BLITZLICHTMESSUNG (Versuch D)

BLITZLICHTMESSUNG (Versuch D)
Blitzlichtquellen zeichnen sich dadurch aus, dass innerhalb einer sehr kurzen Belichtungszeit eine sehr hohe Beleuchtungsstärke auf dem Objekt erzielt werden kann. Die dafür notwendige Energie wird in einem Kondensator gespeichert, und wird nach der Zündung einer mit Xenon gefüllten Entladungsröhre in Licht mit ca. 5500 K Farbtemperatur umgesetzt.
Das Lichtstärkediagramm eines solchen Elektronenblitzes hat ungefähr folgende Form:
Für die Belichtung eines Filmes ist die gesamte abgestrahlte Lichtmenge Q ein Maß für die Leistung des Blitzes:
Q=∫  dt =4 ∫ Idt
(1)
Es muss also das Zeitintegral über die Lichtstärke I gemessen werden.
Bei Blitzlichtquellen mit Reflektor wird die Leitzahl Z = k•d mit folgender Formel berechnet

Z =0,305 4  C∗∫ I dt∗10 0,1 S −1
(2)
Dabei ist C = 0.0045m2 / (lm s), und S die DIN­Empfindlichkeit. In der Regel wird die Leitzahl für 21 DIN angegeben.
Das Zeitintegral ∫ I dt
muss photoelektrisch gemessen werden. Dazu lässt man das Licht während der Blitzdauer auf eine Photodiode mit V­ Empfindlichkeit fallen. Der entstehende Photostrom lädt über einen Widerstand einen Kondensator auf, der am Eingang eines Sample/Hold­Verstärkers liegt. Dieser Verstärker hat die Eigenschaft, alle an ihm anliegenden Spannungen aufzusummieren (Sapmle). Durch einen Schalter kann der Verstärker in den „Hold“ Modus umgeschaltet werden. Jetzt hält er den aktuellen Wert fest und gibt diesen am Ausgang aus. Die Ausgangsspannung des Verstärkers wird mit Versuch Blitzlichtmessung Seite 1
einem Voltmeter gemessen. An dem Verstärker befindnen dich zwei Kippschalter
Schalter 1
Schalter 2
Start
Sample
Reset
Hold
Für die Durchführung der Messung ergeben sich folgende Schalterstellungen:
Messen:
S 1 = Start S 2 = Sample
Ablesen:
S 1 = Start S 2 = Hold
Löschen:
S 1 = Reset S 2 = Sample
Kalibrierung:
–
–
–
–
–
–
Für die Kalibrierung wird eine Nitraphotlampe verwendet. Der Abstand der Lampe zur Photodiode soll ca. 1 m betragen.
Nachdem die Farbtemperatur der Lampe ermittelt wurde (Farbtemperaturmessgrät), wird vor dem Messgerät ein Konversionfilter angebracht. Die jetzt gemessene Farbtemperatur sollte ca. 5500 K betragen, das entspricht der Farbtemperatur des Blitzgerätes s.o..
Die Beleuchtungsstärke in der Ebene der Photodiode soll mit und ohne Konversionsfilter gemessen werden. Der Quotient aus diesen beiden Messungen ist der Filterfaktor.
Für die weiteren Messungen benötigen wir nur noch die Beleuchtungsstärke mit Filter.
Wichtig: Die Messung der Beleuchtungsstärke muss ohne den Verschluß erfolgen. (Abschattung wegen großer Empfängerfläche des Beleuchtungsstärkemessgerätes) Warum stört der Verschluss nicht bei der Messung mit der Photodiode?
Kalibrierung des Sample and Hold Verstärkers:
– Messung der Beleuchtungsstärke in der Photodiodenebene mit Konversionsfilter
– Am Verschluss eine Zeit einstellen (z.B. 1 Sekunde)
– Messen der S&H Spannung, die von der Nitraphotlampe während der Verschlusszeit erreicht wird. Diese Spannung ist die Referenzspannung Ur
Versuch Blitzlichtmessung Seite 2
Messung von ∫ Idt
Vorbemerkung:
Die Spannung die mit dem S&H Verstärker gemessen wird ist proportional zu ∫ E Lampe dt=E Lampe  t
Bei der Messung der Nitraphotlampe erhält man Bei der Messung der Blitzlampe erhält man ∫ E Blitz dt
∫ E dt
. ~ Ur
~ Um
Mit
∫ E Blitz dt
≈ Um und ELampe t ≈ Ur kann durch Division
∫ E Blitz dt
=
Um
E
t
U r Lampe
bestimmt werden. Hieraus folgt mit I = E∗r
∫ I Blitz dt
= r2
2
Um
E
t
U r Lampe
Hierbei bedeutet:
E: Beleuchtungsstärke
t : Verschlusszeit r: Abstand des Blitzgerätes
Ur:Referenzspannung
Um: Messspannung
Aufgaben:
1 .
Kalibrierung: – Der Abstand Nitraphotlampe ­ Photodiode soll r ca. 1m betragen.
– Zunächst wird die Farbtemperatur und Beleuchtungsstärke in der Ebene der Photodiode ohne Korrekturfilter gemessen. – Dann werden Farbtemperatur und Beleuchtungsstärke nochmals mit dem vorgesetzten Filter gemessen. Versuch Blitzlichtmessung Seite 3
–
Aus dem Quotienten der Beleuchtungsstärken ist der Filterfaktor zu berechnen und auch in Blendenstufen anzugeben. Der Filterfaktor wird für die weitere Messung nicht mehr benötigt.
3. Messung der Referenzspannung
– Mit der Nitraphotlampe und vorgesetzem Korrekturfilter wird mit Hilfe des Sample and Hold Verstärkers die Referenzspannung Ur gemessen.
– Diese Messung muss fünf mal wiederholt und daraus der Mittelwert gebildet werden
2. Messung Profilite
– Von einem Profilite­Blitzgerät (mit Reflektor) soll im Abstand r = 2m und bei voller Leistung des Gerätes die Leitzahl bestimmt werden.
– Vor der ersten Messung ist das Blitzgerät 5 x auszulösen im Abstand von 60 Sekunden.
– Danach werden im Abstand von 60 Sekunden 5 Messungen durchgeführt, und Mittelwert und Standardabweichung berechnet. – Aus diesen Messungen soll der Mittelwert und Standardabweichung für die Leitzahl berechnet werden.
3. Messung Amateurblitzgerät
– Messung der Leitzahl eines Amateurblitzgerätes wie in 2. beschrieben.
– Es muß ein Blitzgerät mit frischen Alkali­Mangan­Batterien zum Praktikum mitgebracht werden.
– Aus diesen 5 Messungen soll der Mittelwert und Standardabweichung für die Leitzahl berechnet werden.
4. Messung Amateurblitzgerät II
– Messung der Leitzahl eines Amateurblitzgerätes direkt nach Aufleuchten der Blitzbereitschaftsanzeige für 3 Messblitze.
– Es soll dabei wie folgt verfahren werden.
– Nach dem Einschalten des Blitzgerätes wird 60 Sekunden gewartet, dann wird der Blitz ohne zu Messen ausgelöst. – Sobald die Bereitschaftanzeige wieder leuchtet wird der erste zu messende Blitz ausgelöst und der Messwert notiert. – Dann wird nach wiederum 60 sec ein Blitz ausgelöst ohne zu messen und direkt nach erneutem Aufleuchten der Bereitschaftsanzeige der nächste Messblitz gemessen. – Für den dritten Messblitz wird in der gleichen Reihenfolge verfahren.
– Aus diesen 3 Messungen soll der Mittelwert und Standardabweichung für die Leitzahl berechnet werden.
Versuch Blitzlichtmessung Seite 4
5. Blitzt man mit mehreren Blitzgeräten aus verschiedenen Richtungen, so addieren sich in der Objektebene die Beleuchtungsstärken der einzelnen Geräte gewichtet mit ihrem Einfallswinkel:
E=E 1 • cos 1  E 2 • cos  2  ...
Die Beleuchtungsstärken Ei sind aber direkt proportional zu ki2, so dass man für die einzustellende Blende k erhält:
k =  k 21 cos 1 k 22 cos  2 ...

d2
d1
Blitz2
Blitz1

Z1 2
Z2 2
k =   cos  1  cos 2...
d1
d2
Wobei Z, und d, die Leitzahlen bzw. die Entfernungen der einzelnen Blitzgeräte sind.
Aufgabe:
–
–
–
–
–
Blitz 1 befinde sich im Abstand d, = 2m ( = 0°) vom Objekt.
Mit Blitz 2 ( = 45°) soll aufgehellt werden. Hierbei soll eine Blendenstufe gegenüber Blitz 1 gewonnen werden. Berechnen Sie den notwendigen Abstand d2 und überprüfen Sie das Ergebnis mit einem Blitzbelichtungsmesser. Die Messergebnisse k1 (1. Blitz alleine) und k(beide Blitze) sind im Protokoll anzugeben.
Versuch Blitzlichtmessung Seite 5
Hausaufgabe:
Die Lichtstärke in eines Blitzgerätes verhält sich nach folgender Formel:
{
0
∗t

ms
2 t

106∗1cos
− 
3 ms
3
0
2∗106∗sin
I t =
für t0ms
für 0ms≤t 0,5ms
für 0,5ms ≤t 2ms
sonst
}
cd
Zeichen Sie die Lichtstärkekurve I((t) des Blitzes und berechnen Sie die Leitzahl.
Versuch Blitzlichtmessung Seite 6