Kunstmatige lichtbronenn


Fotografie » TechTalk » Fysica » Lichtbronnen

Een klein overzicht van de lichtbronnen en het soort licht dat ze produceren.

De beknopte geschiedenis van de lichtbronnen is hier terug te vinden.

Booglamp

De eerste lampen waren uitgerust met twee koolstaven. De vlamboog werd onderhouden door de kleine koolstofpartikels die uit de staven vrijkwamen. Een mechanisme zorgde ervoor dat de afstand tussen de twee bogen constant bleef want de staven werden langzaam opgebruikt. Het waren dure en complexe lampen, maar ze produceerden fel wit licht. Deze lampen werden gebruikt voor de winkelverlichting en in bioscoopprojectoren. Het waren ook gevaarlijke lampen want ze produceerden fijn brandbaar stof en koolstofmonoxide.

Het zijn temperatuurstralers (zoals gloeilampen): ze produceren continu-licht.

Dergelijke lampen worden niet meer gebruikt, maar men kan de technologie terugvinden in gasontladingslampen.


Gloeilampen

Het licht wordt geproduceerd door een gloeidraad die door een electrische stroom verhit wordt. Het glazen ballon bevat een inert gas op lage druk dat het verdampen van de gloeidraad tegengaat (alle zuurstof is uit het ballon verwijderd om de verbranding van de gloeidraad tegen te gaan). Het rendement van de gloeilamp is laag: het grootste deel van de energie gaat verloren onder de vorm van warmte.

Halogeenlampen hebben een ballon die een halogeengas bevatten. Dit gas zorgt ervoor dat de verdamping van het metaal tegengehouden wordt, maar ook dat het metaal dat loskomt terug op de gloeidraad kan neerslaan. Daardoor kan de levensduur van de lamp verdubbeld worden. Omdat de lamp op een hogere temperatuur kan werken, is het rendement ook wat hoger.

Het gas van een halogeenlamp moet een zeer hoge temperatuur bereiken om het neerslaan van de metaaldeeltjes op de gloeidraad mogelijk te maken: daarom is de gloeilamp kleiner gemaakt. Het ballon bestaat uit kwartzglas dat bestand is tegen de hoge temperaturen. Er bestaan zowel lampen die op laagspanning werken (12V) als lampen die op netspanning werken. De eerste lampen hebben een transformator nodig om de spanning te verlagen. De lampen die op netspanning werken hebben vaak een dubbele ballon, een kwartsballon met de gloeidraad, en een buitenballon in gewoon glas, met daartussen een luchtledige ruimte om warmteverlies te beperken.

Halogeenlampen hebben een betere kleurtemperatuur dat gewone gloeilampen (het licht is meer wit dankzij de hogere temperatuur). De meeste fototoestellen corrigeren automatisch de foto's zodat de gele schijn onderdrukt wordt.


Gasontladingslampen op lage druk

Deze lampen produceren licht door een electrische ontlading is een gas onder lage druk. De kleur van het licht hangt af van de gebruikte gas, maar is nogal diffuus (zwak) deze lampen zijn daarom noodgedwongen langwerpig.

TL (tube luminescent)
TL lampen zijn de meest bekende gasontladingslampen. Ze bestaan uit een lange buis die gevuld is met kwikdamp op een zeer lage druk (daarom is het kwik gasvormig). Het licht dat geproduceerd wordt is ultra-violet en moet omgezet worden in zichtbaar licht door de coating op de buis. Dergelijke lampen starten ogenblikkelijk, maar het rendement in koude toestand kan lager zijn omdat een deel van het kwik in vloeibare toestand is en de druk dus te laag is voor een correcte werking.

De kwaliteit van het licht hangt af van de gebruikte fluorescerende poeders. Het kleurspectrum is meestal niet goed: het licht lijkt wel wit omdat het groene en rode componenten bevat, maar andere kleuren zijn minder aanwezig. De resulterende foto's zijn meestal slecht (al heeft het fototoestel een correctiemogelijkheid), juist vanwege het ontbreken van bepaalde kleuren (zie pagina over metamerisme).

Lage druk natrium
SOX lampen (lage druk natrium) worden voor het verlichten van de autosnelwegen gebruikt omdat ze een heel hoog rendement hebben (het uitgestraalde licht moet namelijk niet omgezet worden naar zichtbaar licht). Met één enkele buis van 150W kan je een heel stuk autosnelweg verlichten. Bij het starten geeft de buis rood licht, wegen het neongas dat in de buis zit. Door de warmte-ontwikkeling verdampt het natrium (metaal) en gaat de kleur over naar fel geel.

De langwerpige lichtbuis wordt dubbelgevouwen en in een tweede luchtledige ballon geplaatst om warmteverliezen te vermijden. Een lamp die niet meer luchtledig is gaat niet meer over naar geel licht. De buitenste ballon heeft een speciale coating om de infra-rode stralen terug te kaatsen en zo de warmteverliezen tot een minimum te beperken. Dergelijke lampen gaan zeer lang mee.

Deze lampen produceren monochromatisch licht. De foto's moeten omgezet worden naar zwart/wit, maar de kleurverhoudingen kloppen niet. Bladeren zien er volledig zwart uit.


Hoge druk gasontladingslampen

Deze lampen produceren licht dat meer geconcentreerd is en een betere kleurweergaveindex heeft. Het licht ontstaat door een vlamboog (een constante vonk) en niet door een gasontlading.

Kwiklampen
Deze lampen bevatten kwik (en een beetje argon om de lamp gemakkelijker te doen starten). Bij het starten wordt het licht hoofdzakelijk door het argon geproduceerd. Als de temperatuur stijgt verdampt het kwik en wordt het licht meer wit. Deze lampen hebben vaak een uitwendig ballon die bedekt is met een fluorescerende stof om een deel van het UV-licht om te zetten in wit licht.

Dit type verlichting wordt nauwelijks nog gebruikt. De naakte kwiklampen hebben een groenachtige schijn. Deze lampen worden vervangen door metaal-halide lampen. Het toevoegen van deze stoffen zorgt ervoor dat de kleurtemperatuur veel beter is. Metaal-halide lampen worden gebruikt op plaatsen waar een sterke lichtbron met goede kleurweergave noodzakelijk is zoals de winkelverlichting. Deze lampen werden oorspronkelijk ontworpen voor de verlichting van de televisiestudios, ter vervanging van de gloeilampen die en te laag rendement hadden.

De kleurweergave-index van klassieke kwiklampen is zeer slecht en kan niet gecorrigeerd worden door het fototoestel (de weergave-curve vertoont zoveel haperingen dat het niet mogelijk is een normaal beeld te bekomen). De metaal-halide lampen hebben echter een goede kleurweergave index, maar het fototoestel zal manueel ingesteld moeten worden omdat de kleurcurve van ieder type lamp verschillend is. Tijdens het opwarmen kan de kleurtemperatuur sterk veranderen.

Metaal-halide lampen
Metaalhalide lampen hebben naast het kwik een vulling die uit verschillende metalen bestaat. Deze lampen zijn een verbetering van de klassike hoge druk kwiklampen en werden ontworpen om als vervanging te dienen van de gloeilampen in televisiestudios. De kleurweergave is zeer goed en deze lampen worden ook gebruikt voor winkelverlichting en dergelijke. Omdat alle kleuren uitgestraald worden is er geen coating meer nodig die de UV straling omzet naar zichtbaar licht.


Metaal halide lamp
Het is niet meer nodig een tweede ballon te voorzien met een fluorescerende coating,
het uitgestraald licht is op zich al goed genoeg.

De hoge druk natrium lampen produceren een licht dat meer wit bevat dan de lage druk natrium lampen. Het is zelfs mogelijk een soort licht te maken dat overeenkomt met de traditionele gloeilampen.

Hoge druk natrium lampen kunnen niet gebruikt worden voor de fotografie, maar men kan de lichtbron wel gebruiken voor speciale effekten (zie voorbeeld onderaan).


Hoge druk natrium
Het ontsteken gebeurt met argongas. Door de temperatuurstijging verdampt het natrium en ontstaat er de typische kleur van de natriumlamp.

Hoge druk natriumlampen hebben een interne ballon die bestaat uit inert materiaal (bepaalde ceramieken zijn hiervoor geschikt). Natrium tast de meeste glassoorten aan.

Stabilisatie
Alle ontladingslampen hebben een stabilisatieschakeling nodig. Wanneer de temperatuur in het ballon stijgt, daalt de inwendige weerstand, waardoor de stroom toeneemt. Dit veroorzaakt heel snel de vernieling van de lamp. Als stabilisatieschakeling gebruikt men doorgaans een ballast, die de stroom door de lamp stabiliseert en ook voor de ontsteekpuls zorgt.


Menglichtlamp
“MLR” (Mixed Light Reflector)

De menglichtlamp bestaat uit een normale gloeidraad (die dienst doet als stabilisator) en een kwik gasontladingslamp. De UV straling wordt gedeeltelijk omgezet in zichtbaar licht door de coating

Deze lampen hebben een lager rendement dan de klassieke kwiklampen, maar hebben een hoge levensduur en een relatief goede kleurweergave index. Deze lampen hebben geen ballast nodig en produceren geen interferenties: je kan ze dus gebruiken in plaats van een zware gloeilamp. Dergelijke lampen worden niet meer gefabriceerd: compacte TL lampen halen een hoger rendement (maar niet dezelfde licht output per lamp).


Led lampen

De LED-lampen (light emitting diode) produceren wit licht zoals een TL lamp en hebben ook de nadelen ervan. Een LED lamp kan niet op natuurlijke wijze wit licht uitstralen, leds produceren sterk monochromatisch licht. Rode, gele, groene, blauwe leds produceren hun licht op natuurlijke wijze.

Wit licht is een mengsel van alle kleuren. Het is mogelijk om wit licht te maken met drie leds (één rood, één groen en één blauw) maar de witte kleur is niet stabiel in toepassingen waarbij een hoog vermogen nodig is: de leds verslijten aan een verschillend tempo. Daarbij is het moeilijk de drie kleuren te laten samenvallen.

Om wit licht te bekomen gebruikt men een led die blauw uitstraalt en men zet een deel van het blauw licht om naar geel zoals bij TL buizen. Het effekt is goed zichtbaar bij bepaalde led toortsen (zie foto hiernaast).

De samenstelling van het licht van een witte led kan invloed hebben bij het fotograferen:

Een led lamp dat speciaal voorzien is voor fotografie wordt hier besproken: Sonnon videolamp. De lichtopbrengst is heel beperkt in vergelijking met een flitser maar kan gebruikt worden op korte afstanden. De continu lampen voor studiogebruik (“werflampen”) komen hier aan bod.


Gloeilamp


TL lamp (kwik lage druk)


Natrium lage druk lamp tijdens het opstarten


Kwiklamp hoge druk


Foto met straatverlichting links (natrium hoge druk). Er is een overheersing van de gele kleur van natrium, naar de andere kleuren zijn ook aanwezig, zij het in mindere mate (blauw wordt te donker weergegeven). Onder monochromatisch licht zou alles wat niet geel is zwart zijn.


Het licht van een DEL toorts geprojecteerd op een wit blad


De weergavecurve van een DEL lamp

Paginas die volgens Google je zouden kunnen interesseren