Ein Polfilter verdunkelt einen blauen Himmel und eliminiert Reflexionen auf Wasser, Glas und nassem Laub, indem er Licht durchlässt, das in einer einzigen Ebene schwingt, und den Rest absorbiert. Auf der Motivseite des Objektivs leisten ein Linearpolarisator und ein Zirkularpolarisator dasselbe: Beide liefern linear polarisiertes Licht ans Frontelement, und beide erzeugen auf einem Blatt HP5+ oder FP4+ identische Tonwerteffekte. Der Unterschied liegt ausschließlich im Inneren einer Kamera, die den Strahlengang abgreift, bevor er den Film erreicht.

Die Gleichung, die alles bestimmt

Das maßgebliche Gesetz ist das Malussche Gesetz: Die Intensität, die durch einen zweiten Polarisator mit dem Winkel theta zum ersten hindurchtritt, beträgt I = I₀ cos²(theta). Bei theta = 0 sind die Achsen ausgerichtet und die Transmission ist maximal; bei theta = 90 Grad sind die Achsen gekreuzt und die ideale Transmission ist null (reale Polarisatoren weisen eine Restdurchlässigkeit zwischen 10⁻⁴ und 10⁻⁶ auf, abhängig von ihrem Extinktionsverhältnis).

Dieser einzelne cos²-Term bewirkt zwei Dinge gleichzeitig. Dreht man den Filter am Objektiv, ändert sich der Winkel zwischen seiner Achse und dem teilweise polarisierten Licht des Himmels – der Himmel wird dunkler oder heller, entsprechend dem cos² dieses Winkels. Derselbe Term bestimmt auch das Problem im Kamerainneren: Ein Linearpolarisator am Objektiv wird zum ersten Element eines gekreuzten Paars, während der Strahlteiler für Messung oder AF als zweites Element fungiert. Beim Drehen des Filters schwankt der Durchsatz zu diesem internen Sensor mit dem cos² des Winkels zwischen beiden – völlig unabhängig von der tatsächlichen Motivhelligkeit.

Wie eine Spiegelreflexkamera den Strahlengang abgreift

Eine Autofokus-Spiegelreflexkamera leitet nicht das gesamte Licht zum Film. Der Hauptschwingspiegel ist halbverspiegelt; der Anteil, der ihn geradeaus durchdringt, trifft auf einen kleinen dahinter montierten Hilfsspiegel, der den Strahlengang nach unten zum phasendetektionsbasierten AF-Modul im Kameraboden faltet. Dort nehmen Separatorlinsen Strahlen von gegenüberliegenden Rändern der Austrittspupille des Objektivs auf und erzeugen zwei Bilder auf einem linearen CCD. Der Abstand zwischen diesen beiden Bildern kodiert den Fokussierungsfehler: Liegen sie zu nah beieinander, ist das Motiv frontfokussiert; liegen sie zu weit auseinander, ist es rückfokussiert; bei korrekter Fokussierung entspricht der Abstand einem festen Referenzwert.

Sowohl die dielektrische Beschichtung des Hilfsspiegels als auch die Separatoroptik reflektieren und transmittieren in Abhängigkeit vom Polarisationszustand des Lichts. Wird ihnen sauber linear polarisiertes Licht zugeführt, verschieben sich die relativen Intensitäten der beiden aufgespaltenen Bilder mit der Filterdrehung. Der Phasenvergleich liest dann eine optisch bedingte Intensitätsimbalanz aus, nicht den tatsächlichen Defokus – der Fokus driftet. Derselbe Mechanismus verfälscht eine Strahlteiler-Belichtungszelle: Wie camera-wiki es formuliert, funktionieren mit einem Linearpolarisator „weder Belichtungsmesser noch Autofokus einwandfrei.”

Die Viertelwellenplatte – und warum sie objektivseitig montiert ist

Ein Zirkularpolarisator ist ein Linearpolarisator, der mit einer Viertelwellenplatte – einem lambda/4-Retarder – verbunden ist; dabei liegen die schnelle und die langsame Achse des Retarders unter 45 Grad zur Transmissionsachse des Polarisators. Das Licht verlässt den vorderen Polarisator linear polarisiert; anschließend verzögert der Retarder eine der beiden orthogonalen Feldkomponenten um eine Viertelwellenlänge, eine Phasenverschiebung von 90 Grad, relativ zur anderen. Die beiden Komponenten überlagern sich zu zirkular polarisiertem Licht.

Der Sinn dieses Kunstgriffs: Zirkular polarisiertes Licht präsentiert jedem nachgeschalteten Analysator bei jeder Filterdrehung gleiche Anteile beider linearen Zustände. Der cos²-Term, der zuvor winkelabhängig schwankte, mittelt sich nun zu einer Konstanten: Ein Strahlteiler teilt zirkulares Licht genauso wie unpolarisiertes Licht, sodass Messwerk und AF-Modul so reagieren, als wäre kein Polfilter aufgesetzt. Die motivseitige Polarisation – Himmel, Reflexionen – bleibt unberührt, denn diese Arbeit erledigt das lineare Element vorne. Die Reihenfolge ist entscheidend, weshalb ein CPL eine Vorzugsrichtung hat: Der Retarder muss objektivseitig weisen. Wird er verkehrt herum montiert, erhält der Strahlteiler wieder linear polarisiertes Licht.

Wann Zirkularpolarisatoren aufkamen – und warum

Diese Lösung existiert aufgrund einer spezifischen Veränderung im Kameradesign. Solange eine Kamera mit einer nicht strahlgeteilten Zelle maß oder ein externer Belichtungsmesser verwendet wurde, war ein Linearpolarisator problemlos einsetzbar. Das Problem entstand mit strahlteilerbasiertem AF und TTL-Kameras, beginnend mit der Minolta Maxxum/Dynax 7000 im Februar 1985 – der ersten Spiegelreflexkamera mit vollständig integriertem, kamerainternem Autofokussystem und motorisiertem Filmtransport. Als polarisationsempfindliche Hilfsspiegel sowie AF- und Messoptiken sich auf dem Markt verbreiteten, wurde der Zirkularpolarisator zur Standardempfehlung. An einer vollständig manuellen, mechanischen Kamera mit externem Belichtungsmesser ist ein Linearpolarisator nach wie vor problemlos verwendbar – und er ist in der Regel günstiger und hat eine geringfügig höhere Transmission.

Was er an Licht kostet – mit einem Rechenbeispiel

Der Filter ist nicht kostenlos, aber die gängige Faustregel von „ein bis drei Blendenstufen” ist zu ungenau, und der obere Wert ist falsch. Er zählt doppelt: Die winkelabhängige Verdunkelung eines bereits polarisierten Himmels ist ein Motiveffekt, den man bewusst wählt, nicht die Grundabsorption des Filters. Die Herstellerangaben sind wesentlich enger gefasst. Heliopan gibt einen Filterfaktor von etwa 2,3 bis 2,8 an, entsprechend ungefähr +1,3 Blendenstufen; B+W Kaesemann Zirkularpolarisatoren liegen im selben Bereich, und der HTC (High Transmission Coating) Kaesemann erreicht etwa 99,5 Prozent Transmission pro polarisierter Komponente, mit einem angegebenen Lichtverlust von bis zu etwa 1,5 Blendenstufen.

Bei TTL-Belichtungsmessung und CPL am Objektiv muss man nichts von Hand korrigieren: Das Messwerk misst denselben abgeschwächten Strahlengang, den auch der Film sieht. Mit einem externen Belichtungsmesser trägt man den Faktor selbst auf. Angenommen, man misst einen Zone-V-Mittelton auf FP4+ und der Einfallsmesswert ergibt EV 14, was man als f/11 bei 1/125 s einstellen würde. Mit einem Kaesemann-Filter öffnet man um +1,5 Blendenstufen: auf etwa f/6,7 bei 1/125 s (zwischen f/8 und f/5.6), oder man behält f/11 und reduziert auf 1/45 s. Es gibt eine Feinheit, die kein Messwerk abnehmen kann: Die Wirkung eines Polfilters auf den Himmel ist maximal, wenn die Kamera 90 Grad von der Sonne weg zeigt, und nimmt gegen null ab, wenn man direkt auf die Sonne oder direkt von ihr weg zeigt. Der effektive Faktor steigt also, sobald man auf maximale Wirkung bei einem wolkenlosen Himmel 90 Grad zur Sonne dreht. Im Zweifel eine Blendenstufe auf beiden Seiten bracketen.

Lohnt es sich überhaupt auf Schwarzweißfilm?

Für den klassischen Einsatzzweck – einen blauen Himmel verdunkeln – ist ein Polfilter bei Schwarzweiß meist das falsche Werkzeug. Farbige Kontrastfilter arbeiten besser und kontrollierbarer, weil sie auf Farbe statt auf Winkel wirken: Ein Wratten 25 Rot, 15 Dunkelgelb/Orange oder 12 Minus-Blau verdunkelt den Himmel zuverlässig, unabhängig von der Kameraausrichtung. Ansel Adams griff für den nahezu schwarzen Himmel in Monolith, the Face of Half Dome (1927) zu einem Wratten 29 Dunkelrot – nicht zu einem Polfilter. Ein Polfilter verdunkelt jeden blauen Himmel unabhängig davon, welchen Kontrastfilter man zusätzlich verwendet; sein eigentlicher Wert in Schwarzweiß liegt jedoch darin, nichtmetallische Reflexionen auf Wasser, Glas und nassem Laub zu eliminieren – Reflexionen, die kein Farbfilter beseitigen kann. Dann ist der Einsatz von eineinhalb Blendenstufen gerechtfertigt.

Quellen: HyperPhysics (Georgia State University) zur Viertelwellenplatte; Harvard Natural Sciences Lecture Demonstrations zum Malusschen Gesetz; camera-wiki.org und Lensrentals zu phasendetektionsbasiertem AF und Strahlteilern; Heliopan und Schneider-Kreuznach/B+W Datenblätter für Filterfaktoren; Wikipedia und mikeeckman.com zur Minolta Maxxum 7000; Ansel Adams, The Negative.