偏光フィルターは、一方向に振動する光だけを透過させて残りを吸収することで、青空を暗くし、水面・ガラス・濡れた葉の反射を消す。被写体側においては、直線偏光フィルター（リニアPL）と円形偏光フィルター（サーキュラーPL）はまったく同じ働きをする。どちらもレンズの前玉に直線偏光を届け、HP5+ や FP4+ のフィルム上では同一の階調効果をもたらす。違いは、フィルムに到達する前にビームをサンプリングするカメラの内部にだけ存在する。

すべての根拠となる一つの方程式

基本法則はマリュスの法則だ。第一の偏光板に対して角度θに設定された第二の偏光板を透過する光の強度は I = I₀ cos²(θ) で表される。θ = 0 のとき両軸は一致し透過率は最大になり、θ = 90度のとき両軸は交差し理論上の透過率はゼロになる（実際の偏光板は消光比によって 10⁻⁴ から 10⁻⁶ 程度の漏れが生じる）。

このcos²の項は二つのことを同時に行う。レンズ前部のフィルターを回転させると、そのフィルター軸と空から来る部分偏光との角度が変わり、空はその角度のcos²に従って暗くなったり明るくなったりする。同じ項がカメラ内部のトラブルも支配している。レンズに取り付けた直線偏光フィルターは交差偏光ペアの第一の素子となり、カメラの測光またはAFビームスプリッターが第二の素子となる。フィルターを回転させると、その内部センサーへの透過率は両者の軸の角度のcos²に応じて変動する――実際の被写体輝度とは完全に独立して。

一眼レフがビームをサンプリングする仕組み

オートフォーカス一眼レフは光をすべてフィルムに送るわけではない。メインのクイックリターンミラーは半透過式になっており、そこを直進した光の一部がその背後に配置された小さなサブミラーに当たり、ボディ底部の位相差検出AFモジュールへとビームを折り返す。そこではセパレーターレンズがレンズの射出瞳の両端からの光線を取り込み、リニアCCD上に二つの像を結ぶ。この二つの像の間隔がピント誤差を示す。近すぎれば前ピン、遠すぎれば後ピン、一定の基準間隔であればピントが合っている。

サブミラーの誘電体コーティングとセパレーター光学系はどちらも、光の偏光状態に依存した量で反射・透過する。きれいな直線偏光を入力すると、分割された二つの像の相対的な強度がフィルターの回転に伴って変動する。位相比較は実際のデフォーカスではなく光学系が与えた強度の不均衡を読んでいるため、ピントがズレる。同じ仕組みがビームスプリッター式の露出セルにも悪影響を与える。camera-wiki が述べるように、直線偏光フィルターを取り付けると「測光計もオートフォーカスも正常に動作しない」のだ。

1/4波長板と、なぜレンズ側に向けるのか

サーキュラーPL（円形偏光フィルター）は、直線偏光板に1/4波長板——λ/4 リターダー——を接着した構造で、リターダーの速軸・遅軸は偏光板の透過軸に対して45度の角度になっている。光は前面の偏光板を通って直線偏光になり、次にリターダーが二つの直交する電場成分の一方を1/4波長、すなわち90度の位相だけ他方より遅延させる。この二成分が合成されて円偏光になる。

このトリックの意味は、円偏光がフィルターの回転にかかわらず、下流のアナライザーに両方の直線偏光成分を等量ずつ提示するという点にある。角度によって変動していたcos²項は定数に平均化され、ビームスプリッターは円偏光を無偏光とまったく同様に分割する。こうして測光とAFモジュールは、レンズにフィルターが付いていないかのように振る舞う。被写体側の偏光作用——空や反射——は前面の直線偏光素子が担うため、そちらは変わらない。順序が重要であり、CPLに方向性があるのはこのためだ。リターダーはレンズ側に向けなければならない。逆に装着すると、ビームスプリッターに再び直線偏光を届けることになる。

円形偏光フィルターはいつ登場し、なぜか

この解決策が生まれたのは、カメラ設計上の特定の変化によるものだ。ビームスプリッターを使わない方式で測光するボディを使っている限り、あるいは外光式露出計を使う限り、直線偏光フィルターで何ら問題なかった。問題が生じたのは、ビームスプリッター式AFとTTL測光ボディの普及とともにだ。その始まりは1985年2月に登場したMinolta Maxxum/Dynax 7000であり、これは完全内蔵式AFシステムとモーター駆動フィルム巻き上げを備えた世界初の一眼レフだった。偏光に感応するサブミラーとAF・測光光学系が市場全体に広まるにつれ、サーキュラーPLがデフォルトの推奨製品となった。完全マニュアルのメカニカルボディで露出計を手持ちで使う場合は、直線偏光フィルターで今でも問題なく、たいてい安価で透過率もわずかに高い。

光の損失とその計算例

フィルターはただではないが、よく言われる「1〜3段（ストップ）」という通説はあいまいすぎ、上限は間違っている。二重計上が生じている。すでに偏光している空が角度依存で暗くなるのは自分が選んだシーン効果であり、フィルターの基本減衰ではないからだ。メーカーデータははるかに厳密だ。Heliopan はフィルターファクターを約2.3〜2.8、おおよそ+1.3段（ストップ）と定めている。B+W KaesemannサーキュラーPLも同じ範囲に収まり、HTC（高透過コーティング）Kaesemann タイプは偏光成分ごとに約99.5パーセントの透過率に達し、約1.5段（ストップ）までと記載されている。

TTL測光とCPLを組み合わせる場合、露出補正は手で行う必要はない。測光計はフィルムが受けるのと同じ減衰されたビームを読むからだ。外光式露出計を使う場合は自分でファクターを適用する。例として、FP4+ でゾーン V の中間調を測光し、入射光読みが EV 14、つまり f/11・1/125秒に設定するとしよう。Kaesemann を装着し +1.5段（ストップ）開けると、f/6.7・1/125秒（f/8 と f/5.6 の中間）になる。あるいは f/11 を保って 1/45秒に落とす。露出計では見えないことが一つある。偏光フィルターの空への効果は、太陽から90度方向にカメラを向けたときに最大となり、太陽または太陽の真反対を向くにつれてゼロに近づく。つまり、太陽から90度の晴天の空への効果が最大になるよう回転させるほど、実効ファクターは増す。迷ったら前後1段（ストップ）ずつブラケット撮影するとよい。

白黒フィルムに偏光フィルターはそもそも必要か

目玉の使い方——青空を暗くする——については、白黒写真において偏光フィルターはたいてい不適切なツールだ。色によるコントラストフィルターのほうが効果的かつコントロールしやすい。なぜなら色彩に対して作用するのであって、角度ではないからだ。Wratten 25 レッド、15 ディープイエロー/オレンジ、または 12 マイナスブルーは、カメラをどこに向けても確実に空を暗くする。Ansel Adams は Monolith, the Face of Half Dome（1927年）のほぼ黒に近い空に偏光フィルターではなく Wratten 29 ディープレッドを使った。偏光フィルターは他のコントラストフィルターと組み合わせても青空を暗くするが、白黒写真における本当の価値は、水面・ガラス・濡れた葉からの非金属反射を消すことにある——いかなる色フィルターも消せない反射を。それこそが1.5段（ストップ）を費やす価値のある場面だ。

出典: HyperPhysics（Georgia State University）による1/4波長板の解説; Harvard Natural Sciences Lecture Demonstrationsによるマリュスの法則; camera-wiki.org および Lensrentals による位相差AF・ビームスプリッターの解説; Heliopan および Schneider-Kreuznach/B+W のフィルターファクター・データシート; Wikipedia および mikeeckman.com による Minolta Maxxum 7000の解説; Ansel Adams, The Negative.