Funktionsweise von Blitzgeräten

Die Funktionsweise moderner Blitzanlagen geht auf die Erkenntnisse von Harold E. Edgerton zurück, der 1938 die erste Gasentladungs-Blitzbirne zündete. Damit der Blitz das Motiv im richtigen Moment ausleuchtet, müssen Blitz und Kamerasverschluss synchronisiert sein. In Spiegelreflexkameras sind Schlitzverschlüsse üblich, die direkt vor dem Sensor in der Kamera sitzen. Allerdings gibt der Schlitzverschluss bei kurzen Zeiten immer nur einen Teil des Sensors (CCD)zur Belichtung frei: Zuerst öffnet sich der erste Verschlussvorhang und lässt Licht auf den Sensor fallen, dann fährt ein zweiter Vorhang hinter dem ersten her und schließt den Verschluss wieder. Bei kurzen Zeiten folgt der zweite Vorhang dem ersten so schnell, dass immer nur ein schmaler Spalt des CCD belichtet wird. Es gibt dann keinen Moment, in dem der CCD komplett freiliegt und der Blitz zünden könnte. Beim Schlitzverschluss entspricht die Synchronisationszeit deswegen der kürzesten Verschlusszeit, bei der für einen Moment der erste Vorhang bereits vollständig offen ist und der zweite noch nicht hinterherfährt.

Darüber hinaus realisieren immer mehr Hersteller eine Kurzzeitsynchronisation: Der Blitz gibt seine Leistung in Form eines Dauerlichts ab. Dieses Dauerlicht kann dann auch mit sehr kurzen Verschlusszeiten synchronisiert werden, da während des gesamten Verschlussablaufs Blitzlicht auf den CCD fällt. Allerdings reduziert dieser Trick die Leitzahl deutlich: Ist der Spalt des Verschlusses etwa ein Viertel so breit wie der CCD, sinkt die Leitzahl bereits um zwei Blenden.

Bei Kompaktkameras nutzten die Hersteller lange Zeit Zentralverschlüsse. Diese sind ins Objektiv integriert und öffnen und schließen sich wie eine Blende. Auch ein nur wenig geöffneter Zentralverschluss lässt Licht auf den gesamten Film oder CCD fallen, so dass grundsätzlich jede Zeit mit dem Blitz synchronisiert werden kann. Zentralverschlüsse gibt es auch in Mittelformat-, nicht jedoch in Kleinbild-SLR-Kameras, da der Schlitzverschluss in der Kamera die teuren Zentralverschlüsse in den Objektiven erspart und kürzere Verschlusszeiten ermöglicht.

Elektronische VerschlüsseAktuell setzen die Hersteller bei digitalen Kompakten auf elektronische Verschlüsse und können so komplett auf mechanische Lösungen verzichten. Auch in einigen günstigen digitalen SLR-Kameras wie der Nikon D50/D70s stecken aus Kostengründen elektronische Verschlüsse, die hier den mechanischen ergänzen und zumindest die kurzen Zeiten bilden. Der elektronische, auf dem CCD realisierte Verschluss ermöglicht sehr kurze Verschluss- und Synchronzeiten, da hier der Ausleseprozess die effektive Belichtungszeit bestimmt: Zunächst werden die einzelnen Pixel geleert und dann nach der eingestellten Verschlusszeit die gesamte Ladungsinformation auf einen Schlag verschoben (Interline-Prinzip). Allerdings führt dieser Trick zu einem etwas höheren Rauschen.

SynchronzeitenDie Synchronzeiten von Schlitzverschlüssen liegen typischerweise bei 1/60 bis 1/250 s. Die Blitzdauer (Abbrennzeit) ist um den Faktor 2 bis 100 kürzer als diese Synchronisationszeit und liefert somit nur einen Ausschnitt aus dem Belichtungsvorgang der Kamera.Die Blitzdauer varriiert stark mit der eingesetzten Hochspannungstechnik und ist generell bei Computerblitzen kürzer, die den Blitzprozess abhängig von der TTL-Belichtungsmessung abriegeln. Gegen eine lange Abbrenndauer bei Studioblitzen spricht die Gefahr, Bewegungsunschärfe mitzufotografieren. Denn je länger die Blitzzeit, desto mehr Bewegung des Objektes wird beleuchtet.

Wie die Grafik rechts zeigt, kann man einer langen Abbrenndauer manuell entgegenwirken. Statt die volle Leistung einzustellen, arbeitet er mit der halben und stellt den Blitz näher an das Objekt. Die Abbrenndauer verringert sich so fast um die Hälfte. Diese Methode eignet sich nur bei Modellen mit Kapazitätsschaltung. Hier werden bei der Intensitätsreduzierung einige Kondensatoren abgeschaltet, wodurch sich die Brennzeit verringert. Ältere Modelle reduzieren die Intensität über die Spannung, was die Abbrenndauer nicht beeinflusst.

SynchronisationsvorgangDie Synchronisationsspannung von 5-18 Volt wird im Blitzkopf erzeugt, nicht in der Kamera. Die Blitzhersteller versuchen diese Spannung immer weiter zu senken. Sie reagieren damit auf Beschwerden der Digitalkamera-Konstrukteure, die ihre empfindliche Sensortechnik schützen wollen. Eine elektrische Leitung, bei externen Blitzen das Synchronkabel, führt vom Blitzkopf zum Verschluss, wo ein mechanischer oder elektrischer Schalter sitzt. Dieser schließt beim Vorbeilaufen des Verschlusses exakt im richtigen Moment den Stromkreis. Da die Zeit bis zur Auslösung des Blitzes kleiner 100 µs ist und auch die Zeit zwischen Zündstart und Zündmaximum nur um die 100 µs beträgt, gelingt die Synchronisation innerhalb eines sehr kleinen Zeitfensters.

Blitz und BlitzaufbauDas eigentliche Blitzen besteht aus zwei Prozessen: zünden und leuchten. Die Elektroden der Xenon-Blitzröhre sind mit einem Kondensator verbunden. Ist der Kondensator nun geladen, liegt zwischen den beiden Eletroden eine hohe Spannung an. Da das Edelgas Xenon in der Röhre aber nicht leitet, kann sich dieser Spannungsunterschied nicht ausgleichen. Es fehlt ein Zündfunke. Den gibt ein zweiter Kondensator, indem er seine gespeicherte Spannung an einen Transformator weiterleitet, der diese auf 8000 bis 14000 Volt anhebt. Kommt der "Blitz-Befehl", wird diese Hochspannung auf einen um die Blitzbirne gewickelten Draht angelegt, was einen Teil des nichtleitenden Xenons in der Birne ionisiert. Es kommt zu einer Kettenreaktion: das Edelgas wird leitend und die Ladung des eigentlichen Blitzkondensators entlädt sich jetzt über das Xenon und regt dieses zur Lichtabgabe an.