Innovation für die Bildaufnahme

Der innovative Gradientenfilter ermöglicht es, den räumlichen Absorptionsverlauf elektrochemisch zu regulieren und somit flexibel auf veränderliche Lichtverhältnisse - etwa beim Fotografieren - reagieren zu können. (Reiner Voß, TU Kaiserslautern)

Dipl.-Phys. Alexander Hein (links) und Professor Dr. Egbert Oesterschulze befassen sich im Rahmen des BMBF-Verbundprojektes „gradEC“ mit elektrisch steuerbaren Gradientenfiltern. (Reiner Voß, TU Kaiserslautern)

Überbelichtung beim Fotografieren kompensieren – ohne manuelles Anbringen und Justieren von Filtern: Dank einer neuen Technik, die Physiker der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) entwickelt haben, ist das jetzt möglich. Die elektrisch steuerbaren Gradientenfilter nutzen ein sogenanntes elektrochromes Bauelement mit einer Multielektrodenanordnung. Werden an die Elektroden geeignete Spannungen angelegt, stellt sich ein Absorptionsverlauf ein, der in seiner Stärke und Richtung nahezu beliebig einstellbar ist. Die Forscher stellen ihre Arbeit unter anderem in den Fachzeitschriften „Solar Energy Materials and Solar Cells“ und „Optics Express“ vor.

Um bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen, wie zum Beispiel einer dunklen Landschaft mit sonnigem Himmel, optimal fotografieren zu können, ist es hilfreich, die Lichtstärke in helleren Bildbereichen zu reduzieren. Professionelle Foto- und Videografen nutzen hierfür sogenannte Gradientenfilter, sprich Glasplatten mit einem Hell-Dunkel-Verlauf. Ein solcher Filter bietet jedoch nur einen fest vorgegebenen Farb- und Absorptionsverlauf. Demnach sind Gradientenfilter mit verschieden starkem Verlauf nötig, um auf veränderliche Lichtverhältnisse zu reagieren. Der jeweils passende Filter muss vor dem Objektiv angebracht und manuell einjustiert werden: eine sehr zeitaufwändige und umständliche Handhabung.

An der TUK befasst sich das Team um Professor Dr. Egbert Oesterschulze und Doktorand Dipl.-Phys. Alexander Hein im Rahmen des BMBF-Verbundprojektes „gradEC“ mit elektrisch steuerbaren Gradientenfiltern. Die Physiker nutzen dazu eine Schicht aus halbleitenden Nanopartikeln. An diese sind elektrochrome Moleküle gebunden, deren optische Absorption elektrochemisch kontrolliert werden kann. „Wir haben bei diesen im Reinraum (Nano Structuring Center) gefertigten Bauelementen erstmals ein Multielektrodensystem eingesetzt, um den räumlichen Absorptionsverlauf sehr flexibel einstellen zu können“, erklärt Professor Oesterschulze, der den Lehrstuhl für Physik und Technologie der Nanostrukturen innehat. Fließt nun ein Strom durch die Nanopartikelschicht, so stellt sich abhängig vom lokalen Potential eine steuerbare Verfärbung der Moleküle ein und es bildet sich der gewünschte Absorptionsgradient aus. Die Wissenschaftler sind hierbei in der Lage, sowohl die Stärke als auch die Richtung des Gradienten einzustellen. Die Technik könnte zukünftig zum Beispiel bei Kameras oder in der Displaytechnologie zum Einsatz kommen.

Die Forscher der TUK entwickeln die neuartigen Gradientenfilter in enger Zusammenarbeit mit den folgenden Partnern: Jos. Schneider Optische Werke GmbH in Bad Kreuznach (Dipl.-Phys. Haag-Pichl), Universität Osnabrück (Prof. M. Haase, Institut für Chemie neuer Materialien), Fraunhofer-CAN (Zentrum für Angewandte Nanotechnologie) in Hamburg (Dr. Ch. Gimmler, Dr. Th. Schotten) sowie Matthews International GmbH (Dr. G. Jenke) in Vreden.

Die Studie wurde in den Fachzeitschriften „Solar Energy Materials and Solar Cells“ (DOI: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2020.110549) und „Optics Express“ (DOI: https://doi.org/10.1364/OE.393212) veröffentlicht.

Fragen beantwortet:

Prof. Dr. Egbert Oesterschulze
Physik und Technologie der Nanostrukturen
Tel.: 0631 205-2680
E-Mail: oester@physik.uni-kl.de