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Tropfenfotografie mit Joker²

 

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1 Allgemeines

Die Tropfenfotografie als Teilbereich der experimentellen Fotografie wird immer beliebter. Da sich unsere Lichtschrankensysteme, speziell Joker2, bestens für dafür eignen, wollen wir zeigen, wie man auf einfache Weise zu ersten Ergebnissen kommen kann.

Vorrangig beschäftigt sich dieser Beitrag mit dem grundsätzlichen Umgang mit der benötigten Technik und weniger mit den fotografisch-künstlerischen Aspekten, wie Beleuchtung, Perspektive, etc.. Er ist eine kleine Einführung in die Thematik der Tropfenfotografie und soll das Interesse am Experimentieren in der interessanten Welt der Tropfen wecken. Anhand konkreter Beispiele wird der Aufbau der Vorrichtung und Programmierung der Lichtschranke erklärt.

2 Vorüberlegungen und Ablauf

Da in der Tropfenfotografie Situationen festgehalten werden sollen, die oft weniger als eine Millisekunde dauern, spielt die Belichtung, vielmehr die Belichtungsdauer, eine zentrale Rolle. Bei Tages-, bzw. Umgebungslicht zu fotografieren ist nicht sinnvoll, weil bei den möglichen Verschlusszeiten ein Tropfen oder die daraus entstehende Krone oder Säule nur mit Bewegungsunschärfen abgebildet wird. Deshalb muss geblitzt werden, möglichst bei abgedunkelter Umgebung, um den Einfluss des Restlichtes so gering wie möglich zu halten.

An dieser Stelle haben Blitzgeräte den Vorteil, eine sehr kurze Leuchtdauer zu haben, die zum Einfrieren einer Bewegung führt. Sie liegt bei den Systemblitzgeräten im Bereich von 1/2000 s (500 µs) bis 1/60000 s (16 µs) je nach Modell und abgegebener (eingestellter) Lichtleistung. Am besten werden diese manuell betrieben, mit einer möglichst stark gedrosselten Leistung. Diese Betriebsart hat jedoch den Nachteil, dass das Blitzlicht eines Gerätes nicht mehr ausreicht und mehrere Blitzgeräte gleichzeitig eingesetzt werden müssen.

Ganz wichtig beim Festlegen des Ablaufs ist die Ansteuerung des Blitzgerätes. Hier gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder wird der Blitz von der Kamera gesteuert oder von der Lichtschranke.

Wird der Blitz von der Kamera gesteuert, ist die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse von der Schwankung der Auslöseverzögerung der Kamera abhängig. Diese liegt im besten Fall im Bereich von +/- einigen Millisekunden, kann aber auch deutlich höher sein, je nach Kameramodell. In einem solchen Zeitraum kann in den Phasen der Entstehung und des Zusammenfalls von Krone und Säule sehr vieles passieren, wie wir noch sehen werden.

Besser ist die Ansteuerung des Blitzes durch die Lichtschranke. Hier liegt die Schwankung der Auslöseverzögerung, von Lichtschranke und Blitz zusammengenommen, im Bereich von max. 200 Mikrosekunden. Ein Wert der durchaus zu verschmerzen ist. Wir entscheiden uns für diese Methode und verwenden drei Blitzgeräte, die über Y-Stecker (Art. Nr. 50048) als Verteiler, am Ausgang b der Lichtschranke angeschlossen sind.

Selbstverständlich kann für den Anfang auch mit einem Blitzgerät gearbeitet werden, mit dem Vorteil eines einfacheren Aufbaus, allerdings mit der Einschränkung, bei stark gedrosselter Leistung weniger Licht zur Verfügung zu haben oder bei wenig gedrosselter Leistung Bewegungsunschärfe in Kauf zu nehmen.

Mit dieser Festlegung sieht der Ablauf wie folgt aus:

  • Der Tropfenspender, angesteuert vom manuell getriggerten Ausgang a der Lichtschranke Joker2, erzeugt einen Tropfen.
  • Dieser fällt durch die Lichtschranke1.
  • Der Ausgang c, an dem die Kamera angeschlossen ist, wird von der Lichtschranke1 getriggert und löst diese für 500 ms aus. Die Verschlusszeit der Kamera steht auf "B - Bulb". Damit ist der Verschluss in allen wichtigen Phasen des Tropfens offen. Hierfür sollte der Raum möglichst stark abgedunkelt sein.
  • Der Ausgang b, an dem die Blitzgeräte angeschlossen sind, wird ebenfalls von der Lischtschranke1 getriggert und löst diese mit einer bestimmten Verzögerungszeit aus. Das Bild entsteht. Der Verschluss der Kamera ist im Moment noch offen.
  • Nach Ablauf der Auslösedauer von 500 ms des Ausgangs c wird der Verschluss der Kamera geschlossen.
  • Der Ablauf ist beendet, das Bild ist entstanden.

3 Aufbau

Abbildung 1: Setup
 Abbildung 1: Setup

Tropfenspender und Lichtschranke sollten an einem verstellbaren Gestell fest montiert sein. Hierzu verwenden wir unser Trägersystem für experimentelle Fotografie (Art. Nr.: 50050) Abb.1-1. Der Tropfenspender (Art. Nr. 50049) Abb.1-2 wird zunächst an dem Querprofil, Abb.1-14, des oberen Rahmens festgeschraubt und mit Wasser gefüllt. Die Höhe zur Wasseroberfläche sollte ca. 45 cm, gemessen vom unteren Ende der Austrittsdüse betragen. Gleich darunter, in einem Abstand von ca. 40 cm über dem Wasserspiegel, wird eine der drei Lichtschranken des Joker2-Systems, Abb.1-3, und ein Reflektor, Abb.1-4, installiert. Genau unter dem Tropfenspender befindet sich ein randvoll mit Wasser gefülltes Auffangbecken (hier eine Salatschüssel), Abb.1-5, in das die Tropfen hinein fallen.

Bei diesem Aufbau braucht ein Tropfen ca. 220 ms von der Austrittsdüse bis zum Aufschlag auf dem Wasser. Diese Fallzeit muss länger sein als die Auslöseverzögerung der Kamera, damit der Verschluss sicher offen ist, bevor der Tropfen die Wasseroberfläche erreicht. Die Auslöseverzögerung der hier verwendeten EOS50D beträgt ca. 150 ms. Somit ist die genannte Bedingung erfüllt.

Zunächst stellen wir die Kamera, Abb.1-6, so auf, dass die optische Achse in einem spitzen Winkel zur Wasseroberfläche verläuft . Die Blitzgeräte, Abb.1-7, werden möglichst nah am Gefäß aufgestellt.

Stellung der Kamera und der Blitzgeräte, sowie die Wahl des Hintergrundes, Abb.1-8, sind frei wählbar, und sollten den Vorstellungen des Fotografen entsprechen.

Die verwendete Lichtschranke kann an einen der drei Kanäle angeschlossen werden. Wir verwenden Kanal 1.

 

 Abbildung 2: Y-Stecker

 


Mit dem mitgelieferten Anschlusskabel wird der Tropfenspender, Abb.1-11, an dem Ausgang a angeschlossen und mit dem Netzteil, Abb.1-12, mit Strom versorgt.

Die Blitzgeräte werden mit einem Anschlusskabel, Abb.1-10, über je einen Y-Stecker, Abb.1-9, an dem jeweiligen Blitzadapter angeschlossen. Über die freie Buchse des Y-Steckers wird mit einem weiteren Anschlusskabel das nächste Blitzgerät angeschlossen, siehe Abb.2. Die Kontakte der zwei Buchsen und des Steckers des Y-Steckers sind 1:1 miteinander verbunden Deshalb können diese sowohl als Aus- als auch als Eingang verwendet werden.

Am Ausgang c der Lichtschranke wird die Kamera, Abb.1-6, mit einem passendem Anschlussset angeschlossen.

 

Zum besseren Beurteilen der entstandenen Bilder schließen wir die Kamera über USB an einem Notebook, Abb.1-13, an. Dieser Schritt ist optional, es geht natürlich auch ohne Notebook.

 

 

 

 

 

4 Programmierung der Lichtschranke

4.1 Grundparameter

Parameter

Wert

Aktionsmodus

Einfache Lichtschranke. In unserem Beispiel wird der Akltionsmodus nicht als Trigger verwendet, daher ist diese Einstellung egal.

Verweildauer

0 ms

Empfindlichkeit

4

Bereich

sensitive

 

Hinweis: Die Grundparameter werden in unseren Versuchen nach der ersten Einstellung nicht mehr verändert.

4.2 Ausgang a – Tropfenspender

Parameter

Wert

A-Verzögerung

0 ms

A-Dauer

20 ms

A-Periode

105 ms

Intervall

1000 ms

Wiederholungen

0

Trigger

einmal Auslösen

4.3 Ausgang b – Blitz

Parameter

Wert

A-Verzögerung

209 ms

A-Dauer

50 ms

A-Periode

250 ms

Intervall

1000 ms

Wiederholungen

0

Trigger

Lichtschranke 1

4.4 Ausgang c – Kamera

Hinweis: Die Parameter des Ausgangs a werden in unseren Versuchen nach der ersten Einstellung nicht mehr verändert.

Parameter

Wert

A-Verzögerung

0 ms

A-Dauer

500 ms

A-Periode

500 ms

Intervall

1000 ms

Wiederholungen

0

Trigger

Lichtschranke 1



5 Die ersten Tests

Lichtschranke und Tropfenspender werden nun so ausgerichtet, dass der Lichtstrahl genau unter der Austrittsdüse des Tropfenspenders liegt. Vorgehensweise:

  1. Wir richten die Lichtschranke auf den Reflektor aus,

  2. betätigen kurz den Taster der Anschlussplatine des Tropfenspenders um einen Tropfen auszulösen und sicher zu stellen, dass das Magnetventil und die Austrittsdüse mit Wasser gefüllt sind,

  3. schalten die Kamera ein,

  4. schalten die Lichtschranke scharf (mit <Ebene rauf> in die Einstellebene schalten, danach mit <Ebene runter> in die Arbeitsebene).
    Das Umschalten aus der Einstellebene in die Arbeitsebene ist gleichzeitig der Trigger (einmal Auslösen) für den Ausgang a. Somit wird der Tropfenspender einen Tropfen freigeben.

  5. Löst die Kamera aus, fiel der Tropfen genau durch den Lichtstrahl. Der Aufbau funktioniert!

  6. Wenn nicht, verschieben wir den Tropfenspender mitsamt Querprofil vor oder zurück und wiederholen die Schritte 4 und 5 bis die Kamera auslöst.

Nachdem der Aufbau nun funktioniert, können die ersten Bilder gemacht werden. Wir schalten die Blitzgeräte ein und stellen sicher, dass die Bilder auf dem Notebook betrachtet werden können. Die Leistung der Blitzgeräte wird so weit wie möglich gedrosselt. Mit weiteren Testauslösungen wird die korrekte Blende, bzw. Empfindlichkeit (ISO-Zahl) der Kamera ermittelt und die Entfernung am Objektiv eingestellt.

 

6 Die Resultate

6.1 Schwebender Tropfen

 Abbildung 3: schwebender Tropfen

 

Mit den getroffenen Einstellungen sollte auf den ersten Bildern ein Tropfen zu sehen sein, der knapp über der Wasseroberfläche schwebt, Abb. 3.

Ist dies nicht der Fall, liegt es wahrscheinlich daran, dass die Abstände der Lichtschranke, des Tropfenspenders und der Wasseroberfläche zueinander nicht genau die gleichen sind wie in unserem Aufbau. Dies ist nicht schlimm, da diese Unterschiede durch eine Anpassung der Auslöseverzögerung des Ausgangs b ausgeglichen werden können.

Wir verändern nun die Auslöseverzögerung des Ausgangs b, bis das gewünschte Ergebnis vorliegt. Zeigen die Bilder eine Krone, muss die Auslöseverzögerung verkleinert werden, schwebt der Tropfen zu weit oben, muss sie vergrößert werden.

Wir merken uns die Abweichung der gefundenen Auslöseverzögerung zu der in 4.3 angegebenen. Im Folgenden addieren oder subtrahieren wir sie zu den angegebenen Verzögerungszeiten des Ausgangs b.

 

6.2 Tropfen mit Wasserkontakt

 Abbildung 4: Tropfen mit Wasserkontakt

 

Vergrößern wir nun die Auslöseverzögerung des Ausgangs b um 1 oder 2 ms. Der Tropfen wird die Wasseroberfläche berühren oder schon leicht eintauchen.

Die Wiederholgenauigkeit des Aufbaus kann in dieser Phase am besten beobachtet werden, da der Tropfen, als bewegtes Objekt, die höchste Geschwindigkeit hat. Zugleich ist die Wasseroberfläche bzw. die Spiegelung darin eine gute Referenz.

Von Versuch zu Versuch betragen die Abweichungen im Abstand der Tropfen bis zum Wasser ca. eine halbe Tropfengröße! Hier zeigt sich nun der Vorteil der direkten Ansteuerung der Blitzgeräte durch die Lichtschranke, weil die Auslöseverzögerung des Gesamtsystems kaum schwankt.

 

 

 

6.3 Krone

 Abbildung 5: Krone


Nach dem Aufschlagen des Tropfens auf dem Wasser entsteht zunächst eine Krone.

Um sie festzuhalten, stellen wir die Auslöseverzögerung des Ausgangs b auf 216 ms. Es wird eine Krone, ähnlich der in Abb. 5, entstehen.

Durch Verkürzen oder Verlängern der Verzögerungszeit erscheint die Krone in einer früheren oder späteren Phase.

 

 

 

 

 

6.4 Säule

 Abbildung 6: Säule

 

Nach dem Zusammenbruch der Krone entsteht eine Säule. In unserem Aufbau erreicht sie ihr Maximum bei einer Verzögerungszeit des Ausgangs b von 317 ms.











6.5 Tropfen auf Spitze

 Abbildung 7: Tropfen auf Spitze

 

Eine interessante Phase im Zusammenbruch der Säule ist in Abb. 7 zu sehen. Bedingt durch die Massenträgheit kombiniert mit der Oberflächenspannung des Wassers bildet sich an der Spitze der Säule ein runder Wassertropfen, der auf einer Spitze zu stehen scheint. Dieser Moment dauert weit weniger als eine Millisekunde und wurde in unserem Aufbau mit einer Auslöseverzögerung von 357 mseingefangen.

Da dieser Moment von äußerst kurzer Zeitdauer ist und auch die genaue Entwicklung und der Zusammenbruch der Säule von einigen Zufällen abhängt, aber auch von der Wassertiefe, Härtegrad des Wassers, Tropfengröße, etc., sind mehrere Versuche notwendig. Auch ist es ratsam, mit der Auslöseverzögerung zu spielen.

 

 

6.6 Tropfen auf Tropfen, TaT

 Abbildung 8: Tropfen auf Tropfen

 

Wenn auf den ersten Tropfen nach einer gewissen Zeit ein zweiter folgt und dieser auf die Säule trifft, entsteht eine Scheibe. Mit unserem Aufbau geschieht dies bei folgenden Einstellungen:

 

 

 

 

 

 

 

Ausgang a -  Tropfenspender

Parameter

Wert

A-Verzögerung

0 ms

A-Dauer

20 ms

A-Periode

105 ms

Intervall

1000 ms

Wiederholungen

01

Trigger

einmal Auslösen



Ausgang b - Blitz

Parameter

Wert

A-Verzögerung

310 ms

A-Dauer

50 ms

A-Periode

250 ms

Intervall

1000 ms

Wiederholungen

00

Trigger

Lichtschranke 1

 

Auch hier kann die Verzögerungszeit des Ausgangs b variiert werden, um Form und Größe des Schirmes zu beeinflussen. Der zeitliche Abstand (A-Periode - Ausgang a) zwischen den zwei Tropfen sowie deren Größe (A-Dauer -.Ausgang a), hat ebenfalls einen großen Einfluss auf das Resultat.

 

7 Wie geht es weiter

Wie Anfangs angekündigt, wurde in diesem Beitrag ein kleiner, bescheidener Streifzug durch die interessante Welt der Tropfenfotografie gemacht.

Einige Parameter wie Auslöseverzögerung, Tropfengröße oder Abstand zwischen den Tropfen beim TaT-Bild, Wassertiefe, Härtegrad wurden schon vorgestellt. Darüber hinaus gibt es noch eine Vielzahl weiterer Möglichkeiten, die das Ergebnis der Experimente beeinflussen, z.B.:

  • Wahl des Mediums: Wasser, Milch, Öl, Alkohol, etc.

  • Oberflächenspannung: Veränderung bei wasserlöslichen Flüssigkeiten durch Zugabe von Spülmittel

  • Viskosität: Beimischung von Guarkernmehl, Zucker, etc.

  • Farbe: Färbung der Flüssigkeit in der Auffangschale, im Tropfenspender oder in beiden

  • Gestaltung des Auffangbeckens: Becken mit Abmessungen > 50x150 cm erlauben das Fotografieren ohne einen störenden Beckenrand

  • Reflexionen: mit einem schwarzen Plexiglas am Boden eines größeren Auffangbeckens entstehen herrliche Reflexionsbilder.

  • Farbfilter vor den Blitzgeräten

  • Fallhöhe der Tropfen

  • Wassertiefe

  • Verwendung mehrerer Tropfenspender mit verschieden eingefärbten Flüssigkeiten

 

7.1 Beispiele mit verändertem Medium

 Abbildung 10: TaT mit Spüli
 Abbildung 9: TaT mit geringer Oberflächenspannung


Abb. 9 zeigt ein TaT mit den selben Einstellungen der Lichtschranke wie in Abb. 8, jedoch mit dem Unterschied, dass im Auffangbecken zwei Tropfen Spülmittel aufgelöst wurden, um die Oberflächenspannung zu reduzieren.

Eine Scheibe kann sich wegen der geringen Oberflächenspannung kaum noch entwickeln. Dafür entstehen andere bizarre Formen.

Mit einer Verringerung der Auslöseverzögerung entstand das TaT in Abb. 10.





 

 Abbildung 11: Säule mit geringer Oberflächenspannung

 Die Säule in Abb. 11 wurde mit den selben Einstellungen gemacht wie Abb. 6, nun mit Spüli im Auffangbecken. Sie ist dadurch viel schlanker und höher ausgebildet.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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