Kurzzeitverschlüsse

Die Methode mit langer Kameraöffnungszeit und kurzer >>Blitzzeit<< schnelle Vorgänge zu erfassen hat natürlich ihre Nachteile. Zum Einen muss die Aufnahme in einem abgedunkeltem Raum oder bei Nacht stattfinden und um Anderen ist es nicht möglich selbstleuchtende Objekte oder Vorgänge wie z.B. Exlosionen mit Leuchterscheinunen aufzuehmen.
Für diese Situationen braucht die Kamera einen schnellen Verschluss der für entsprechend kurze Zeit den Film oder Sensor freigibt.

1. Schlitzverschluss
Analoge und digitale Spiegelreflex verwenden meist einen Schlitzverschluß. Hier wird die schmaler Spalt über lichtempfindliche Fläche bewegt. Dadurch wird die Belichtungszeit für die individuellen, lichtempfindlichen Elemente klein, um so kleiner je schmäler der Schlitz ist. Nur so ist es möglich mit mechanisch bewegten Verschlüssen die kurzen Belichtungszeiten der modernen kameras von 1/8000 Sekunden zu erreichen. Nur hat dieses Verfahren natürlich den Nachteil das unterschiedliche Bereich zu unterschiedlichen Zeiten belichtet werden, bewegt sich das abzubildente Objekt in dieser Zeit, wird die Abbildung verzerrt. Wenn die Scheibe im rechten Bild rotiert werden durch den Schlitzverschluss, Kamera Nikon D80, vertikale Strukturen verzerrt.

2. elektronischer Verschuss
Digitale Kameras können durch eine elektrische Taktung des Sensors sehr kurze Verschlusszeiten bis in den Nanosekundenbereich erreichen. Der einzige Nachteil dieser Methode ist der Preis. Highspeed-Kameras bewegen sich zwischen einigen tausend und einigen Zehntausend Euro. Für weniger Geld erhält man z.B. die Nikon D70 Kamera die es auf eine kürzerste Verschusszeit von 1/8000 s( 125 µs) bringt. Diese Kamera hat einen rein elektronischen Verschluss wodurch die Verzerrungen des Schlitzverschusses wegfallen. Ein weiterer Vorteil ist die Tatsache das auch mit sehr kurzen Blitzzeiten synchronisiert werden kann ohne das Streifen auf dem Bild entstehen.
3. LC-Verschuss
Auch mit Flüssigkristallen (LC. liquid crystall) können optische Verschlüsse gebaut werden. Die Flüssigkristallschicht befindet sich zwischen zwei transparenten Elektroden und zwei Polarisationsfiltern. Im Prinzip wird einfallendes linear polarisiertes Licht durch die Flüssigkristallschicht in der Polarisationsdrehung geändert, sodass das Licht durch das zweite Pol-Filter zurückgehalten oder durchgelassen wird. Die Drehung der Polarisationsrichtung wird durch die räumliche Lage der Kristalle bestimmt und diese wiederum kann durch ein angelegtes elektrisches Feld beeinflusst werden. Je nach angelegter Spannung kann die LC-Anordnung das einfallende Licht durchlassen oder sperren. Für die folgenden Versuche wurde der LC-Filter aus einem automatischen Schweisshelm verwendet. In dieser Anwendung verdunkelt sich das Filter durch das einfallende Licht des Scheisslichtbogens und verhindert so eine Blendung der Schweissers. Zum Test wurde das Filter mit einem Pulsgenerator angesteuert und mit Lampe und Fotodiode der zeitliche Verlauf der Transmission gemessen. Man sieht das zwar das Dunkelschalten mit etwa 50 µs recht schnell geschieht, zum Hellschalten aber eine lange Zeit von 10 ms vergeht. Man beachte die unterschiedliche Skalierung der Kurve. Als schneller Verschluss ist die einfache Anordnung leider nicht zu gebrauchen.

Magnetooptischer Verschluss:
Der magnetooptische Verschluss oder Faradayshutter wird auf einer >eigenen Seite< behandelt

Kerrverschluss:
Auch der Kerrverschluss arbeitet mit der Drehung der Polarisationsrichtung von Licht. Wie die Faradayzelle wird die Kerrzelle zwischen zwei gekreuzte Polarisationsfilter plaziert. Durch das Anlegen einer Spannung wird die Polarisationsrichtung des Lichtes in der Kerrzelle gedreht und so der Lichtweg freigegeben. Die Öffnung der Zelle kann innerhalb einiger Nanosekunden geschehen. Somit ist die Anordnung ein idealer Kurzzeitverschluss und wurde vor der Einführung der elektronischen Kurzzeitkameras viel verwendet. Für den Bastler hat die Kerrzelle aber einige Nachteile. Zum einen benötigt sie sehr hohe Feldstärken ( etwa 30 kV/mm) und zum Anderen tritt ein ausreichend hoher Kerreffekt nur in wenigen Flüssigkeiten auf, die alle giftig und krebserregend sind. Am meisten wurde Nitrobenzol verwendet das heute für Privatleute nicht mehr erhältlich ist. Hat man dennoch eine kleine Menge aufgetrieben oder sogar synthetisiert ( allerdings ist der Grundstoff Benzol auch nicht mehr erhältlich) hat man das nächste Problem eine geeignete Küvette aufzutreiben die zu 100% dicht sein muss damit keine giftigen Dämpfe austreten können.

Trotz dieser Schwierigkeiten wurde die Kerrzelle früher viel für Kurzzeitkameras verwendet und fand unter dem Namen Karoluszelle sogar Eingang in die Fernsehtechnik. Hier wurde sie als Lichtmodulator auch von Amateuren in Fernsehempfänger verwendet. Alles zu einer Zeit in der in Dogerien noch Chemikalien verkauft wurden und nicht nur Kondome und Kosmetikartikel.

Bildwandler:
Auch der Bildwandler-Verschluss wird auf einer eigenen >Seite< behandelt.

Kurzzeitkameras:
spezielle Kurzzeitkameras sind immer noch teuer obwohl auch hier die Preise stark gefallen sind und sich bei nur einigen Tausend Euro bewegen. Ist man aber bereit einige Abstriche zu machen kommt man mit deutlich weniger Geld aus. Die schon an >anderer Stelle< erwähnte Kamera Exilim EX-FH20 von Casio bietet schon ziemlich viel für nur einige Hundert Euros. Bei einer Belichtungszeit von 25µs sind auch Serienaufnahmen mit einer Rate von maximalen 1000 Bildern pro Sekunde möglich.
Die Videosequenz zeigt den Schuss auf aus der Luftpistole auf eine Glühbirne mit einer Framerate von 420 Bildern pro Sekunde und einer Auflösung von 224 x 168 Pixel. Zwar ist bei dieser Framerate der fliegende Federbolzen der Luftpistole kaum zu sehen, aber immerhin sieht man die zerplatzende Glühlampe ganz gut. >>Auf das rechte Animated GIF-Bild klicken um den MP4-Film zu sehen