Der Verschluss - Steuerung der Belichtung

Die Belichtungsdauer, also die Zeit in der die Film- oder die Sensoroberfläche einer Kamera dem Licht ausgesetzt ist, wird vom Verschluss gesteuert. In den Anfangstagen der Fotografie gab es noch keinen dedizierten Verschluss in den Kameras. Bei Belichtungszeiten von mehreren Minuten reichte es völlig aus, den Objektivdeckel von Hand abzusetzen und nach beendeter Aufnahme wieder auszusetzen. Bei modernen Kameras ist ein leistungsfähiger Verschluss jedoch ein maßgebliches Kaufkriterium.

Klassische Verschlüsse wie Schlitz- und Zentralverschluss sind mechanische Bauteile, auch wenn die Ansteuerung bei aktuellen Kameras meist per Elektronik erfolgt. Der elektronische Verschluss kommt - theoretisch zumindest - ohne bewegte Bauteile aus, konnte aber aufgrund diverser Einschränkungen die mechanischen Verschlüsse aus hochwertigen SLR-Kameras bisher noch nicht verdrängen.

Schlitzverschluss - Standard bei Kleinbild-Spiegelreflexkameras

Der Schlitzverschluss ist zumindest bei KB-Spiegelreflexkameras und Messsucherkameras die am häufigsten eingesetzte Verschlussvariante. Im Gegensatz zum Zentralverschluss ist der Schlitzverschluss immer fest im Kameragehäuse eingebaut. Er besteht aus zwei nacheinander ablaufenden Verschlussvorhängen. Der erste Verschlussvorhang deckt das Bild vor der Belichtung komplett ab. Wenn man auf den Auslöser drückt, gibt der erste Verschlussvorhang das Bild frei. Mit geringem Zeitversatz startet dann der zweite Verschlussvorhang und schließt das Bild wieder.

Nur bei relativ langsamen Belichtungszeiten ist das Bildfenster für Sekundenbruchteile komplett geöffnet. Bei schnellen Verschlusszeiten wie beispielsweise 1/1000s oder höher fällt das Licht nur durch einen schmalen Schlitz zwischen den beiden Vorhängen, die sich mit hoher Geschwindigkeit parallel in vertikaler Richtung über die Bildebene bewegen. Die Belichtungszeit von beispielsweise 1/8000s trifft daher zwar für jeden einzelnen Punkt im Bild zu, aber nicht für das komplette Bild. Motive, die sich sehr schnell bewegen, werden daher unter Umständen verzerrt auf dem Bild dargestellt.

Die obigen vier Grafiken demonstrieren, wie die Verschlussvorhänge einen Teil des Bildes freigeben und wieder verschließen. Aktuelle Schlitzverschlüsse in Spiegelreflexkameras bestehen aus Lamellen; diese sind entweder aus Metall oder Verbundstoffen gefertigt. Das erste Bild zeigt wie der erste Verschlussvorhang das Bildfeld im Ruhezustand komplett abdeckt. Durch Betätigen des Auslösers startet der erste Verschlussvorhang; er gibt das Bildfeld mit Laufrichtung nach unten frei und der obere Teil des Bildes wird belichtet. Dies ist im zweiten Bild dargestellt. Kurz nach dem ersten Verschlussvorhang startet der zweite Verschlussvorhang, welcher dem ersten folgt (siehe drittes Bild). Durch den Schlitz zwischen den beiden Verschlussvorhängen erfolgt die Belichtung des Bildfeldes bis der untere Teil des Bildes erreicht ist. Je kürzer die Verschlusszeit, desto schneller laufen die Vorhänge ab und desto schmaler ist der Schlitz. Zum Ende der Belichtung deckt der zweite Vorhang das Bildfeld komplett ab; es gelangt kein Licht mehr auf den Film beziehungsweise auf den Sensor. Dieser Zustand ist im vierten Bild dargestellt.

Bei einer Belichtungszeit von beispielsweise 1/1000s wird jeder Bildpunkt zwar mit 1/1000s belichtet, aber die Gesamt-Laufzeit des Verschlusses beträgt ein Vielfaches dieser 1/1000s, da ja immer nur ein Teil des Bildes belichtet wird. Weil die verschiedenen Bildteile nacheinander belichtet werden, kann es bei schnell bewegten Objekten durch den Schlitzverschluss trotz ausreichend kurzer Belichtungszeit zu geometrischen Verzerrungen kommen.

Da die Verschlussvorhänge immer nur einen Teil des Bildfeldes freigeben und auch das Öffnen bzw. Schließen des Bildfeldes eine gewisse Zeit in Anspruch nimmt ist die gesamte Verschlusslaufzeit länger als die Belichtungszeit.

Frühere Generationen von SLR-Kameras setzten auf Schlitzverschlüsse aus lichtdicht beschichtetem Tuch. Bei dieser Konstruktionsweise sind die bewegten Massen jedoch relativ groß; zudem besteht die Gefahr dass das Tuch bei Zeiten unter 1/1000s reißt. Um kürzere Verschlusszeiten zu realisieren, stellte man die Fertigung später auf Metallschlitzverschlüsse in Lamellenbauweise um. Nachteilig an Schlitzverschlüssen aus Metall ist das harte Auslösegeräusch, das gelegentlich als störend empfunden wird. Leica hatte daher für seine M-Messsucherkameras lange am Tuchschlitzverschluss festgehalten, denn diese Technologie bietet ein etwas dezenteres Auslösegeräusch als ein Metallverschluss.

Die Hersteller unterboten sich seit den 60er Jahren gegenseitig mit immer kürzeren Verschlusszeiten. In den 60er Jahren war 1/1000 Sekunde der Standard, in den 70er wurde 1/2000 Sekunde zum Standard. In den 80er Jahren konnte Nikon mit 1/4000 Sekunde (FM2) und 1/8000 Sekunde (F-801) gleich zwei Meilensteine hintereinander setzen. Das Wettrennen um die kürzestmögliche Verschlusszeit endete jedoch schon Anfang der 90er Jahre. Die 1/12000 Sekunde der Minolta Dynax 9xi ist seit 1992 von keiner anderen Kamera mit Schlitzverschluss unterboten worden. Lediglich elektronische Verschlüsse sind noch schneller. Zum einen war und ist der konstruktiven Aufwand erheblich, einen derart schnellen, dabei aber leichten und standfesten Verschluss zu fertigen. Zum anderen stellte sich auch die Frage nach dem Einsatzzweck, denn es gibt in der Praxis nur sehr wenige Szenarien, wo man ausreichend Licht für eine derart kurze Belichtungszeit zur Verfügung hat. Hochwertige SLR-Kameras haben heute (Stand: Oktober 2009) in der Regel als kürzeste Belichtungszeit 1/8000s.

Wie die obige Tabelle zeigt, hat sich seit den Sechziger Jahren etwa alle 10 Jahre die kürzestmögliche Verschlusszeit halbiert. Standard bei höherwertigen Kameras ist spätestens seit Mitte der Neunziger Jahre eine Verschlusszeit von 1/8000s. Kürzere Verschlusszeiten als 1/12000s lassen sich derzeit nur über elektronische Verschlüsse realisieren. Der praktische Nutzen derart kurzer Belichtungszeiten ist aber sehr gering, denn nur in seltenen Fällen steht hierfür ausreichend Licht zur Verfügung.

Blitz-Synchronzeit - Achillesferse des Schlitzverschlusses

Das Funktionsprinzip des Schlitzverschlusses hat einen recht gravierenden Nachteil: Das Bildfeld ist bei kurzen Verschlusszeiten zu keinem Zeitpunkt komplett freigelegt. Der Verschluss bewegt sich stattdessen mit hoher Geschwindigkeit in vertikaler Richtung über das Bildfeld. Wenn man also 1/1000s als Verschlusszeit einstellt, dauert die Belichtung insgesamt länger als 1/1000s. Das kann insbesondere beim Blitzen zu Problemen führen, denn Blitze haben eine sehr kurze Leuchtdauer.

Beispiel 1: Blitzbalken durch zu kurze Verschlusszeiten

Die eingestellte Verschlusszeit an der Kamera ist 1/1000s. Der verwendete Blitz ist ein Nikon SB-800. Bei halber Leistung ist seine Leuchtdauer gerade einmal 1/1100s, also kürzer als die gewählte Verschlusszeit von 1/1000s. Auf seiner schwächsten Leistungsstufe dauert ein Blitz sogar nur 1/41600 s. Der Blitz wird also immer nur den den Teil der Aufnahme belichten, der beim Auslösen des Blitzes gerade vom Verschluss freigegeben ist. Die Folge ist ein Bild, das großflächige Abschattungen durch die Verschlussvorhänge aufweist.

Vermeiden kann man diesen Effekt nur, indem man blitzt wenn der Verschlussvorhang komplett geöffnet ist. Das ist nur bei relativ langsamen Verschlusszeiten der Fall. Bei den ultrakurzen Verschlusszeiten gibt der Schlitzverschluss nur noch einen kleinen Teil des Bildfeldes frei.

Beispiel 2: Blitzsynchronzeit = 32 x kürzeste Verschlusszeit

Eine Kamera wie die Nikon F-801 hat 1/8000s als kürzeste Verschlusszeit; bis zu einer Verschlusszeit von 1/250s gibt der Verschluss das Bildfeld noch komplett frei. Die kürzeste Verschlusszeit, die man beim Blitzen nutzen kann, ist in diesem Fall also 1/250s; man bezeichnet diesen Wert als Blitzsynchronzeit (alternativ Synchronzeit, Offenzeit oder X-Sync). Damit ist die Blitzsynchronzeit im vorliegenden Fall immerhin 32mal langsamer als die kürzeste Verschlusszeit.

Betrachten wir im Folgenden ein Beispiel, bei dem das Bild mit der Blitzsynchronzeit belichtet wird, der Verschluss das Bildfeld also für einen Moment komplett frei gibt.

Das erste Bild (Phase 1) zeigt, wie der Lamellenvorhang das Bildfeld im Ruhezustand komplett abdeckt. Durch Drücken des Auslösers öffnet der erste Verschlussvorhang das Bildfeld, indem er sich von oben nach unten bewegt, siehe Bild 2. Wenn in der Kamera die X-Synchronzeit oder eine noch längere Verschlusszeit eingestellt ist, gibt der erste Verschlussvorhang das Bildfeld für einen Sekundenbruchteil komplett frei. Dieser Zustand ist im dritten Bild (Phase 3) dargestellt. Bei Blitzaufnahmen wird der Blitz genau in diesem Zeitpunkt ausgelöst, so dass das Blitzlicht das komplette Bildfeld auf einmal erfasst. Im vierten Bild (Phase 4) ist dargestellt, wie sich der zweite Verschlussvorhang von oben nach unten bewegt und somit das Bildfeld wieder abdeckt. Zum Ende der Belichtung deckt der zweite Vorhang das Bildfeld komplett ab; es gelangt kein Licht mehr auf den Film beziehungsweise auf den Sensor (siehe Bild 5).

Als Blitzsynchronzeit bezeichnet man diejenige Zeit, bei der der Verschluss das Bildfeld gerade noch komplett frei gibt, so dass der Blitz das komplette Bildfeld auf einmal beleuchten kann.

Während bei einer kürzeren Belichtungszeit als der Blitzsynchronzeit die beiden Verschlussvorhänge also jeweils nur einen Teil des Bildes freigeben (siehe Bilderserie im vorigen Kapitel) liegt bei einer längeren Belichtungszeit als der Blitzsynchronzeit das komplette Bildfeld für einen gewissen Zeitraum frei und kann von einem Blitz auf einmal vollständig beleuchtet werden.

Kürzere Verschlusszeiten als die Synchronzeit lassen sich bei Kameras mit Schlitzverschluss für Blitzaufnahmen nur dann nutzen, wenn Funktionen wie die FP-Blitzsynchronisation von Nikon zum Einsatz kommen. Die FP-Blitzsynchronisation bietet Nikon bei den teureren Kameramodellen und Systemblitzen an. Hier wird nicht ein einziger Blitz, sondern gleich eine ganze Reihe von Blitzen während der Aufnahme gezündet. Die Blitzdauer wird also effektiv verlängert, was eine konstante Beleuchtung während der Aufnahmedauer gewährleistet.

Allerdings führt das zu einer starken Reduzierung der Reichweite, denn die Blitze haben in diesem Betriebsmodus natürlich nicht die volle Leistung. Insofern ist die FP-Blitzsynchronisation nur eingeschränkt zu verwenden. Canon bietet ein ähnliches Feature namens Kurzzeitsynchronisation für sein EOS-System an. Es hat prinzipiell die gleichen Einschränkungen wie die FP-Blitzsynchronisation. Wer ohne Leistungseinbußen blitzen möchte, muss sich daher trotz FP-Blitzsynchronisation bzw. Kurzzeitsynchronisation weiterhin an der X-Synchronzeit orientieren.

Im obigen Bildbeispiel wird der Unterschied zwischen einer Blitzaufnahme mit der Blitzsynchronzeit und einer Blitzaufnahhme mit einer kürzeren Verschlusszeit demonstriert. Im linken Bild ist als Belichtungszeit die Blitz-Synchronzeit bzw. eine längere Verschlusszeit eingestellt. Der Blitz leuchtet wie oben beschrieben die gesamte Bildfläche aus sofern sein Reflektor korrekt ausgerichtet ist. Das rechte Bild veranschaulicht die Situation, dass eine kürzere Verschlusszeit als die Blitz-Synchronzeit eingestellt ist. Dann belichtet der Blitz nur den Bildteil, der beim Zünden des Blitzes gerade vom Schlitzverschluss freigegeben wird; auf den anderen Bildteilen kommt es daher zu charakteristischen balkenförmigen Abschattungen.

Moderne Kameras verhindern diesen Bildfehler automatisch, indem sie beim Aufstecken eines passenden Systemblitzes als kürzeste Verschlusszeit die X-Synchronzeit festlegen. Wer zum Beispiel auf eine Canon EOS 50D einen Speedlite 580EX II aufsteckt, kann selbst im manuellen Aufnahmemodus am Einstellrad drehen so viel man will, die kleinst mögliche Belichtungszeit bleibt bei 1/250 Sekunde stehen. Nur wenn man am Blitzgerät auf Highspeed (Kurzzeitsynchronisation) umstellt, kann man als Verschlusszeit die kürzest mögliche Belichtungsdauer von 1/8000 Sekunde einstellen.

Ausführliche Informationen über moderne Blitzgeräte und die Historie des Blitzes in der Fotografie finden Sie auf unserer Seite Der Blitz - Kunstlicht für die Fotografie.

Zentralverschluss - Der Verschluss im Objektiv

Zentralverschlüsse bestehen - ähnlich einer Irisblende - aus Lamellen. Im Gegensatz zur Irisblende schließt der Zentralverschluss in Ruhestellung jedoch komplett, es kann also kein Licht den Verschlussvorhang passieren. Zum Einsatz kommt der Zentralverschluss in den unterschiedlichsten Kameragattungen: Kompakt-, Mittelformat- und Großformatkameras setzen ihn ein, lediglich die KB-Spiegelreflexkameras sind seit langem eine Domäne des Schlitzverschlusses.

Den Zentralverschluss kann man entweder im Objektiv oder in der Kamera verbauen. Ideal ist die Position direkt im Objektiv denn hier ist die Gefahr einer Vignettierung relativ gering. Insofern ist der Zentralverschluss dem Schlitzverschluss, der sich direkt vor der Bildebene befindet, unterlegen. Dieses Konstruktionsprinzip mit den im Objektiv verbauten Verschlüssen verwendet beispielsweise Hasselblad bei vielen seiner Mittelformatkameras. Allerdings gibt es auch einige Hasselblad-Modelle mit Schlitzverschluss.

Die kürzeste bisher mit einem Zentralverschluss erreichte Belichtungszeit ist 1/1000 Sekunde. Noch kürzere Verschlusszeiten konnten nicht realisiert werden. Grund hierfür ist hohe mechanische Beanspruchung der Bauteile beim Zentralverschluss. Denn hier müssen die einzelnen Lamellen alle zur gleichen Zeit den Strahlengang freigeben. Auch wenn das Prinzip bei der absoluten Geschwindigkeit dem Schlitzverschluss nicht Paroli bieten kann, ist es in punkto Blitzsynchronisation überlegen.

Weil der Zentralverschluss immer das komplette Bild freigibt, kann man Blitzaufnahmen bis zur jeweils kürzesten Belichtungszeit synchronisieren. Aus dem gleichen Grund kommt es beim Zentralverschluss nicht zu Verzerrungen sich schnell bewegender Motive, die beim Schlitzverschluss nicht immer zu vermeiden sind. Ein weiterer Vorteil des Zentralverschlusses liegt in seinem kreisförmigen Aufbau begründet. Die Bewegungen der einzelnen Lamellen gleichen sich gegenseitig aus, die Gefahr eines Verwacklers durch das Auslösen des Verschlusses ist also geringer als beim Schlitzverschluss.

Elektronischer Verschluss - Ultraschnell, aber nicht ausgereift

Im Gegensatz zu Zentralverschluss und Schlitzverschluss - die im übrigen auch schon lange elektronisch angesteuert werden - ist der rein elektronische Verschluss kein mechanisches Bauteil. Es handelt sich herbei streng genommen auch nicht um einen Verschluss im herkömmlichen Sinne, sondern eher um eine besondere Art der Sensoransteuerung, die einen mechanischen Verschluss weitgehend entbehrlich macht. Er eignet sich also nur für Digitalkameras.

Mit dem elektronischen Verschluss lassen sich ultrakurze Verschlusszeiten vergleichsweise einfach und vor allem billig realisieren. In der Praxis gibt es dabei jedoch eine Reihe von Einschränkungen. Soviel vorweg: Aufgrund verschiedener Einschränkungen auf Sensorebene kombiniert man auch den elektronischen Verschluss in der Regel mit einem herkömmlichen mechanischen Verschluss.

Bei einem elektronischen Verschluss arbeitet der Bildsensor der Digitalkamera mit zwei Ladungsspeichern, aus denen die Bildinformationen ausgelesen werden. Vor der Belichtung leert das System alle Ladungspeicher. Dann sammelt der Sensor mit Beginn der Belichtung im ersten Ladungspeicher Bildinformationen, bis ein Steuerungssignal ihm das Ende der Belichtung anzeigt. In einem Rutsch überträgt es dieses digitale Bild dann in den zweiten Ladungspeicher. Von dort wird das Bild dann ausgelesen und in den Kameraspeicher übertragen. Die theoretischen Vorteile des Systems sind frappierend. Selbst bei der kürzesten Verschlusszeit funktioniert die Blitzsynchronisation. Anders als beim Schlitzverschluss ist ja das komplette Bildfeld während der Belichtung freigelegt und nicht nur ein Teil davon.

Der elektronische Verschluss verzichtet - zumindest wenn er in Reinform zum Einsatz kommt - komplett auf bewegliche Teile. Er ist im Bildsensor integriert. Sowohl mit CCD-Sensoren als auch mit CMOS-Sensoren (siehe Abbildung oben links) lassen sich grundsätzlich elektronische Verschlüsse realisieren. Die Belichtungsdauer wird nur über die Ansteuerung des Sensors realisiert. Eine Kombination mit mechanischen Verschlüssen ist allerdings möglich und wird - aufgrund diverser Kinderkrankheiten der Bildsensoren - von den Herstellern hochwertiger Kameras auch überwiegend eingesetzt, zum Beispiel bei der Canon EOS 5D Mark II, einer professionellen Spiegelreflexkamera mit Vollformatsensor. Das rechte Bild oben zeigt den Schlitzverschluss der Canon EOS 5D Mark II im ausgebauten Zustand. Beim Auslösen gibt der Lamellenvorhang das Bildfeld für einen Sekundenbruchteil frei. Anders als beim rein elektronischen Verschluss werden hier also mechanische Bauteile in Bewegung gesetzt um das Bildfeld freizugeben beziehungsweise zu schließen.

Elektronische Verschlüsse aus den 80er Jahren?

Wenn man die Datenblätter von einigen älteren Analogkameras durchsieht, stößt man gelegentlich auf die Bezeichnung elektronischer Verschluss, obwohl dieser ja prinzipbedingt nur bei einer Digitalkamera funktionieren kann. Des Rätsels Lösung ist ganz einfach: Man hat in den 80er Jahren in KB-Spiegelreflexkameras die Ansteuerung der Schlitzverschlüsse, die bis dahin mechanisch erfolgte, auf die genauere elektronische Steuerung umgestellt. Das war damals High-Tech, weswegen man von elektronischen Verschlüssen sprach. Der Verschluss selbst war natürlich trotz der flotten Bezeichnung ein mechanisches Bauteil und sollte es auf Jahre hin auch bleiben.

Kamerageschichte im Hinblick auf elektronische Verschlüsse von 1999 bis 2009

Um zu verstehen, wie es um den praktischen Nutzen eines elektronischen Verschlusses in SLR-Kameras bestellt ist, hilft ein Blick in die jüngere Kamerageschichte eines großen Herstellers wie beispielsweise Nikon. Im Jahr 1999 hatte Nikon seine erste Digitalkamera für Profifotografen, die Nikon D1, vorgestellt. Auch wenn ihre Bildqualität aus heutiger Sicht eher bescheiden war, konnte sie mit einem kombinierten mechanischen und elektronischen Verschluss als erste Kamera eine bahnbrechende Verschlusszeit von 1/16000 Sekunde realisieren.

Obwohl ein elektronischer Verschluss grundsätzlich bei allen Zeiten eine Blitzsynchronisation erlaubt, betrug die X-Synchronzeit der D1 aber "nur" 1/500s. Selbst damit unterbot Nikon aber immerhin noch den bisher von der Minolta Dynax 9xi gehaltenen Rekord von 1/300s aus dem Jahre 1992 deutlich. Trotz dieser auf dem Papier überzeugenden Leistungsdaten ging man aber mit den Modellen D2X und D2H wieder zurück zum herkömmlichen Schlitzverschluss. Der elekronische Verschluss spielte in der Profiliga bei Nikon seitdem keine Rolle mehr. Bei den in 2009 aktuellen Profi-Modellen D3X, D3, D700, D300 und D300s werden durchgängig mechanische Verschlüsse verbaut. Der elektronische Verschluss konnte sich also bei den Profimodellen in der Zeit von 1999 bis 2009 nicht durchsetzen.

Etwas anders verlief die Entwicklung bei den preiswerten SLR-Kameras für den Amateurgebrauch. Hier wurde der kombinierte elektronische und mechanische Verschluss länger eingesetzt als bei den Profimodellen. Bei Nikon waren das die Kameramodelle D40 (nicht D40x!), D50, D70 und D70s. Damit ist grundsätzlich eine Blitzsynchronisation bis zur kürzesten Verschlusszeit möglich. Der Hersteller unterstützt diese Funktion aber bei keiner der aufgeführten Kameras offiziell. Bei eine X-Synchronzeit von 1/500s regeln die Systeme ab. Aber diese X-Synchonzeit ist immerhin noch doppelt so schnell wie die X-Synchronzeit der Profimodelle gleicher Baujahre. Aufgrund ihrer mechanischen Verschlüsse müssen deren Anwender mit 1/250s vorlieb nehmen.

So schlägt selbst die im Jahr 2004 vorgestellte recht preiswerte D70s dank ihres elektronischen Verschlusses mit einer offiziellen Blitzsynchronzeit von 1/500s immer noch die wesentlich teurere und neuere Profikamera D700 (Markteinführung 2008). Die Käufer der D700 müssen sich im Jahre 2008 immer noch mit einer Blitzsynchronzeit von 1/250s begnügen; ein Wert, den die Nikon F-801 im übrigen schon knapp 20 Jahre vorher im Jahr 1988 erreicht hat. Trotz der besseren Leistung auf dem Datenblatt scheint der maßgebliche Grund für den damaligen Einsatz elektronischer Verschlüsse also vor allem der günstigere Herstellungspreis gewesen zu sein. Neben den negativen Nebenwirkungen Smearing und Blooming beim elektronischen Verschluss hat auch das prinzipiell höhere Bildrauschen von Kameras mit elektronischem Verschluss zu dieser Entscheidung beigetragen. Denn bei der Bildqualität machen Profis keine Kompromisse. Bei Amateuren sind schlagende Argumente aber eher gute Leistungsdaten und vor allem ein günstiger Preis.

In beiden Disziplinen ist der elektronische Verschluss führend. Die im Jahr 2008 vorgestellte Mittelklasse SLR Nikon D90 hat nur noch einen mechanischen Schlitzverschluss. Der Verzicht auf den elektronischen Verschluss bedeutet, dass kürzere Verschlusszeiten als 1/4000s oder eine X-Synchronzeit kürzer als 1/200s nicht möglich sind. Kürzere Verschlusszeiten als die X-Synchronzeit von 1/200s sind im Blitzbetrieb mit der D90 nur über die FP-Kurzzeitsynchronisation möglich.

Dennoch hat keines von den im Jahr 2009 aktuellen Nikon Comsumer-SLR-Modellen (D90, D5000, D3000 und D60) mehr einen kombinierten elektronischen und mechanischen Verschluss. Dementsprechend langsamer sind dann auch die möglichen Verschlusszeiten. Während eine D70s im Jahr 2004 noch mit 1/500s X-Synchronzeit und 1/8000s kürzester Verschlusszeit aufwarten konnte, müssen sich Käufer des Consumer-Topmodells Nikon D90 im Jahre 2009 nun mit 1/4000s und 1/200s begnügen. Insofern muss man sagen, dass sich der elektronische Verschluss auch bei den Amateur-SLR-Kameras von Nikon bis 2009 nicht durchsetzen konnte. Das hervorragende technische Potenzial dieser Technologie wird man erst dann sinnvoll nutzen können, wenn es bei den Bildsensoren einen Quantensprung gibt. Wenn dies aber eines Tages der Fall sein sollte - soviel kann man heute schon sagen - werden die seit Jahren bestehenden Rekorde bei den Verschlusszeiten zügig purzeln.

Blooming- und Smearing-Effekt beim elektronischen Verschluss

Eine genereller Nachteil des elektronischen Verschlusses ist die Tatsache, dass der Bildsensor mehr oder weniger dauerhaft dem Lichteinfluss ausgesetzt ist. Es gibt ja keinen mechanischen Verschluss, der den Strahlengang unterbricht. Die dauerhafte Lichteinstrahlung vertragen viele Bildsensoren aber nicht ohne Nebenwirkungen. Das Übermaß an Licht, dem der Sensor ausgesetzt ist, führt zum so genannten Blooming-Effekt. Insbesondere bei hohen Lichtmengen, wenn man beispielsweise mit voll geöffneter Blende in Richtung Sonne fotografiert, kommt es dann zu stark ausgefressenen Lichtern.

Die obigen beiden Aufnahmen demonstrieren den Blooming-Effekt. Der elektronische Verschluss der Nikon D70s sorgt bei Fotos von hellen Lichtquellen für einen stark ausgeprägten Blooming Effekt; Kameras mit herkömmlichen Verschlüssen leiden weniger stark unter Blooming. Beide Aufnahmen wurden in der Mittagszeit über Bankok gemacht. Je stärker man die Blende öffnet desto mehr Licht trifft auf den Sensor und desto mehr Blooming ist später auf dem Bild zu sehen. Während man bei der Aufnahme mit der kleinen Blende 11 den Himmel im Bereich der Sonne noch gut erkennen kann, ist die Aufnahme bei größerer Blende 6,3 aufgrund des Blooming-Effekts komplett unbrauchbar. Selbst vollständiges Abblenden auf Blende 22 konnte das Blooming im übrigen bei diesem Motiv nicht verhindern.

Ein weiteres bekanntes Problem des elektronischen Verschlusses ist das Smearing; es handelt sich hierbei um unerwünschte bunte Streifen. Diese entstehen, wenn der Sensor nach Ende der Belichtungszeit noch starkem Lichteinfluss ausgesetzt wird. Somit ist es auch bei einem elektronischen Verschluss sinnvoll, den Lichtfluss mechanisch zu unterbrechen. Ein weiterer durch den elektronischen Verschluss verursachter Nachteil ist die geringe Dynamik bei niedrigen Empfindlichkeiten; sehr niedrige Empfindlichkeiten wie ISO 100 oder ISO 50 sind mit dem Sensor dann nicht mehr möglich.

Der elektronische Verschluss wird bei hochwertigen digitalen Spiegelreflexkameras mit einem mechanischen Verschluss kombiniert um die unerwünschten Nebenwirkungen wie Blooming und Smearing zu verringern. Doch gibt es Sonderfälle wie den Silent-Modus von Canon, wo der elektronische Verschluss lediglich eine weitere Aufnahmeoption ist. Zwar setzt Canon bei den digitalen Spiegelreflexkamera-Modellen EOS 5D Mark II und EOS 50D grundsätzlich auf mechanische Verschlüsse, aber im Silent-Modus erlauben sie auch das elektronische Auslösen. Der elektronische Auslöser des Silent-Modus ersetzt nur den ersten Verschlussvorhang des Schlitzverschlusses. Der zweite Verschlussvorhang läuft dann wie gewohnt ab. Bei diesen Kameras geht es Canon also lediglich darum, das vom Verschluss verursachte Geräusch zu halbieren.

Ultrakurzzeit-Fotografie

Ein spezieller Zweig der Fotografie ist die Ultrakurzzeit-Fotografie. Diese Disziplin versucht sich darin, extrem schnelle Vorgänge bildlich festzuhalten. Jeder kennt beispielsweise den berühmten Apfeldurchschuss des amerikanischen Fotografen Harold Edgerton. Der amerikanische Fotograf arbeitete seit den 1940er Jahren für das US-Militär. Sein Fachgebiet war es, ultraschnelle Bewegungen wie sie beispielsweise bei Projektilen aus Feuerwaffen vorkommen bildlich festzuhalten.

Daneben fotografierte er aber auch eine Reihe ziviler Motive, so hat es auch seine Fotografie eines Milchtropfens zu großer Bekanntheit gebracht. Obwohl Edgerton sich selbst immer nur als Wissenschaftler und nie als Fotografen bezeichnete, wurden seine ansprechend visualisierten Fotografien weltweit in Ausstellungen und Museen gezeigt. Harold Edgerton war gezwungen für seine schnellen Motive spezielle Aufnahmetechniken zu entwickeln, die größtenteils auch heute noch erfolgreich eingesetzt werden.

Selbst heute ist es mit handelsüblichen Kameras nicht möglich, ultraschnelle Bewegungen wirklich scharf einzufangen. Für die scharfe Abbildung beispielsweise einer Pistolenkugel reichen selbst die 1/12.000s des aktuell schnellsten Schlitzverschlusses bei weitem nicht aus. Wobei Harold Edgerton zu den Zeiten seiner Experimente diese Möglichkeit ohnehin nicht gehabt hätte. Schneller als 1/500s oder später 1/1000s konnten Kameramodelle zu Edgertons Zeiten gar nicht belichten. Er löste das Problem indem er darauf verzichtete die Belichtungssteuerung per Verschluss durchzuführen.

Wenn man in einem abgedunkelten Raum fotografiert, ist die Belichtungszeit des Blitzes der maßgebliche Faktor. Man braucht also gar keine ultrakurzen Verschlusszeiten, der Verschluss kann ruhig länger geöffnet bleiben. Hauptsache er ist geöffnet wenn der Blitz auslöst und geschlossen wenn die Raumbeleuchtung wieder angeht. Mit aktuellen Blitzen aus dem Fotozubehör lassen sich dadurch schon Belichtungszeiten von weniger als 1/40.000s erreichen.

Mit Spezialblitzen oder Stroboskopen aus dem militärischen Bereich, wie sie Edgerton zur Verfügung standen, sind aber natürlich noch weit kürzere Verschlusszeiten als die oben angeführten 1/40.000s möglich. Harold Edgerton arbeitete häufig mit einer Blitzdauer von einer Millionstel Sekunde. Diese Belichtungszeit wurde beispielsweise bei seinem Apfeldurchschuss verwendet.

Der generelle Nachteil der Blitztechnik besteht allerdings darin, dass sie sich für leuchtende Objekte oder für Aufnahmen bei Tageslicht nicht eignet. Das vorhandene Licht würde die eigentliche Aufnahme überstrahlen. Um das Mündungsfeuer eines Geschützes oder einer Explosion scharf abzubilden, braucht man dann doch wieder einen Verschluss. Allerdings keinen mechanischen, der wäre für diese Aufgabe viel zu langsam. Harold Edgerton entwickelte daher einen neuartigen Verschluss für seine Hochgeschwindigkeitskamera namens Rapatonic.

Die Rapatonic hatte schon damals - lange vor den ersten Digitalkameras - einen rein elektronischen Verschluss. Dieser funktionierte aber etwas anders als die bekannten elektronischen Verschlüsse in modernen Digitalkameras. Der Verschluss der Rapatonic bestand aus zwei Polarisationsfiltern und einer Kerrzelle. Die Polarisationsfilter sperrten in Ruhestellung das Licht, da sie um 90 Grad zueinander gedreht angeordnet waren. Zwischen den Filtern war eine Kerr-Zelle angeordnet. Wenn man die Kerr-Zelle unter Spannung setzte, konnte sie die Polarisationsebene des Lichtes drehen. Damit konnte das Licht passieren und den Film belichten. Die Verschlusszeit wurde von der Dauer des Spannungsimpulses gesteuert. Damit ließ sich als kürzeste Verschlusszeit eine Milliardstel Sekunde erreichen.

Ultrakurze Blitzsynchronzeit bis 1/8000s - Überlistung der Kamera

Ultrakurze Blitzsynchronzeiten bei Kameras mit elektronischem Verschluss sind ein in Internetforen vieldiskutiertes Thema. Insbesondere beim Aufhellblitzen am hellichten Tag, wo man mit 1/250s oder 1/500s schnell an seine Grenze kommt, kann eine ultrakurze X-Synchronzeit sehr nützlich sein. Wie oben beschrieben haben viele digitalen Spiegelreflexkameras die Möglichkeit, trotz Blitz kürzere Belichtungszeiten zu realisieren; die Funktion ist jedoch von Haus aus blockiert. Mit einfachen Tricks kann man seine Kamera jedoch überlisten.

Man sollte sich dennoch darüber im Klaren sein, dass ultrakurze Belichtungszeiten nicht in den von den jeweiligen Herstellern spezifizierten Einsatzbereichen liegen. Allerdings sind die Eingriffe, die man an der Kamera beziehungsweise am Blitz vornehmen muss, so minimal, dass man es auch als normaler Anwender - etwas Sorgfalt vorausgesetzt - ohne Angst vor Schäden an der Kamera ausprobieren kann. Aber wie schon gesagt, die Verantwortung dafür trägt natürlich jeder Anwender selbst. Wir zeigen hier am Beispiel einer Nikon D70s wie man selbst bei 1/8000s noch den Blitz synchronisieren kann. Die Vorgehensweise ist bei anderen Kameramodellen ähnlich.

Theoretisch ist es möglich, bei einer Spiegelreflexkamera mit elektronischen Verschluss auch die kürzeste Verschlusszeit als X-Synchronzeit zu nutzen. Das wäre bei einer Nikon D70s die 1/8000s. Anders als bei Kameras mit mechanischem Verschluss sind hier keine Blitzbalken, also störende Abschattungen, zu befürchten. Offiziell unterstützt wird bei Nikon Kameras mit elektronischem Verschluss aber als kürzeste Zeit nur die 1/500 Sekunde.

Mit sehr einfachen Mitteln, kann man die Kamera jedoch auch im Blitzbetrieb überzeugen, ultrakurze Verschlusszeiten zu akzeptieren. Dafür braucht man lediglich einen Streifen Tesafilm und ein zusätzliches Blitzgerät. Weil der interne Blitz der Kamera bei 1/500s abregelt, kommt man um einen externen Blitz nicht herum. Dieser Blitz muss jetzt einerseits mit der Kamera verbunden werden, andererseits muss man ihn seiner TTL-Funktionalität berauben. Denn sobald der Blitz mit der Kamera kommuniziert, riegelt diese automatisch bei 1/500s Verschlusszeit ab.

Über den Kontaktschuh des Blitzes klebt man den Tesastreifen und unterbricht damit die Kontakte zwischen Blitzgerät und Kamera. Mit einer Messerspitze legt man den Mittenkontakt dann vorsichtig frei, die restlichen Kontakte müssen abgedeckt bleiben. Dann setzt man den Blitz ganz normal in den Blitzschuh der Kamera ein. Wem die Lösung mit dem Klebeband zu fummelig ist, der kann auch entsprechende Blitzadapter aus dem Fotozubehör verwenden, die nur den Mittenkontakt übertragen.

Jetzt stellt man manuell Blende und Belichtungszeit an der Kamera ein. Auch den Blitz versetzt man in den manuellen Modus und regelt seine Blitzleistung über die dort verfügbaren Blitzstufen. Bei einem aktuellen Systemblitz kann man die Leistung von Stufe 1/1 bis 1/128 fein justieren. Jetzt ist das System aufnahmebereit und kann verwendet werden. Die richtige Dosierung des Blitzes lässt sich am besten über Probeaufnahmen herausfinden, zur Messung des Umgebungslichtes kann man den Belichtungsmesser in der Kamera verwenden. Beim Einstellen des Blitzlichtes gibt es allerdings eine Besonderheit zu beachten: Bei ultrakurzen Blitzsynchronzeiten kann es vorkommen, dass die Blitzdauer länger ist als die Verschlusszeit. In dem Fall steht natürlich auch nur ein Teil des Blitzlichtes für die Aufnahme tatsächlich zur Verfügung.

Beispiel: Bei Leistungsstufe 1/2 beträgt die Blitzdauer des Nikon SB-800 Blitzgerätes 1/1100 s. Wer eine kürzere Verschlusszeit wie 1/4000s einstellt, riskiert dass der Blitz noch leuchtet, während der Verschluss schon geschlossen ist. Abschattungen wie Blitzbalken sind nicht zu befürchten, aber es kann zu Unterbelichtung führen. Generell gilt: Bei stärkerer Blitzleistung leuchtet der Blitz länger, bei geringerer Blitzleistung verkürzt sich die Leuchtdauer. Die genaue Leuchtdauer auf der jeweiligen Leistungsstufe steht in der Bedienungsanleitung des Blitzgerätes.

Die obige Bilderserie demonstriert, welchen Vorteil eine Ultrakurzzeit-Blitzsynchronisation in der Praxis hat. Im linken Bild ist ein Wasserstrahl bei praller Mittagssonne mit einer kleinen Blende 13 und einer Belichtungszeit von 1/250s fotografiert. Man erkennt deutlich, dass der Wasserstrahl nicht scharf abgebildet wird, denn das Wasser fließt zu schnell. Man sieht nur einen weißen Strahl wo eigentlich eine klare Struktur und einzelne Tropfen zu sehen sein sollten. Das zweite Bild zeigt, dass auch der Einsatz eines Aufhellblitzes (Verschlusszeit 1/250s und Blende 13 wie im ersten Bild) keine Veränderung bringt. Zwar werden die Schatten leicht aufgehellt, aber der Wasserstrahl ist immer noch nicht scharf abgebildet. Die kurze Blitzdauer reicht nicht aus um die Wasserbewegung einzufrieren, da immer noch genug Umgebungslicht vorhanden ist, das den Blitz überstrahlt. Erst der Aufhellblitz kombiniert mit 1/8000s des elektronischen Verschlusses der Nikon D70s schafft es die Bewegung einzufrieren und die Struktur von Wasserstrahl und einzelnen Tropfen grundsätzlich herauszuarbeiten. Hier zeigt sich der Vorteil des elektronischen Verschlusses: Man kann auch bei der kürzesten Verschlusszeit von 1/8000s blitzen.

Welche Kamera eignet sich für Ultrakurzzeit-Blitzsynchronisation? Grundsätzlich eignet sich jede digitale Spiegelreflex- oder Bridgekamera, bei der man Blende und Verschlusszeit manuell einstellen kann und die über einen Blitzschuh verfügt. Außerdem muss sie natürlich über einen elektronischen Verschluss verfügen. Ob es dann letztendlich funktioniert oder nicht, hängt von vielen Faktoren ab, es ist also Ausprobieren angesagt.

In der oben stehenden Tabelle sind Kameramodelle sortiert nach Kameraherstellern aufgeführt, über die erfolgreiche Erfahrungsberichte zur Ultrakurzzeit-Blitzsynchronisation im Internet zu finden sind. Die Tabelle erhebt selbstverständlich keinen Anspruch auf Vollständigkeit und gibt auch keine Funktionsgarantie bei den jeweiligen Modellen.

Auf unserer Seite Der Blitz - Kunstlicht für die Fotografie finden Sie weitere Informationen über Blitzgeräte, Blitzsynchronzeit und Kurzzeitsynchronisation.

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Autor: Sascha Steinhoff, Patrick Wagner