- TTL-Blitzlichtmesung
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Mit Computerblitz wird ein elektronisches Blitzlicht mit automatischer Regelung der beim Fotografieren abgegebenen Lichtmenge bezeichnet.
Vorderseite eines externen Servoblitzes mit ComputersteuerungInhaltsverzeichnis
Beschreibung
Die ersten Computerblitzgeräte wurden fast gleichzeitig in den 1960er Jahren von den Firmen Honeywell (USA) und Rollei vorgestellt. Da in dieser Zeit der Computer im öffentlichen Bewusstsein auftauchte, wurde dieses geregelte Blitzgerät aus Imagegründen mit dem Trendnamen der Zeit verknüpft. Der Namensteil „Computer“ war aber irreführend. In den Geräten liefen keine Berechnungen im Sinne eines Computerprogramms ab.
Die technische Funktion ist eine reine Regelung: Ein Sensor im Blitzgerät misst das reflektierte Licht aus dem Bildraum und schaltet den Blitz beim Erreichen einer eingestellten Schwelle ab. Die Belichtung ist damit korrekt erfolgt.
Durch das vorzeitige Abschalten können sehr kurze Blitzzeiten entstehen, die schon den Bereich der Ultrakurzzeitphotografie erreichen. Während die Standardblitzdauer eines ungeregelten Elektronenblitzgeräts ca. 0,001 s beträgt, kann durch die schnelle Abschaltung des Blitzes die Zeit auf 0,00002 s (20 µs) zurückgehen. Dadurch werden spektakuläre Aufnahmen möglich. So warb Rollei bei der Einführung des Computerblitzgeräts mit einem Bild, auf dem zu sehen war, wie eine Pistolenkugel sich durch eine (Skat-) Spielkarte entlang der Papierebene pflügte.
Die Einschränkung auf die reine Regelung gilt nicht mehr für die modernen Computer-Blitzgeräte, deren komplexe Funktionen und Steuerung durch die Kamera nur noch durch den Einsatz von Mikroprozessoren realisierbar sind. Ob diese Mikroprozessoren dann schon „Computer“ darstellen, kann trefflich diskutiert werden.
Technische Details
Bild 1: Prinzipschaltbild eines elektronischen BlitzgerätsZum Verständnis der Funktion eines elektronischen Blitzgeräts siehe Bild 1. Die Spannungsversorgung bezieht ihre Energie entweder aus Batterien, Akkus, oder dem normalen Stromnetz über entsprechende Adapter. Sie lädt den Blitzkondensator C auf eine Spannung zwischen 350 V und 500 V auf. Dieses sollte bei frischen Batterien oder vollgeladenen Akkus in 5 s bis 7 s erfolgt sein, diese Zeit nennt man Blitzfolgezeit. Bei teilentleerten Batterien oder Akkus muss man bis zu 60 s warten. Eine ausreichende Spannung am Kondensator C wird in der Regel am Blitzgerät durch eine optische Anzeige („rotes Lämpchen“) mitgeteilt. Die Spannungsversorgung muss also die geringe Batteriespannung (3 V – 6 V) erheblich herauftransformieren, was durch Sperrwandler oder andere Konstruktionen erreicht wird. Die Batterien (oder Akkus) müssen dabei für die Batteriegröße erheblichen Strom ( > 1 A) liefern können.
Bild 4: Verlauf der Spannung am BlitzkondensatorLeuchtet das „rote Lämpchen“, so ist das Gerät aufnahmebereit. Nach dem Auslösen der Aufnahme wird in der Kamera durch den sich öffnenden Verschluss ein Kontakt geschlossen, der über den Synchronkontakt (extern oder im Blitzschuh integriert) die Zündeinrichtung im Blitzgerät aktiviert. Diese feuert einen Hochspannungsimpuls auf die Zündelektrode, die sich in der Regel außerhalb der Blitzröhre befindet, mit dem Inneren also keinen elektrischen Kontakt hat.
Dieser Impuls bewirkt eine Ionisierung des Gases (Neon, Xenon) in der Blitzröhre. Dadurch wird der elektrische Widerstand in der Blitzröhre so klein, dass die am Kondensator liegende Spannung ausreicht, in der Blitzröhre ein Plasma zu erzeugen. Diese Plasmastrecke hat einen sehr kleinen elektrischen Widerstand. Der Kondensator wird deshalb binnen 1/1000 s bis auf eine geringe Restspannung entladen, und das Plasma erlischt. Die Aufnahme ist beendet und der Kameraverschluss kann schließen, neue Spannung muss von der Spannungsversorgung nachgeliefert werden. Die meisten Amateurgeräte erlaubten für einen Batteriesatz 20 bis 40 Aufnahmen, Profigeräte mit großeren Blei-Akkumulatoren erlaubten weitaus mehr Blitze.
Computerblitzgeräte der 1. Generation
Bild 2: Prinzipschaltbild Computerblitzgerät (1. Generation)In Bild 2 kann man erkennen, wie in den geregelten Blitzgeräten der 1. Generation die Steuerung der abgegebenen Lichtmenge technisch ausgeführt wurde: Parallel zum Blitzkondensator wurde eine Schalteinrichtung gesetzt, die über einen Sensor das vom Objekt reflektierte Licht registrierte. War die reflektierte Lichtmenge mit dem voreingestellten Wert identisch, so wurde die Schalteinrichtung aktiviert, die den Kondensator sofort kurzschloß (tk in Bild 4). Die Spannung am Kondensator brach deshalb sofort zusammen, was zu einem Verlöschen des Plasmas in der Blitzröhre führte.
Technisch wurde die Regelung so gelöst, dass über eine Fotodiode oder einen Fototransistor das reflektierte Licht aufgenommen wurde. Je mehr Licht diese Elemente erhalten, desto mehr Strom lassen sie fließen. Dieser Strom wird in einem Kondensator integriert. Die am Kondensator anliegende und wachsende Spannung ist deshalb eine Maß für die bisher erfolgte Belichtung des Objekts durch den Blitz. Hat die Spannung eine eingestellte Schwelle erreicht, so wird ein Thyristor gezündet, der parallel zum Blitzkondensator liegt. Dieser Thyristor muss hohe Impulsströme vertragen können, denn der Kurzschluss des Blitzkondensators erzeugt Impuls-Spitzenströme bis zu mehreren hundert Ampere.
Der Nachteil dieser Konstruktion war, dass bei jeder Blitzauslösung die volle Energie des Blitzkondensators verloren ging. Die Blitz-Kapazität eines solchen Blitzgeräts war deshalb dieselbe wie bei einem normalen elektronischen Blitzgerät
Computerblitzgeräte der 2. Generation
Bild 3: Prinzipschaltbild Computerblitzgerät (2. Generation)Schon wenige Jahre nach der Vorstellung des ersten „Computerblitz-Geräts“ kamen die Geräte der zweiten Generation auf den Markt. Wie man auf Bild 3 erkennen kann, ist die Kurzschluss-Einrichtung verschwunden, und durch eine echte Abschaltvorrichtung des Blitzstroms ersetzt worden. Jetzt geht die im Kondensator gespeicherte Energie beim Abschalten nicht mehr verloren. Die Spannungsversorgung muss meist nur wenig Energie nachliefern. Die Blitzfolgezeiten gingen unter günstigen Umständen auf unter 1s zurück, auch schnelle Blitzfolgen bei Winder- oder Motorbetrieb der Kamera sind so möglich. Bei gleichen oder gar kleineren Batterien erzielte man eine wesentlich höhere Blitzanzahl pro Batteriesatz (oder pro Akkuladespiel) als bisher. Die Geräte konnten eine ausreichende Blitzbelichtung anzeigen.
Technisch wurde dieses möglich, weil jetzt Thyristoren mit sehr kurzen Abschaltzeiten zur Verfügung standen. Thyristoren sind Gleichstrom-Schaltelemente, die, einmal gezündet, erst dann wieder abschalten, wenn die Kathode (Minuspol) gleiches oder gar positives Potential gegenüber der Anode (Pluspol) bekommt. Bei der Blitzauslösung wird nicht nur die Zündeinrichtung aktiviert, sondern auch ein Thyristor gezündet, der den Blitzstrom von der Blitzröhre nach Minus leitet. Nach wie vor wird das reflektierte Licht gemessen. Ist die Auslöseschwelle erreicht, so wird ein zweiter Thyristor gezündet, der über einen elektronischen Trick einen kurzen positiven Spannungsimpuls an die Kathode des Haupththyristors auflegt. Dadurch verliert dieser die Leitfähigkeit und der Blitzstrom ist abgeschaltet. Eine weitere Vorrichtung prüft, ob in diesem Moment noch eine Spannung am Blitzkondensator liegt, die höher als die Restspannung ist, die bei einem Betrieb ohne Automatik nach dem Verlöschen des Plasmas stehen bleibt. Wird dieses festgestellt, so wird durch ein Aufleuchten eines Lämpchens angezeigt, dass die Belichtung durch den Blitz ausreichend war.
Auf dieser Basis arbeiten die Geräte bis heute.
TTL-Steuerung
Die ersten Blitzgeräte strahlten das Licht in einem Winkel aus, der so eingestellt war, dass eine Aufnahme mit dem Normalobjektiv mit einem Bildwinkel von ca. 45° ausgeleuchtet war. Wird bei der Aufnahme mit einem Teleobjektiv gearbeitet oder mit einem Weitwinkelobjektiv, für dessen Bildfeld-Ausleuchtung u.U. indirekt geblitzt wurde (z.B. gegen die Decke), so kann der im Blitzgerät eingebaute Sensor, der auch auf 45° eingestellt ist, die Situation nicht korrekt erfassen und Fehlbelichtungen können die Folge sein.
Es lag deshalb nahe, die Blitzbelichtung in der Kamera zu messen. Dieses wird immer so ausgeführt, dass der Sensor in der Kamera hinter dem Objektiv sitzt und auf den Film ausgerichtet ist. Er misst das von der Filmebene reflektierte Licht. Die Messungen werden über zusätzliche Kontakte im Blitzschuh an die Elektronik im Blitzgerät weitergegeben. Diese Messmethode wird TTL (engl. Through The Lens) genannt (wie auch die normale Belichtungsmessung in Spiegelreflexkameras).
Leider konnten sich die Hersteller nicht auf einen gemeinsamen Anschluss, mechanisch, elektrisch und funktionell, einigen. In Deutschland wurde deshalb das SCA-300 und später das SCA-3000 System entwickelt, mit dem sich auch Fremd-Blitzgeräte (z.B. von Metz, Cullmann u.a.) an die proprietären Anschlüsse der großen Kamerafirmen anschließen lassen.
Die Verlagerung des Informationsflusses vom Sensor zum Blitzgerät in die Kontakte des Blitzschuhs verhindert eine Loslösung des Blitzgeräts von der Kamera, was zum Erreichen einer besseren Bildwirkung manchmal erforderlich ist. Hier hat das TTL-System seine Grenzen oder erfordert aufwendiges Zubehör, wie Verlängerungskabel.
Verfeinerungen des TTL-Systems sind Vorblitze des Blitzgerätes, die von der Kamera über TTL-Sensoren mit mehreren Sektoren noch vor der Abgabe des eigentlichen Hauptblitzes zur Ermittlung des Motivkontrastes ausgewertet werden (erstmals 1992 bei der Spiegelreflexkamera Nikon F90 vorgestellt). Damit ist eine noch wesentlich genauere Steuerung der Blitzbelichtung gerade bei sehr kontrastreichen oder kontrastschwachen Motiven möglich.
Studioblitzanlagen lassen sich aber auch über TTL-Regelung steuern, wobei die manuelle Kontrolle/ Steuerung mit Blitzbelichtungsmessern und Polaroid-Sofortbildern von den erfahrenen Berufsfotografen meist bevorzugt wird.
Verwendung in modernen Digitalkameras
Die Reflexionseigenschaften der Bildwandler von Digitalkameras sind mit der eines Kleinbildfilms nur bedingt zu vergleichen. Eine TTL-Steuerung über die Auswertung der Reflexionen vom Bildwandler führt deshalb unter Umständen zu unbefriedigenden Ergebnissen und steht so bei den meisten Digitalkameramodellen nicht zur Verfügung.
Die Blitzbelichtung wird deshalb vielfach über einen Vorblitz ermittelt. Teilweise geht auch die am Objektiv eingestellte Entfernung (Autofokus oder Handeinstellung) in die Berechnung der Blitzdauer ein. Diese neuartigen Vorblitzmessungen werden z.B. bei digitalen Spiegelreflexkameras von Canon (E-TTL; E-TTL 2), Nikon (D-TTL, I-TTL), Pentax (P-TTL) und Konica Minolta/Sony (ADI) angewendet.
Rote-Augen-Vorblitz
Der Rote-Augen-Effekt entsteht durch die Reflexion des Blitzlichts auf der Netzhaut. Dieser Effekt tritt besonders in dämmeriger Umgebung auf, wenn die Pupillen weit geöffnet sind. Die so genannte Rote-Augen-Schaltung beim Blitz feuert nun vor der eigentlichen Aufnahme einen oder dicht hintereinander mehrere sehr kurze Blitze ab, die wieder wie oben beschrieben von den Kamerasteuerung ausgelöst und gesteuert werden. Dadurch sollen sich bei Personen bis zum Moment der Aufnahme die Pupillen schließen und der unerwünschte Effekt vermindert werden.
Künstliche Belichtungsverlängerung
Ein Schlitzverschluß gibt bei kürzeren Zeiten als der kürzesten Blitzsynchronzeit nur einen Teil des Bildfensters freiEin Problem beim Blitzen haben Kameras mit Schlitzverschluss. Diese Konstruktion wird in der Regel bei Kleinbild-Spiegelreflexkameras benutzt. Von langen Verschlusszeiten, zum Beispiel 1 Sekunde, abwärts gesehen, bleibt nur bis zur sogenannten Synchronzeit der zweite Verschlussvorhang komplett zurück, wenn der erste Vorhang schon die Endstelle erreicht hat. Nur dann ist noch für einen Moment die komplette Bildfläche freiliegend, das geblitzte Bild, das vom ersten Vorhang beim Erreichen der Endstellung ausgelöst wird, ist noch komplett.
Diese Synchronzeit liegt bei modernen Kleinbildkameras im Bereich 1/45 bis 1/250 Sekunde (mit Zentralverschlüssen und elektronischen Verschlüssen bis 1/500 Sekunde, teilweise noch kürzer). Bei kürzeren Verschlusszeiten läuft der zweite Vorhang schon los, wenn der erste noch auf dem Weg ist. Dieses ist der Belichtungsschlitz, der dieser Verschlussart den Namen gibt. Wird jetzt vom ersten Vorhang der Blitz ausgelöst, dann ist ein Teil des Negatives verdeckt und es wird nur ein schmaler Streifen des Negatives mit Blitz belichtet.
Die Firma Olympus hatte für das OM-Kamerasystem erstmals einen Computerblitz gebaut, der für diese Situation eine ganze Staffel extrem kurzer Einzelblitze (Stroboskop) abfeuert und deshalb auch mit Schlitzverschluss Blitzen im Bereich auch kürzer als die übliche Synchronzeit erlaubt. Mittlerweile ist diese Technik (Highspeed-Synchronisation) Standard bei allen großen Herstellern analoger und digitaler Kameras im Kleinbildbereich. Voraussetzung ist die Verwendung eines geeigneten Systemblitzgerätes. Die analoge Spiegelreflexkamera Minolta Dynax 9 erreicht in Verbindung mit einem geeigneten Mittelklasse-Blitzgerät durch eine ähnliche Technik Blitzsynchronzeiten von 1/12.000 Sekunden.
Siehe auch
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