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Messeinrichtung Belichtungszeit

Also los, dann ISO auf Anschlag und Pulsweite so kurz wie möglich (y)
Ich bin gespannt!

Grüße
Florian
 
Das Problem war nicht die Signalerzeugung, sondern die LED.
Die Anstiegsflanke war steil, die abfallende Flanke sah aus wie die Entladungskurve eines Kondensators. Die LED durch einen Widerstand ersetzt zeigte ein schönes Rechtecksignal.
Lösung des Problems: ein 2k2 Widerstand parallel zur LED.
Damit kann ich jetzt Lichtimpulse von 1my sec erzeugen und es zeigt sich, dass das Verfahren funktioniert.
Das Bild in der Anlage ist mit 1my sec Belichtungs- und 132my sec Wartezeit entstanden.
Daraus folgt für die nominelle Belichtungszeit von 1/8000 eine gemessene von 1/7520 sec.
Für eine 1/4000 tel habe ich eine Zeit von 1/3920 gemessen.

Es zeigt sich auch, dass die Wiederholgenauigkeit der Belichtungen schon beeindruckend ist, Ausreißer waren nicht dabei.

Jetzt fehlt nur noch das Verfahren über die Reflektion eines Lasers auf dem Sensor als direkter Vergleich. :)
 

Anhänge

Sehr cool, Ralph (y)

Verstehe ich das richtig, die dünnen waagerechten Linien sind die Zeiten, während kein Licht an den Sensor gelangt ist, und die breiteren etwas rauschig aussehenden waagerechten Streifen sind Belichtungen durch die LED, die im Prinzip die Spaltbreite des Verschlusses darstellen?
Dann hast du die Zeiten absichtlich so gewählt, dass du nur sehr wenige "ungenutzte" Signalzeit hast und so ein dünner Streifen entsteht, richtig?
(erst dachte ich, der dünne Streifen sei die eigentliche LED-Belichtung)
Ich habe es überschlagsmäßig nachgerechnet (ohne einzelne Pixel zu zählen) und komme auf das gleiche Ergebnis wie du. Verschlussablaufzeit wäre dann so bei ca. 1/413s.

Was mir nicht ganz klar ist, wie entstehen die Helligkeisverläufe in den schmalen Streifen, die ja dann eigentlich dunkel sein müssten? Reflexion an der Verschlusskante?

Grüße,
Florian
 
... Die Anstiegsflanke war steil, die abfallende Flanke sah aus wie die Entladungskurve eines Kondensators. Die LED durch einen Widerstand ersetzt zeigte ein schönes Rechtecksignal.
Lösung des Problems: ein 2k2 Widerstand parallel zur LED...

Das sieht so aus, als würdest Du das Portpin beim Ausschalten hochohmig schalten und nicht aktiv auf LOW. Sonst würde Dein LED Vorwiderstand ja zum entladen dienen. Oder umgekehrt, wenn die LED mit einem aktiven LOW betrieben wird, dann schaltest Du nicht auf HIGH beim abschalten.
 
Das sieht so aus, als würdest Du das Portpin beim Ausschalten hochohmig schalten und nicht aktiv auf LOW. Sonst würde Dein LED Vorwiderstand ja zum entladen dienen. Oder umgekehrt, wenn die LED mit einem aktiven LOW betrieben wird, dann schaltest Du nicht auf HIGH beim abschalten.
Ich war immer davon ausgegangen, dass ein LOW den Pin niederohmig auf GND schaltet. Im Netz hab ich immer nur die Schaltungsvarianten mit Konstantstromquelle , LED ohne Vorwiderstand und Schaltung über ein MOSFET gefunden.
Na ja, so wie ich das jetzt hinbekommen habe reicht es mir erst einmal, hauptsächlich ging es mir um das prinzipielle Verfahren.
 
Verstehe ich das richtig, die dünnen waagerechten Linien sind die Zeiten, während kein Licht an den Sensor gelangt ist, und die breiteren etwas rauschig aussehenden waagerechten Streifen sind Belichtungen durch die LED, die im Prinzip die Spaltbreite des Verschlusses darstellen?
Die breiten Streifen sind Abbild des Verschlusses.
Wären gar keine dünnen Streifen zu sehen, hätte sich der Verschluss in der Wartezeit + Belichtungszeit um seine eigene Breite weiterbewegt.
Die dünnen hellen Streifen sind praktisch doppelt belichtet, weil der Vershluss nicht schnell genug war. Die dunklen Streifen sind gar nicht belichtet, da war der Verschluss zu schnell.

Was mir nicht ganz klar ist, wie entstehen die Helligkeisverläufe in den schmalen Streifen, die ja dann eigentlich dunkel sein müssten? Reflexion an der Verschlusskante?
Nein, das entsteht wohl dadurch, dass 1. und 2. Verschlussvorhang nicht 100%ig parallel sind.
 
So, habe nun auch mal gebastelt.
Laserrreflex am Sensor mit dem Oszilloskop gemessen.
Fotodiode am Transimpedanzverstärker.
Ist schwieriger als gedacht. Einerseits rauscht es, andererseits sind die Flanken nicht so steil wie gewünscht.

Für steilere Flanken hat geholfen, den Laser durch einen Blende aus zwei Rasierklingen zu schicken. Die Ausdehnung auf dem Sensor war zu groß. Möchte ich das Rauschen reduzieren, hilft etwas Kapazität parallel zum Widerstand des Transimpedanzverstärkers. Allerdings werden dann die Flanken auch wieder flacher.
Ich hab mich dann für flachere Flanken und gegen Rauschen entschieden, da man den Anfangspunkt der Flanken so besser erkennen konnte.

Alternativ habe ich noch probiert die Diode direkt am Oszi alleine anzuschließen. Geht auch, aber nicht wirklich besser.

Verwendet habe ich: TLC271, BPW34, 3MOhm (anfangs deutlich weniger, ich denke das ist schon ziemlich extrem nun), 20pF, 5V am Trafo-Netzteil.
Verbesserungsvorschläge? Ich hätte nämlich gerne ein schönes Rechtecksignal auch bei 1/4000s schon :D
IR-Laserdiode verwenden? Der Sperrfilter müsste in dem Bereich deutlich stärker reflektieren. Allerdings bekomme ich die dann nicht mehr ordentlich justiert, fürchte ich. Eine stärkere Laserdiode wäre denkbar, aber ich möchte den Kamerasensor nicht beschädigen.
Hatte schon überlegt, Spiegelfolie auf das Deckglas zu kleben :devilish:
Kann ich die Schaltung noch optimieren?
Interessant sind doch gerade die kurzen Zeiten. Hier ist die Genauigkeit aber leider nicht annährend ausreichend.

Grüße
Florian
 

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Ich könnte mir vorstellen, dass der Erfassungswinkel der BPW34 mit 130 Grad zu groß ist. Mit einer Vorsatzlinse könnte man diesen verkleinern. Das bringst zwar nicht mehr Licht, aber die Differenzierung von Streulicht zu reflektiertem oder gerichtetem Licht wird besser. Daduch könnte dann die Verstärkung reduziert werden, was die ganze Sache schneller macht.

Vielleicht könntest du einfach eine andere Diode nehmen. Die SFH203 ist eine PIN-Fotodiode und ca. 20-mal schneller als die BPW34. Auch ist der Erfassungswinkel mit 40Grad erheblich kleiner. Also insgesamt vielleicht besser geeignet.
 
Wenn Du schnell werden möchtest, dann musst Du möglichst Kapazitäten reduzieren. Die SFH203 ist eine gute Wahl. Du solltest aber die PIN-Diode in Sperrrichtung hochohmig vorspannen. 20V ist für die Diode eine gute Wahl. Im Datenblatt sieht man dass die Kapazität dann drastisch sinkt. Das Nutzsignal kann dann kapazitiv ausgekoppelt werden. Die Oszispitze bietet dann den Arbeitswiderstand mit 1 MOhm. Ein OPV brauchst Du da nicht mehr. Die Signale sind zwar nicht sehr groß aber gut brauchbar.

Anschaltung_SFH203.jpg

Mit Deiner jetzigen BPW34 Diode kannst Du das auch schon so machen. Sollte dann schon deutlich schneller sein.
 
Zuletzt bearbeitet:
Danke euch beiden!
Die SFH203 steht auf jeden Fall auf der Einkaufsliste. Aber ich glaube, dass das Problem eher woanders liegt, selbst meine jetzige Diode sollte deutlich schneller sein, als die bisheringen Messungen zeigten. Die Kapazität, die brontes erwähnt, ist vermutlich das Problem.
Die Diode alleine am Tastkopf geht ganz gut, da ist dann die Abfallzeit etwas lang, das könnte ich nochmal probieren mit einem parallelen Widerstand. Die Anstiegszeit ist da tatsächlich sehr kurz und würde für die Messung wahrscheinlich ausreichen.

Die vorgeschlagene Schaltung habe ich aufgebaut, nur mit 15V und 22nF zur Auskopplung (da gerade nicht mehr Verfügbar war) aber ich denke nicht, dass das einen signifikanten Unterschied macht.
Problem ist, dass ich mir irgendwo Rauschen einfange. Packe ich 1nF parallel zur Diode, wird es besser, wobei das aber ja genau das ist, was wir gerade nicht haben wollten.
Und auf die Flankensteilheit hat es nicht mal wirklich Einfluss.

Die gleiche Schaltung (ohne Kapazität) habe ich nochmal mit einer akkubetriebenen Stroboskop-Lampe bedient. Da sieht man das Rauschen sehr deutlich, aber auch, dass die Diode selbst eigentlich sehr steile Flanken erreichen kann. Schaue ich mir die Stroboskop-Lampe mit der bloßen Diode an, ohne die zusätzliche Sperrspannung, sehe ich das Rauschen nicht (ist also eher kein PWM).
Evtl. ist das Netzteil doch nicht so gut? Das ist ein P6080A, also kein Schaltnetzteil, sondern linear geregelt. Oder die Verkabelung ungünstig, dass sich irgendwo ne Antenne bildet?

Gestern hatte ich nochmal mit der Tansimpedanzverstärker-Schaltung gemessen, und ganz gute Ergebnisse erzielt, wenn ich den Ausgang zusätzlich mit 4,7k gegen VDD lege. Das hat Rauschen deutlich reduziert, und ich konnte dann auch einen kleineren Kondensator parallel zum Spannungsteiler-Widerstand setzen, was mir wiederum steilere Kanten beschert hat (letztes Bild).

Danach hätte die 6d aber bei eingestellten 1/4000s eher so um die 1/6000s.
Was nicht wirklich der Realität entsprechen kann, denn auf den Bildern zeigt sich keine andere Helligkeit (verglichen mit 1/1000s und kleinerer ISO).

Um 1/100s zu messen reicht es wohl gerade so, darüber wären mir die Ergebnisse nicht genau genug.

Soweit erst mal, ich muss mich jetzt leider erst mal anderen Projekten widmen, aber evtl. hat ja noch jemand ne Idee. Evtl. gibt's irgendwann nochmal ein Update mit der anderen Fotodiode.
Großes Optimierungspotential wäre auch noch bei der Lichtquelle. Die sollte eher bei 800 nm-900 nm liegen, wo die Fotodiode ihr Empfindlichkeitsmaximum hat und wo der Sensor (vermutlich) mehr reflektiert. Aber hier finde gerade leider kein halbwegs seriöses Modul (mit einzelnen Dioden möchte ich da eher nicht anfangen, gerade im nicht-sichtbaren Bereich, da ist mir mein Augenlicht zu schade). Und ne LED muss man wieder gut fokussieren, und abblenden, da bleibt dann am Ende nicht genug übrig.... hmmm.....

Grüße
Florian
 

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Deine Oszi-Bilder kann ich nicht wirklich interpretieren. Da hast Du zu wenig dazu geschrieben. Die Kapazitäten würde ich trotzdem weg lassen. Dann lieber rauschen. Du machst Dir sonst alles zu Nichte.

Dass die fallende Flanke so langsam ist, das liegt in der Natur der Pindioden. Die Größenordnung kommt mir bekannt vor. Das mit dem Widerstand parallel zur Diode ist prinzipiell richtig. Allerdings solltest Du dies nur dynamisch tun. Nimm meine Schaltung und schalte den Widerstand parallel zur Oszispitze gegen GND. Also nach der kapazitiven Auskopplung. Die Größe des Auskoppel-Kondensators ist relativ egal. Allerdings wirkt die Kapazität als Zeitkonstante zusammen mit dem Widerstand. In Deinem Beispiel: 4.7kOhm * 22nF = 103microsec. Da kannst Du Signal bis ca. 1/3 der Zeit messen. Mit der Schaltung wird auch das Ausgangssignal deutlich kleiner. Aber das Rauschen nimmt auch ab. Bei den hochohmigen Transimpedanzverstärkern dominiert meist das Widerstandsrauschen. Je nach OPV kommen noch weitere Rauschquellen dazu.

Du kannst auch die BW-Limitierung im Oszi anschalten. Die liegt meist bei 20MHz.
 
Danke dir :)

Ich merke gerade, meine Oszi Bilder sind wahrscheinlich vergleichbar mit der Frage nach dem Grund unscharfer Fotos im Problembilder-Forum ohne Bild oder Exifinformationen :D
Beim nächsten Aufbau werde ich das Ganze besser Dokumentieren und am besten fotografieren.
Die 20MHZ Begrenzung kenne ich, manchmal ist das tatsächlich sehr hilfreich.
Hatte auch mal überlegt, als Spannungsquelle testweise mal eine Batterie zu verwenden.

Grüße
Florian
 
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