Immer die richtige Belichtung

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