15. Ксеноновая лампа вспышка.

Ксенон - источник света, основанный на принципе газового разряда высокой интенсивности.

Принцип работы ксеноновой лампы таков:

внутри газоразрядной колбы высокого давления находится смесь газов, основным из которых является газ "ксенон" - 56 элемент таблицы Менделеева. Два электрода, подсоединенные сверху и снизу колбы помещены концами в колбу, которая в свою очередь запаяна. Блоки розжига создают большую разность потенциалов на электродах — до 25 киловольт. Под действием возникшего электромагнитного поля начинается процесс ионизации частиц, которые часто сталкиваются друг с другом, при столкновении часть энергии переходит в световую. Таким образом, из-за отсутствия спирали между электродами ксеноновые лампы не изменяют светоотдачи в течение всего срока службы, а по долговечности намного превосходят другие типы ламп (что, в общем-то, логично, ведь перегорать в таких лампах просто нечему). Ксеноновый HID источник принципиально отличается от галогеновой лампы накаливания. Свет излучает дуговой разряд, созданный сильным электромагнитным полем, а в галогеновой лампе свет излучает нагретая до высоких температур вольфрамовая нить. Ксенон мощнее в 2 раза, нежели галогеновая лампа. Ксеноновый свет по своему спектру максимально приближен к дневному свету. Дело в том, что глаз человека лучше всего видит при дневном свете. Природа создавала человека таким, чтобы его зрение было наиболее эффективно в тех условиях, в которых он живет. Солнечный свет - нормальные условия, в которых глаз чувствует себя комфортно. Если освещение отличается от солнечного, то мышцы глаза работают активнее и быстрее устают. Дневной свет примерно соответствует цветовой температуре 5500К, максимальная же температура галогеновой лампы - 3200К (отклонение от нормы более 40%). Нормальный срок службы ксеноновой лампы порядка 3000 часов, галогеновой - не более 400 часов. Это связано с тем, что долговечность ксеноновой лампы связана непосредственно со временем «старения» газа (а это практически всегда порядка 3000 часов). Долговечность же галогенки зависит от нити накаливания, которая в свою очередь подвержена механическому воздействию (поэтому-то галогеновые лампы нередко перегорают из-за сильной тряски, что с ксеноном быть не может в принципе).

Ксено́новая ла́мпа-вспы́шка — электрическая газоразрядная лампа, предназначенная для генерации мощных, некогерентных(несогласованны) краткосрочных импульсов света, цветовая температура которых близка к солнечному свету.

Устройство

Ксеноновая лампа-вспышка представляет собой запаянную трубку из кварцевого стекла, которая может быть прямой или согнутой в виде различных фигур, в том числе спирали, в форме буквы , или окружности, для размещения вокруг объектива фотоаппарата при «бестеневой» фотографии. Трубка заполнена смесью «благородных» газов, преимущественно ксеноном. Электроды впаяны в оба конца трубки и подключены к электролитическому конденсатору большой ёмкости (в некоторых случаях подключение через дроссель). Напряжение на обкладках конденсатора составляет от 180 В до 2 000 Вольт в зависимости от длины трубки и состава газовой смеси. Третий электрод представляет собой металлизированную дорожку вдоль внешней стенки трубки или тонкую проволоку, намотанную вокруг трубки лампы спиралью с отступом от основных электродов.

Затем на третий (поджигающий) электрод подаётся импульс высокого напряжения, вызывающий ионизацию газа в трубке, электрическое сопротивление газа в лампе уменьшается и происходит электрический разряд между электродами лампы.

Импульсная лампа может иметь только два электрода, поджигающий электрод совмещён с катодом.

Принцип работы

Вспышка происходит после ионизации газа и прохожднии через него мощного импульса электрического тока. Ионизация необходима, чтобы уменьшить электрическое сопротивление газа, чтобы ток силой в сотни Ампер смог пройти через газ внутри лампы. Первоначальную ионизацию можно получить, например трансформатором Теслы. Кратковременный высоковольтный импульс, поданный на поджигающий электрод, создаёт первые ионы. Ток, начинающий протекать через газ, возбуждает атомы ксенона, заставляя электроны занимать орбиты с более высокими энергетическими уровнями. Электроны немедленно возвращаются на прежние орбиты, излучая разницу энергий в виде фотонов. В зависимости от размеров лампы, давление ксенона в лампе может быть от нескольких кПа до десятков кПа (или 0,01-0,1 атм. или 10-100 мм рт. ст.).

На практике для первоначальной ионизации газа используется поджигающий импульсный трансформатор. Короткий импульс высокого напряжения прикладывается относительно одного из электродов (чаще всего катода) к поджигающему электроду, тем самым ионизируя содержащийся в лампе газ и вызывая разряд конденсаторов на лампу. Поджигающий импульс, в среднем превышает рабочее напряжение лампы в 10 раз. Для поджига двухэлектродной лампы накопительные конденсаторы заряжаются напряжением, выше напряжения самопробоя лампы (данный параметр присутствует у всех типов импульсных ламп), вследствие чего происходит ионизация и разряд в газе.

Для зажигания импульсной лампы важно знать ее параметры, такие как: рабочее напряжение, энергия вспышки, напряжение самопробоя, интервал между вспышками и фактор нагрузки.

Энергия вспышки рассчитывается по формуле: , где

 — энергия вспышки, Дж;

 — ёмкость конденсатора, Фарад;

 — Прохождение электрического тока через ионизированный газ прекращается, как только напряжение на обкладках конденсатора снизится до определённого значения, напряжения гашения , обычно 50—60 Вольт.

Формула энергии вспышки будет выглядеть так:

Параметр напряжение самопробоя используется для расчёта двухэлектродных ламп.

Также особое внимание необходимо обратить на фактор нагрузки (размерность — мкФ × кВт·ч). Этот параметр превышать не рекомендуется — это повлечёт ускоренный выход лампы из строя. То есть — работать при данной энергии лампы и не превышать рабочего напряжения.

Также при вспышке в лампе происходит выделение тепла. Необходимо соблюдать интервал между вспышками. Для обычного стекла максимальная температура составляет 200 °C, для кварцевого стекла — 600 °C. Для мощных ламп используется охлаждение — вода, иногда — кремнийорганические соединения (наиболее эффективное охлаждение).

электрическое напряжение на конденсаторе, Вольт.

16. Линза Френеля (Fresnel lens)

В более общем смысле обозначает световой прибор, оснащенный линзой Френеля (поз 1 на рисунке). Это линза, которая состоит из нескольких примыкающих друг у другу колец, образующих практически параллельные лучи без заметных потерь мощности, имеет малый вес и габариты, достаточно резистентная к температурному воздействию. Целый список важных свойства приборов с линзой Френеля привел к широкому применению. Была высоко оценена их способность без больших потерь мощности создавать относительно мягкий свет, качественная растушевка теней и границ светового пятна, создание ровного светового пятна и возможность регулировать площадь освещения.

В кинопроизводстве существует (ну, или, во всяком случае, существовала) постоянная нехватка мощности, поэтому проблематично использовать рассеивающие гели или ткани, они «съедают» дополнительные одну-две, а то и больше ступеней, что весьма критично в таких условиях. Использование линзы Френеля в этом случае эффективнее. Она без потерь дает более мягкий свет, который образуется не за счет рассеивания, а за счет прохождение его через специальную линзу, которая не только делает его мягким, но и фокусирует его поверхность выбранного диаметра. Тем самым вся мощность света, получаемого с помощью прибора с линзой Френеля, используется в достаточно мягком виде на участке определенного выбранного диаметра. Выбором размера линзы мы можем регулировать еще некоторые параметры. Так, мягкость света регулируется размером самой линзы, (а она может достигать 60 сантиметров в диаметре), т.е. габаритными размерами прибора, а световое пятно – оптическими свойствами линзы Френеля, и в некоторых их можно менять, тем самым изменяя начальные оптические параметры.

Существуют как «теплые», построенные на базе галогенных ламп и имеющие цветовую температуру 3200 K, так и «холодные» («белые»), использующие HMI-лампы и имеющие цветовую температуру 5600 K. Для того чтобы цветовую температуру одного типа ламп привести к другой, либо для того, чтобы выровнять их по отношению к импульсному источнику света, широко применяются конверсионные фильтры. Номер 204 или 201.