Ein komplett transparenter "Farbfilter" könnte die digitale Fotografie auf ein neues Qualitätsniveau heben – insbesondere was Aufnahmen unter schlechten Lichtbedingungen angeht. Hier tritt normalerweise starkes Rauschen auf, denn bei herkömmlichen Kameras gelangt in solchen Fällen nur vergleichsweise wenig Licht an den Sensor.

Abhilfe verspricht nun eine Entwicklung, die Wissenschaftler um Rajesh Menon von der University of Utah vorstellen. Sie umgehen mit ihrer Vorrichtung das Problem derzeit üblicher Farbfilter in Digitalkameras. Diese werden den eigentlich lichtempfindlichen Sensoren vorgelagert und lassen jeweils nur das Licht der gewünschten Wellenlänge passieren. So lässt sich zwar bestimmen, ob das dahinterliegende Pixel in Blau, Grün oder Rot dargestellt werden soll. Allerdings werden auch zwei Drittel des Lichts verschluckt.

Prinzip des transparenten Filters
© Rajesh Menon, University of Utah
(Ausschnitt)
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Eintreffendes Licht wird durch die Mikrostrukturierung des Filters in ein Intensitätsmuster gebrochen, das sich mit Hilfe der dahinter angeordneten Sensorpixel auslesen und in eine Information über die Ursprungsfarbe zurückübersetzen lässt.

Menon und Kollege Peng Wang haben dagegen ein Verfahren entworfen und getestet, das jedes einzelne Photon durchlässt. Entsprechend ist die Lichtausbeute viel höher. Der Nutzer kann dann beispielsweise die ISO-Empfindlichkeit seiner Kamera herabsetzen und Rauschen vermeiden.

Das Wissenschaftlerteam gewinnt Farbinformationen mit Hilfe der Struktur des Filters. Es ätzte dazu in den lichtdurchlässigen Kunststoff ein nur wenige Mikrometer großes Muster aus erhöhten und tiefer liegenden Bereichen ein. Dieses bricht das einkommende Licht und erzeugt auf dem Sensor ein Intensitätsmuster, das sich je nach Wellenlänge des eintreffenden Lichts unterscheidet. So ist es sogar möglich, das Licht in mehr als nur drei Farben zu zerlegen. Erforderlich ist lediglich ein Signalverarbeitungsalgorithmus, der die entstehenden Muster analysieren kann und berechnet, von welcher Farbe es erzeugt worden ist.

Das Verfahren lasse sich in die Produktionsverfahren konventioneller Kamerachips integrieren, erklären Menon und Wang. Es eigne sich auch für Chips mit extrem kleinen Pixeln, wie sie in Smartphones üblich sind. Insbesondere hier sehen die beiden Erfinder ein Anwendungsfeld ihrer Technologie. Aber auch im Bereich des wissenschaftlichen Messens könnte sie eingesetzt werden, etwa wenn es darum geht, besonders genaue Farbinformationen zu erhalten. In etwa drei Jahren soll die Technik auf den Markt kommen, schreiben die Forscher in einer Mitteilung.