VERSCHLUSSZEITENMESSUNG (Versuch E)
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VERSCHLUSSZEITENMESSUNG (Versuch E) Setzt man in die Filmebene einer Kamera eine Fotodiode und lässt durch den geöffneten Verschluss Licht darauf fallen, so ändert die Diode ihren Widerstand und es fließt ein mehr oder weniger großer Strom. Dieser Strom ist proportional der Beleuchtungsstärke. Der Strom wird durch eine elektronische Schaltung in eine für einen Computer auswertbare Impulsfolge umgewandelt. Aus der Anzahl der Impulse und deren Frequenz berechnet der Computer die Belichtungszeit. Durch Teilung einer festen Quartzfrequenz werden 2 MHz erzeugt. Fällt nun ausreichend Licht auf die Fotodiode werden Zähler im Computer angesprochen. Ist z.B. der Verschluss exakt 1 sec geöffnet, so beträgt der Zählerstand am Ende 2000000, bei einer Zeit von l/1000 sec dagegen wären 2000 Impulse gezählt worden. Die Genauigkeit der Messung hängt also u.a. von der benutzen Frequenz ab. Die Verschlußzeit wird von dem verwendeten Programm immer in Millisekunden (ms) angegeben. Zentralverschluss Betrachtet man einen Punkt in der Filmebene, so hat man dort ungefähr folgenden Verlauf für die Beleuchtungsstärke bei einer bestimmten Blende: In erster Näherung kann man dieses Diagramm als Trapez betrachten. Darin bedeuten: t0 Totalzeit t1 Öffnungszeit t2 Volloffenzeit te Effektivzeit Als Zeitwirkungsgrad bezeichnet man den Quotienten = te/t0 . Dieser ist abhängig von der eingestellten Sollzeit und der Blendenzahl k. Entscheidend für die Belichtung des Filmes ist die Effektivzeit te. Da die Öffnungszeit t1 Verschlusszeitenmessung 1 sehr klein ist, wird nur bei sehr kurzen Belichtungszeiten Werte annehmen, die von 1 verschieden sind. Sollen die effektiven Verschlusszeiten te bei einer bestimmten Blendenzahl k (z.B. k=2) gemessen werden, so muss die Zähleinrichtung dann zu zählen beginnen, wenn im Verschlussdiagramm Punkt 1 erreicht ist. Dies ist dann der Fall, wenn in der Filmebene eine Beleuchtungsstärke vorliegt, die halb so groß ist wie während der Volloffenzeit t2. Die Fläche der Verschlussöffnung ist dann halb so groß wie bei der zu messende Blendenöffnung. Dieser Punkt kann eingestellt werden, indem man die Blende um eine Stufe schließt (z.B. bei Messung bei Blende 2 zum Kalibrieren auf 2,8 schließen) und dann bei geöffnetem Verschluss die Lampenhelligkeit so einstellt, dass der Zähler gerade zu zählen beginnt. Auf der Anzeige des Frequenzzählers kann man erkennen, wenn die Diode genügend große Helligkeit registriert. Für die Messung der Totalzeit (Abschnitt auf der x­Achse) muss die Zähleinrichtung schon in Punkt 2 der Kurve zu zählen beginnen, d.h. sobald sich der Verschluss zu öffnen beginnt. Die Beleuchtungsstärke in der Filmebene ist aber in diesem Punkt noch sehr gering, so dass die Empfindlichkeit der Diode nicht ausreichend ist. Es muss daher die Lampenhelligkeit so erhöht werden, dass der Zähler bei kleinsten Helligkeiten bereits zählt. Dies wird dadurch erreicht, dass die Spannung der Lampe auf den Maximalwert eingestellt wird. Achtung: Nicht mehr als 12 Volt einstellen! Sonst ist die Lampe kaputt! Aufgaben: Zentralverschluss 1 . – – – – – Es sind für 2 Blenden (größte und mittlere Öffnung) die effektiven Belichtungszeiten te (Mittelwert und aus 10 Messungen) zu bestimmen Es sollen die 5 kürzesten Zeiten des Verschlusses bzw. Kamera gemessen werden. Die ± Abweichung vom Sollwert in % ist in einem Diagramm und einer Tabelle darzustellen. Beachten Sie, dass längere Ist­Zeiten eine positive Abweichung bedeuten. In dieses Diagramm sind ferner die erlaubten Toleranzen als Parallelen zur x­ Achse mit einzuzeichnen. Dabei gilt: Verschlusszeitenmessung 2 +23% Für te ≥1/125 sec ­19% 36% Für te 1/125 sec ­27% 2. – – Für die größte Blende sind für die 5 kürzesten Sollzeiten, die Totalzeiten zu messen. Für diese 5 Zeiten ist der Wirkungsgrad zu berechnen und in Tabellenform darzustellen. Schlitzverschluss Bei einem Schlitzverschluss läßt sich das Beleuchtungsstärke­Zeit­Diagramm näherungsweise durch ein Parallelogramm darstellen mit der Mittelparallelen als effektiver Belichtungszeit eines Bildpunktes. Aufgabe Schlitzverschluß: – – – – – Es sind für 2 Blenden (größte und mittlere Öffnung) die effektiven Belichtungszeiten te (Mittelwert und aus 10 Messungen) zu bestimmen. Es sollen die 5 kürzesten Zeiten des Verschlusses bzw. Kamera gemessen werden. Die ± Abweichung vom Sollwert in % ist in einem Diagramm und Tabelle darzustellen. Beachten Sie, dass längere Ist­Zeiten eine positive Abweichung bedeuten. In das Diagramm sind ferner die erlaubten Toleranzen als Parallelen zur x­Achse mit einzuzeichnen.(Toleranzen siehe oben.) Es soll eine KB­Kamera mit Objektiv (gegebenfalls mit Motor) und ­ wenn vorhanden ­ auch eine Kamera mit Zentralverschluss und Objektiv zum Praktikum mitgebracht werden. Verschlusszeitenmessung 3 Digitalkamera Hier wird die Verschlusszeit einer Digitalkamera bestimmt. Für die Messung wird ein Feld von Leuchtdioden fotografiert. Diesen Leuchdioden werden so angesteuert, dass immer nur eine einzige leuchtet. Der Takt mit dem die Dioden nacheinander eingeschaltet werden beträgt genau 1 kHz(Einstellungen überprüfen). Aus der Anzahl der hellen Dioden auf dem Bild kann die tatsächliche Verschlusszeit bestimmt werden. Aufgaben: Bestimmen Sie die tatsächliche Verschlusszeit einer Digitalkamera (wenn vorhanden, eigene Kamera mitbringen) bei manueller Zeiteinstellung für 1/500 sec 1/250 sec 1/125 sec 1/60 sec 1/30 sec Für jede Messung sollen 5 Bilder aufgenommen werden und die Verschlusszeiten gemittelt werden. Alle Aufnahmen müssen ohne Blitz gemacht werden. Achtung: Das Messverfahren funktioniert nur mit Kameras die einen Zentralverschluss oder einen elektronischen Verschluss besitzen. Kameras mit Schlitzverschluss können falsche Ergebnisse liefern . Auswertung: Die Mittelwerte, Standardabweichung und die Abweichung in % von der Sollzeit der einzelnen Messungen sollen in Tabellenform dargestellt werden. Hausaufgabe: Gegeben ist ein Verschluss, dessen Beleuchtungsstärke­ Zeit Diagramm bei k=4 die Form eines Trapezes hat mit t0 =12 ms und t2 = 8 ms (s.o.). Berechnen Sie die Effektivzeiten für folgende Blenden. k: 4 5,6 8 11 16 22 und stellen Sie die Ergebnisse übersichtlich in einer Tabelle dar. Verschlusszeitenmessung 4
