测光元件

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测光元件是一种能对光线变化敏感的电子器件。当光线照射在测光元件上,测光元件会产生与光线亮度成正比的电信号。这些电信号经过电子转换电路,变成适当的信号,既可用来作为指示,也可以通过电路来控制快门速度或光圈大小(如自动曝光)。

测光元件是测光系统最基本的组成部件,测光元件性能的好坏决定了测光系统的准确性。

最简单的测光元件是硒光电管。当光线照射在硒光电管时,它能产生一定的电流。由于产生的电流比较大,可用来直接驱动曝光指示指针移动。硒光电管的缺点是体积较大和对低亮度的物体不敏感,故多用于外测光方式。硒光电管在长期受到光照射后,还容易老化,致使测光表读数不准,所以现在已经很少见了。

硫化镉光敏电阻(Cds)是一种比硒光电管要好的测光元件。在光线照射下,硫化镉并不产生电流,而是改变其电阻值,电阻值的变化与光照强度成正比,光照越强,电阻越小。电子线路可将其变化的电阻值测量出来,并转换成相应的电流或电压信号,所以一定要有外部电池才能正常地工作。硫化镉的体积比硒光电管要小。其特点是对弱光反应不够灵敏,对光谱中的红色部分反应迟钝,而且还有强光记忆效应,即对一个强光体测光后,立即转过来测量弱光体,就会出现测光值不准的现象(曝光不足)。目前硫化镉多用在低档和少数中档照相机上。

硅光电二极管(SPD或SPC,硅光电池)在光线照射下,它们也同硒光电管一样产生电流,其电流与光照强度成正比,但数量级是很小的,需要通过高性能运算放大器放大后才能为其他电路所使用。其特点是感光性能稳定、反应迅速、对强光无记忆效应、对弱光也很灵敏,测光范围可达EV-1~EV20,是较为理想的测光元件。由于SPD 对红色特别敏感,所以要加蓝色滤色镜片进行校正,所以也称"蓝硅光电池"。

磷砷化镓光电二极管(GPD)的特性与SPD相类似,这两种测光元件是目前较为理想的,已经成为现代单反机的标准测光元件。

测光元件的安放位置

测光元件的安放位置与测光的灵敏度和准确性有很大的关系。最为理想的是将测光元件放在焦点平面处,但由于焦点平面处有快门帘幕,所以通常是将测光元件放置在反光镜、聚焦屏或取景五棱镜附近。

测光元件的主要安放位置示意图参见图 3-1。不同的位置所起的作用亦不相同,按测光区域的要求,主要有下列几个部分:

(1) 取景器目镜上(下)方 (b)。主要用作平均测光或中央重点加权平均测光,大多数单反机都是按这样布置的。其缺点是工作时易受到目镜而来的光线的影响,特别在慢速自动曝光时,影响最为严重,所以一般单反机都配有目镜遮挡盖。

(2) 五棱镜周围(a)和顶部(c)、(d)。情形(a)是用两个感光元件一前一后放置,分别对准聚焦屏画面的上下两部分;而(c)和(d)则需要通过附加的反光镜折射后,才能测量到其亮度。这些位置多数属于平均测光或分区式测光;

(3) 聚焦屏后方 (e)。利用折射原理,将部分光线折射到测光元件上;

(4) 反光镜背后或反光镜后方 (g)。此时反光镜为局部半透明的,使光线能透过反光镜而照射在测光元件上。在曝光前一瞬间,测光元件要像反光镜一样,机械地移开让出光路。这种办法自然会影响取景器的亮度。可以实现中央重点加权平均测光或平均测光,具体方式视测光元件排列情况而定;

(5) 在反光镜箱底部 (f)。反光镜背后附加了一个小反光镜,主反光镜的中央部分是半透明的,光线穿过半透明部分,再经小反光镜的反射照在测光元件上。主要用于点测光和TTL闪光灯控制。

(6) 在反光镜前面,对准片窗(h),主要用来实现OTF (偏离胶卷平面)测光。图 3-1 测光元件安放位置

目前绝大多数单反机的测光元件一般是装在取景器的五棱镜附近及取景目镜上下方,对于可更换取景器的单反机来说,每一个取景器都要装有测光元件。

聚焦屏是焦点平面的"理论平面",测光元件装在五棱镜处能较准确地测出胶卷的实际曝光量。但存在着一个很明显的缺陷,即在曝光过程中不能实时地测出光线的变化。在按下快门释放钮时,反光镜先上翻让出光路,让光线到达胶卷平面进行曝光,此时反光镜挡住了通向取景器的光路,从取景器中是看不到任何景物,测光系统因此停止工作。胶卷的实际曝光量是按快门释放前那一瞬间的测光值来取的。在曝光过程中,如果被摄画面的亮度突然改变,测光系统已不可能反映出这一事实,从而导致曝光不准确。例如拍摄夜间街景时,在快门释放之前,测得一曝光组合,而且曝光时间比较长。在长时间曝光过程中,若有一辆开着大灯的汽车驶过拍摄画面,亮度突然提高,由于测光系统已无法知道亮度的改变,故只能按原定的时间进行曝光,得出的照片显然是曝光过度的。

奥林巴斯在其OM-2单反机上第一次实现了偏离胶卷平面(OTF,Off The Film) 测光方式,这一创新使曝光向即时准确性跨出了一大步。该系统的关键之处在于使用两套测光元件,一组位于五棱镜处,它像通常的测光系统一样,但只用于显示;而另一组则装在反光镜箱底部,并与自动曝光系统相联动,其工作原理是不直接测量聚焦屏的亮度;在曝光之前,底部的测光元件直接测量快门第一帘幕的亮度,在帘幕上有特别的图案,其反射率与胶卷的反射率一样,反光镜是半透明的;曝光时,反光镜弹起,快门开启后,底部的测光元件则直接测量胶片上的反光量,所以仍能感受到亮度的变化,从而保证了在曝光过程中的即时性和准确性。这种测光方式很容易实现TTL闪光灯控制。

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