Автор - © Фотограф Александр Горбатов
photonik.ru

О фотовспышках

Несколько общих слов

Источником света в фотовспышке является импульсная газоразрядная лампа. Она представляет собой баллон из кварцевого стекла заполненный инертным газом ксеноном. Иногда в ксенон добавляются другие газы для улучшения (приближения к спектру дневного) спектрального состава излучаемого света. В баллон впаяны два электрода - анод и катод. На внешней стороне баллона наносится полоска токопроводящего покрытия к которому присоединяется третий - поджигающий электрод. На мощных лампах функции поджигающего электрода исполняет тонкая проволока намотанная на баллон снаружи. Формы баллона бывают самые различные - дугообразная, кольцевая, спиральная и пр.

К аноду (+) и катоду (-) лампы подключается источник электроэнергии постоянного тока с низким внутренним сопротивлением и с соблюдением полярности (полярность можно и не соблюдать, поплатившись за это 80% ресурса лампы). Чаще всего этим источником является электролитический конденсатор, способный отдавать в нагрузку (вследствии своего маленького внутреннего сопротивления) большое количество энергии за короткий промежуток времени. Ксеноновый столб в лампе с приложенным к нему напряжением конденсатора является полным диэлектриком, но только до тех пор, пока на поджигающий электрод лампы не будет подан импульс высокого напряжения, который и начинает лавинообразный процесс ионизации инертного ксенона. В момент, когда концентрация ионов в газе достигает величины при которой смесь молекул газа, ионов и образовавшихся в результате ионизации свободных электронов (плазма) становится электропроводной, загорается вспышка. Вспышка горит до тех пор пока напряжение на конденсаторе не снизится до напряжения гашения лампы. При этом газ в лампе вновь становится диэлектриком.

Немного истории

В 1859 г. Р. Бунзен в Германии и Г. Роско в Англии сообщили о возможности получить значительную освещенность при сгорании магния и предложили этот способ в качестве возможного источника света для фотосъемки.

К 1864 г. Э. Сонштадт выпустил магниевую проволоку, горение которой использовалось в фотографии для освещения. Несмотря на то, что время экспонирования было еще около 1 мин, горящую магниевую проволоку можно рассматривать как первый переносной источник света в фотографии. Но в процессе горения магния возникало плотное облако белого дыма, которое усложняло фотографирование.

Г. Кеньон в 1883 г. предложил воспламеняемую смесь порошкообразного магния и хлорида калия, при горении которой возникает очень яркий свет в течение короткого промежутка времени. Усовершенствованная смесь, содержащая эти материалы, использовалась как переносной источник освещения и известна как магниевая вспышка . Однако дым по-прежнему оставался проблемой при фотосъемке.

В 1925 г. П. Виркоттер запатентовал первую лампу-вспышку. Порошок магния помещался в стеклянный баллон, содержащий воздух или кислород при низком давлении (чтоб продукты горения не взорвали баллон). Магний воспламенялся при прохождении электрического тока через проволоку, покрытую магнием.

В 1929 г. И. Остермейер усовершенствовал лампу-вспышку, заменив магний порошком алюминия. Эта лампа-вспышка промышленно производилась в 1930-х годах. Будучи удобным портативным переносным источником света, она нашла широкое применение. Дыма уже не было!

В 1931 г. появились первые электронные фотовспышки они были разработаны Г. Эджертоном и сегодня полностью заменили одноразовую лампу-вспышку во многих случаях съемки.

П. Метц в 1958 году представил транзисторный преобразователь напряжения в вспышке, что позволило использовать низковольтные батареи и значительно сократило размеры и вес источников питания.

Современная лампа-вспышка представляет собой стеклянную колбу, наполненную кислородом и фольгой или проволокой из алюминия или циркония. Иногда лампы-вспышки снабжают запалом, приводящимся в действие ударным способом. Большинство современных ламп-вспышек поджигается от источника тока. Испускаемое горящим металлом излучение имеет цветовую температуру, промежуточную между цветовыми температурами вольфрамовой лампы накаливания и дневного освещения. Обычно на баллон лампы-вспышки наносят специальное голубое покрытие для баланса (охлаждения) испускаемого света, в результате чего их можно использовать и для цветных фотопленок. После поджига требуется некоторое время, чтобы яркость свечения достигла максимального значения.

В недавнем ещё прошлом распространение у фотолюбителей получили так называемые вспышки-кубики, позволяющие производить не одну, а четыре вспышки при последовательных поворотах кубика на 90°. Конструктивная разновидность таких ламп-вспышек — состоящий из восьми ламп-вспышек плоский импульсный осветитель, конструкция которого позволяет последовательно использовать каждую лампу-вспышку. Лампы-кубики выпускались и в СССР с 1980 г.

В последние годы электронные импульсные лампы были значительно усовершенствованы благодаря успехам, достигнутым в современной микроэлектронике.

 

Устройство простейшей электронной фотовспышки.

На этом рисунке представлена схема простейшей электронной фотовспышки. Она состоит из накопительного конденсатора С1, ограничивающего сопротивления R1 и устройства поджига (C2 , R2, кнопки SB и импульсного трансформатора T). После подачи постоянного напряжения происходит зарядка накопительного конденсатора C1 и конденсатора цепи поджига C2 - вспышка готова к работе. После нажатия кнопки SB (срабатывания синхроконтакта) конденсатор С2 разряжается на первичную обмотку импульсного трансформатора образуя высоковольтный импульс на вторичной обмотке, который ионизирует газ в импульсной лампе. Вспышка продолжает гореть пока напряжение на лампе не упадёт до уровня гашения, который составляет 50-60 В. После чего конденсаторы вновь заряжаются и вспышка готова к новой работе.

Основные параметры фотовспышек

Основными параметрами фотовспышек являются: ведущее число, электрическая энергия вспышки, угол освечивания, продолжительность вспышки.

Ведущее число (Guide Number (GN))

Ведущее число - основная характеристика вспышки. Ведущее число является постоянной величиной для не зуммированной вспышки и выражается формулой:

Обычно в описании вспышек ведущее число должно даваться для фокусного расстояния 50мм. ( но некоторые фирмы, продавая зуммируемые вспышки дают GN для F=80мм и более, что является рекламным трюком, ведь в этом случае GN значительно больше.) об этом надо помнить и не обольщаться большими цифрами GN при неуказанном фокусном расстоянии. Так же следует помнить, что в некоторых странах расстояние измеряется в футах и соответственно GN будет приблизительно в 3,3 раза больше.

Световая энергия вспышки

Световая энергия определяется произведением светового потока вспышки на ее длительность и косвенно может быть выражена электрической энергией заряженного конденсатора:

где W - энергия заряда в Джоулях; С - емкость конденсатора в Фарадах; U - напряжение в Вольтах, до которого заряжается конденсатор. Таким образом: изменять световую энергию (мощность) вспышки можно путём увеличения ёмкости накопительного конденсатора или изменением напряжения на лампе. При этом необходимо учитывать, что электрическая энергия заряда конденсатора может превышать аналогичный параметр самой лампы не более чем на 20% (за счёт потерь в соединительных проводах лампы и источника питания). Для устойчивой работы фотовспышки напряжение должно быть не ниже напряжения зажигания лампы (170В для ИФК-120) и не должно приближаться к напряжению самопробоя (1000В для ИФК-120).

Но как было сказано выше, лампа гаснет в момент когда напряжение на ней падает ниже напряжения погасания. Таким образом лампа не преобразует в свет всю электрическую энергию запасённую в конденсаторе. А также энергия теряется в проводах соединяющих лампу и конденсаторную батарею (случай вспышки генераторного типа). С учётом этих уточнений формула для подсчёта световой энергии вспышки приобретает вид:

 

Фактор нагрузки

Угол освечивания

Одним из основных свойств современной фотовспышки является угол освечивания (зрения). Угол освечивания отечественных вспышек обычно не определён. Продвинутые современные вспышки оснащены системой зуммирования т.е. изменяемым углом освечивания, который обычно привязан к углу зрения применяемого объектива и косвенно выражается в миллиметрах его фокусного расстояния.

Продолжительность вспышки

При горении внутреннее сопротивление лампы мало, и поэтому продолжительность вспышки незначительна, от десятых долей до единиц миллисекунд. Длительность вспышки это время, в течение которого световой поток уменьшается до 35% своего максимального значения. В основном зависит от свойств самой лампы и величины ёмкости накопительного конденсатора.

Методы измерения экспозиции при съёмке со вспышкой

Простейший метод рассчёта экспозиции

При съёмке "вспышка в лоб" делим ведущее число фотовспышки на расстояние до объекта в метрах - в результате получаем значение апертуры (диафрагмы). Ведущее число даётся для плёнки с чувствительностью ISO 100. Для каждого следующего значения светочувствительности ведущее число умножаем на 1,4 или делим на 1,4 для предыдущего.

Through The Lens (TTL) - метод измерения.

Метод TTL измерения экспозиции состоит в измерении света прошедшего через объектив. При нормальном дневном освещении экспозицию можно измерить непосредственно перед съёмкой. При съёмке со вспышкой это абсолютно невозможно потому, что нет постоянного света, который можно замерить (разве что при помощи флешметра измеряющего тестовую вспышку перед съёмкой в студии) . При TTL-методе свет от вспышки измеряется одним или более сенсоров установленных внизу за зеркалом и перед шторками затвора (см.картинку). После поднятия зеркала и полного открытия затвора загорается вспышка свет от которой пройдя через объектив и отразившись от плёнки попадает на вспышечный сенсор, который передаёт данные о количестве вспышечного света в компьютер. Компьютер камеры подсчитывает количество поступившего света и гасит вспышку когда считает, что для правильного экспонирования света достаточно.

3D Multi-Sensor Balanced Fill-Flash

Наиболее продвинутый вид 3D мультисенсорной сбалансированной заливающей вспышки является результатом комбинации фотоаппаратов NIKON F5, F100, F-90, F70, объективов серии D AF Nikkor, и вспышек SB26,SB27, SB28 . Сразу после поднятия зеркала перед тем как начнется движение затвора вспышки 26, 27 и 2 8 излучают серию быстрых невидимых глазом тестирующих предвспышек которые улавливаются системой TTL Multi Sensor (5-сенсорная) камеры. Более того, информация о удаленности объекта передается от объектива серии D и обрабатывается компьютером камеры вместе с информацией системы TTL. Это автоматически вносит коррективы в мощность вспышки. Когда NIKON F5, F100, F-90, F70 и SB-26, SB-27, SB28 используют объективы не D серии или неавтофокусные объективы система вспышки работает также, но без учета расстояния.

Виды синхронизаци фотокамеры и фотовспышки

Стандартная синхронизация.

При стандартной синхронизации вспышка происходит в момент когда кадровое окно полностью открыто. Напомним, что большинство зеркальных камер снабжено шторно-щелевым затвором. Это означает, что полностью кадровое окно открывается только при достаточно длинных выдержках (в случае верхней линейки Nikon - F100, F90X до 1/250сек для F5 до 1/300сек.) при более коротких выдержках перед плоскостью плёнки пробегает щель той или иной величины. При этом, проэкспонирована вспышечным светом будет только часть кадра. На камерах Nikon, при установке накамерной или включении внутренней вспышки, автоматика устанавливает длину выдержки не короче той при которой кадровое окно открывается полностью.

Высокоскоростная синхронизация (FP flash)

Иногда случается, что нужно сфотографировать объект при полностью открытой диафрагме, например для создания размытого заднего фона, а высокочувствительная плёнка в аппарате требует прикрытой диафрагмы. Выход из этой ситуации предлагает высокоскоростная ( с выдержкой для Nikon - F100, F90X до 1/4000сек ) синхронизация с вспышкой.При выдержках короче 1/250 сек. кадровое окно не открывается полностью, а вдоль него пробегает щель определённой ширины. Используя режим стандартной синхронизации ( (теоретически) на практике автоматика камеры не позволяет установить выдержку короче 1/250 сек. в режиме стандартной синхронизации) мы получили бы только небольшую часть кадра (полоску) проэкспонированную вспышечным светом. В режиме высокоскоростной синхронизации генерируется серия часто повторяющихся вспышек с ( естественно уменьшенной ) световой энергией каждой из вспышек серии. Таким образом создаётся видимость, что вспышка горит всё время прохождения щели затвора по высоте кадра и в результате мы получаем нормально экспонированный по всей площади кадр.

Синхронизация по первой шторке

При синхронизации по первой шторке вспышка происходит сразу после открывания первой шторки, а остальное время (до закрывания второй шторки) экспонирование происходит имеющимся светом сцены. На снимке, перед движущимся предметом при этом образуется световой след его дальнейшего движения т.е. после срабатывания вспышки.

Синхронизация по второй шторке

Этот режим зажигает вспышку в самом конце экспонирования перед началом движения второй шторки, вместо стандартного срабатывания в начале экспонирования. Особенно эффективен метод на длинных выдержках. Результатом является след движения объекта съемки за хорошо освещенным и резким изображением самого объекта. При стандартном способе синхронизации, т.е. по первой шторке, этот след был бы впереди движущегося объекта.

Медленная синхронизация

Когда вспышка срабатывает на высоких скоростях затвора в сумерках или подобных условиях, задний план может получится затемненным, а точнее черным. С аппаратами F90x F70 F-601 выбор медленной синхронизации автоматически увеличивает выдержку, делая возможным экспонирование деталей заднего плана.

 

Статья периодически обновляется автором. Советуем посетить сайт автора photonik.ru.