im Raum. Die Ebene, in der die Schwingung stattfindet wird als Polarisationsebene der Welle bezeichnet. Polarisation ist also eine Eigenschaft der Welle. Und zwar jeder Welle, da ja jede Welle auf eine Schwingung zurück zu führen ist. Licht ist also immer polarisiert.

Streuung und Reflexion ändern die Polarisation des Lichtes. Das Sonnenlicht, welches durch die Atmosphäre gelangt, wird an jedem Molekül in der Luft gestreut und in jedem noch so kleinen Wassertropfen gebrochen und reflektiert. Dabei werden die Polarisationsebenen „wild gemischt“. Man bezeichnet das Licht am Boden also als unpolarisiert. Das ist natürlich nicht ganz korrekt, da Licht immer polarisiert ist, jedoch hat das Licht am Boden keine einheitliche Polarisation. Und darauf kommt es an.

Trifft Licht auf eine ebene Fläche so wird ein Teil des Lichtes reflektiert, ein anderer Teil des Lichtes wird absorbiert. Das wird sehr schnell klar, wenn man an einen See denkt. An der Wasseroberfläche spiegelt sich das Licht, aber es dringt auch ein Teil des Lichtes ins Wasser ein, was man beim Tauchen/Schnorcheln schnell merkt. Dasselbe gilt auch für einen Gletscher oder eine Fensterscheibe. Ein Teil des Lichtes wird reflektiert, ein Teil durchdringt die Grenzfläche.

Welcher Teil reflektiert und welcher absorbiert wird, hängt unter anderem von der Polarisation des Lichtes ab. Diese Grenzflächen wirken also zum Teil wie ein Polarisationsfilter, denn wenn eine bestimmte Polarisation bevorzugt absorbiert wird, heißt das, dass auch bestimmte Polarisationen reflektiert werden. Somit ist eine „Vorauswahl“ in der Polarisation getroffen.

Hier kommen wieder unsere polarisierten Brillen ins Spiel. Denn diese sind ebenfalls Polarisationsfilter. Sie haben eine festgelegte Polarisationsebene und lassen nur Licht durch, welches dieselbe Polarisationsebene hat.

Polarisation bei Sonnenbrillen Bildliche Darstellung des Stock-Gitter-Beispiels

Bildliche Darstellung des Stock-Gitter-Beispiels

Man kann es sich wie folgt vorstellen: Wenn man mit einem dünnen Stock auf ein Gitter wirft, das nur aus vertikalen Linien besteht, so wird der Stock immer dann durch das Netz fliegen, wenn er genau vertikal ausgerichtet ist (und gerade auf eine Lücke trifft). Ist er horizontal oder schräg ausgerichtet wird er vom Netz aufgefangen.

Ähnlich ist es mit dem polarisierten Licht. Es trifft auf die Brille und wird nur dann durchgelassen, wenn es dieselbe Polarisationsrichtung hat, wie die Brille selbst. Der Vergleich stimmt aber nur bedingt. Denn das Licht, welches nicht dieselbe Polarisationsebene hat, wird nicht komplett geblockt, sondern auf den Teil reduziert, der dieselbe Polarisation hat wie die Brille. Das liegt daran, dass es hier um eine elektromagnetische Welle handelt und nicht um einen Stock. Dies zu erklären wäre allerdings sehr kompliziert und bedarf einiger mathematischer Formeln, die wir uns hier gerne sparen wollen.

Wir ändern also unser Beispiel und werfen nicht mehr einen Stock auf ein Gitter, sondern einen Stock auf eine Wand, in die ein Schlitz eingelassen ist. Trifft der Stock genau den Schlitz, geht er komplett durch. Trifft er schräg auf den Schlitz, wird der Teil abgeschnitten, der die Wand berührt und der Teil, der auf den Schlitz trifft, fällt trotzdem durch. Der Stock ist am Ende natürlich kleiner, genauso verliert das Licht, das auf unsere Brille fällt an Intensität.

Welche Effekte hat nun eine polarisierte Brille?

Nun zum einen nimmt sie dem gesamten, auf das Auge treffenden Licht Intensität. Sie dunkelt also ab. Dieser Effekt ist jedoch geringer als man vielleicht erwartet, da unsere Wahrnehmung von Helligkeit nicht linear ist. Das bedeutet, wenn sich die Menge an Licht, die auf das Auge fällt, halbiert, kommt es uns nicht so vor, als wäre es nur noch halb so hell. Das liegt am Aufbau des Auges. Wir können Helligkeitsunterschiede im Dunkeln deutlich besser erkennen als im Hellen. Doch das ist ein anderes Thema. Da wir unsere Sonnenbrillen nur in sehr hellen Umgebungen tragen, ist das abdunkeln nicht der vorrangige Effekt, den die Polarisation der Brille hat.

Polarisation bei Sonnenbrillen

Eine polarisierte Brille sorgt für eine kontrastreiche Sicht

Viel wichtiger ist, dass wir dank der polarisierten Brille Kontraste besser wahrnehmen. Das macht man sich am besten klar, indem man sich den klassischen Einsatzzweck einer polarisierten Brille vorstellt. Nämlich eine Gletschertour. Die Sonne scheint und trifft direkt aufs Auge. Ebenso trifft das Sonnenlicht auf den Boden und wird von da aus reflektiert. Wie bereits erwähnt, hängt der Anteil des reflektierten Lichtes von der Polarisation des Lichtes ab. Aber ebenso vom Material des Bodens (Stein absorbiert mehr Licht als Schnee und ist deswegen dunkler) und vom Einstrahlwinkel, mit dem das Licht auf den Boden trifft.

Das gilt aber auch umgekehrt. Die Intensität und Polarisation des reflektierten Lichtes hängt vom Material des Bodens und vom Reflektionswinkel des Lichtes ab.

Wenn zum Beispiel eine vom Schnee bedeckte Stufe im Boden vor mir ist, so hat das von den Ebenen reflektierte Licht eine andere Polarisation, als das von der Schrägen reflektierte Licht. Diese unterschiedlichen Polarisationen werden nun von der Brille unterschiedlich stark gefiltert, was zur Folge hat, dass ich diese Zonen unterschiedlich hell wahrnehme. Die Stufe erscheint mit somit deutlicher, als ohne polarisierte Brille, bzw. mit einer nicht polarisierten Brille, welche nur abdunkelt. Auch mit einer solchen Brille erkenne ich diese Stufe, nur ist der Anteil an Licht, welches nicht durchgelassen wird, für alle Zonen gleich. Eine polarisierte Brille dunkelt zusätzlich noch unterschiedlich ab, je nach Einfallswinkel des Lichtes.

Julbo - Explorer Cameleon - Sonnenbrille

Die Julbo – Explorer Cameleon NXT Gläser sind polarisierend

Einsatzgebiete

Auch auf dem Wasser hat eine polarisierte Brille einen großen Effekt. Sie filtert das Licht, welches an der Wasseroberfläche reflektiert wird, unterschiedlich ab, was zur Folge hat, dass man Wellen deutlicher wahrnimmt. Polarisierte Brillen haben also immer da Vorteile, wo Spiegelungen (Reflektionen) differenziert wahrgenommen werden sollen und sind somit bestens für den Einsatz auf dem Wasser oder in den Bergen geeignet. Ob man nun unbedingt eine polarisierte Brille benötigt ist sicherlich Geschmackssache. Da man die Beschaffenheit des Bodens besser erkennt, erhöht sie die Sicherheit – vor allem in den Bergen. Bei Gletscherbrillen macht es also auf jeden Fall Sinn, zu einer polarisierten Brille zu greifen.

Noch eine abschließende Bemerkung zur unserer Wahrnehmung von polarisiertem Licht im Allgemeinen: Das Menschliche Auge ist nicht dafür gebaut, die Polarisation des Lichtes zu erkennen. Ausnahme bildet das Haidinger-Büschel-Phänomen, bei dem man Muster im Licht erkennt, wenn man länger vollständig polarisiertes Licht gesehen hat und dann eine möglichst neutrale Oberfläche anschaut.

Ganz anders ist das bei vielen Insekten. Karl von Frisch fand heraus, dass Honigbienen zum Beispiel sehr gut verschiedene Polarisationsebenen von Licht unterscheiden können und sich zum Großteil dank dieser Fähigkeit orientieren, da sie in Kombination mit dem Sonnenstand Himmelsrichtungen identifizieren können

Über den Autor

Johannes ist 24 Jahre alt und am liebsten mit dem Fahrrad in abgelegenen Regionen der Welt unterwegs. Vor drei Jahren entdeckte er sein Interesse an Fotografie und fing an, sich intensiv damit auseinander zu setzen und seine Reisen zu dokumentieren.  Da er seit 5 Jahren Physik studiert, sind ihm die meisten Phänomene im Zusammenhang mit Licht bestens bekannt.

Kommentare zu diesem Artikel

  1. Immo Wedekind sagte am 27. September 2015 um 10:11 Uhr

    Einen Nachteil von polarisierenden Brillen sollte man aber unbedingt erwähnen: LC-Displays lassen sich je nach Orientierung schlechter oder gar nicht mehr ablesen! Dies betrifft auch Armbanduhren, GPS-Geräte und z.T. auch Smartphones.

  2. Matthias sagte am 27. September 2015 um 14:56 Uhr

    Man sollte noch beachten, dass vielfach die Displays von Smartphone, Tablet, Navi etc. selbst polarisiertes Licht abgeben – und je nach Polarisationsrichtung der Displays sieht man dann gar nichts. Beim Smartphone kann’s helfen, es um 90° zu drehen, beim Auto mit fest eingebauten Displays wird das schwierig…

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