Als je van fotografie houdt, zullen polarisatiefilters je wel bekend zijn. Ze verhogen het contrast en verminderen weerkaatsingen. Maar geldt dat ook voor een polariserende bril? Wanneer gebruik je zo’n bril en hoe werkt zoiets eigenlijk? En vooral: heb je het echt nodig?
Het oog kan zich tot op zekere hoogte aanpassen aan veranderende helderheid. Als het licht echter te fel wordt, helpen we onszelf door een zonnebril op te zetten. In extreme situaties, bijvoorbeeld bij gletsjertochten, bieden gletsjerbrillen uit de hoogste beschermingsklasse uitkomst. Dit soort brillen laat nauwelijks licht door en biedt het oog een zeer goede bescherming.
Veel van deze brillen zijn bovendien polariserend. Dit is niet direct voor de bescherming van de ogen, maar vooral voor de veiligheid tijdens activiteiten in de bergen. Polariserende brillen verhogen namelijk het contrast dat we waarnemen. In dit artikel leg ik uit hoe dit werkt.
Waar gaat het nu precies over?
We hebben het over licht. In de natuurkunde wordt licht omschreven als een elektromagnetische golf. Een golf is de voortplanting van een trilling door de ruimte. Het vlak waarin een trilling plaatsvindt wordt het polarisatievlak van de golf genoemd. Het geeft aan in welke richting de golf beweegt. Polarisatie is dus een eigenschap van de golf. En dat geldt voor elke golf, want elke golf is te herleiden tot een trilling. Licht is dus altijd gepolariseerd.
Verstrooiing en reflectie
Verstrooiing en reflectie veranderen de polarisatie van het licht. Zonlicht dat door de atmosfeer gaat wordt door elke molecuul in de lucht verstrooid en in elke waterdruppel, hoe klein deze ook is, weerkaatst. Wel is het zo dat de mate waarin het licht gepolariseerd is, heel verschillend kan zijn. Daglicht wordt ongepolariseerd genoemd. Dit is natuurlijk niet helemaal juist, want licht is altijd gepolariseerd, maar daglicht heeft geen eenvormige polarisatie. Het heeft geen voorkeursrichting, maar komt in willekeurige richtingen op ons af. En dat is waar het om gaat.
Wanneer het licht een vlak oppervlak raakt, wordt een deel van het licht weerkaatst en een ander deel van het licht geabsorbeerd. Dit wordt duidelijker aan de hand van een voorbeeld. Denk maar eens aan een meer. Het licht wordt weerkaatst op het wateroppervlak, maar een deel van het licht dringt ook door het water heen. Dat merk je bijvoorbeeld als je gaat duiken of snorkelen. Hetzelfde geldt voor een gletsjer of het glas in een raam. Een deel van het licht wordt weerkaatst, maar een deel dringt ook door het oppervlak heen.
Polarisatiefilter
Welk deel wordt weerkaatst en welk deel wordt geabsorbeerd hangt onder andere af van de polarisatie van het licht. De oppervlakken werken dus deels als een polarisatiefilter, want als een bepaalde polarisatie wordt geabsorbeerd, betekent dit ook dat bepaalde polarisaties worden weerkaatst. Zo wordt een ‚voorselectie‘ gemaakt in de polarisatie.
Hier komen ook onze polariserende brillen weer om de hoek kijken. Dit zijn namelijk ook polarisatiefilters. Polariserende brillen hebben een vast polarisatievlak en laten alleen licht door dat hetzelfde polarisatievlak heeft.
Stel je zou een dunne stok richting een hek gooien dat alleen uit verticale lijnen bestaat. De stok zal alleen door het hek heen vallen wanneer hij precies verticaal tussen de spijlen terechtkomt. Wordt hij in een horizontale of een schuine hoek gegooid, dan houden de spijlen de stok tegen.
Polarisatierichting
Dit principe is vergelijkbaar met gepolariseerd licht. Het licht raakt de bril en wordt alleen doorgelaten als het dezelfde polarisatierichting heeft als de bril zelf. Toch gaat de vergelijking maar deels op. Licht dat niet hetzelfde polarisatievlak heeft wordt niet volledig tegengehouden, maar gereduceerd tot het deel dat dezelfde polarisatie heeft als de bril. Dat komt omdat het hier om een elektromagnetische golf gaat en niet om een stok. De precieze uitleg hiervan is vrij ingewikkeld en de wiskundige formules zal ik je in dit artikel besparen.
Laten we, om het toch nog iets te verduidelijken, het hek uit zojuist genoemd voorbeeld nu veranderen in een muur met een spleet. Als de stok precies in de spleet wordt gegooid, zal deze er helemaal doorheen vallen. Maar stel nu dat de stok de spleet onder een andere hoek raakt. Dan kan het zijn dat het deel van de stok dat de muur raakt afbreekt en dat het andere deel alsnog door de spleet heen valt. De stok is dan natuurlijk kleiner geworden. Zo werkt het ook met licht dat op een polariserende bril valt. Het licht verliest hierdoor aan intensiteit.
Wat zijn de effecten van een polariserende bril?
Ten eerste neemt het de intensiteit weg van al het licht dat op het oog valt. Het maakt alles dus donkerder. Dit effect is echter kleiner dan je zou verwachten, omdat onze waarneming van de helderheid niet lineair is. Dit betekent dat wanneer de hoeveelheid licht die op je oog valt gehalveerd wordt, het niet opeens lijkt alsof het licht ook met de helft in helderheid afneemt. Dit heeft te maken met de structuur van je oog. We zien verschillen in helderheid veel beter in het donker dan in het licht. Maar dat is een ander thema. Aangezien we een zonnebril alleen in een zeer heldere omgeving dragen, is het donkerder maken niet het belangrijkste effect van een polariserende bril.
Verbeterde waarneming van contrast
Belangrijker nog is dat we contrasten beter waarnemen dankzij een polariserende bril. Om dit te begrijpen kan je je het klassieke gebruik van een polariserende bril tijdens een gletsjertocht voorstellen. De zon schijnt en slaat direct op je oog. Op dezelfde manier raakt het zonlicht de grond en wordt weerkaatst. Zoals gezegd hangt de hoeveelheid gereflecteerd licht af van de polarisatie van het licht. Maar het hangt ook af van het materiaal van de grond (steen absorbeert meer licht dan sneeuw en is dus donkerder) en van de hoek waarin het licht de grond raakt.
Bovendien geldt dit ook andersom. De intensiteit en polarisatie van het gereflecteerde licht is afhankelijk van het materiaal van de grond en de reflectiehoek van het licht.
Als er bijvoorbeeld vlak voor je een trede bedekt is met sneeuw, heeft het licht dat door het vlakke oppervlak wordt weerkaatst een andere polarisatie dan het licht dat door het hellende vlak wordt weerkaatst. Deze verschillende polarisaties worden door de bril in verschillende mate gefilterd. Dit zorgt ervoor dat je deze gebieden met verschillende helderheid waarneemt. De trede lijkt dus duidelijker zichtbaar met een polariserende bril op dan zonder. En ook met een niet-polariserende bril, die je zicht alleen maar donkerder maakt, is het contrast minder goed zichtbaar. Je kunt de trede wel herkennen, maar het verschil zit hem in het feit dat het deel van het licht dat niet wordt doorgelaten voor alle gebieden hetzelfde is. Een polariserende bril maakt dus op verschillende manieren donkerder, afhankelijk van de invalshoek van het licht.
Wanneer gebruik je een polariserende zonnebril?
Een polariserende zonnebril is niet alleen in de sneeuw, maar ook op het water zeer effectief. Het filtert het licht dat op het wateroppervlak weerkaatst wordt op verschillende manieren. Daardoor kan je de golven duidelijker zien. Polariserende brillen hebben daarom altijd voordelen wanneer weerkaatsingen (reflecties) op een gedifferentieerde manier waargenomen moeten worden. Ze zijn daarom bij uitstek geschikt voor gebruik op het water of in de bergen. Het is niet voor niets dat polariserende brillen soms visbrillen worden genoemd. Of je nu per se een polariserende bril nodig hebt, is een kwestie van smaak. Omdat je de ondergrond beter kunt zien, verhoogt het de veiligheid, vooral in de bergen. Dus wanneer je op zoek bent naar een gletsjerbril is het zeker zinvol om voor een polariserende bril te kiezen.
Een laatste opmerking over onze waarneming van gepolariseerd licht in het algemeen: Het menselijk oog is niet gemaakt om de polarisatierichting van licht te kunnen zien. Een uitzondering daarop is de Bundel van Haidinger. Dit is een fenomeen waarbij patronen in het licht te zien zijn als je langere tijd naar volledig gepolariseerd licht kijkt en dan naar een zo neutraal mogelijk oppervlak.
Bij insecten is dat heel anders. Karl von Frisch ontdekte dat bijvoorbeeld honingbijen zeer goed zijn in het onderscheiden van verschillende polarisatievlakken van licht. Ze oriënteren zich zelfs grotendeels dankzij dit vermogen, omdat ze in combinatie met de stand van de zon de windstreken kunnen identificeren.
