Die Polarisationsbrille – eine optische Meisterleistung!
Die aus der östlichen Philosophie stammende Weisheit „Das Licht, das für sich selbst leuchtet, ist Finsternis“ beschreibt in etwa den Effekt der Polarisation, als vermeintlich störende Natur des Sonnenlichtes. Um dessen wirkliche Natur zu verstehen, muss das Licht sowohl physikalisch als auch mathematisch beschrieben werden. In diesem Sinn ist Licht eine elektromagnetische Welle, das heißt eine Zusammensetzung elektrischer und magnetischer Felder, die sich mit einer bestimmten Frequenz und Amplitude im Vakuum stets mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten und somit naturschön unsere tägliche Welt einfärben.
Das sollten Sie unbedingt über eine polarisierte Brille wissen!
- Eine Polarisationsbrille funktioniert wie ein Polfilter in der Fotografie und stärkt den Kontrast und die Farben der Umgebung!
- Die physikalische Eigenschaft polarisiertes Licht ausblenden zu können, reduziert Spiegelungen und Reflexionen!
- Die Polarisationsbrille wird umgangssprachlich auch Wander, Gletscher- oder Anglerbrille genannt!
Polarisation elektromagnetischer Wellen!
Das Licht, welches wir mit den bloßen Augen wahrnehmen, ist nur ein Teil des Lichtes, welcher existiert. Zur Beschreibung der physikalischen Eigenschaften des Mediums ist es notwendig, verschiedene Modelle aufzustellen. So beschreibt die Strahlenoptik die geradlinige Ausbreitung von Licht in Form eines Lichtstrahls, die Wellenoptik betont dessen Wellennatur und schlussendlich betrachtet die Quantenphysik das Licht als ein Strom von Lichtteilchen, den Photonen. Die Betrachtung des Lichtes als Lichtbündel vieler Wellen mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen ist schließlich und endlich seiner elektromagnetischen Beschreibung geschuldet.
Unterschied zwischen polarisiertem und unpolarisiertem Licht!
Licht als elektromagnetische Welle ist eine Transversalwelle, deren Amplitude beziehungsweise Schwingung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung erfolgt. Diese Eigenschaft teilt das Licht sowohl mit der Mikrowelle, den Radiowellen sowie den Röntgen- und Gammastrahlen. Im Gegensatz dazu breitet sich die Schwingung einer Longitudinalwelle, z.B. die des Schalls, immer in Ausbreitungsrichtung aus. Longitudinalwellen benötigen immer ein zweites Medium, wie Gas, Flüssigkeiten oder Feststoffe, in dem sie sich ausbreiten können.
Die Betrachtung einer elektromagnetischen Welle in einem Koordinatensystem zeigt die Ausbreitung des elektrischen sowie magnetischen Feldes anhand von Schwingungen in der Polarisationsebene, die im 90° Winkel zueinander erfolgt. In einem Lichtbündel Sonnenlichts, welches auf die Erde trifft, sind viele Wellen enthalten, die sich durch unterschiedliche Polarisationsrichtungen voneinander unterscheiden. Dieses unpolarisierte Licht ist das natürliche Licht.
Enthält das Licht als Wellenbündel zu einem bestimmten Zeitpunkt polarisiertes Licht, das heißt Wellen gleicher Schwingungsebene, wird dieses Licht linear polarisiert genannt. Darüber hinaus existiert Licht, welches zu einem bestimmten Zeitpunkt in einer bestimmten Richtung polarisiert ist, diese Richtung sich aber mit der Zeit ändert. Dieses Licht wird zirkular polarisiert genannt. Zusammenfassend werden voneinander unterschieden:
- elliptisch polarisiertes Licht
- linear polarisiertes Licht
- zirkular polarisiertes Licht
- unpolarisiertes Licht
Die Polarisation von Licht in der Natur!
Licht, welches zunächst als eine Überlagerung von Einzelwellen mit unterschiedlicher Schwingungsrichtung beschrieben werden kann, wird durch den Eintritt in die Erdatmosphäre an den Gas- und Flüssigkeitsmolekülen gestreut und reflektiert. Die Optik beschreibt diesen Prozess der Brechung und Reflexion anhand der Ausbreitung von Licht an der Grenzfläche zweier Medien.
Trifft ein Lichtbündel auf die Grenzfläche, z. B. einer Wasseroberfläche, trennt sich dieses Licht in die Bestandteile auf, die sich in der Polarisationsrichtung voneinander unterscheiden. Der polarisierte Anteil dringt an der Grenzfläche in das Medium ein, der senkrechte auftreffende Anteil wird hingegen reflektiert. Findet eine Totalreflexion am Grenzmedium statt, lässt sich zudem dessen spektrale Zusammensetzung analysieren. Beispiele dafür sind die bunten Ölspuren auf dem Wasser oder der funkelnde Diamant.
Viele Tiere orientieren sich am polarisierten Licht und verfügen über Sinnesrezeptoren, die dieses Licht erfassen. Neben diesen spezialisierten Fotorezeptoren wird das Hell-dunkel-Sehen durch die lichtempfindlichen Zapfen der Netzhaut gewährleistet und das Farbensehen durch Wellenlängen abhängige Zapfen der Farbwahrnehmung.
Funktion einer polarisierten Brille!
Die polarisierende Brille erfüllt eine ähnliche Funktion wie der Polarisationsfilter in anderen optischen Systemen, z. B. der Fotokamera. Diese Filter werden in der Optik eingesetzt, um unerwünschte Nebeneffekte einer Strahlung entweder zu selektieren oder gewisse Eigenschaften hervorzuheben. Neben dem Polarisationsfilter werden der UV-Filter, der Farbfilter sowie der Verlaufs-, Kanten- und der Interferenzfilter voneinander unterschieden.
Aufbau des Polarisationsfilters
Um einen Filter zu verstehen, ist es notwendig die physikalischen Eigenschaften von Wellen in einem Medium, nochmals näher zu betrachten. Trifft eine Welle auf ein Medium, wird es von diesem an der Grenzfläche teilweise reflektiert und beim Durchqueren ganz oder teilweise absorbiert oder an der gegenüberliegenden Seite transmittiert. Diese Vorgänge sind abhängig von den Materialeigenschaften des Mediums sowie dessen Dicke.
Die molekulare Zusammensetzung des Mediums ist es wiederum, welche diesen Strahlungsfluss beeinflusst. Im Grunde arbeiten optische Filter somit wie jeder andere Filter, sie lassen Frequenzen einer bestimmten Amplitude, Wellenlänge oder Schwingungsrichtung hindurchtreten oder nicht. Im Fall des UV-Filters wird somit ultraviolette Strahlung absorbiert und anderen Wellenlängen des Lichtspektrums der Durchgang gewährt.
Im Gegensatz dazu arbeitet der Polarisationsfilter mit sogenannten anisotropen Folien. Die Anisotropie beschreibt die Richtungsabhängigkeit und Eigenschaft eines Stoffes oder Vorganges. So ist die Strahlung der Sonne als Beispiel isotrop, die eines Laserstrahls hingegen anisotrop.
Effekte polarisierter Brillen
Die Funktion eines Polarisationsfilters im Bereich optischer Systeme ist es, die von einem Medium reflektierte Strahlung auszublenden. Damit werden nicht nur ungewollte Spieglungen an stark reflektierenden Oberflächen, wie einer Wasser- oder Glasgrenzfläche an der Optik unterdrückt, sondern darüber hinaus Kontraste verstärkt. Somit wird nicht nur die Farbsättigung erhöht, sondern ebenfalls Umrisse und Kanten detaillierter dargestellt und hervorgehoben.
Was ist eine Polarisation in der Optik?
Das Licht strahlt in alle Richtungen, denn es ist unpolarisiert, daher wird Licht beim Auftreffen auf ebene und glatte Oberflächen reflektiert und zwar in zwei Ebenen: vertikal und horizontal, dann nennt man das Licht polarisiert. Insbesondere die vertikal abgelenkten Strahlen sind für störende Blendungen der Augen die maßgebende Ursache.
Wie funktioniert eine Polarisationsbrille?
Eine polarisierende Brille hat Gläser, die mit einer speziellen Beschichtung oder einer Folie ausgestattet sind, wobei diese Schicht kleinste Kristalle in waagerechter Anord-nung enthält. Diese Kristalle absorbieren die vertikalen Lichtstrahlen und lassen ledig-lich die horizontalen Lichtanteile passieren, die dann ohne diesen störenden Blendanteil auf unsere Netzhaut gelangen und für eine klare Sicht sorgen.
Für wen ist eine Polarisationsbrille nützlich?
Grundsätzlich für jeden, der verstärkt den Reflexionen durch Sonnenstrahlen ausgesetzt ist und dennoch gut sehen muss, wie Piloten, Kraftfahrer, Fischer, Angler, Bade-meister, Schwimmer, Sportler (Winter-, und Wassersportler), und viele weitere Berufsgruppen. Die störenden Reflexionen ermüden die Augen sehr schnell, da sich diese den ständig wechselnden Licht-und Schattenzonen anpassen müssen.
Wo werden Polarisationsbrillen bevorzugt eingesetzt?
Die Polarisationsbrille erfüllt vor allen Dingen dort konsequent ihre Aufgabe, wo Umweltverhältnisse für starke Spiegelungen und Reflexionen in der Umgebung sorgen oder die Umgebung an sich kontrastarm und eher Leere vermittelt. Diese Bedingungen sind vor allem am Wasser, in der Luft oder in klimatischen Zonen, wie schneereichen Gebieten oder Wüsten anzutreffen.
Umgangssprachlich wird die Polarisationsbrille deswegen oft als Anglerbrille oder Gletscherbrille bezeichnet, da sie in diesen Umgebungen bevorzugt eingesetzt wird. Neben diesen Sportarten ist die Anwendung der Brille vor allem für Autofahrer und Motorradfahrer geeignet.
Vorteile und Nachteile polarisierender Brillen!
Wenn man eine Polarisationsbrille benutzt, bemerkt man, daß man im Gegensatz zu einer Sonnenbrille wesentlich schärfer und kontrastreicher sehen kann, auch die Farben treten deutlicher hervor. Es treten keine Blendungen mehr auf und die Augen sind entspannter. Vor allem bei Autofahrten am Tag, aber auch nachts auf nassen Fahrbahnen und entgegen kommenden Fahrzeugen mit Licht, wird das Sehen ohne Polarisationsbrille nahezu unmöglich und damit sehr gefährlich. Ein Nachteil ist die starke Filterwirkung der Polarisationsbrille, man sieht die beleuchteten Armaturen und das Navigationsgerät im Auto noch noch sehr gedämpft. Was auch als ein Nachteil zu bezeichnen ist: der erhöhte Preis. Polarisationsbrillen sind wesentlich teuer als Sonnenbrillen, schon wegen der speziellen Kunsstoffbeschichtung und dem damit verbundenen höheren Fertigungsaufwand.
Neben vielen zuvor genannten Vorteilen, wie das Ausblenden von störenden Spiegelungen und Reflektionen, Überblendungen sowie der Kontrastverstärkung von Objekten und Naturphänomenen im Tageslicht, werden mit der Polarisationsbrille auch durchaus negative Eigenschaften verbunden.
Gerade die Neuen Medien sind es, welche die Nutzung einer Polarisationsbrille negativ beeinflussen. Die Tatsache das LCD Licht moderner Handys, Tablets oder von Navigationssystemen selbst Polarisationslicht abgeben, erschwert eine Bedienung der Technik während des Tragens einer Polarisationsbrille enorm. Schwingt das LCD Licht in bestimmter Richtung, wird es ausgeblendet und die Inhalte des Displays sind nicht mehr sichtbar. Die Vor- und Nachteile der Brillen zusammengefasst sind:
Vorteile
- Reduzierung von Überblendungen im Gegenlicht
- Schutz vor UV-Strahlung
- Entspanntes und angenehmeres Sehen
- Sicherheit beim Autofahren und bei Sportarten wird erhöht
- Sättigung von Farben und Kontrasten und Kantenstärken
- Insbesondere in Gegenden mit vielen Spiegelungen geeignet, z.B. Wasser, Gletscher
- Prädestiniert für das Bergsteigen, Motorradfahren, Skisport, Angelsport und andere
Nachteile
- Anzeigen am Armaturenbrett sowie an LCD Bildschirmen wie Smartphone, Tablets und ähnlichen können beeinträchtigt werden bis gänzlich verschwinden
- Polarisationsbrillen reduzieren zwar die Blendung von Schnee, haben jedoch den Nachteil, dass Details verschwinden können, z.B. Eis
Kosten einer polarisierten Brille
Vor allem die einschlägige Wassersport und Anglersport Gemeinschaft veröffentlicht in regelmäßigen Abständen Tests sowie Preise zu den neuwertigsten Polarisationsbrillen auf dem Markt. Nicht nur, dass sich die Brille vor allem aufgrund einer besseren Sicht bei extremen Lichtverhältnissen bewährt hat, schützt diese neben den zuvor genannten Vorteilen den Angler auch vor herumfliegenden Objekten, wie den Angelhaken.
Neue Testreihen aus dem Jahr 2019 bescheinigen sämtlichen getesteten Brillen einen hohen UV-Schutz von über 380 sowie viele andere Extras in Form von Kratz- und Schlagfertigkeit. Im Durchschnitt kosteten die Brillen circa 25 Euro, wobei die billigste getestete Brille rund 14 Euro kostete und die teuerste 40 Euro. Gute Brillen gibt es demnach in einem Preissegment zwischen den zuvor genannten Preisen. Das Design der getesteten Brillen variierte zudem stark, sodass günstige und sehr gute Polarisationsbrillen nach dem eigenen Geschmack ausgesucht werden können.