Kurzzeit Blitzgerät
Leuchtdauer: 2.2µs, 1/2 Joule
Manche Vorgänge laufen so schnell ab, dass selbst bei Beleuchtung mit einem Blitzgerät Bewegungsunschärfe auftritt. Dem muß Abhilfe geschafen werden!
Und zwar mit einem Ultra-Kurzzeit Blitzgerät. Aber worum geht es genau? Bei meinem ersten Versuchen mit meiner Fotoausrüstung Wassertropfen zu fotografieren, habe ich trotz Einsatz eines Blitzgerätes (SB800 von Nikon) eine eigentümliche Bewegungsunschärfe beobachtet: Die fallenden Wassertropfen (diese sind im übrigen rund, und nicht etwa tropfenförmig) waren an ihrer Ober- und Unterseite unscharf, der seitliche Rand war hingegen scharf. Da sich der Tropfen beim Fallen in vertikaler Richtung bewegte, war die einzige Erklärung dafür die Bewegungsunschärfe, die durch die Lechtdauer des Blitzgerätes verursacht wird.
Die Leuchtdauer von Elektronenblitzen ist zwar im Vergleich zu der Öffnungszeit des Shutters gering, aber bei schnellen Objekten eben nicht kurz genug. Bei meinem SB800 habe ich bei einer Leistungseinstellung von 1/128tel der Vollleistung eine Leuchtdauer von 80-100µs gemessen. Ein Kurzes Rechenbeispiel soll verdeutlichen, was das bedeutet:
Angenommen ein Wassertropfen soll nach 10cm freiem Fall fotografiert werden. Zu dem Zeitpunkt fliegt der Trofen mit etwa 1,4 m/s (~5,1 km/h), und legt während der Leuchtdauer des Blitztes (80µs) eine Strecke von 0,1 mm zurück. Das scheint nicht viel, verwendet man aber ein Makroobjektiv, das den Tropfen 1:1 auf den CCD der Kamera (1 Pixel = 7,8µm x 7,8mm) abbildet, dann bedeutet das eine Unschärfe von 14,5 Pixeln. Etwas deutlicher sieht man das an der Düse eines Pumpzerstäubers:
Die Abhilfe funktioniert so: Bau ein Blitzgerät, dessen Blitz kürzer leuchtet. Das ist mit ein paar Bauteilen aus der Grabbelkiste leicht möglich. Man braucht dazu:
- Eine Hochspannungsquelle bis etwa 1000V (ein kleiner Strom reicht aus)
- Ein geeigneten Energiespeicher für die Blitzenergie
- Eine Einrichtung zum Zünden der Blitzröhre
Das meiste davon ist "straight foreward".
Achtung: Die hier vorgestellte Schaltung erzeugt unter Umständen eine sehr hohe Spannung. Auch wenn die gespeicherten Energiemengen gering sind, sollte lieber der die Finger von der Schaltung lassen, der die unten abgebildete Schaltung zur Erzeugung der Hochspannung nicht versteht. Experimente mit Hochspannung sind zwar ein großer Spaß, aber es tut verdammt weh, wenn man die Anschlüsse eines noch geladenen Hochspannungskondensator aus Versehen berührt. Lieber jemanden fragen, der sich damit auskennt.
Der Prozessor unten erzeugt genau dann ein PWM Signa (500Hz, 70% Duty) an seinem Ausgang RB0, wenn die Sollspannung (in Software einstellbar) noch nicht erreicht ist. Dadurch werden die Ladekondensatoren C4 und C5 geladen. Über einen Widerstand wird auch der eigentliche Energiespeicher für einen Blitz (R6, C7) aufgeladen. Mit dem Thyristor T1 kann ein kleiner Kondensator (C6) in den Zündtrafo L1 entladen werden, dieser erzeugt den zur Zündung der Blitzröhre notwendigen Hochspannungspuls (einige 10 kV). Der Thyristor wird über eine Transistorstufe gezündet.
Soweit nichts besonderes. Aber warum brennt der Blitz aus dieser Schaltung so schnell ab? Es kommt auf ein paar Schlüsselkomponenten an:
- Die Blitzröhre muß schnell gezündet werden. Deswegen ist C6 mit 100nF bei 500V viel größer, als bei vielen andern Schaltungen.
- Der Kondensator C7 mß schnell genug seine Ladung abgeben können. Deswegen habe ich dort einen Folienkondensator verbaut, der auch die sehr großen Ströme (~1kA) während einer Entladung aushält.
- Die Leitungen zur Blitzröhre müssen kurz und dick sein, und die umschlossene Fläche muß klein sein, um eine geringe Induktivität zu erhalten.
- Die Blitzröhre muß einen möglichst geringen Innenwiderstand aufweisen.
Die besten Resultate habe ich mit den kurzen Blitzröhren aus Einwegkameras erhalten. Bei diesen wird aber mit der Zeit die Kathode wegen des großen Stroms zersputtert, und schlägt sich als weißer oder schwarzer Staub auf der Innenseite der Röhre nieder. Bisher hat keine Röhre dieses Blitzen lange durchgehalten. Die meisten verkraften die starken thermischen Belastungen nicht, und zeigen bereits nach kurzer Zeit viele kleine Risse im Glas. Bisher ist aber noch keine Röhre geplatzt, zumindest einige sind wohl mit einer stabilisierenden Kunststoffschicht umgeben.
Bei dem Betieb dieser Schaltung mit manchen Blitzröhren ist ein starker Ozongeruch festzustellen. Die entsprechenden Röhren haben offensichtlich keinen UV-Filter. Hier ist etwa Vorsicht geboten.
Die Leuchtdauer meines Blitzgeräts beträgt nach einigen Optimierungen nun 2,2µs. Mit diesen Blitz ist es nun möglich Wassertropfen gestochen scharf abzbilden. Dieses "Video" ist damit aufgenommen:
Ein Ausschnitt aus einem Einzelbild:
Nochmal der Pumpzerstäube
Achim
Links
Datenblatte des CCD Sensors in der D70s Kamera: ICX413AQ
