Neue Lichtfeld-Technologie mit Transparenten Sensor-Schichten statt Mikrolinsen

Heute erwerbliche Lichtfeld-Technologie wie die Lytro Illum oder die industriellen Lichtfeld-Kameras von Raytrix funktionieren nach dem Prinzip der Mikrolinsenraster und ermöglichen es damit dem flachen Bildsensor, die Richtung von Lichtstrahlen (als Ergänzung zur Farbe und Helligkeit) abzuleiten. Während Raytrix es mithilfe eines speziellen, heterogenen Linsenrasters geschafft hat, die effektive Auflösung auf 25% der Sensorauflösung zu erhöhen, ist die effektive Bildauflösung immer noch beschränkt.

Forscher aus dem Nanoelectronics and Nanophotonics Lab der University of Michigan möchten dieser Limitierung jetzt Abhilfe schaffen und vollständige Lichtfelder bei voller Sensorauflösung aufzeichnen. Anstatt von Mikrolinsen, die vor einem herkömmlichen Bildsensor liegen, entwickelt das Team rund um Zhaohui Zhong einen neuartigen Sensor der aus mehreren transparenten Detektor-Schichten besteht. Möglich werden solche transparenten Sensoren durch Graphen, ein Material das aus einer einzelnen Schicht von Kohlenstoffatomen besteht.
Durch den transparenten Sensor kann also relativ mehr Information aufgezeichnet werden, ohne Einbußen in der Bildauflösung. Während übliche Bildsensoren darauf optimiert werden, so viel Licht wie möglich einzufangen, soll die hohe Lichtempfindlichkeit des Graphen-Sensors auch trotz Transparenz zu klaren Bildern führen:

“The microlens approach involves an inherent trade-off between resolution and the ability to refocus or resolve depth,” Norris said. “Our stack approach enables more information to be acquired without losing image resolution.”

“Ordinarily, you want the light detector to absorb as much light as possible for high sensitivity, to produce a clearer picture,” Zhong said. “Graphene detectors can offer very high sensitivity, so you don’t really sacrifice the clarity by making them transparent.”

Durch das geänderte Aufnahmeprinzip ergibt sich zudem, dass die Rekonstruktion des eigentlichen Bildes stark vereinfacht und weniger Ressourcen-intensiv wird – die schnellere Auswertung der Daten könnte den Weg hin zu hochauflösendem high-speed Lichtfeld-Video ebnen.

Das Team arbeitet derzeit an einer entpsrechenden Kamera in Spiegelreflex-Bauform. Die Miniaturisierung und Verwendung in Smartphone-Kameramodulen halten die Forscher für durchaus möglich.

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