Immer die richtige Belichtung
Elektrisch steuerbarer Gradientenfilter bietet flexibel einstellbaren Absorptionsverlauf.
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 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.
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 Gradientenfilter: 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 Egbert Oesterschulze und Doktorand 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 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 (Haag-Pichl), Universität Osnabrück (M. Haase, Institut für Chemie neuer Materialien), Fraunhofer-CAN (Zentrum für Angewandte Nanotechnologie) in Hamburg (Ch. Gimmler, Th. Schotten) sowie Matthews International GmbH (G. Jenke) in Vreden.
TU Kaiserslautern / DE
Weitere Infos
- Originalveröffentlichungen
A. Hein et al.: Electrochromic graduated filters with symmetric electrode configuration, Opt. Express 11, 17047 (2020); DOI: 10.1364/OE.393212
A. Hein et al.: Two-dimensional spatial image control using an electrochromic graduated filter with multiple electrode configuration, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 215, 110549 (2020); DOI: 10.1016/j.solmat.2020.110549 - Physik und Technologie der Nanostrukturen (E. Oesterschulze), Technische Universität Kaiserslautern
