Innowacje w zakresie rejestrowania obrazów

Innowacyjny filtr gradientowy umożliwia elektrochemiczne regulowanie przestrzennego przebiegu absorpcji, dzięki czemu można elastycznie reagować na zmieniające się warunki świetlne — na przykład podczas fotografowania. (Reiner Voß, TU Kaiserslautern)

Dipl.-Phys. Alexander Hein (po lewej) oraz profesor dr Egbert Oesterschulze zajmują się w ramach projektu sieciowego BMBF „gradEC” filtrami gradientowymi sterowanymi elektrycznie. (Reiner Voß, TU Kaiserslautern)

Kompenzacja prześwietlenia podczas fotografowania – bez ręcznego montażu i regulacji filtrów: Dzięki nowej technologii, opracowanej przez fizyków z Technische Universität Kaiserslautern (TUK), jest to teraz możliwe. Elektronicznie sterowane filtry gradientowe korzystają z tak zwanego elektrochromowego elementu z wieloelektrodowym układem. Gdy do elektrod przyłożone są odpowiednie napięcia, pojawia się przebieg absorpcji, który jest niemal dowolnie regulowany pod względem siły i kierunku. Naukowcy prezentują swoją pracę między innymi w czasopismach „Solar Energy Materials and Solar Cells” oraz „Optics Express”.

Aby móc robić zdjęcia optymalnie przy różnych warunkach oświetleniowych, na przykład ciemnym krajobrazie z jasnym niebem, pomocne jest zmniejszenie jasności w jaśniejszych obszarach obrazu. Profesjonalni fotografowie i operatorzy wideo używają do tego tak zwanych filtrów gradientowych, czyli szklanych płyt z przejściem od jasnego do ciemnego. Taki filtr oferuje jednak tylko ustalony, stały przebieg barwy i absorpcji. W związku z tym potrzebne są filtry gradientowe o różnym stopniu przejścia, aby reagować na zmienne warunki oświetleniowe. Odpowiedni filtr musi być zamontowany przed obiektywem i ręcznie wyregulowany: jest to bardzo czasochłonne i kłopotliwe.

Zespół pod kierownictwem profesora dr. Egberta Oesterschulze i doktora nauk fizycznych Alexandra Heina, działający w ramach projektu współpracy BMBF „gradEC”, zajmuje się na TUK elektronicznie sterowanymi filtrami gradientowymi. Fizyków do tego celu wykorzystują warstwę półprzewodnikowych nanopartykli. Do nich związane są elektrochromowe cząsteczki, których optyczna absorpcja może być kontrolowana elektrochemicznie. „Po raz pierwszy w tych elementach wyprodukowanych w warunkach czystego pomieszczenia (Nano Structuring Center) zastosowaliśmy wieloelektrodowy system, aby bardzo elastycznie ustawiać przestrzenny przebieg absorpcji”, wyjaśnia profesor Oesterschulze, który kieruje Katedrą Fizyk i Technologii Nanostruktur. Gdy przez warstwę nanopartykli przepływa prąd, w zależności od lokalnego potencjału dochodzi do sterowalnego zabarwienia cząsteczek i powstaje pożądany gradient absorpcji. Naukowcy są w stanie regulować zarówno siłę, jak i kierunek gradientu. Technologia ta może w przyszłości znaleźć zastosowanie na przykład w kamerach lub w technologii wyświetlaczy.

Fizyków z TUK rozwijają te nowatorskie filtry gradientowe we ścisłej współpracy z następującymi partnerami: Jos. Schneider Optische Werke GmbH w Bad Kreuznach (Dipl.-Phys. Haag-Pichl), Uniwersytet Osnabrück (prof. M. Haase, Instytut Nowych Materiałów Chemicznych), Fraunhofer-CAN (Centrum Nanotechnologii Zastosowań) w Hamburgu (Dr Ch. Gimmler, Dr Th. Schotten) oraz Matthews International GmbH (Dr G. Jenke) w Vreden.

Badanie zostało opublikowane w czasopismach „Solar Energy Materials and Solar Cells” (DOI: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2020.110549) oraz „Optics Express” (DOI: https://doi.org/10.1364/OE.393212).

Odpowiedzi na pytania:

Prof. dr Egbert Oesterschulze
Fizyka i Technologia Nanostruktur
Tel.: 0631 205-2680
E-mail: oester@physik.uni-kl.de